JPH07102134B2 - Site-directed mutagenesis vector - Google Patents

Site-directed mutagenesis vector

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JPH07102134B2
JPH07102134B2 JP63080406A JP8040688A JPH07102134B2 JP H07102134 B2 JPH07102134 B2 JP H07102134B2 JP 63080406 A JP63080406 A JP 63080406A JP 8040688 A JP8040688 A JP 8040688A JP H07102134 B2 JPH07102134 B2 JP H07102134B2
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JP
Japan
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site
dna
vector
pkmn
pbsm13
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JP63080406A
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宜彦 前川
昌晴 野田
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Toyobo Co Ltd
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Toyobo Co Ltd
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Publication date
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/10Processes for the isolation, preparation or purification of DNA or RNA
    • C12N15/102Mutagenizing nucleic acids

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Description

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

(産業上の利用分野) 本発明は、遺伝子工学において使用される部位特異的変
異法(Site−Specific Mutagenesis)に有効なベクター
に関するものである。 (従来の技術) 近年、遺伝子工学手法による変異方法は、従来の遺伝学
的手法による変異法に比べ、変異株や変異遺伝子が正確
且つ高頻度に得られる為、重要な道具となってきてい
る。この遺伝子工学手法による変異は、あるDNA配列中
に目的とする変異を導入する手法であり、分子生物学、
蛋白工学研究等の研究にきわめて有効な手段の一つとな
ってきているものである。蛋白質の構造は、コーディン
グ領域のDNA配列を操作することにより、人為的に変更
できるため、自然界で見いだされる蛋白質、例えば酵素
の構造を変えることにより有効な特性をもつ酵素に改質
することが可能となってきている。その特性とは、蛋白
質の作用pH、安定性、耐熱性、Km値、プロテアーゼ耐性
等酵素の機能に関するものである。これらの特性を変化
させることで、設計目標にあった酵素に改質できる可能
性があり、その将来性が期待されている。 また、遺伝子発現には転写、あるいは翻訳、RNAのプロ
セッシングの過程を経て行われるが、DNAのレベルでそ
の塩基配列を逐次変化させることを検討すれば発現の程
度が変わる可能性があるため、生産性向上、発現機構の
研究に重要かつ欠くべからざる方法である。この他、部
位特異的変異法による手法は酵素やペプタイドの生理活
性物質の活性部位の検索、生理活性物質の分泌機構の解
明等、幅広く分子生物学、遺伝学に使用されている。 部位特異的変異の典型的な操作手順は、次の項目から成
り立っている。(第1図参照) (1) 変異させたいDNA断片を一本鎖DNAと二本鎖DNA
で存在できるベクターにクローニングする。 (2) 変異させる領域を1個所ミスマッチさせる塩基
部分以外を相補的に合成したオリゴヌクレオチドを環状
一本鎖リコンビナントDNAにハイブリダイズさせる。 (3) 次に相補一本鎖オリゴヌクレオチドをプライマ
ーとして、DNAポリメラーゼでフィリングイン、ライゲ
ーションで新合成鎖とオリゴヌクレオチドの5′端と連
結させる。 (4) 目的の変異点以外は、完全に相補的な2本鎖DN
AをE.coliに形質転換し複製させ、親DNAをもつファージ
クローンと変異DNAをもつファージクローンを成育させ
る。 このようにして二種のDNAに由来するファージが調整さ
れ、変異ファージクローンを分離して、これより変異DN
Aを作成する。この場合、各DNA由来ファージの生成する
確率は50%と理論的に計算される。しかし実際には変異
DNAは極めて低収率であるのが現状である。 (発明の解決しようとする課題) 従来の部位特異的変異法において、ベクターとしてファ
ージDNAすなわちM13ファージ由来のベクターが使用され
