JPH07145200A - Smc様ポリペプチド及びその産生方法 - Google Patents

Smc様ポリペプチド及びその産生方法

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JPH07145200A JP6117443A JP11744394A JPH07145200A JP H07145200 A JPH07145200 A JP H07145200A JP 6117443 A JP6117443 A JP 6117443A JP 11744394 A JP11744394 A JP 11744394A JP H07145200 A JPH07145200 A JP H07145200A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 組換DNA分子及び単細胞宿主を用いてSM
C様ポリペプチド及びその産生方法を得る。 【構成】 SMC様ポリペプチドは、発現のためにDN
A配列によりコードされたSMC様ポリペプチドにおい
て、前記DNA配列が、pLC24muSMC1〜pL
C24muSMC10のDNA挿入物から選択されるこ
とを特徴とし、その産生方法は、組換DNA分子により
形質転換された単細胞宿主を培養する工程を特徴とする
SMC様ポリペプチドの産生方法において、前記組換D
NA分子が、pLC24muSMC1〜pLC24mu
SMC10よりなる群から選択されることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、任意所望の蛋白もしく
はポリペプチドを産生するのに最適なDNA配列をこれ
らにより形質転換された単細胞宿主にて産生するDNA
配列の同定方法に関し、より詳細には、本発明は、ヒト
ソマトメジンC(「SMC」)を産生するのに最適な改
変DNA配列の同定に関し、さらに本発明は、これらD
NA配列を特徴とする組換DNA分子および単細胞宿主
を用いて原核および真核起源のヒトSMCおよびその産
生方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ソマトメジンC(「SMC」)はインシ
ュリン様の成長因子であって、下垂体から成長ホルモン
を分泌した後に組織成長を指令する重要な蛋白であると
思われる。
【0003】ヒトSMCのアミノ酸配列はE.リンダー
クネヒトおよびR.E.ハンブルにより報告された〔ジ
ャーナル・バイオロジカル・ケミストリー、第253
巻、第2769−2776頁(1978)〕。これは、
3個のジスルフィド結合によって架橋された70個のア
ミノ酸よりなる一本鎖ポリペプチドで構成される。計算
分子量は7649である。このSMCはプロインシュリ
ンに対し著しい類似性を示す。たとえば、SMCアミノ
酸1〜29はインシュリンB鎖に対し同族であり、かつ
SMCアミノ酸42〜62はインシュリンA鎖に同族で
ある。しかしながら、SMCにおける接続連鎖はプロイ
ンシュリンのCペプチドに対する類似性を示さず、また
SMCはプロインシュリンには見られないC−末端オク
タペプチドを有する。
【0004】SMCはインビトロにおいて多くの成長促
進作用を示し、たとえばDNA、RNA、蛋白およびプ
ロテオグリカンの合成を刺戟する作用を示す〔E.リン
ダークネヒトおよびR.E.ハンブル、プロシーディン
グ・ナショナル・アカデミー・サイエンスUSA、第7
3巻、第2365−2369頁(1976)〕;B.モ
レルおよびE.R.フロエシュ、ヨーロピアン・ジャー
ナル・クリニカル・インベスティゲーション、第3巻、
第119−123頁(1973);E.R.フロエシュ
等、Adv.Mental.Disord、第8巻、第
211−235頁(1975);A.E.チングおよび
E.R.フロエシュ、ダイアベトロジア、第9巻、第4
72−476頁(1973);E.R.フロエシュ等、
プロシーディング・ナショナル・アカデミー・サイエン
スUSA、第73巻、第2904−2908頁(197
6)〕。さらに、これはオルニチンデカルボキシラーゼ
および細胞増殖をも刺戟する〔B.モレルおよびE.
