JPH06261746A - 高収量の組換え産物の産生宿主体 - Google Patents

高収量の組換え産物の産生宿主体

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JPH06261746A JP5269020A JP26902093A JPH06261746A JP H06261746 A JPH06261746 A JP H06261746A JP 5269020 A JP5269020 A JP 5269020A JP 26902093 A JP26902093 A JP 26902093A JP H06261746 A JPH06261746 A JP H06261746A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 組換え産物を高収量で産生するための改良宿
主生物を得る。 【構成】 htpR遺伝子とlon遺伝子の両方の中に
変異を有し、この結果タンパク、ポリペプチド、または
生成物の存在に応答しタンパク分解能を減少したものと
し、前記生成物はhtpRタンパク、ポリペプチドまた
は生成物でない生成物からなる大腸菌宿主体である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、組換え産物を高収量で
産生するための改良宿主生物と方法に関する。より詳細
には、本発明は、細胞質プロテアーゼの発現が減少した
ために細胞の外来性タンパクの分解能が減少するという
特異的な変異をDNA配列内にもつ宿主菌株、並びに遺
伝子操作技術によって外来性タンパク、ポリペプチド及
び他の産物を高収量で産生するためにこれら菌株を宿主
細胞として使用することに関する。本発明に開示された
方法は、外来性組換えタンパク、ポリペプチド及び他の
産物を、通常そのような産物を産生しない宿主で高収量
で産生させるという利点がある。
【0002】
【従来の技術】組換えDNA技術の発達により、外来性
産物をコードする外来性DNA配列で形質転換した宿主
においてそれらの産物の産生が可能になった。一般的
に、所望のアミノ酸、ポリペプチドもしくはタンパク産
物をコードするDNAは、発現ビークル内に組換えDN
A分子を形成するように適当な部位に導入される。次い
で、その組換え分子は、適合宿主を形質転換するために
用いられ、宿主は挿入DNA配列を発現しかつそのDN
A配列によってコードされる産物を産生するために培養
される。そのような組換え技術は、細菌宿主中で真核及
びウイルスタンパクを生産するために用いられている。
これらには、たとえば白血球インターフェロン[S.ナ
ガタ等、「ヒト白血球インターフェロン活性を有するポ
リペプチドの大腸菌(E.coli)内における合
成」、ネイチャー、第284巻、第316〜320頁
(1980)]、ヒトB型肝炎ウイルスの抗原[C.
J.バレル等、「プラスミドpBR322にクローン化
されたB型肝炎ウイルスDNA配列の大腸菌(Escheric
hia Coli)内における発現」、ネイチャー、第279
巻、第43〜47頁(1979);M.パセック等、
「B型肝炎ウイルス遺伝子と大腸菌内におけるそれらの
発現」、ネイチャー、第282巻、第575〜579頁
(1979)]、SV40t抗原[T.M.ロバーツ
等、「大腸菌内におけるシミアンウイルス40t抗原の
合成」、プロシーディング・オブ・ナショナル・アカデ
ミー・オブ・サイエンス USA、第76巻、第559
6〜5600頁(1979)]、及びFMDウイルス抗
原[H.クッパー等、「口啼疫ウイルスの主要抗原のc
DNAのクローニングと、大腸菌内の発現」、ネイチャ
ー、第289巻、第555〜559頁(1981)]な
どが含まれる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】組換えDNA技術によ
る外来性タンパク、ポリペプチド及び他の産物の大規模
な工業的生産は、産生宿主による組換え産物の細胞内分
解のために制約されていた。所定の宿主細胞中では、外
来性もしくは他の異常タンパクは、急速にペプチドやア
ミノ酸に分解される。さらに、高温(たとえば40℃以
上)では、これらの異常タンパクと同様に正常タンパク
の分解がより速くなることが見い出されている[S.リ
ン及びI.ザビン、ジャーナル・オブ・バイオロジカル
・ケミストリー、第247巻、第2205〜2211頁
(1972);A.セント.ジョン等、ジャーナル・オ
ブ・バイオロジカル・ケミストリー、第253巻、第3
945〜3951頁(1978)]。これは、そのよう
な高温では正常と外来性との両タンパクは構造的な安定
性が減少する傾向にありかつ変性してしまう(すなわち
異常になる)結果、細胞内プロテアーゼの攻撃をうけや
すくなるためである。
【0004】この異常タンパクの分解は代謝エネルギを
必要とする[J.D.コウイット及びA.L.ゴールド
バーグ、「大腸菌における特異的異常タンパクの分解の
中間段階」、ジャーナル・オブ・バイオロジカル・ケミ
ストリー、第252巻、第8350〜8357頁(19
77);K.オルデン及びA.L.ゴールドバーグ、
「大腸菌における細胞内タンパク分解のためのエネルギ
要求の研究」、バイオケミー・エト・バイオフィジィー
ク・アクタ、第542巻、第385〜398頁(197
8)]。ATP依存性プロテアーゼであるプロテアーゼ
Laは、細胞内タンパク分解の初期律速段階を触媒する
[C.H.チャン及びA.L.ゴールドバーグ、「AT
P依存性プロテアーゼであるプロテアーゼLaにおける
大腸菌のloncapR)遺伝子の産生物」、プロシ
ーディングス・オブ・ナショナル・アカデミー・オブ・
サイエンス USA、第78巻、第4931〜4935
頁(1981);F.S.ラリモア等、「大腸菌のAT
P依存性タンパク分解酵素であるプロテアーゼLaの研
究」、ジャーナル・オブ・バイオロジカル・ケミストリ
ー、第257巻、第4187〜4195頁(198
2);L.ワックスマン及びA.L.ゴールドバーグ、
「大腸菌からのプロテアーゼLaはATPとタンパクと
をある結合形式で加水分解する」、プロシーディングス
・オブ・ナショナル・アカデミー・オブ・サイエンス
USA、第79巻、第4883〜4887頁(198
2)]。プロテアーゼLaはlon遺伝子によってコー
ドされ、またcapRやdeg遺伝子とも呼ばれている
[チャン及びゴールドバーグ、前出]。lon遺伝子の
変異は欠陥があるが、部分的に活性のあるプロテアーゼ
を産生し[チャン及びゴールドバーグ、前出;C.H.