ているが、次に述べるような短所を持っており、この方
法が効率的に使用できないことが指摘されていた。即
ち、このベクターはファージ由来であるため大きなDNA
断片、例えば5Kb以上の長さのDNAは挿入されにくい欠点
をもっている。更にこのようなファージベクターはファ
ージ特有の複製過程で変異が起こり易い欠点が指摘され
ている。 (課題を解決するための手段) 本発明者らは、これらの欠点を改良したベクター、即
ち、(1)変異DNAが高い確率で採取される、(2)大
きなサイズのDNAの挿入が可能である。(3)複製中に
組換え体ベクターが変異を受けないなど、これらの長所
をもつベクターを製造することに成功し、本発明に達し
た。 すなわち本発明はアンピシリン耐性をコードする遺伝子
を含むプラスミド/ファージ融合ベクター(pBSM13+)
のアンピシリン耐性をコードする遺伝子領域のDde Iサ
イト(2715)からHpa IIサイト(2752)までに2つのア
ンバー変異コドンを含有することを特徴とする図5に示
される部位特異的変異用ベクター(pKMN+)およびアン
ピシリン耐性をコードする遺伝子を含むプラスミド/フ
ァージ融合ベクター(pBSM13−)のアンピシリン耐性を
コードする遺伝子領域のDde Iサイト(2715)からHpa I
Iサイト(2752)までに2つのアンバー変異コドンを含
有することを特徴とする図6に示される部位特異的変異
用ベクター(pKMN−)。である。 本発明では、市販されているpBSベクター(Stratagene
社製)の制限酵素Nar Iサイトに、M13DNAのRsa IからDr
a Iサイトまでの454のヌクレオチド断片を挿入し、合成
したベクターpBSM13+、およびpBSM13−(Stratagene社
製)を出発材料として用いた。このベクターはバクテリ
オファージM13(ATCC 15669−B1)由来のインタージェ
ニックリージョンを含んでおり、プラスミド/ファージ
融合ベクターである。 このベクターの特徴は、塩基配列数が少なく(3204b
p)、大きなサイズ(5Kb以上)の遺伝子が挿入できる利
点があり、且つM13ベクターでみられる短所、つまり複
製時に変異が生ずる不安定性は認められない特徴を有し
ている。このベクターを保持するE.coliにM13ヘルパー
ファージを感染させると一本鎖DNAが収率よく産生され
る。この方法で一本鎖DNAを採取できるのでヘルパーフ
ァージおよびオリゴヌクレオチドによる突然変異誘発に
よって、一本鎖変異DNAを産生できる。しかしこのベク
ターでは同時に産生される親一本鎖DNAから特異的に変
異DNAを識別することが容易でない欠点を有している。 本発明のベクターは、このベクターを改良することによ
り宿主で変異DNAをもつフアージクローンを特異的に選
別し、迅速に変異体を作製することができるベクターで
ある。 前述の通り、ファージベクターを使用する従来の部位特
異的変異では、アンバー変異を導入したベクター、即ち
作成したい変異を組入れたオリゴヌクレオチドをアニー
リングさせ酵素で、フィリングインおよびライゲーショ
ンさせたハイブリッドDNAを形質転換し、複製した時、
変異ファージクローンはSupE-株、SupE+株いずれでも複
製成育できるが、親ファージクローンはSupE+株のみで
複製成育できる仕組みのベクターが使用されている。こ
のベクターでは、前述したように、ファージベクターで
あり、大きなサイズのDNAが挿入できないこと、不安定
な複製を示す短所をもっている。 本発明の部位特異的変異用ベクターは、プラスミドにM1
3にファージのインタージェニックリージョンをもつプ
ラスミド/ファージ融合ベクターに、アンバー変異を導
入したものであり、プラスミド/ファージ融合ベクター
(pBSM13+、pBSM13−)でアンバー変異を導入する領域
として、アンピシリン耐性をコードする遺伝子に注目
し、その機能を損なうことなく、変異を導入したもので
ある。例えばアンピシリン耐性をコードする遺伝子領域
のDde Iサイト(2715)からHpa IIサイト(2752)まで
の37塩基に注目し、以下に示す方法でアンバー変異を導
入した。 このDNAフラグメント(Dde I−Hpa II)の塩基配列は下
記に示す。 この領域にアンバー変異を導入するため、次の塩基配列
をもつDNAフラグメントを合成した。 上記合成DNA断片の塩基配列に示すように、pBSM13ベク
ターのDde Iサイトから、Hpa IIサイトまでのDNAフラグ
メント中の二つのTTGコドンをCTAに変化させたものであ
る。これによりTTGでコードされていたアスパラギンか
らCTAに変えることによりストップコドンに変化させら
れている。これはSup(−)株ではアンバーコドンUAGに
対応してグルタミンを取り込ませるはたらきをもった特
別のtRNAをもっていないため、ペプチド鎖はそこで終わ
ってしまい、タンパク質の機能が失われて生産できず、
該株は生育できないのに対して、Sup(+)株では生育
できる特徴をもたせているものである。この仕組みによ
り変異ファージクローンと親ファージクローンが区別で
きるのである。つまり部位特異的変異体作成過程におい
て変異ファージクローンのDNAはプラスミド/ファージ
融合ベクター(pBSM13(+)、pBSM13(−)の(+)鎖
から由来するのでアンバー変異を含まないのに対して、
親ファージクローンのDNAはアンバー変異を含むことに
なる。これは親DNAをもつファージクローンがアンバーS