R.フロエシュ、上記;G.K.ハーゼルバッハーおよ
びR.E.ハンブル、ジャーナル・セルラー・フィジオ
ロジー、第88巻、第239−246頁(197
6)〕。インビボにおいて、SMCは下垂体切除により
成長ホルモンを欠如させたラットにおける成長を刺戟す
る〔E.シェンル等、ネーチャー、第296巻、第25
2−253頁(1982)〕。
【0005】成長ホルモンと同様に、SMCはある程度
動物種類に特異性である。しかしながら、ある種の動物
からのSMCは、進化論的尺度において低位の他の動物
種類でも生物学上活性である。たとえば、ヒトSMCは
牛、豚およびニワトリにおける成長促進に有用であると
思われる。実験動物において、SMCは天然ヒト成長ホ
ルモンと同様な成長刺戟作用を示した。しかしながら、
SMCは成長反応の中枢媒体であるためヒト成長ホルモ
ンよりも有利であると思われる。したがって、成長ホル
モンよりも一層直接的な成長調節剤となる。
【0006】たとえば、矮小発育症および筋肉アトロピ
ー等のある種の成長障害を処置するSMCの用途の他
に、SMCはさらにたとえば外傷および骨折の治癒に関
連するような特定領域における組織成長を刺戟するにも
有用である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらSMC
は、ヒト血液からの精製により極く微量しか入手し得な
いため、組織成長刺戟剤としてのその臨床的能力を果し
ていない。したがって、産業上および臨床上有用な量の
SMCにおけるこの欠乏を解消するため、他の方法が要
求される。
【0008】この種の1つの方策は、SMCをコードす
るDNA配列で形質転換された宿主においてSMCを産
生させるための組織DNA技術の使用である。しかしな
がら、この方策は多量のSMCを製造するには有用でな
いことが判明している。なぜなら、各種のイー・コリ宿
主におけるSMCの発現収率が極めて低く、経済上また
は産業上有用な量のSMCを提供し得ないからである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、SMCあるい
はその他任意所望の真核もしくは原核蛋白もしくはポリ
ペプチドを産生するのに最適なDNA配列を、これらD
NA配列により形質転換された宿主において産生を行う
ために同定する方法を提供することにより上記問題を解
決する。この方法により選択される改変DNA配列はこ
れら蛋白、特に本発明の好適な実施例においてはSMC
の発現をコードし、かつこれらを各種の宿主において効
率的に高レベルで産生することを可能にする。したがっ
て、本発明によれば、臨床上有用な量でSMCの成長刺
戟性および媒介活性を示すポリペプチドを初めて得るこ
とが可能になる。
【0010】以下の開示から明らかとなるように、本発
明の好適具体例において、本発明の新規なDNA配列お
よび組換DNA分子は適当な宿主において多量のSMC
およびSMC様ポリペプチドの産生を指令することがで
きる。かくして、これらのポリペプチドはヒト並びに
牛、豚およびニワトリにおける広範囲な種類の成長刺戟
および媒介活性において有用となる。
【0011】したがって、本発明の基本的一面は、SM
Cあるいはその他任意所望の真核もしくは原核蛋白もし
くはポリペプチドを産生するのに最適なDNA配列の同
定方法を設計することにあることが了解されよう。本発
明の第二の基本的面はこれら蛋白、特にSMCおよびS
MC様ポリペプチドを向上した収率で産生しうる各種の
新規なDNA配列、組換DNA分子および宿主に関する
ものである。
【0012】要約して、所望の真核もしくは原核蛋白も
しくはポリペプチドをコード化するDNA配列により形
質転換された宿主において、これら所望の蛋白もしくは
ポリペプチドの産生を向上させる本発明の方法は、前記
DNA配列が容易に分析しうる蛋白もしくはポリペプチ
ドのN−末端部分をコード化するDNA配列を、所望の
真核もしくは原核蛋白もしくはポリペプチドのN−末端
部分をコード化するDNA配列の縮重シリーズで置換
し;得られたシリーズの所望発現制御配列に作用結合し
たハイブリッドDNA配列を適当な宿主で発現させ;容
易に分析しうる蛋白もしくはポリペプチドの最適な産生