チャン等、「大腸菌におけるlon変異capR9によ
ってコードされるタンパクの研究:野生型プロテアーゼ
を阻害するATP依存性プロテアーゼLaの不安定
型」、ジャーナル・オブ・バイオロジカル・ケミストリ
ー、第258巻、第215〜221頁(1983)]、
かつ異常タンパクの分解能の減少を示す[S.ゴッテス
マン及びD.ジプサー、「大腸菌lon変異のdeg表
現型」、ジャーナル・オブ・バクテリオロジー、第13
3巻、第844〜851頁(1978);コウイット及
びゴールドバーグ、前出]。lon変異は異常タンパク
の分解能の減少を示すが、まだ幾分かの分解活性を保っ
ている(約正常活性の1/3〜1/2)。加えて、組換
えDNA技術の宿主としてそれらを用いることは、lo
n変異株のいくつかの好ましくない表現形質のため、生
存能力の点で限界がある。これらの菌は紫外線照射に対
し大きな感受性を示し、さらに細胞被膜ムコ多糖類の過
剰生産のためムコイド状になる。lon遺伝子の機能を
完全に持たない変異株は、従来得られていない。
【0005】外来性組換え産物の有用量の工業的に可能
な生産における組換えDNA技術の可能性は、現在まで
外来性タンパクの分解能が減少した特性を有する生存能
力のある宿主がなかったので制約されている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、外来性タンパ
ク、ポリペプチド及び他の産物をそれらをコードするD
NA配列で形質転換された宿主生物内にて生産するため
の改良宿主生物と方法を提供することによって、前述の
問題を解決する。より詳細には、本発明は、細胞内プロ
テアーゼの発現が減少したために細胞の外来性産物の分
解能が減少するような特異的変異をDNA配列内にもつ
宿主細胞菌株、並びにこれらの菌株を用いて遺伝子操作
技術により作成された外来性タンパク、ポリペプチド及
び他の産物の収量を増大させることに関する。
【0007】本発明によって、外来性産物の分解能が減
少した特性をもつ宿主細胞内で所望の外来性タンパク、
ポリペプチド及び他の産物を高収量にて生産することが
可能である。
【0008】以下の開示からも認められるように、本発
明の宿主菌株及び方法は、外来性組換え産物の大規模生
産を高収量でおこなうことを可能にする。
【0009】
【実施例】ここに開示する発明を十分に理解するため、
以下詳細に説明する。
【0010】この説明において以下の用語を用いる:ヌクレオチド :糖部(ペントース)、リン酸及び窒素複
素環塩基よりなるDNAあるいはRNAの単量体単位。
塩基はグリコシド炭素(ペントースの1′炭素)を介し
糖と結合し、糖と塩基との結合体はヌクレオチドとよば
れる。塩基はヌクレオチドを特性化する。4つのDNA
塩基はアデニン(「A」),グアニン(「G」),シト
シン(「C」)及びチミン(「T」)である。4つのR
NA塩基は、A、G、C及びウラシル(「U」)であ
る。
【0011】DNA配列:隣りあったペントースの3′
と5′の炭素がホスホジエステル結合で互いに連結した
直鎖状デオキシヌクレオチド。
【0012】コドン:鋳型もしくはmRNAを介してア
ミノ酸、翻訳開始シグナルもしくは翻訳停止シグナルを
コードする3つのヌクレオチド(トリプレット)のDN
A配列。たとえば、ヌクレオチド・トリプレットTT
A、TTG、CTT、CTC、CTA及びCTGはアミ
ノ酸ロイシン(「Leu」)をコードし、TAG、TA
A及びTGAは翻訳停止シグナルであり、かつATGは
翻訳開始シグナルである。
【0013】ポリペプチド:隣接アミノ酸のαアミノ基
とカルボキシ基との間がペプチド結合で互いに連結され
たアミノ酸の線状列。
【0014】遺伝子:メッセンジャーRNA(「mRN
A」)を介してmRNAからの特異的ポリペプチドに特
性的なアミノ酸列をコードするDNA配列。
【0015】転写:遺伝子もしくはDNA配列からmR
NAを産生する過程。
【0016】翻訳:mRNAからポリペプチドを産生す
る過程。
【0017】発現:DNA配列もしくは遺伝子がポリペ
プチドを産生する過程。転写と翻訳とを含む。
【0018】プラスミド:プラスミドが宿主細胞内で複
製するような完全「レプリコン」を含んだ非染色体2本
鎖DNA配列。プラスミドを単細胞生物内に存在させる
と、その生物の特性はプラスミドDNAによって変化す
るか、または形質転換される。たとえば、テトラサイク
リン耐性(TetR )の遺伝子をもつプラスミドは従前
にテトラサイクリン感受性であった細胞を形質転換させ
て耐性にする。プラスミドで形質転換された細胞は形質
転換株と呼ばれる。
【0019】ファージもしくはバクテリオファージ:バ
クテリアのウイルスであり、その大部分はタンパク膜あ
るいは外殻(カプシド)でカプシド化されたDNA配列
よりなる。
【0020】クローニング・ビークルもしくはベクタ
:宿主細胞内で複製可能であるプラスミド、ファージ
DNAもしくは他のDNA配列であり、1つあるいは少
数のエンドヌクレアーゼ認識部位によって特徴化され、
その部位でDNA配列は不可欠な生物的機能、たとえば
複製、コートタンパクの生産、プロモーターや結合部位
などの損失を伴なわずに決定しうる方式で切断できる。
また、それらは形質転換細胞の同定に適当なマーカー、
たとえばテトラサイクリン耐性やアンピシリン耐性を含
んでいる。
【0021】クローニング:無性的再生によって生物も
しくはDNA配列に由来するような生物もしくはDNA
配列を大量に得るための過程。
【0022】組換えDNA分子もしくはハイブリドDN
:異なったゲノム(細胞もしくはウイルスの全DN
A)からのDNAの部分を含み、生細胞体外で末端と末
端を結合しかつ生細胞中で維持できるようにした分子。
【0023】発現制御配列:遺伝子もしくはDNA配列
に作用結合したときにその遺伝子もしくはDNA配列の
発現を制御・調節するヌクレオチド配列。「作用結合」
という用語は、所望産物をコードする遺伝子もしくはD
NA配列の前に適当な開始シグナルをもつこと、並びに
発現制御配列の制御下に挿入DNA配列を発現させてそ
の遺伝子もしくはDNAによってコードされる所望産物
を産生させうる正しい解読フレームを維持することを含
んでいる。
【0024】本出願人は、細胞が高温度下もしくは多量
の外来性ポリペプチドの存在下でタンパク分解酵素の含
有量を増やすことを見出した。本発明は、高温度下もし
くは多量の外来性ポリペプチドの存在下で特に外来性産
物の分解能が減少するという特異的な変異をDNA配列
内にもつ宿主細胞菌株に関する。この重要な特性は、細
胞質プロテアーゼの発現が減少したためと思われる。従
って、これらの宿主細胞の利用により、遺伝子操作技術
により作成された外来性タンパク、ポリペプチド及び他
の産物の収量を増大しうる。
【0025】本発明の好ましい一具体例においては、プ
ロテアーゼ遺伝子の発現の特異的変異もしくは欠損が、
その遺伝子産物の産生もしくは機能に影響するhtp
遺伝子に位置する。大腸菌のhtpR遺伝子は、細胞の
ヒート・ショック応答に含まれる調節遺伝子である。高
温もしくは他の不利な条件等によって「ヒート・ショッ
ク」がかかり、高温でのある細胞タンパクの変性によっ
て異常タンパクが出現したとき、細胞は「ヒート・ショ
ック・タンパク」と呼ばれる多数のポリペプチドの合成
を増加させることによって応答する[F.C.ネイドハ
ート等、「大腸菌の高温レギュロンを調節する遺伝子の
モレキュラー・クローニングと発現」、ジャーナル・オ
ブ・バクテリオロジー、第153巻、第597〜603
頁(1983);T.ヤマモリ、「ヒート・ショック・
オペロンの翻訳と高温における細胞生育との大腸菌遺伝
子(hin)調節」;F.C.ネイドハート、「大腸菌
の高温レギュロン」、「ヒート・ショック・フロム・バ
クテリア・ツー・マン」、M.J.アッシュバーナー等
編、コールド スプリング ハーバー研究所、第131
〜138頁及び第139〜145頁(1982)]。ヒ
ート・ショック応答のシグナルは、細胞におけるこれら
の変性タンパクの出現であることを突き止めた。また、
異質タンパクもしくはポリペプチドのクローニングおよ
び発現化の結果として生じた細胞内の外来性ポリペプチ
ドもしくは他の産物の蓄積は、そのヒート・ショック応