up宿主に感染し培養すれば、アンバー変異はレスキュー
されるが、Sup(−)株では成育できない。他方アンバ
ー変異を持たせない変異ファージクローンをSup(−)
株に感染、培養すれば成育できるので変異ファージクロ
ーンのみを特異的に選択できる。 本発明のベクターはT7RNAプロモター、T3RNAプロモター
がポリリンカーサイト(EcoR I、Sac I、Sma I、BamH
I、Xba I、Sal I、Hinc II、Acc I、Pst I、Sph I、Hin
d III)の両側に配置されている。この為部位特異的変
異を受けた遺伝子を直ちにT7RNAポリメラーゼT3RNAポリ
メラーゼによりRNAを合成翻訳させタンパクまで生成
し、変異による機能の変化を調べることができる利点が
ある。多くのポリリンカーサイトがあるので外来遺伝子
を挿入しやすい特徴をもっている。該ベクターをpKMN
(+)及びpKMN(−)と命名した。 次にpKMN(+)及びpKMN(−)の構築手順を示す。 (1) pBSM13(+)及びpBSM13(−)からのAat II
(3140)−Pst I(924)(989bp)の調整 まずpBSM13(+)、pBSM13(−)からM13のインタージ
ェニックリージョンを含む領域を調整するため制限酵素
Aat IIおよびPst Iでダブルダイジェスションを行い、
その消化物をアガロース電気泳動で989bpの長さのDNAフ
ラグメントを分離精製した。pBSM13(+)、およびpBSM
13(−)の制限酵素地図は第2図第,3図に示す。Ast II
(3140)−Pst I(924)(989bp)フラグメントの調整
のためダブルダイジェスションの反応条件は下記の通り
である。 上記混合物を温度37℃で2時間反応させた。 (2) pBSM13(+)からのAat II(3139)−Hpa II
(2752)(388bp)、Dde I(2714)−Bal I(2338)(3
77bp)、Bgl I(2337)−Pst I(925)(1413bp)の調
整 pBSM13(+)よりpKMN(+)、pKMN(−)ベクター構築
用の各DNAフラグメントを調整するため、それぞれの制
限酵素でダブルダイジェスションをおこない分解物をア
ガロース電気泳動し、アガロースより分離精製した。こ
の方法で第4図に示されるDNAフラグメントを調整し
た。 (3) Hpa II(2751)−Dde I(2715)フラグメント
の合成 pBSM13(+)、pBSM13(−)のHpa II(2751)−Dde I
(2715)領域にアンバー変異を付与するため、下記のDN
Aフラグメントを常法に従い合成した。 (4) 本発明のpKMN(+)、pKMN(−)の構築 上記過程で調整したフラグメントよりアンバー変異をも
つベクターpKMN(+)、pKMN(−)を構築するため、各
フラグメントの混合物をT4DNAリガーゼで16℃で一昼夜
ライゲーションした。 ライゲーション後、その反応液を市販のE.coliBMH71−1
8MUTS(Sup(+))にトランスフォームした。pKMN
(+)作成用反応液から3クローン、pKMN(−)作成用
反応液から2クローンを得た。このクローンから得たプ
ラスミドをE.coliMK30−3(Sup(−))に形質転換
し、クローンの生成をテストしたが、生成クローンは皆
無であり、この5種のベクターはアンバー変異をもって
いることが確認された。更にインタージェニックリージ
ョンの方向性を確認するため、各プラスミドを形質転換
株より調整した。調整したプラスミドを制限酵素Nae I
−Pvu I、BamH Iでダブルダイジェスションを行い、分
解物を電気泳動してフラグメントの長さを調べて方向性
を確かめると予期した結果であった。 作成したpKMN(+)およびpKMN(−)を第5図および第
6図に示す。 次に本発明の部位特異的変異用ベクターを用いて、生理
活性物質をコードする塩基配列に部位特異的変異を行な
った例を示す。 例1 ラット脳膜蛋白をコードする約6000bpのDNAの塩基配列
(以下γII−1Aと表す)の2つの塩基を変異させること
により、該蛋白の1315の位置にあるArgをGlnに、および
1319の位置にあるArgをGlnに変えることを試みた。この
ような変異に成功したかを判断するために、1つの塩基
を変異させて制限酵素Nsv Iで切断されるサイトを導入
した。 各工程を以下に示す。 (1) 外来遺伝子γII−1Aを挿入したpKMN(−)の調
整 γII−1Aを本発明のpKMN(−)のポリリンカーサイトに
常法により挿入して組換え体プラスミドpKMN(−)(γ
II−1A)を挿入した。この組換えプラスミドを大腸菌JM
101に形質転換し、組換え体プラスミドpKMN(−)(γI
I−1A)を保持したpKMN(−)(γII−1A)/JM101を調
整した (2) pKMN(−)(γII−1A)のssDNAの調整 pKMN(−)(γII−1A)/JM101を培地(バクトトリプト
ン:16g/1,酵母抽出物:10g/l、NaCl:15g/l,pH7.6)に植
菌し0.D.600=0.3まで成育した時、ヘルパーファージR4
08をmoi20に加え水平傾斜振とう培養(37℃、1hr)を行
った。これをもとに更に500mlフラスコで50mlの培地(2
xYT、アンピシリン100μg/ml、カナマイシン100μg/m
l、0.01%チアミン)で培養した。培養後、遠心分離し
上澄みにポリエチレングリコール6000を20%、NaClを2.