を可能にする特定ハイブリッドDNA配列を選択し;か
つ所望のポリペプチドもしくは蛋白のN−末端部分をコ
ードするこれら選択されたハイブリッドDNA配列を所
望ポリペプチドもしくは蛋白の発現において使用する諸
工程からなっている。有利には、この方法は、所望の蛋
白もしくはポリペプチドの最適産生を可能にする。本発
明は、特に発現のためにDNA配列によりコードされた
SMC様ポリペプチドにおいて、前記DNA配列が、p
LC24muSMC1〜pLC24muSMC10のD
NA挿入物から選択されることを特徴とする。
【0013】ここに記載する本発明を充分理解しうるよ
う、以下詳細に説明する。
【0014】説明において次の用語を使用する。
【0015】ヌクレオチド:糖成分(ペントース)と燐
酸と含窒素複素環塩基とよりなるDNAもしくはRNA
の単量体単位である。塩基はグリコシド炭素(ペントー
スの1′の炭素)を介して糖成分に結合される。塩基と
糖とのこの組合せをヌクレオシドと呼ぶ。各ヌクレオチ
ドはその塩基を特徴とする。4種のDNA塩基はアデニ
ン(「A」)、グアニン(「G」)、シトシン
(「C」)およびチミン(「T」)である。4種のRN
A塩基はA、G、Cおよびウラシル(「U」)である。
【0016】DNA配列:隣接するペントースの3′炭
素と5′炭素との間でホスホジエステル結合により互い
に連結されたヌクレオチドの線状列である。
【0017】コドン:3個のヌクレオチド(トリプレッ
ト)のDNA配列であって、mRNAを介しアミノ酸、
翻訳開始信号または翻訳停止信号をコードする。
【0018】遺伝子:雛型またはメッセンジャーRNA
(「mRNA」)を介し、特定ポリペプチドに特徴的な
アミノ酸の配列をコードするDNA配列である。
【0019】転写:遺伝子からmRNAを生成する過
程。
【0020】翻訳:mRNAからポリペプチドを生成す
る過程。
【0021】発現:ポリペプチドを産生するためにDN
A配列もしくは遺伝子により行われる過程。これは転写
と翻訳との組合せである。
【0022】プラスミド:プラスミドが宿主細胞で複製
されるような完全「レプリコン」からなる非染色体二重
鎖DNA配列である。プラスミドが単細胞生物内に挿入
されると、この生物の特性がこのプラスミドのDNAの
結果として変化しあるいは形質転換しうる。たとえばテ
トラサイクリン耐性(Tet R)に関する遺伝子を有す
るプラスミドは、テトラサイクリンに対し感受性であっ
た細胞をテトラサイクリンに対し耐性である細胞に形質
転換する。プラスミドにより形質転換された細胞を「形
質転換体」と呼ぶ。
【0023】ファージもしくはバクテリオファージ:そ
の多くが蛋白エンベロプもしくはコート蛋白(「カプシ
ド」)にカプセル化されたDNA配列よりなる細菌性ウ
イルスである。
【0024】クローン化ベヒクル:宿主細胞で複製しう
るプラスミド、ファージDNAもしくはその他のDNA
配列であって、この種のDNA配列がDNAの本質的な
生物学機能、例えば複製、コート蛋白の産生などの損失
を伴なわずにあるいはプロモータもしくは結合部位の損
失を伴なわずに決定可能に切断されうる1個もしくは少
数のエンドヌクレアーゼ認識部位を特徴とし、さらに形
質転換細胞の同定に使用するのに適した標識、たとえば
テトラサイクリン耐性もしくはアンピシリン耐性を有す
る。クローン化ベヒクルはしばしばベクターと呼ばれ
る。
【0025】クローン化:無性繁殖により1種の生物も
しくはDNA配列から誘導される、これら生物もしくは
DNA配列の集団を得る過程である。
【0026】組換DNA分子、すなわちハイブリッドD
NA:互いに末端結合されかつある種の宿主細胞に感染
してそこに維持される能力を有する種々異なるゲノムか
らのDNA断片よりなる分子である。
【0027】発現制御配列:遺伝子の発現を、これら遺
伝子に作用結合された際に制御しかつ調整するヌクレオ
チドの配列である。これらはlac系、trp系、ta
系、trc系、ファージλの主オペレータおよびプロ
モータ領域、fdコート蛋白の制御領域、SV40の早
期および後期プロモータ、ポリオーマ、アデノウイルス
および猿ウイルスから誘導されるプロモータ、3−ホス