答を引きおこすことも突き止めた。最終的に、ヒート・
ショック・タンパクの少なくとも1種が異常もしくは外
来性タンパクのタンパク分解において決定的な役割を果
たすことを確認した[S.ゴフ等、プロシーディングス
・オブ・ナショナル・アカデミー・オブ・サイエンス
USA、第81巻、第6647〜6651頁(198
4);T.A.ベイカー等、プロシーディングス・オブ
・ナショナル・アカデミー・オブ・サイエンス US
A、第81巻、第6679〜6683頁(198
4)]。
【0026】本出願人は、これらのヒート・ショック・
タンパクの1種が、細胞内で異常タンパクの選択的分解
の律速段階を遂行するATP依存性プロテアーゼとして
のプロテアーゼLaであることを突き止めた[S.ゴフ
等、前出;T.A.フィリップス等、ジャーナル・オブ
・バクテリオロジー、第159巻、第283〜287頁
(1984)]。また、プロテアーゼLaは、他のヒー
ト・ショック・タンパクと同様、低温でも細胞内で外来
性タンパクの蓄積に応答して誘導されることも見い出し
た。外来性DNA配列で形質転換した宿主細胞内にクロ
ーン化された外来性DNA配列の発現の際に生ずる外来
性タンパクの大量の産生は、ヒート・ショックによって
も誘導されるいくつかのタンパクの低温(たとえば30
℃)での産生を誘導することも実験的に実証された。た
とえば、組織プラスミノーゲン活性因子(TPA)をコ
ードするDNA配列で形質転換した宿主内におけるその
発現は、30℃のような低温でさえプロテアーゼLaを
コードするlon遺伝子の発現を増加させる。このよう
に、ヒート・ショック・タンパクの誘導は、高温及び低
温の両方での外来性もしくは他の異常タンパクの蓄積か
ら細胞を防御するという一般化された機構を示す。
【0027】蓄積した異常タンパクに応じておこるこの
タンパク分解酵素の誘導は、高収量で遺伝子操作技術に
よって作成された外来性タンパクの生産に対する特殊な
問題である。宿主細胞内での所望の外来性タンパクの生
産に際し、プロテアーゼLa及び他のプロテアーゼは、
高割合で細胞によって合成されかつ細胞の所望タンパク
の分解能を増加させることを見出した。その結果、遺伝
子操作技術を用いて作成されたタンパクの高収量生産に
対する障害を克服するための手段を検索した。ヒート・
ショック・タンパクの誘導は、hin変異株とも呼ばれ
htpR変異株中ではおこらないことを突き止めた。
そのような変異株は当業者により突然変異誘発技術を用
いて得られる。
【0028】細胞質タンパク分解に対するhtpR変異
の影響の研究により、htpR遺伝子はプロテアーゼL
aをコードするlon遺伝子の転写を調節することが示
された。htpR変異株では、lon遺伝子の転写が減
少する結果、プロテアーゼLaの産生が減少し、次いで
異常もしくは外来性タンパクを分解するという変異株の
能力の減少をもたららす。この異常タンパクの分解能の
減少は、高温及び低温の両条件下(たとえば各々42℃
と30℃)で明らかである。このように、変異株から単
離されたプロテアーゼLaのレベルは30℃で野生株よ
りも低く、42℃に移しても増加しない(図1)。図1
の表は、htpR変異株から単離したプロテアーゼLa
のレベルを30℃と42℃について示している。この表
に示されたデータは、30℃で生育させかつ42℃に1
時間移した大腸菌培養物を用いて得た。プロテアーゼL
a活性は、L.ワックスマン及びA.L.ゴールドバー
グによってジャーナル・オブ・バイオロジカル・ケミス
トリー(1985)[印刷中]に記述されたように、ホ
スホセルロース・クロマトグラフィーによる酵素の部分
精製の後、特異的蛍光測定物質であるグルタリル−アラ
ニル−フェニルアラニル−メトキシナフチルアミンを用
いて測定した。さらに、宿主細胞内で遺伝子操作技術を
用いて作成されたTPAの誘導後、lon遺伝子の発現
の増加を観察する研究により、この発現の増加はhtp
R変異株では存在しないことも示した。従って、この
tpR変異は、プロテアーゼLaの基礎レベルに影響を
与えかつ温度シフトに際し産生の増加を妨げると思われ
る。
【0029】htpR変異株によって示される分解能の
減少は、欠損したプロテアーゼLaをコードするlon
変異株に見られるものより大きいかもしくは同等であ
る。しかしながら、htpR変異株は、たとえば皮膜多
糖類の過剰生産や蓄積(ムコイド状とも云われる)、細
胞分裂時の欠陥や繊維形成及び紫外線照射もしくは他の
DNA損傷剤への感受性の増加のようなlon変異株が
示す望ましくない表現型を示さない。従って、htp
変異株は、大規模な産業的醗酵で見られる種々の条件下
(たとえばリッチな培地など)で、lon変異株よりも
生存力が強い。これらの条件下ではlon変異株はあま
り生育しないが、htpR変異株の生育はよく、従って
発現した外来性タンパク、ポリペプチド及び他の産物の
収量を増加させるため組換えDNA技術における宿主生
物として明らかな利点を与える。
【0030】P1形質導入を利用して、htpR変異と
lon遺伝子内の変異(たとえばlonΔ100もしく
はcapR9等)との両者を含むhtplon変異
株を作成した。これらの二重変異株は、不安定なプロテ
アーゼの生産が減少し、どちらか一方の変異のみをもつ
菌株に比べて異常タンパクの分解能が劣っている。これ
らの二重変異株によるタンパク分解の欠点は、既知のい
ずれの菌株よりも顕著である。これらの二重変異株は、
培養で高細胞密度を達成する生存力のある宿主である。
htpR変異株と同様、それらはlon変異株が示すよ
うなムコイド状或いは他の不健全な特性を示さない。
【0031】このように本発明のhtplon変異
株は、通常では急速な細胞内分解を受けるような遺伝子
操作技術によって作成されたタンパクの大規模生産に特
に有益である。本発明によれば、外来性タンパク、ポリ
ペプチドもしくは他の産物は、htpR変異株、より好
ましくはhtplon変異株を用いて外来性タンパ
ク、ポリペプチドもしくは他の産物をコードするDNA
配列を特徴とする組換えDNA分子で形質転換された宿
主を培養し、この宿主はプロテアーゼ遺伝子の発現に欠
陥があることを特徴とし、培養物から産生物を収集する
ことによって生産される。さらに、外来性タンパク、ポ
リペプチド及び他の産物は、htpR遺伝子産物の産生
もしくは機能に欠陥があるような宿主を用い、外来性タ
ンパク、ポリペプチドもしくは他の産物をコードするD
NA配列を特徴とする組換えDNA分子で形質転換され
た上記宿主を培養することによっても生産しうる。
【0032】本発明の変異株は、組換えDNA配列が任
意公知の技術により導入されかつタンパク、ポリペプチ
ド及び他の産物として発現される宿主細胞として有利に
利用しうる。この変異株の外来性もしくは他の異常ポリ
ペプチドの分解能の減少により、組換えタンパク及び他
の産物が高収量で生産できる。例えば、本出願人の実験
データによれば、htplon変異株内で生産され
た遺伝子操作技術を用いて作成された組織プラスミノー
ゲン活性因子は、野生型宿主細胞の場合と比較して3〜
5倍に収量が増加する。
【0033】本発明の方法は大腸菌、細菌、酵母、カ
ビ、動物もしくは植物または他の宿主生物を含む原核及
び真核宿主中での外来性タンパク、ポリペプチドもしく
は他の産物の生産に適用できる。ヒート・ショック応答
は、高温という不利な状況から細胞を防御するための普
遍的な機構であると思われる[アッシュバーナー等、前
出]。従来示唆されているように[S.ゴフ等、前
出]、ヒート・ショック応答は、異常タンパク分子の蓄
積から細胞を防御するための一般的な機構であると思わ
れる。プロテアーゼLaに類似したATP依存性プロテ
アーゼをサルモネラ・ティフィメウリウム(Salmonella
typhimeurium )や枯草菌(Bacillus subtili s )等の
他の細菌でも観察した。lon変異株は、サルモネラ・
ティフィメウリウムで検出されている。従って、大腸菌
で見られるのと同様な異常もしくは外来性タンパクの分
解機構はすべての原核生物で見い出だされうる。この機
構はさらに真核生物にも存在する。プロテアーゼLaと
同様の酵素が、哺乳動物細胞のミトコンドリア中[M.