5Mになるように加えてファージを沈澱させた。遠心分
離、(8000rpm、15分)後、沈澱物を600μlのTE緩衝液
に加えて懸濁した。更にx10High Buffer70μl、DNase
とRNaseの混合物70μlを加えて、37℃、1時間、イン
キュベートした。 反応終了後、フェノール処理、クロロホルム処理を二度
繰り返してから、水層にNaClを加えて−20℃で放置し遠
心分離後、沈澱を集めた。沈澱物に300μlのTE緩衝液
を加えて溶解しssDNA(15μg)を溶解した。更にフェ
ノール処理、およびエタノール沈澱を行い、沈澱物を10
0μlの蒸留水に加えてssDNA溶液に調整した。 (3) γII−1Aを挿入したpBSM13(−)γII−1Aの調
整 pBSM13(−)およびγII−1Aから常法により調整したpB
SM13(−)γII−1A 15μgを制限酵素Nsi IおよびMlu
Iで切断した。更にアルカリフォスファクターゼ処理を
行った後、アクリルアミドゲル電気泳動を行った。電気
泳動後、ゲルから抽出し、直鎖DNAのNsi I−Mlu Iフラ
グメントpBSM13(−)(γII−1A)を調整した。 (4) 変異プライマーの調整 ラット脳膜蛋白をコードする遺伝子のアミノ酸、即ちAr
g(1315)→Gln、Arg(1319)→→Glnに変えるため、下
記のプライマーを作製した。同時に変異を制限酵素によ
り解析だけで選び出す目的で、Phe(1320)の第3コド
ンT→Cに変える為、下記のDNA配列のプライマー(下
の鎖)を作製した。この場合Phe(1320)はそのままで
他のアミノ酸に変化しない。 ・印をつけた箇所がミスマッチする塩基である。下の鎖
を鋳型にしてDNAが合成されると
(Field of industrial application) The present invention relates to a vector effective for a site-specific mutation method used in genetic engineering. (Prior art) In recent years, a mutation method by a genetic engineering method has become an important tool because a mutant strain and a mutant gene can be obtained more accurately and more frequently than a mutation method by a conventional genetic method. . The mutation by this genetic engineering method is a method of introducing a desired mutation into a certain DNA sequence, and molecular biology,
It has become one of the most effective means for research such as protein engineering research. The structure of a protein can be artificially altered by manipulating the DNA sequence of the coding region, so it is possible to modify a protein found in nature, for example, an enzyme with effective properties by changing the structure of the enzyme. Is becoming. The characteristics relate to the function of the enzyme such as pH of action of protein, stability, heat resistance, Km value, and protease resistance. By changing these properties, there is a possibility that the enzyme can be modified to meet the design goal, and its potential is expected. In addition, gene expression is carried out through the processes of transcription, translation, and RNA processing.However, if it is considered that the nucleotide sequence is changed sequentially at the DNA level, the degree of expression may change. This is an important and indispensable method for improving the sex and studying the expression mechanism. In addition, the site-directed mutagenesis method is widely used in molecular biology and genetics, such as searching for active sites of physiologically active substances such as enzymes and peptides and elucidating the secretory mechanism of physiologically active substances. A typical procedure for site-directed mutagenesis consists of the following items. (See Fig. 1) (1) The DNA fragments to be mutated are single-stranded DNA and double-stranded DNA.
Clone into a vector that can be present at. (2) Hybridize an oligonucleotide synthesized by complementary synthesis except for a base portion that causes a mismatch in one region to be mutated to a circular single-stranded recombinant DNA. (3) Next, using the complementary single-stranded oligonucleotide as a primer, filling-in is performed with DNA polymerase, and the newly synthesized strand is ligated to the 5'end of the oligonucleotide by ligation. (4) Completely complementary double-stranded DN except for the intended mutation point
A is transformed into E. coli and replicated to grow a phage clone having a parent DNA and a phage clone having a mutant DNA. In this way, the phages derived from the two types of DNA were adjusted, mutant phage clones were isolated, and
Create A. In this case, the probability that each DNA-derived phage is generated is theoretically calculated to be 50%. But in fact the mutation
At present, DNA has a very low yield. (Problems to be Solved by the Invention) In the conventional site-directed mutagenesis method, a phage DNA, that is, a vector derived from M13 phage is used as a vector, but it has the following disadvantages, and this method is efficient. It was pointed out that it cannot be used for a long time. That is, since this vector is derived from a phage, a large DNA
Fragments, for example DNAs of 5 Kb or more, have the drawback of being difficult to insert. Further, it has been pointed out that such a phage vector is apt to be mutated in the replication process peculiar to the phage. (Means for Solving the Problems) The present inventors have made possible a vector that has improved these drawbacks, that is, (1) a mutant DNA can be collected with high probability, and (2) a large-sized DNA can be inserted. is there. (3) The present invention has been achieved by succeeding in producing a vector having these advantages such that the recombinant vector is not mutated during replication. That is, the present invention is a plasmid / phage fusion vector (pBSM13 +) containing a gene encoding ampicillin resistance.