ホグリセレートキナーゼまたはその他の糖分解酵素のプ
ロモータ、酵母酸ホスファターゼのプロモータ、たとえ
ばPho5、酵母α−接合因子のプロモータ、ならびに
原核もしくは真核細胞およびそのウイルスの遺伝子の発
現を制御することが知られたその他の配列、あるいはそ
の組合せを包含する。
【0028】SMC:ソマトメジンC。
【0029】SMC様ポリペプチド:SMCの成長刺戟
もしくは媒体活性を示すポリペプチドである。たとえば
SMC様ポリペプチドは成熟SMCの第1グリシンに融
合したN−末端メチオニンまたはその他のペプチドを含
むことができる。さらに、これはアミノ酸位置59にメ
チオニンの代りにスレオニンを含むこともできる。さら
に、SMC様ポリペプチドは、成熟SMCのアミノ酸配
列に対しその他各種の置換、付加または欠失を含むこと
もできる。
【0030】本発明の幾つかの局面を有する。第1に、
本発明は任意の真核もしくは原核蛋白もしくはポリペプ
チドの発現をコードするDNA配列で形質転換された宿
主細胞において、これら蛋白もしくはポリペプチドを産
生される改良方法に関する。さらに本発明は、これらD
NA配列により形質転換された宿主細胞において任意の
真核もしくは原核蛋白もしくはポリペプチドの最適産生
を可能にするDNA配列の選択方法にも関する。さらに
本発明は、前記方法により選択されるDNA配列および
これらによりコードされる蛋白およびポリペプチドの産
生におけるその使用に関する。最後に1つの好適例にお
いて、本発明はSMC様ポリペプチドをコードするDN
A配列、ならびにこれらDNA配列を選択しかつこれら
により形質転換された宿主にてSMCの産生を最適化す
る際に使用する方法に関するものである。
【0031】本発明のハイブリッドDNA配列および所
望の真核もしくは原核蛋白もしくはポリペプチドの最適
産生を可能にする選択DNA配列の両者を発現させる
際、広範な種類の宿主/発現ベクター組合せを用いるこ
とができる。たとえば、有用な発現ベクターは染色体、
非染色体および合成DNA配列の断片、たとえばSV4
0の各種公知の誘導体および公知の細菌性プラスミド、
たとえばColE1、pCR1、pBR322、pMB
9およびその誘導体を含むイー・コリからのプラスミ
ド、広範な宿主範囲のプラスミド、たとえばRP4、フ
ァージDNA、たとえばファージλの多数の誘導体、た
とえばNM989およびその他のDNAファージ、たと
えばM13ならびにフィラメント状一本鎖DNAファー
ジ、酵母に有用なベクター、たとえば2μプラスミド、
真核細胞および動物細胞に有用なベクター、たとえばS
V40から誘導されたDNA配列を含むもの、ならびに
プラスミドとファージDNAとの組合せから誘導される
ベクター、たとえばファージDNAもしくはその他の誘
導体を使用すべく改変されたプラスミドで構成すること
ができる。
【0032】この種の有用な発現ベクターには、真核宿
主(たとえば動物およびヒト細胞)においてクローン化
DNA配列の発現を可能にするベクター〔たとえばP.
J.サンザーンおよびP.ベルク、ジャーナル・モレキ
ュラー・アプライド・ジェネティックス、第1巻、第3
27−341頁(1982)〕;S.サブラマニ等、モ
レキュラ・セルラー・バイオロジー、第1巻、第854
−864頁(1981);R.J.カウフマンおよび
P.A.シャープ、「モジュール・ジヒドロホレート・
レダクターゼ相補性DNA遺伝子を組込んだ配列の増殖
および発現」、ジャーナル・モレキュラー・バイオロジ
ー、第2(11)巻、第1304−1319頁(198
2);R.J.カウフマンおよびP.A.シャープ、モ
レキュラー・セルラー・バイオロジー、第159巻、第
601−664頁(1982);S.I.スカヒル等、
「支那ハムスター卵細胞におけるヒト免疫インタフェロ
ンDNA遺伝子の産生物の発現および特性化」、プロシ
ーディング・ナショナル・アカデミー・サイエンスUS
A、第80巻、第4654−4659頁(1983);
G.ウルラウブおよびL.A.ケーシン、プロシーディ
ング・ナショナル・アカデミー・サイエンスUSA、第
77巻、第4216−4220頁(1980)〕があ
る。
【0033】さらに、この種の発現ベクターは、特定の