デザウテルズ及びA.L.ゴールドバーグ、ジャーナル
・オブ・バイオロジカル・ケミストリー、第257巻、
第116−173頁(1982)]及びネズミ培養赤血
球−白血病細胞の細胞質中[L.ワックスマン等、ジャ
ーナル・オブ・バイオロジカル・ケミストリー(198
5)、投稿中]で見い出だされている。これら他の生物
でのそのような機構の存在により、大腸菌に存在するプ
ロテアーゼLa遺伝子に機能的に対応する遺伝子の欠損
を持ちかつここで述べた変異生物と同様に外来性産物の
分解能が減少した類似変異宿主生物を作製するため、本
発明の方法を使用することができる。
【0034】さらに、各種の発現ベクターを、本発明の
宿主を形質転換するのに用いうる。例えば、有用な発現
ベクターは染色体の断片、非染色体及び合成DNA配列
などがあり、例として種々の既知のSV40の派生物、
colE1、pCR1、pBR322、pMB9及びそ
れらの派生物を含む大腸菌のプラスミド、より広い宿主
域をもつRP4等のプラスミドなどの既知の細菌性プラ
スミド、NM989等の多数のλファージの派生物、M
13及び繊維状(Filamentous )一本鎖DNAファージ
等の他のDNAファージなどのファージDNA、他の発
現制御配列、もしくは2μプラスミドやその派生物のよ
うな酵母プラスミドを用いて修飾したプラスミドのよう
なプラスミドとファージDNAとの組合せに由来するベ
クター等とすることができる。特に好ましい発現ベクタ
ーは、多コピー数プラスミドもしくはバクテリオファー
ジ派生物である。なぜなら、そのようなベクターは発現
タンパク収量を増加させるからである。
【0035】同様に、種々の発現制御配列も、クローン
化DNA配列の発現効率(転写と翻訳)を向上させるた
めに有用である。これらの発現制御配列には主に2つの
型があり、1つは構成的発現制御配列であり、もう一方
は制御可能な発現制御配列である。β−lacのような
構成的発現制御配列は、クローン化DNA配列を発現さ
せてそのDNA配列により、コードされる産物を生産す
るよう宿主細胞の生育中、絶えず機能する。trp、λ
L もしくはλPR のような制御可能な発現制御配列
は、宿主細胞の生育の間に調節し(すなわち切換え)う
るので、クローン化されたDNA配列の発現を培養の生
育サイクル中の最適時に発現するようにすることができ
る。たとえば、制御可能な発現制御配列は、宿主が遺伝
子産物を過度に蓄積せずに繁殖するように発現を停止さ
せることができ、次いでこれらの発現制御配列の制御下
に多量の所望タンパク産物の発現を促進するように発現
を開始させうる。正常な無毒の遺伝子産物でさえ過剰生
産すると宿主細胞に害を与えかつ特殊な宿主−ベクター
系の安定性を低下させるので、制御可能な発現制御配列
はしばしば宿主細胞の生育の間発現を調節するのに好都
合である。
【0036】いくつかの制御可能な発現制御配列を使用
して宿主生物でタンパクやポリペプチドをコードするD
NA配列及び遺伝子を発現することができる。これらに
は、たとえば大腸菌のラクトース・オペロンのオペレー
ター、プロモーター及びリボゾーム結合・相互作用配列
[たとえば、K.イタクラ等、「ソマトスタチンホルモ
ンの化学合成した遺伝子の大腸菌における発現」、サイ
エンス、第198頁、第1056〜1063頁(197
7);D.V.ゴーデル等、「ヒトインシュリンの化学
合成した遺伝子の大腸菌における発現」、プロシーディ
ングス・オブ・ナショナル・アカデミー・オブ・サイエ
ンス USA、第76巻、第106〜110頁(197
9)]、大腸菌のトリプトファン・オペロンの対応配列
[J.S.エムテージ等、「インフルエンザ抗原決定因
子は大腸菌にクローン化したヘマグルチニン遺伝子から
発現する」、ネイチャー、第283巻、第171〜17
4頁(1980);J.A.マーシャル等、「ヒト成長
ホルモン:細菌での相補DNAのクローニングと発
現」、サイエンス、第205巻、第602〜606頁
(1979)]並びにλファージの主要オペレーター・
プロモーター領域[H.バーナード等、「バクテリオフ
ァージλPL プロモーターから得た遺伝子発現を促進す
るプラスミド・クローニング・ビークルの作成」、ジー
ン、第5巻、第59〜76頁(1979)]等が含まれ
る。
【0037】本発明のhtpR変異株とhtplo
変異株とが高温で外来性タンパクの分解能を減少する
という事実は、温度誘導性の制御可能な発現制御配列と
組合わせて使用するのに特に好都合である。バクテリオ
ファージλのPL プロモーター等の熱誘導性発現配列
は、既知の標準的な技術によって所望のタンパクをコー
ドするDNA配列と融合させうる。得られた組換えDN
A配列を次いでhtpR変異株もしくはhtplo
変異株宿主を形質転換するのに使用できる。42℃で
生育した場合、そのような宿主はその温度で発現を遂行
する温度誘発性発現制御配列によって、所望のタンパク
もしくは産物を高程度に発現する。さらに、所望のタン
パクもしくは産物の発現は、これらの宿主の外来性タン
パクもしくは産物の分解能が減少したためにさらに増加
する。これらhtpR変異株もしくはhtplon
変異株中では、野生株を宿主とした場合と異なり、高温
時もしくは細胞内での外来性タンパクの生産時における
タンパク分解酵素の増加が起こらない。
【0038】このように、熱誘発性発現制御配列と本発
明のhtpR変異株もしくはhtplon変異株と
を組合わせて使用することは、遺伝子操作技術によって
作成されたタンパク、ポリペプチド及び他の産物の発現
を増加させる。しかしながら、htpR変異株とhtp
lon変異株とは低い温度(たとえば30℃)でも
外来性タンパクの分解が減少しているので、本発明は構
成的発現制御配列或いは非温度誘発性発現制御配列を使
用して外来性タンパクもしくは他の産物の発現を増加さ
せることもできることに注目すべきである。
【0039】本発明の宿主生物及び方法は、多種のタン
パク及びポリペプチドの生産に応用しうる。加えて、本
発明の方法は、収量が酵素の高いレベルに依存する分解
をうけやすい他の産物の生産を増加させるために用いう
る。たとえば、ワクチンの活性成分や他の医薬上活性の
ある産物、農業上もしくは他の産業上有用な組成物、酵
素、ホルモン、アミノ酸、工業薬品、抗生物質、食品等
の産物を本発明の方法によって有効に生産しうる。本発
明の方法によって生産されうる他の産物には、白血球イ
ンターフェロン、繊維芽細胞インターフェロン及び他の
インターフェロン、免疫活性もしくは生物活性を示すポ