The site-directed mutagenesis vector (pKMN + shown in FIG. 5 containing two amber mutation codons from the Dde I site (2715) to the Hpa II site (2752) of the gene region encoding ampicillin resistance of Escherichia coli. ) And the gene region encoding ampicillin resistance of the plasmid / phage fusion vector (pBSM13-) containing the gene encoding ampicillin resistance from the Dde I site (2715) to Hpa I
A site-directed mutagenesis vector (pKMN-) shown in FIG. 6, which contains two amber mutation codons up to the I site (2752). Is. In the present invention, a commercially available pBS vector (Stratagene
(Manufactured by K.K.) at the Nar I site of the restriction enzyme
The 454 nucleotide fragments up to the a I site were inserted and the synthesized vectors pBSM13 + and pBSM13− (Stratagene) were used as starting materials. This vector contains an intergenic region derived from bacteriophage M13 (ATCC 15669-B1) and is a plasmid / phage fusion vector. This vector is characterized by a small number of nucleotide sequences (3204b
p), it has the advantage of being able to insert a gene of large size (5 Kb or more), and has the disadvantage of the M13 vector, that is, the instability of mutation during replication is not observed. When E. coli carrying this vector was infected with M13 helper phage, single-stranded DNA was produced in good yield. Since single-stranded DNA can be collected in this way, single-stranded mutant DNA can be produced by mutagenesis with helper phage and oligonucleotides. However, this vector has a drawback that it is not easy to specifically discriminate mutant DNA from parent single-stranded DNA produced simultaneously. The vector of the present invention is a vector capable of rapidly selecting a forage clone having a mutant DNA in a host by improving this vector and rapidly producing a mutant. As described above, in the conventional site-directed mutagenesis using a phage vector, an amber mutation-introduced vector, that is, an oligonucleotide incorporating a mutation to be created is annealed, and an enzyme is used to transform a hybrid DNA that is filled in and ligated. And when I duplicated it,
Mutant phage clones supE - strains, can replicate grow either supE + strain, parental phage clones vectors mechanism capable of replicating grow only in supE + strains have been used. As described above, this vector is a phage vector, and has the disadvantages that it cannot insert large-sized DNA and that it shows unstable replication. The site-directed mutagenesis vector of the present invention has a plasmid containing M1
An amber mutation is introduced into a plasmid / phage fusion vector having an intergenic region of phage 3 and it encodes ampicillin resistance as a region for introducing an amber mutation in the plasmid / phage fusion vector (pBSM13 +, pBSM13-). It focuses on genes and introduces mutations without impairing their function. For example, paying attention to 37 bases from the Dde I site (2715) to the Hpa II site (2752) of the gene region encoding ampicillin resistance, an amber mutation was introduced by the method described below. The nucleotide sequence of this DNA fragment (Dde I-Hpa II) is shown below. In order to introduce an amber mutation into this region, a DNA fragment having the following nucleotide sequence was synthesized. As shown in the nucleotide sequence of the synthetic DNA fragment, the two TTG codons in the DNA fragment from the Dde I site to the Hpa II site of the pBSM13 vector were changed to CTA. As a result, it is changed to a stop codon by changing from TTG-encoded asparagine to CTA. This is because the Sup (-) strain does not have a special tRNA that functions to take up glutamine corresponding to the amber codon UAG, so the peptide chain ends there, the protein function is lost and it cannot be produced,
While the strain cannot grow, the Sup (+) strain has the characteristic of being able to grow. By this mechanism, mutant phage clones and parental phage clones can be distinguished. In other words, in the process of creating a site-specific mutant, the DNA of the mutant phage clone does not contain an amber mutation because it is derived from the plasmid / phage fusion vector (pBSM13 (+), (+) chain of pBSM13 (-)).
The DNA of the parental phage clone will contain an amber mutation. This is an amber S phage clone with parental DNA.
Amber mutations are rescued by infection with up host and culturing, but growth by Sup (-) strain is not possible. On the other hand, a mutant phage clone that does not have an amber mutation is Sup
Only mutant phage clones can be specifically selected because they can grow by infecting and culturing the strain. The vector of the present invention has T7 RNA promoter and T3 RNA promoter as polylinker sites (EcoR I, Sac I, Sma I, BamH).
I, Xba I, Sal I, Hinc II, Acc I, Pst I, Sph I, Hin
It is located on both sides of d III). Therefore, there is an advantage that a gene that has undergone site-specific mutation can be immediately synthesized and translated by T7 RNA polymerase T3 RNA polymerase to produce a protein, and the change in function due to mutation can be investigated. Since it has many polylinker sites, it has a feature that foreign genes can be easily inserted. The vector is called pKMN
They were named (+) and pKMN (-). Next, the procedure for constructing pKMN (+) and pKMN (−) is shown. (1) Aat II from pBSM13 (+) and pBSM13 (-)
Preparation of (3140) -Pst I (924) (989bp) First, a restriction enzyme was prepared to prepare the region containing the transgenic region of pBSM13 (+) and pBSM13 (-) to M13.
Double digest with Aat II and Pst I,
The digestion product was subjected to agarose gel electrophoresis to separate and purify a DNA fragment having a length of 989 bp. pBSM13 (+), and pBSM
The restriction map of 13 (-) is shown in Figs. Ast II
The reaction conditions for double digestion for adjusting the (3140) -Pst I (924) (989 bp) fragment are as follows. The above mixture was reacted at a temperature of 37 ° C. for 2 hours. (2) Aat II (3139) -Hpa II from pBSM13 (+)
(2752) (388bp), Dde I (2714) -Bal I (2338) (3
77 bp), Bgl I (2337) -Pst I (925) (1413 bp) adjustment Each DNA fragment for constructing pKMN (+) and pKMN (-) vectors from pBSM13 (+) was adjusted with each restriction enzyme. Double digestion was performed and the decomposed product was subjected to agarose electrophoresis and separated and purified from agarose. The DNA fragment shown in FIG. 4 was prepared by this method. (3) Synthesis of Hpa II (2751) -Dde I (2715) fragment Hpa II (2751) -Dde I of pBSM13 (+) and pBSM13 (-)
In order to add an amber mutation to the (2715) region, the following DN
The A fragment was synthesized according to a conventional method. (4) Construction of pKMN (+) and pKMN (-) of the present invention In order to construct vectors pKMN (+) and pKMN (-) having an amber mutation from the fragments prepared in the above process, a mixture of each fragment was treated with T4 DNA ligase. It was ligated at 16 ° C for 24 hours. After ligation, the reaction solution was used as a commercially available E. coli BMH71-1.