DNA配列に作用結合されてクローン化DNA配列の発
現を制御しかつ調整する少なくとも一種の発現制御配列
を特徴とする。有用な発現制御配列の例はlac系、
rp系、tac系、trc系、ファージλの主オペレー
タおよびプロモータ領域、fdコート蛋白の制御領域、
酵母の糖分解プロモータ、たとえば3−ホスホグリセレ
ートキナーゼのプロモータ、酵母酸ホスファターゼのプ
ロモータ、たとえばPho5、酵母α−接合因子のプロ
モータ、ならびにポリオーマ、アデノウイルスおよび猿
ウイルスから誘導されるプロモータ、たとえばSV40
の早期および後期プロモータ、ならびに原核もしくは真
核細胞の遺伝子およびそれらのウイルスの発現を制御す
ることが知られたその他の配列、あるいはその組合せで
ある。
【0034】有用な発現宿主は周知の真核および原核宿
主、たとえばイー・コリHB101、イー・コリX17
76、イー・コリX2282、イー・コリDHI(λ)
およびイー・コリMRC1のようなイー・コリ、シュー
ドモナス、バチルス(たとえばバチルス・ズブチリ
ス)、ストレプトミセス、酵母およびその他の真菌類の
菌株、動物細胞、たとえばCOS細胞およびCHO細
胞、ならびに組織培養におけるヒト細胞および植物細胞
を包含する。
【0035】勿論、必ずしも全ての宿主/発現ベクター
組合せが同等な効率をもって本発明におけるDNA配列
の発現あるいは本発明のポリペプチドの産生に機能する
とは限らない、しかしながら、宿主/発現ベクター組合
せの特定の選択は、以下説明する原理を考慮して、本発
明の範囲を逸脱することなく当業者により行うことがで
きる。たとえば、この選択は多数の因子のバランスに基
づいている。たとえば、これらは宿主およびベクターの
適合性、DNA配列によりコードされた蛋白の宿主に対
する毒性、所望蛋白の回収容易性、DNA配列の発現特
性、ならびにこれらに作用結合された発現制御配列、生
物安全性、コストおよび所望蛋白の重なり、形態あるい
はその他の任意の必要とする発現後の改変を包含する。
【0036】さらに、各特定発現ベクターには、本発明
のDNA配列を挿入するため各種の部位を選択すること
ができる。これらの部位は、一般にこれらを切断する制
限エンドヌクレアーゼにより命名され、当業者に充分認
識されている。勿論、本発明に有用な発現ベクターは、
選択DNA断片を挿入するための制限エンドヌクレアー
ゼ部位を有する必要がないことを了解すべきである。む
しろ、このベクターは他の手段によって断片に結合させ
うる。発現ベクター、特に選択DNA断片を挿入して、
ここで発現制御配列に作用結合させるための選択部位は
各種の因子、たとえば特定制限酵素に感受性の部位の個
数、発現すべき蛋白の大きさ、宿主細胞酵素による蛋白
分解に対する所望蛋白の感受性、宿主細胞により発現さ
れて精製の際に除去するのが困難な蛋白の汚染もしくは
結合、発現特性、たとえばベクター配列に対する開始コ
ドンおよび停止コドンの位置、ならびに当業者に認識さ
れたその他の因子により決定される。DNA配列のため
のベクターおよび挿入部位の選択はこれら因子のバラン
スによって決定され、必ずしも全ての選択が所定の場合
に同等に有効であるとは限らない。
【0037】さらに、容易に分析しうる蛋白もしくはポ
リペプチドをコードする各種DNA配列も、本発明に使
用することができる。たとえば、本発明の好適具体例に
おいてはβ−ガラクトシダーゼを使用する。なぜなら、
この蛋白の産生は周知の比色プレート分析を用いて容易
に監視しうるからである。さらに、たとえばガラクトキ
ナーゼもしくは薬品耐性の遺伝子、たとえばアンピシリ
ン耐性などを用いることもできる。
【0038】最後に、本発明の方法ならびにこれにより
選択されかつ使用されるDNA配列は、任意の原核もし
くは真核蛋白もしくはポリペプチドに適用することがで
きる。これらのうちには、ヒトおよび動物リンホキン、
たとえばインタフェロン、インタロイキンおよびTN
F、ヒトおよび動物ホルモン、たとえば成長ホルモンお
よびインシュリン、ヒトおよび動物血液ファクタ、たと
えばファクタVIIIおよびtPA、酵素、抗原ならび
に興味あるその他の蛋白およびポリペプチドがある。こ