リペプチド、FMDVウイルス抗原もしくはB型肝炎ウ
イルス抗原の抗原性を有するポリペプチド、ソマトメデ
ィンCやプロインシュリンのようなヒトもしくは動物ホ
ルモンの生物活性を示すポリペプチド、並びにヒト、動
物もしくはウイルス産物の免疫活性もしくは生物活性を
示すポリペプチド及びタンパク等が含まれる。特定の産
物の選択は本発明の一部ではない。むしろ、本発明は、
そのような産物をコードするDNA配列の発現を増加さ
せること並びに本発明の変異宿主生物中でそのような産
物を生産することに一般に応用しうる。
【0040】本発明を、ここには組換えDNA技術に
tpR変異株およびhtplon変異株を宿主細胞
として利用することについて記載したが、htpR変異
自体をそれに対応する遺伝子が除去されている宿主細胞
に挿入しうることも了解すべきである。これらの宿主細
胞を、次いで、組換えDNA分子すなわち所望タンパク
をコードするDNA配列で形質転換させて、これらのタ
ンパクを高収量で産生しうる。
【0041】また、本発明は、htpRもしくはlon
遺伝子またはその組合わせ内に多数のおこりうる変異の
いずれかを含む宿主生物を包含することを了解すべきで
ある。そのような変異株は、T.トベ等による「大腸菌
におけるタンパクのヒート・ショック誘導を欠損した温
度感受性変異株の単離及び物理的マッピング」、モレキ
ュラー・ジェネラル・ジェネティクス、第195巻、第
10〜16頁(1984)に見られるようなヒート・シ
ョック応答の新しい欠損株を作成するための標準的突然
変異誘発および選択技術を利用して得ることができる。
さらに、本発明の方法は、ヒート・ショック・タンパク
の誘導が欠損した変異株のような外来性タンパクの分解
能の減少を示すDNA配列内の他の変異を有する大腸菌
株中でタンパク、ポリペプチド及び他の産物を生産する
のに応用しうる[K.H.ピーク、「xthA変異株に
おける高温でのヒート・ショック・タンパクの誘導の欠
損」、「アブストラクト・オブ・ペイパーズ・プレゼン
テッド・アット・ザ・バクテリオファージ・ミーティン
グ」、第151頁、コールドスプリングハーバー研究所
版、コールド スプリング ハーバー ニューヨーク
(1984)参照]。
【0042】本発明をより良く理解するため、以下に実
施例を示す。これらの実施例は例示のみを目的とし、あ
らゆる意味で本発明の範囲を限定するものではない。
【0043】実施例1 以下の実施例は、本発明のhtplon変異株の作
成方法を例示するものである。
【0044】htpR lon変異株の作成 大腸菌の細胞(SG900株、非サプレッサー、lon
+ tsx+ htp+)に、非サプレッサー宿主中でD
NA合成をしないバクテリオファージであり、かつCII
I 遺伝子内にTn10トランスポゾンを有するλNK5
5を感染させた。Tn10トランスポゾンは、9300
塩基対のトランスポゾン可能なDNA断片であって末端
に逆反復配列を有し、大腸菌の染色体遺伝子上で約10
分間にてtsx遺伝子に挿入される。得られた染色体の
領域をtsx:Tn10と云う。
【0045】Tn10はテトラサイクリン耐性遺伝子を
もっておりかつトランスポゾン自身がバクテリオファー
ジT6レセプタをコードするtsx遺伝子に挿入するの
で、Tn10の挿入物を有する大腸菌細胞をテトラサイ
クリン耐性でありかつT6ファージ耐性である。従っ
て、λND55感染細胞はテトラサイクリン耐性で選抜
し、これらのコロニーをさらにT6ファージに対する耐
性で選択した。大腸菌のlon遺伝子はtsx遺伝子の
近くに位置しているので、その結果分離株はtsx:T
n10のテトラサイクリン耐性マーカーに連鎖したlo
遺伝子を含んでいた。
【0046】lontsx:Tn10が連鎖した遺伝
子を次にP1形質導入によりlonΔ100のような
on- 大腸菌株に導入した。変異株のlon遺伝子とP
1形質導入要素のtsx:Tn10との間に交差をもつ
細胞を、テトラサイクリン耐性で選択し、lon変異株
に特有のムコイド表現型につきスクリーニングした。得
られた分離株は、Tn10のテトラサイクリン耐性マー
カーに連鎖したlon変異株であった(lon- te
r )。
【0047】lon遺伝子とヒート・ショック応答を制
御するhtpR遺伝子に変異をもつ二重変異株を作成す
るために、上記分離株のlon- tetr 配列を大腸
菌株K165もしくはGW4701のようなlon+
htp- である大腸菌のhtpR変異株にP1形質導
入によって導入した。二重変異株をテトラサイクリン耐
性でまず選抜し、次いで温度感受性でスクリーニングし
た。ここで述べた二重変異株はhtp- 株にlon-
遺伝子を導入して作成したが、逆の順序の作成、すなわ
ち、lon- 株にhtp- 遺伝子を導入して作成して
もよいことは明らかである。
【0048】作られた分離株は、lonΔ100、ht
- である大腸菌株SG935やSG927のような
htp- lon- 二重変異株であり、本発明に従って
大腸菌で産生される遺伝子操作技術を用いて作成された
外来性タンパクの収量を増加させるために用いられる。
同様に、lonR9 htp- である大腸菌株SG9
36及びSG928を作成して本発明に開示された方法
に従い使用することもできる。
【0049】実施例2 htpR変異株株中のタンパク分解の測定 以下の実施例は、本発明の変異株中でのタンパク分解を
測定する方法を例示したものである。
【0050】測定すべき変異株の培養を、好ましくはM
9最小培地中で一晩行なう[J.H.ミラー、「エクス
ペリメンツ・イン・モレキュラー・ジェネティクス」、
コールド スプリング ハーバー研究所(198
1)]。午前中、10mlの培養物をクレット・フラス
コに入れ、好ましくは菌がよく増殖したことを確認する
ために少なくとも二世代生育させた。
【0051】菌が初期対数増殖期にあるとき、5mg/
mlのH2 Oピューロマイシン(フィルター滅菌)0.
2ml〜0.5mlを各々のフラスコに加えた。細胞培
養物の濃度は、次の20分間が経過した後に中期対数増
殖期となるようにした。各々のフラスコのピューロマイ
シン最終濃度は100〜250μg/mlであった。ピ
ューロマイシンは、細胞の合成途中のポリペプチドに取
り込まれるタンパク合成阻害剤である。しばらくする
と、この取り込みは、未熟のまま終結した異常なタンパ
クを形成した。そのような短いタンパクは、プロインシ
ュリン等の産業上興味のある多くのクローン化タンパク
と同様に、細菌によって通常急速に分解される[A.