Transformed into 8MUTS (Sup (+)). pKMN
Three clones were obtained from the reaction liquid for making (+), and two clones were obtained from the reaction liquid for making pKMN (-). The plasmid obtained from this clone was transformed into E. coli MK30-3 (Sup (-)), and the production of the clone was tested. However, none of the produced clones were found, and the five vectors had an amber mutation. confirmed. Furthermore, in order to confirm the orientation of the transgenic region, each plasmid was prepared from the transformant. Prepare the prepared plasmid with restriction enzyme Nae I
It was an expected result that the direction was confirmed by performing double digestion with Pvu I and BamH I, and electrophoresing the degradation product to check the length of the fragment. The prepared pKMN (+) and pKMN (−) are shown in FIGS. 5 and 6. Next, an example in which a site-specific mutation is carried out in a nucleotide sequence encoding a physiologically active substance using the site-specific mutation vector of the present invention is shown. Example 1 By mutating two bases of a nucleotide sequence of a DNA of about 6000 bp (hereinafter referred to as γII-1A) encoding a rat brain membrane protein, Arg at position 1315 of the protein was changed to Gln, and
I tried to change Arg at position 1319 to Gln. In order to determine whether such mutation was successful, one base was mutated to introduce a site cleaved by the restriction enzyme Nsv I. Each step is shown below. (1) Preparation of pKMN (−) Inserting Foreign Gene γII-1A γII-1A was inserted into the polylinker site of pKMN (−) of the present invention by a conventional method to give a recombinant plasmid pKMN (−) (γ
II-1A) was inserted. E. coli JM
The recombinant plasmid pKMN (-) (γI
(2) Preparation of ssDNA of pKMN (−) (γII-1A) pKMN (−) (γII-1A) / JM101 was conditioned on pKMN (−) (γII-1A) / JM101 (Bactotryptone: 16g / 1, yeast extract: 10g / l, NaCl: 15g / l, pH7.6) and helper phage R4 when grown to 0.D. 600 = 0.3
08 was added to moi20, and horizontal tilt shaking culture (37 ° C, 1 hr) was performed. Based on this, further add 50 ml of medium (2
xYT, ampicillin 100 μg / ml, kanamycin 100 μg / m
l, 0.01% thiamine). After culturing, centrifuge and add 20% polyethylene glycol 6000 and 2.
Phage was precipitated by adding 5 M to make it. After centrifugation (8000 rpm, 15 minutes), the precipitate was suspended in 600 μl of TE buffer. X10 High Buffer 70μl, DNase
70 μl of a mixture of RNase and RNase was added and incubated at 37 ° C. for 1 hour. After completion of the reaction, phenol treatment and chloroform treatment were repeated twice, NaCl was added to the aqueous layer, the mixture was left at -20 ° C and centrifuged, and the precipitate was collected. 300 μl of TE buffer was added to the precipitate to dissolve it, and ssDNA (15 μg) was dissolved. Phenol treatment and ethanol precipitation were performed to recover the precipitate.
An ssDNA solution was prepared by adding 0 μl of distilled water. (3) Preparation of pBSM13 (−) γII-1A with γII-1A inserted pBSM13 (−) and pB prepared from γII-1A by a conventional method
SM13 (−) γII-1A 15 μg was digested with restriction enzymes Nsi I and Mlu
I cut it. Further, after alkaline phosphatase treatment, acrylamide gel electrophoresis was performed. After electrophoresis, the DNA was extracted from the gel to prepare the NsiI-MluI fragment pBSM13 (−) (γII-1A) of linear DNA. (4) Preparation of mutation primer Amino acid of gene encoding rat brain membrane protein, that is, Ar
The following primers were prepared in order to change g (1315) → Gln and Arg (1319) →→ Gln. At the same time, in order to select the mutation from the third codon T → C of Phe (1320) for the purpose of selecting mutations only by analysis with a restriction enzyme, a primer (lower strand) having the following DNA sequence was prepared. In this case, Phe (1320) remains unchanged and does not change to another amino acid. ・ The marked sites are mismatched bases. When DNA is synthesized using the lower strand as a template