こに説明する一好適具体例においては、本発明の方法を
用いてSMC様ポリペプチドの産生を最適化させた。
【0039】
【実施例】本発明を一層充分に理解しうるよう、以下実
施例につき説明する。これらの実施例は例示の目的であ
って、決して本発明をこれら特定実施例に限定すると解
釈すべきでないことを了解すべきである。
【0040】SMC様ポリペプチドをコードするDNA
配列を持った組換DNA分子の作成 次に図1を参照すれば、ここには組換DNA分子(pL
c24muSMCori)の製造方法の一具体例が概要
として示されており、これはmuから誘導されたDNA
配列に融合しかつmuからのシャイン・ダルガルノ配列
を有するヒトf−Met−SMCをコードするDNA配
列を有し、この組合せDNA配列はバクテリオファージ
λから誘導されたP Lプロモータに作用結合されている
ことを特徴とする。
【0041】pLc24muSMCoriを作成するた
め、先ず報告されているヒトSMCのアミノ酸配列〔リ
ンダークネヒトおよびハンブル、上記;D.G.クラッ
パー等、Endocrinal、第112巻、第221
5−2217頁(1983)〕を用いて14種のオリゴ
デオキシヌクレオチドを合成した。(図1および図2の
配列1−11、X、YおよびZ参照)。合成には固相の
ホスホトリエステル法を用いた〔H.イトー等、ヌクレ
イック・アッシド・リサーチ、第10巻、第1755−
1769頁(1982)〕。粗製オリゴマを除蛋白した
後、これらをセファデックスG−50でのゲル濾過によ
って脱塩し、かつ尿素を含有する変性ポリアクリルアミ
ド調製用スラブゲルでの電気泳動によって精製した
〔T.マニアチス等、バイオケミストリー、第14巻、
第3787−3794頁(1975)〕。UV分析によ
ってバンドの位置決定を行い、かつ電気溶出によってゲ
ルスライス物からオリゴデオキシヌクレオチドを単離し
た。次いで、ゲル精製したオリゴデオキシヌクレオチド
をT 4ポリヌクレオチドキナーゼによって燐酸化し、か
つ15%ポリアクリルアミド/7M尿素ゲルにて再精製
し、電気溶出でDNAを回収した〔T.マニアチス等、
モレキュラー・クローニング、コールド・スプリング・
ハーバー・ラボラトリー(1982)〕。これら14種
のオリゴデオキシヌクレオチドは、寸法において13塩
基から37塩基まで変化した。
【0042】これらの合成において、イー・コリの高度
発現した遺伝子におけるコドンの使用〔R.グランタム
等、ヌクレイック・アシッド・リサーチ、第8巻、第1
983−1992頁(1980)〕およびイー・コリt
RNA発生〔T.イケムラ、ジャーナル・モレキュラー
・バイオロジー、第151巻、第389−409頁(1
981)〕を考慮した。さらに、各種の便利なエンドヌ
クレアーゼ認識部位を、これらオリゴヌクレオチド配列
に沿った種々の位置に含ませた。
【0043】次いで、配列1−4ならびにX、Yおよび
Zと配列5−11とを結合させ、かつこれらをケレノ−
ポリメラーゼで延長化させて2種の複合DNA配列、す
なわち断片Aとしての98塩基対の平滑末端断片(「S
MC A」)および断片Bとしての138塩基対の平滑
末端断片(「SMC B」)を形成させた〔J.R.ロ
ッシ等、ジャーナル・バイオロジカル・ケミストリー、
第257巻、第9226−9229頁(1982)〕
(図1および図2参照)。断片AはSMCのN−末端を
コードし、かつ断片BはSMCの残部をコードする(図
2)。
【0044】配列1−4、X、YおよびZのそれぞれ2
00pモルを20μlの再融合用緩衝液(50mMトリ
ス−HCl(pH7.6)、10mM MgCl 2)中
にて95℃まで加熱することにより断片SMC Aを作
成し、次いでこの混合物を4℃まで徐々に冷却した。ジ
チオスレイトールとATPとT4DNAリガーゼとを最
終濃度5mM、70μMおよび20μ/mlまでそれぞ
れ添加し、次いでこの反応混合物を4℃にて10時間培
養した。エタノール沈澱の後、この混合物を8%ポリア
クリルアミド/7M尿素ゲルに加え、かつ77−および
78−塩基対のストランドを溶出させた。次いで、各ス
トランド25pモルを5μlの再融合用緩衝液中にて組
合せ、反応混合物を95℃まで加熱し、次いで15℃ま