L.ゴールドバーグ、プロシーディングス・オブ・ナシ
ョナル・アカデミー・オブ・サイエンス、第69巻、第
2640〜2644頁(1972)]。
【0052】ピューロマイシンの添加後、細胞を37℃
で15分間保温した。次いで、1μCi 3H−アミノ酸
/mlを、細胞によって合成されているタンパクを標識
するために培地に加えた(もし細胞をリッチなLB培地
中で生育させる場合、32S−メチオニンが適当な標識で
あり、4μCi35S−メチオニン/mlを用いるべきで
ある)。培養物を放射活性標識と共に37℃で5分間保
温した。細胞を直ちにソーバルSS−34型ロータを用
いて、40mlの滅菌遠心管中で5000rpmにて1
分間遠心分離した。上澄を迅速にデカントし、沈殿物を
1mg/mlの非放射性追跡アミノ酸を含む2倍容量の
培地に再懸濁しかつ回動させることによって洗浄した。
細胞を前記と同様に再遠心分離し、非放射性追跡アミノ
酸を含む培地に再懸濁し、クレット・フラスコに移し
た。これらのフラスコに移すとき、細胞濃度を、次の6
0〜90分間の時間経過後に細胞が定常期とならないよ
う調節した。
【0053】操作のこの段階で、ピューロマイシン処理
細胞は、ピューロマイシンを取り込んだ合成途中のポリ
ペプチドを含んでおり、標識アミノ酸がそれらの配列内
に取り込まれていた。ピューロマイシンによってこれら
のポリペプチドはそれらが合成されていたリボゾームか
ら解離し、その結果生じた異常ポリペプチドは細菌細胞
によって分解された。
【0054】ある特定の細胞菌株がこれらの不完全なま
ま終結したタンパクを分解する速度を測定するため、サ
ンプルを種々異なる培養時間の上澄から採取し、分解過
程から生じる遊離の放射性アミノ酸を測定した。
【0055】t=0の時点で、2つの0.5mlサンプ
ルを各々の培養物から採取した。一方は「総カウント」
とし、t=0における全放射性タンパク量を示すものと
した。このサンプルを、100μlの70%TCA(ト
リクロル酢酸)を含む氷冷しておいた試験管に移した。
このサンプルに0.1mlのH2 Oを加えた。t=0時
に採取したもう一方のサンプルは「ブランク」とし、酸
可溶性カウント、すなわち、t=0時にサンプル中に存
在する遊離の放射性アミノ酸を示していた。この0.5
mlサンプルも100μlの70%TCAを含む氷中の
試験管に移した。TCAの最終濃度は好ましくは10%
であった。このサンプルに100μlの10%BSA
(ウシ血清アルブミン)を加えた。t=15分、30
分、60及び90分の時点で、同様の0.5mlサンプ
ルを細胞培養液から採取し、100μlの10%BSA
を含む10%TCAに加えた。
【0056】各々のサンプルをTCA溶液中で30分間
氷冷した。各々のサンプル中の遊離放射性アミノ酸はT
CA中で可溶化され、一方未分解のタンパクは不溶のま
ま残り、TCAから沈降した。このように、タンパクの
分解を、TCA中に不溶である標識タンパクからTCA
中に可溶である遊離放射性アミノ酸への変化を測定する
ことにより決定した。従って、経時的にTCA可溶性カ
ウントの生産を、細胞内でのタンパク分解速度の指標と
して利用した。ピューロマイシンを取り込んだタンパク
の分解速度は極めて速いので、上記のTCA沈殿の操作
をできるだけ迅速におこなう必要があることに注意すべ
きである。
【0057】TCA溶液中での培養の後、すべてのサン
プル(「総カウント」を除く)をNo.269ロータを
用いて、IEC遠心分離で、3500rpmにて10分
間、4℃で遠心分離し、各々のサンプルの0.4ml上
澄を4mlのリキシント・シンキレーション液中で5分
間カウント測定した。各々のサンプルのカウントを用い
て、以下の式に基づきタンパク分解の%を計算した。
【0058】
【数1】
【0059】図2は、経時的なピューロマイシンを取り
込んだタンパクの分解%を示したものであり、それぞれ
大腸菌野生株細胞(lon+ htpR+ )対htpR変
異株(lon+ htpR- )、[グラフ1参照、使用菌
株はグラハム・ウォーカー博士より寄贈のSC122
(htpR+ )及びK165(htpR- )]及び種々
のlon変異株とhtplon二重変異株での分解
(グラフ2及び3参照)である。図から明らかなよう
に、野生型及びlon変異株細胞の両者で、htpR
異は、タンパク分解パーセンテージをかなり減少させ
た。
【0060】上記の例はピューロマイシンの取り込みに
よって生じた短いポリペプチドの分解について示してい
るが、htpR変異の同様の効果も以下のようにカナバ
ニンのようなアミノ酸同族体を含む完全長さの異常タン
パクの急速な分解に従って示された。操作手順は、上記
と同様であった。中期対数増殖期に、M9培地で一晩生
育させた細胞を遠心分離し、アルギニンを含まない培地
に再懸濁した。カナバニン(すなわちアルギニンのアミ
ノ酸同族体)を最終濃度が0.6mMになるように加え
た。15分後、10−20μCiの 3H−フェニルアラ
ニンを加えた。5分後、培養物を遠心分離し、0.6m
Mのアルギニンと非放射性フェニルアラニンを0.5−
1.0mg/mlの濃度で含む培地に再懸濁した。次い
で、その培養物を再遠心分離し、同じ培地に再懸濁し
た。
【0061】ピューロマイシン決定について述べたのと
同じ方法で培養物からサンプルを採取し、カナバニン含
有タンパク%を同じ式により決定した。図3は、経時的
なタンパク分解%を示したものであり、大腸菌野生株
(lon+ htpR+ )対htpR変異株(lon+
tpR- )、[グラフ1参照、使用菌株はグラハム・ウ
ォーカー博士より寄贈のGW1000(htpR+ )及
びGW4701(htpR- )]、及び種々の変異株と
htplon二重変異株でのタンパク分解(グラフ
2及び3参照)を示している。野生株及びlon変異株
の両者で、htpR変異は明らかにタンパク分解を減少
した。さらに、二重変異株、すなわちhtpR及びlo
変異株の両者を有する菌株は、htpR変異のみを有
する菌株よりも分解がさらに減少しており、この二重変
異がタンパク分解に対し或る付加的影響を与えることを
示した。
【0062】実施例3 組織プラスミノーゲン活性因子産生のhtpR+ 宿主細
胞におけるlon遺伝子の発現増加及びhtpR- 変異
株におけるそのような発現の欠如 以下の実施例は、遺伝子操作技術によって作成された外
来性タンパクである組織プラスミノーゲン活性因子を産
生させるよう誘導した宿主内でプロテアーゼLaをコー
ドするlon遺伝子の発現が増加したことを示すもので
ある。しかしながら、htpR変異をもつ大腸菌宿主
は、このような発現の増加を示さなかった。
【0063】lon遺伝子の発現がなされているかどう
かを簡単に検出するために、lonプロモーター配列を
β−ガラクトシダーゼの構造遺伝子であるlacZに作
用結合させてなるlon−lacZオペロン融合配列を
作成した。lonプロモーターが作動している時、β−
ガラクトシダーゼが生産され、簡単に検定されうる。こ
lon−lac融合配列をバクテリオファージλ中に
挿入し、宿主の染色体に組込ませた。次いで、TPA遺
伝子をもつプラスミドを同じ宿主に挿入し、TPAを生
産するように誘導することにより、β−ガラクトシダー
ゼ活性の形で示されるlon遺伝子の発現を測定した。
【0064】A.lon−lacオペロン融合配列の作
lac Z遺伝子に作用結合させたlonプロモーターを
含むDNA配列を、以下のように、大腸菌株SC122
[F- lac(am)、trp(am)、pho(a
m)、mal(am)、rpsL、supC(ts)と
その派生体である菌株K165(htpR(am)]に
導入した。
【0065】lon遺伝子配列をもつプラスミドpJM
C40[B.A.ゼーンバウアー等、ジャーナル・オブ
・バクテリオロジー、第143巻、第852〜863頁
(1980)]とオペロン融合ベクターpMLB102
2[T.J、シルハービー等、「エクスペリメント・ウ
イズ・ジーン・フュージョン」、コールド スプリング
ハーバー研究所、コールド スプリング ハーバー
ニューヨーク(1984)]をEcoRIとBamHI
制限エンドヌクレアーゼ(ニューイングランドバイオラ
ボ社)で切断し、これらDNAをT4DNAリガーゼの
存在下で混合した。pMLB1022はアンピシリン耐
性遺伝子と、ガラクトースの発酵に関与する酵素である
β−ガラクトシダーゼをコードするlacZ構造遺伝子
の転写に必要なlacプロモーターを欠損している。
【0066】lac- である大腸菌細胞を結合混合物で
形質転換し、25μg/mlのアンピシリンを添加した
マッコンキー・ガラクトース・プレートで平板培養し
た。pMLB1022のlacZ遺伝子の上流にpJM
C40のlonプロモーターを含むプラスミドで形質転
換された細胞のみが、β−ガラクトシダーゼを産生する
ことができ、マッコンキー・ガラクトース・プレートで
赤いコロニーとして出現する。このように、プレート上
で赤いコロニーを形成するアンピシリン耐性コロニーを
分離した。これらのコロニーの1つからプラスミドDN
Aをとり、制限エンドヌクレアーゼマッピングとアガロ
ースゲル電気泳動とで分析し、lon−lacオペロン
融合配列を含むことが判明した。このプラスミドはpS
G1201と名付けた。
【0067】次いで、EcoRIで制限しておいたλN
F1955[I.フイ等、ジャーナル・オブ・バクテリ
オロジー、第152巻、第1022〜1032頁(19
82)]由来のλDNAにまずこの融合配列を挿入する
ことによって、大腸菌宿主細胞の染色体にこの融合配列
を組み込んだ。結合反応を、100μg/mlのλNF
1955DNAと3μg/mlのプラスミドDNAとを
用いて、プラスミドDNAに対するλDNAの高濃度に
て行なった。この末端−末端の高濃度により、結合混合
溶液中の組換えλDNAのコンカタマーが形成される。
この結合混合溶液を、次いで、イン・ビトロ・パッケー
ジング法を用いてλ粒子内にパッケージングした[B.