【 】の所が下記の配
列を有し、アンダーラインの所にNsp Vサイトが新しく
できることになる。 変異に使用する上記プライマー(オリゴマー56mer)を
下記方法でラベリングした。 プライマー(12pmol) 2 μl キナーゼ緩衝液 0.5μl (γ−32P)−ATP 0.5μlT4 ポリヌクレオチド キナーゼ 0.5μl 3.5μl 上記混合物を37℃で30(分間)反応させた。 10mM ATP(cold) 0.5μlT4 ポリヌクレオチド キナーゼ 0.5μl 1.0μl さらに上記混合物を加えて37℃で30分間反応させた。 (5) ギャップドデュプレックスDNAの構築 (A) dsDNAとssDNAのハイブリダイゼーション (3)で生成したdsDNA断片を含むベクター、即ちNsi I
−Mlu Iフラグメントを含むpBSM13(−)(γII−1A)
0.6μg及び(2)で作成したpKMN(−)(γII−1A)
のssDNA1.5μgを次のようにハイブリダイゼーションし
た。 上記混合物をつくり、100℃で3分間加熱後、65℃で更
に5−10分間インキューベートした。この後−20℃で凍
結した。試料(1)の反応液はNsi I−Mlu Iフラグメン
ト−pBSM13(−)(γII−1A)の二重鎖がなくなってお
り、Msi I−Mlu Iフラグメント−pBSM13(−)(γII−
1A)とpKMN(−)(γII−1A)のssDNAがハイブリダイ
ゼションしていることをアガロース電気泳動で確認し
た。 (B)変異プライマーのアニーリング (5)−(A)で作製したハイブリダイゼーション反応
液と(4)で作製したラベリングされた変異プライマー
を下記のようにアニーリングさせた。 ハイブリダイゼーション反応液 8 μl ラベルされた変異プライマー 1.5μlH2O 0.5μl 10.0μl 上記混合物を調整し、65℃で5分間加熱後、ゆっくり室
温まで下げてアニーリングさせた。 (C)ポリメリゼーションとライゲーション (5)−(B)で作製したプライマーアニーリングDNA
のポリメリーゼーションとフィリングーインを次のよう
に行った。 蒸留水 23μl x10フィリング緩衝液 4μl クレノー断片 1μlT4 DNAリガーゼ 2μl 40μl 上記混合物を室温で45分間反応させた後、0.5M EDTA(p
H8.0)1μlを加えて反応を止め、65℃10分間インキュ
ベートした。 x10フィリング緩衝液は次の組成を有する。 625mM KCl 275mM Tris−HCl(pH7.5) 150mM MgCl2 20mM DTT 0.5mM ATP 0.25mM of 4 dNTPs each 反応後、アガロース電気泳動をおこないフィリングされ
ていることを確認した。 (D)E.coli Supressor E+株への形質転換 フィリングインさせたDNA反応液30μl、x10クロラムフ
ェニコール20μl、水150μl、E.coli SupE+のコンピ
ーテントセルを混合し、寒天プレートに塗布し、一夜イ
ンキュベートしてコロニーを成育させ、合計38個のコロ
ニーの生成を観察した。 (E)コロニーからのDNA分離 38個のコロニーから12のクローンを採取してプラスミド
を抽出し、精製して100μlのDNA溶液とした。 (F)E.coli SupE-株への形質転換 (5)−(E)で調整した各クローンのDNAを下記の方
法でE.coli E-株であるMK30−3に形質転換した。 DNA 3μl クロラムフェニコール(x10) 50μlコンビーテントセル 53μl 106μl 上記混合液を寒天プレートに塗布させインキュベートし
たコロニーを成育させた。生育したコロニーの数は下記
の通りであった。 (G)DNAの分離と制限酵素Nsp Vによる変異の確認 各プレートよりコロニーを楊枝で釣り上げそれよりDNA
を抽出(PEG沈澱法)し、DNA溶液を調整した。調整した
DAN溶液5μlを制限酵素Nsv Iで切断し、消化液をアガ
ロース電気泳動をおこない制限酵素Nsp Vによる切断性
をしらべた。その結果12クローンの中で9クローンはNs
p Vで切断され、3クローンは切断されなかった。9ク
ローンのDNAは変異を受けていることを確認するためサ
ンガー法によりDNA配列決定を行い、Arg(1315)→Gl
n、Arg(1319)→Glnに変異を生じていることを確認し
た。 (発明の効果) 本発明の部位特異的変異用ベクターは変異DNAが高い確
率で採取され、大きなサイズのDNA挿入が可能となる。
複製中の組換え体ベクターが変異を受けないなどの利点
を有している。このような部分特異的変異用ベクターを
用いて、人為的に蛋白質の構造を変えることにより有効
な特性をもつ蛋白質に改質することができる。また塩基
配列を逐次変更させることにより、遺伝子発現の機構の
研究等を行なうことができ、その用途は多岐にわたるも
のである。
[] Has the following sequence, and a new Nsp V site is created at the underline. The above-mentioned primer (oligomer 56mer) used for mutation was labeled by the following method. Primer (12 pmol) 2 μl Kinase buffer 0.5 μl (γ- 32 P) -ATP 0.5 μl T4 polynucleotide kinase 0.5 μl 3.5 μl The above mixture was reacted at 37 ° C. for 30 minutes. 10 mM ATP (cold) 0.5 μl T4 polynucleotide kinase 0.5 μl 1.0 μl Further, the above mixture was added and reacted at 37 ° C. for 30 minutes. (5) Construction of Gapped Duplex DNA (A) Hybridization of dsDNA and ssDNA Vector containing the dsDNA fragment generated in (3), that is, Nsi I
PBSM13 (-) (γII-1A) containing -Mlu I fragment
0.6 μg and pKMN (−) (γII-1A) prepared with (2)
1.5 μg of ssDNA of was hybridized as follows. The above mixture was prepared and heated at 100 ° C. for 3 minutes and then incubated at 65 ° C. for another 5-10 minutes. After this, it was frozen at -20 ° C. The reaction solution of the sample (1) lacks the double strand of Nsi I-Mlu I fragment-pBSM13 (−) (γII-1A), and the reaction liquid of Msi I-Mlu I fragment-pBSM13 (−) (γII-
It was confirmed by agarose electrophoresis that the ssDNAs of 1A) and pKMN (−) (γII-1A) were hybridized. (B) Annealing of Mutant Primer The hybridization reaction solution prepared in (5)-(A) and the labeled mutant primer prepared in (4) were annealed as follows. Hybridization reaction solution 8 μl Labeled mutagenic primer 1.5 μl H 2 O 0.5 μl 10.0 μl The above mixture was prepared, heated at 65 ° C. for 5 minutes, and then slowly cooled to room temperature for annealing. (C) Polymerization and ligation (5)-(B) -prepared annealing DNA
The polymerization and filling-in were performed as follows. Distilled water 23 μl x10 Filling buffer 4 μl Klenow fragment 1 μl T4 DNA ligase 2 μl 40 μl After reacting the above mixture at room temperature for 45 minutes, 0.5M EDTA (p
The reaction was stopped by adding 1 μl of H8.0) and incubated at 65 ° C. for 10 minutes. The x10 filling buffer has the following composition. 625 mM KCl 275 mM Tris-HCl (pH 7.5) 150 mM MgCl 2 20 mM DTT 0.5 mM ATP 0.25 mM of 4 dNTPs After each reaction, agarose gel electrophoresis was performed and it was confirmed that filling was performed. (D) Transformation into E. coli Supressor E + strain 30 μl of filling-in DNA reaction solution, 20 μl of x10 chloramphenicol, 150 μl of water, E. coli SupE + competent cells were mixed and spread on an agar plate. Then, the mixture was incubated overnight to grow colonies, and the formation of a total of 38 colonies was observed. (E) Separation of DNA from colonies Twelve clones were collected from 38 colonies, and plasmids were extracted and purified to obtain 100 μl of DNA solution. (F) Transformation into E. coli SupE strain The DNA of each clone prepared in (5)-(E) was transformed into E. coli E strain MK30-3 by the following method. DNA 3 μl Chloramphenicol (x10) 50 μl Combitent cell 53 μl 106 μl The above mixture was applied to an agar plate to grow a colony. The number of grown colonies was as follows. (G) Separation of DNA and confirmation of mutation by restriction enzyme Nsp V Pick up colonies from each plate with a toothpick
Was extracted (PEG precipitation method) to prepare a DNA solution. It was adjusted
5 μl of the DAN solution was cleaved with the restriction enzyme Nsv I, and the digestion solution was subjected to agarose electrophoresis to examine the cleavage property with the restriction enzyme Nsp V. As a result, 9 clones out of 12 clones were Ns
It was cut with p V and 3 clones were not cut. The DNA of 9 clones was sequenced by the Sanger method to confirm that it was mutated, and Arg (1315) → Gl
It was confirmed that a mutation occurred in n, Arg (1319) → Gln. (Effects of the Invention) The site-directed mutagenesis vector of the present invention allows mutant DNA to be collected with a high probability and allows large-sized DNA insertion.
It has the advantage that the replicating recombinant vector is not mutated. By using such a vector for partial specific mutation, it is possible to artificially change the structure of the protein to modify it into a protein having effective properties. In addition, by sequentially changing the nucleotide sequence, it is possible to study the mechanism of gene expression and the like, and the uses thereof are diverse.

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

第1図は部位特異的変異法の典型的な操作手順を示す。 第2図はpBSM13(+)の制限酵素地図を示す。 第3図はpBSM13(−)の制限酵素地図を示す。 第4図はpBSM13(+)の3つのフラグメントを示す。 第5図は本発明のpKMN(+)の制限酵素地図を示す。 第6図は本発明のpKMN(−)の制限酵素地図を示す。 FIG. 1 shows a typical operation procedure of the site-directed mutagenesis method. FIG. 2 shows a restriction map of pBSM13 (+). Fig. 3 shows a restriction map of pBSM13 (-). FIG. 4 shows three fragments of pBSM13 (+). FIG. 5 shows a restriction enzyme map of pKMN (+) of the present invention. FIG. 6 shows a restriction enzyme map of pKMN (−) of the present invention.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】アンピシリン耐性をコードする遺伝子を含
むプラスミド/ファージ融合ベクター(pBSM13+)のア
ンピシリン耐性をコードする遺伝子領域のDde Iサイト
(2715)からHpa IIサイト(2752)までに2つのアンバ
ー変異コドンを含有することを特徴とする図5に示され
る部位特異的変異用ベクター(pKMN+)。
1. Two amber mutation codons from the Dde I site (2715) to the Hpa II site (2752) of the gene region encoding ampicillin resistance of a plasmid / phage fusion vector (pBSM13 +) containing a gene encoding ampicillin resistance. 5. The site-specific mutation vector (pKMN +) shown in FIG.
【請求項2】アンピシリン耐性をコードする遺伝子を含
むプラスミド/ファージ融合ベクター(pBSM13−)のア
ンピシリン耐性をコードする遺伝子領域のDde Iサイト
(2715)からHpa IIサイト(2752)までに2つのアンバ
ー変異コドンを含有することを特徴とする図6に示され
る部位特異的変異用ベクター(pKMN−)。
2. Two amber mutations from the Dde I site (2715) to the Hpa II site (2752) of the gene region encoding ampicillin resistance of a plasmid / phage fusion vector (pBSM13-) containing a gene encoding ampicillin resistance. A site-directed mutagenesis vector (pKMN-) shown in FIG. 6, which contains a codon.
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