ホーン等、プロシーディングス・オブ・ナショナル・ア
カデミー・オブ・サイエンス USA、第71巻、第2
372〜2376頁(1974)]。
【0068】lacの欠失をもつλ感受性大腸菌細胞に
これらの組換えファージ粒子を感染させ、β−ガラクト
シダーゼと反応して青いプラークを形成させる物質であ
るX−Gal(5−ブロム−4−クロロ−3−インドリ
ル−β−D−ガラクトピラノシド)を50μg/mlの
濃度で添加したTB(バクトトリプトン)培地に塗抹し
た。青いプラークを分離し、精製λDNAの制限酵素分
析によってlon−lacオペロン融合配列の存在を確
認した。
【0069】λNF1955は安定な溶原菌を形成しな
いし、サプレッサー菌内でのみ生育できるので、組換え
ファージ粒子を野生型λファージと交差させ、50μg
/mlのX−Galを含むTB培地にて37℃で非サプ
レッサー細胞を平板培養し、濁った青いプラークをスク
リーニングした。融合配列を含むファージは安定な溶原
菌を形成できるので、この方法で分離し、λシグマガン
マ101と名付けた。
【0070】大腸菌株SC122(htpR+ )とK1
65(htpR- )とをλシグマガンマ101で溶原化
させるためにmal+ で形質導入し、次いでX−Gal
を含む培地に塗抹した。λの追いうち感染に耐性のある
青いコロニーを分離した。
【0071】この方法で分離された2つの菌株を大腸菌
SC122由来のものにつき大腸菌SG943(htp
+ )と名付け、大腸菌K165由来のものを大腸菌S
G942(htpR- )と名付けた。
【0072】B.組織プラスミノーゲン活性因子を産生
するよう誘導したhtpR+ 細胞とhtpR- 細胞にお
けるlon遺伝子の発現 lon−lac 融合体をもつ菌株SG943及びSG9
42を、次いで組織プラスミノーゲン活性因子をコード
するDNA配列をもつプラスミドpTPA102(pT
PA102を含む大腸菌株は1984年8月27日にメ
リーランド州ロッケビル在のアメリカン・タイプ・カル
チャー・コレクションに寄託され、受託番号はATCC
39810である)で形質転換した。pTPA102
は、プラスミドpMC9に由来し[R.A.ヤング等、
「抗体プローブを用いた効果的な遺伝子の分離法」、プ
ロシーディングス・オブ・ナショナル・アカデミー・オ
ブ・サイエンス USA、第80巻、第1194〜11
98頁(1983)]、周知の操作技術を用いてtrc
プロモーター(trpからの−35領域とlacからの
−10領域)の制御下にTPA遺伝子を含むようにした
ものである。pTPA102を大腸菌株SG943及び
SG942の各々を形質転換するために用い、各菌株を
培養して2つに分けた。各々の菌株から分けた一方に、
trcプロモーターの誘導物質であるIPTG[イソプ
ロピルチオ−β−D−ガラクトピラノシド)を1mMの
濃度になるように加えた。もう一方は各々未誘導のまま
にしておいた。細胞を30℃で1時間保温した後、IP
TGを除去するためにろ過によって洗浄した。各々の分
取分で産生されたβ−ガラクトシダーゼのレベルを、オ
ルト−ニトロフェニルβ−D−ガラクトピラノシド(シ
グマ社)の分解をO.D.240で検出することによっ
て測定した[J.H.ミラー、「エクスペリメント・イ
ン・モレキュラー・ジェネティクス」、第431頁、コ
ールド スプリングハーバー プレス社(197
2)]。SG943株(htpR+ )は、30℃で経時
的にβ−ガラクトシダーゼ活性の増加を示したのに対
し、SG942株(htpR- )はβ−ガラクトシダー
ゼ活性の増加を示さなかった。
【0073】これらの結果により、プロテアーゼLaの
発現を制御するlonプロモーターはTPAタンパクを
コードするDNA配列で形質転換した宿主内でTPA生
産が誘導されることによって作動することが示される。
しかしながら、htpR変異株は、このような発現の増
加を示さない。
【0074】実施例4 30℃での組織プラスミノーゲン活性因子産生細胞中に
おけるいくつかのヒート・ショック・タンパクの誘導お
よびhtpR変異株におけるこの誘導の欠損 TPA遺伝子を含むpTPA102を、前述のように大
腸菌株SG943及びSG942に形質転換させ、各々
の細胞を等量で2分画した。各々の菌株から採取した一
方は、TPAを生産させるために、前述のように30℃
で1時間IPTGを添加することによって誘導した。も
う一方は、IPTGの添加なしに、すなわち未誘導のま
ま30℃で1時間保温した。次いで、細胞をろ過して洗
浄した後、35S−メチオニン(>400ci/mmo
l、ニューイングランド ヌクレア社)を2μci/m
lの濃度で含むMOPS培地に再懸濁し、5分間パルス
標識した。次いで、全細胞タンパクをTCA沈殿によっ
て細胞から抽出し、先ず、10%TCAで洗浄した後、
5%TCAで洗浄した。次いでエタノール/エーテルの
1:1溶液で洗浄した。タンパクを真空乾燥し、1×S
DSサンプル緩衝液に再懸濁し、7〜15%リニア・グ
ラジエント・ポリアクリルアミドゲルにかけて分析し
た。典型的なヒート・ショック応答を示すため、大腸菌
SG943及びSG942細胞(pTPA102で形質
転換されていないもの)を上記と同様に30℃と42℃
とにおいてパルス標識した。細胞を42℃で生育させる
場合は、細胞を30℃から42℃に移して、5分間生育
させてからパルス標識した。
【0075】未形質転換のhtp+ 細胞を30℃と4
2℃とで生育させた場合のオートラジオグラフを比較す
ると、42℃では多数のヒート・ショック・タンパクの
生産が見られた(しかしながら、30℃では見られなか
った)。30℃にてIPTGで誘導したTPAを含む
tp+ 細胞からのオートラジオグラフは、42℃に移
して生育させた(すなわち典型的なヒート・ショック応
答)htp+ 細胞のオートラジオグラフで観察される
ヒート・ショック・タンパクのいくつかと対応する4〜
5種のタンパクを示した。これらの4〜5種のタンパク
は、IPTGで誘導したTPAを含むhtp+ 細胞の
オートラジオグラフにも現れなかったし、また42℃に
移して生育させたhtp- 細胞のオートラジオグラフ
に現れたどのヒート・ショック・タンパクでもなかっ
た。このデータは、htp+ 細胞内でヒート・ショッ
クにより誘導されるタンパクの少なくとも数個が30℃
におけるTPAの産生によっても誘導されるが、これら
のタンパクの誘導はhtpR変異株ではおこらないこと
を示している。
【0076】実施例5 htpR変異株にクローン化した組織プラスミノーゲン
活性因子の増収 当業界で周知された技術により大腸菌の野生株MC10
61、lon変異株であるSG2041およびhtp
lon二重変異株であるSG935にプラスミドpT
PA102を形質転換させた。細胞をLB培地中でO.
D.が0.5になるまで生育させ、IPTGを1mMの
濃度になるように添加し、0.5〜1時間培養した。細
胞を遠心分離し、SDSサンプル緩衝液に再懸濁し、1
0分間煮沸した後、SDS−ポリアクリルアミドゲルで
電気泳動した。ゲルをニトロセルロース紙にブロットし
て、ゲルから紙へバンドに分かれたタンパクを移した。
次いで、紙をTPAに対するウサギ抗体(ヴォルフ−デ
ィーター・シュロイニンク博士の寄贈)で処理し、次い
で、さらにヤギのウサギ抗体で処理した(この2番目の
抗体は西洋ワサビのパーオキシダーゼで結合させてあ
る。バイオラッド社)。これらの抗体は、フィルター紙
のTPAタンパクのバンドがある部分に結合した。TP
Aバンドを検出するために、フィルター紙を、H2 2
にさらし、紙上のTPAバンドがある部分を変色させた
(ウェスタン・ブロット法参照)。この手法を用いて、
htplon二重変異株では野生株に比べて組織プ
ラスミノーゲン活性因子の収量が3〜5倍に増加したこ
とを示した。
【0077】実施例6 lon及びhtpR変異株におけるソマトメジンCの発
以下の実施例は、ヒトのホルモンであるソマトメジンC
(SMC)を、以下のようにSMCをコードする遺伝子
を有するプラスミドで形質転換したlon変異株、ht
R変異株及びlon htpR変異株の各宿主細胞に
おいて、42℃での蓄積を示すものである。たとえば、
pPLmuSMCori もしくはpPLmuSMC2(そ
れらはSMC遺伝子を有する)とpcI857 とを大腸菌
株HB101、SG931(野生株)、SG933(l
on- )、SG934(htpR- )及びSG936
(lon- 、htpR- )のそれぞれに導入した。これ
らの菌株をヒート・ショック応答を誘導させるために4
2℃で2時間保温し、各々の菌株からの大腸菌抽出物を
SDSポリアクリルアミドゲルにかけクマシーブルー染
色してSMCの蓄積を検出した。pPLmuSMCori
及びpcI857 を有する5種の菌株の放射性免疫分析に
より、上記の各々のSMCの産生比率は1:1:3:1
5:33であることが示された。従って、lon ht
R変異株は最も大量のSMCを蓄積し、2つの変異は
相乗効果があった。同様の効果が、pPLmuSMCを
有する菌でも観察された。その場合、SMCの比率は5
種のそれぞれの菌株について1:1:2.6:2.3:
4.1であった。ここでも、lon htpR変異株は
最も大量のSMCを蓄積し、2つの変異は相乗効果があ
った。
【0078】また、ゲルのオートラジオグラフィーによ
って検出されるパルス追跡についても研究した。細胞を
システイン以外のすべてのアミノ酸を添加したM9最小
培地で28℃にて一晩培養し、次いで同じ培地中で42
℃にて誘導した。培養中の細胞を[35S]−システイン
で30秒間標識し、次いで過剰の非標識システインを培
地に加えて追跡した。pPLmuSMC2をもつHB1
01株はpPLmuSMCori をもつHB101株に比
べてSMCに約4倍の[35S]−システインを取り込ん
だ。野生株であるHB101を宿主とした場合、SMC
の半減期は5分間もしくはそれ以下であり、SMCは6
0分後の追跡では殆ど検出されなかった。これに対し、
lon htpR変異株を宿主とした場合、半減期は6
0分間であった。
【0079】本明細書中に記載した工程によって調製さ
れた微生物はメリーランド州ロックビル在のアメリカン
・タイプ・カルチャー・コレクションに寄託された培養
物によって、例証される。
【0080】1984年5月5日に寄託された培養物
は、以下のように同定される。 培養物SG935: ATCC39,623 培養物SG936: ATCC39,624 1984年5月6日に寄託された培養物は、以下のよう
に同定される。 培養物SG927: ATCC39,627◎ 培養物SG928: ATCC39,628 本出願人はここまでに本発明のいくつかの実施例を示し
たが、本発明の基本的な構成は、本発明の方法及び組成
物を利用目的に応じて改変しうることが明らかである。
従って、本発明の範囲は、以上に実施例として示した特
定の実施例のみに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図1】htpR変異株から単離したプロテアーゼLa
の30℃と42℃とにおけるレベルを示す表である。
【図2】ピューロマイシンを取り込んだ種々の不完全大
腸菌ポリペプチドについての時間に対する分解パーセン
テージの比較グラフである。
【図3】アルギニンの代わりにカナバニンを含む種々の
大腸菌以上タンパクについての時間に対する分解パーセ
ンテージの比較グラフである。
───────────────────────────────────────────────────── 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 1/21 C12R 1:19) (C12N 15/57 C12R 1:19) (C12P 21/00 C12R 1:19) (72)発明者 ゴフ,スティーブン エイ アメリカ合衆国、マサチューセッツ 02114、ボストン、ナンバー2、ジョイ ストリート 65 (72)発明者 カッソン,ローレンス ピー アメリカ合衆国、マサチューセッツ 02143、ソマービル、ウィロー アベニュ ー 96

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 htpR遺伝子とlon遺伝子の両方の
    中に変異を有し、この結果タンパク、ポリペプチド、ま
    たは生成物の存在に応答しタンパク分解能を減少したも
    のとし、前記生成物はhtpRタンパク、ポリペプチ
    ド、または生成物でない生成物であることを特徴とする
    大腸菌宿主体。
  2. 【請求項2】 宿主体において、前記宿主体が、大腸菌
    株SG927(ATCC受託番号39,627)、大腸
    菌株SG928(ATCC受託番号39,628)、大
    腸菌株SG935(ATCC受託番号39,623)お
    よび大腸菌株SG936(ATCC受託番号39,62
    4)よりなる群から選択される請求項1記載の宿主体。
  3. 【請求項3】 htpR DNAを含まず、かつ組換え
    DNA分子中K発現制御配列に作用的に結合したタンパ
    ク、ポリペプチド、または生成物をコードするDNA配
    列を特徴とする前記組換えDNA分子により形質転換さ
    れた請求項1または2記載の宿主体。
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