で徐々に冷却した。次いで、ジチオスレイトールとdN
TPとDNAポリメラーゼのクレノー断片とをそれぞれ
5mM、250μMおよび2単位の濃度まで添加し、次
いで混合物を室温にて30分間静置した。上記のように
反応生成物を精製し、かつ7pモルの98塩基対SMC
Aを単離した。配列5−11のそれぞれ200pモル
を用いてほぼ同様な方法で、20pモルの138塩基対
SMC Bを作成した。
【0045】次いで、これらの断片のそれぞれを、Ba
HI(断片Aにつき)ならびにBamHIおよびHi
nd III(断片Bにつき)で2μgのRF DNAを制
限することにより作成された平滑末端M13mp8ベク
ターに挿入し、交差末端を4種のデオキシヌクレオシド
トリホスフェート(dNTP)の存在下に1単位のイー
・コリDNAポリメラーゼ(クレノー断片)により修復
し、エタノールで沈澱させ、かつ牛腸内ホスファターゼ
(10mMトリス−HCl(pH9.2)および0.2
mM EDTAにおける20単位)によって30分間に
わたり5′−脱燐酸した〔J.メッシング、メソッズ・
イン・エンチモロジー、第101巻、第20−78頁
(1983)〕。結合させるため20ngの線状化した
ベクターと0.1pモルのDNA断片とを10μlの結
合用緩衝液および40単位のT4DNAポリメラーゼに
おいて15℃にて24時間用いた(図1)。
【0046】断片Aを平滑末端のM13mp8ベクター
に結合させて、SMC断片の末端にBamHI部位を再
生成し、かつさらにNcoI部位(GGATCCATG
G)が生成した組換ファージを得た(mp8SMC
A)(図1)。断片Bを二重平滑末端M13mp8ベク
ターに結合させて、SMC断片の末端にBamHIおよ
Hind III部位を再生成した組換ファージ(mp8
SMC B)を得た(図1)。
【0047】次いで、これら組換ファージのそれぞれに
よりイー・コリJM101〔J.メッシングおよびJ.
ビエイラ、ジィーン、第19巻、第269−276頁
(1982)〕を形質転換させ、そして形質転換宿主を
5−ブロモ−4−クロル−3−インドリル−β−ガラク
トピラノシド(X−GAL)を含有するL−ブロスプレ
ートに塗抹した。次いで、mp8SMC Aおよびmp
8SMC Bで形質転換されたイー・コリJM101の
24個の白色プラークからファージDNAを精製し、ジ
デオキシ−連鎖末端によりDNAを配列決定した〔A.
J.H.スミス、メソッズ・イン・エンチモロジー、第
65巻、第560−580頁(1980)〕。次いで、
mp8SMC Aおよびmp8SMC Bから細胞内R
F DNAを作成し、前者をNcoI/BamHIで、
後者をBamHI/Hind IIIでそれぞれ切断し、か
つゲル電気泳動によってSMC関連断片を単離した(図
1)。
【0048】次いで、2種の断片(SMC AおよびS
MC B)をバクテリオファージmu(B.アレット氏
の寄贈物)のner遺伝子からの67塩基対断片と混合
した〔G.クレー等、ジィーン、第32巻、出版中〕。
この断片はヌクレオチド1043−96で構成され
〔H.プリース等、モレキュラー・ゼネラル・ジェネテ
ィックス、第186巻、第315−321頁(198
2)、図4〕。その前にはEcoRIエンドヌクレアー
ゼ制限部位が存在し、かつ後にはNcoI部位(CCA
TGG)が存在し、NcoI部位の内部ATGは翻訳開
始コドンを形成する。さらに、この断片はほぼ最適なリ
ボソーム結合部位をも有する〔J.シャインおよびL.
ダルガルノ、ネイチャー、第254巻、第34−38頁
(1975)〕。この結合の結果として、mu遺伝子断
片とSMC AとSMC Bとからなる303塩基対の
EcoRI−Hind III断片を単離した(図1)。結
合は、mu断片のNcoI部位のATG開始コドンが直
接融合しかつ正確な読み枠内でSMC Aに融合された
ようなものである(図1および図2)。
【0049】この断片を、予めEcoRIおよびHin
IIIで制限されたpLc24に導入し〔E.レムート
等、ジィーン、第15巻、第81−93頁(198
1)〕、プラスミドpLc24muSMCoriを生成
させた。このプラスミドは、SMC遺伝子とその開始A
TGコドンとをバクテリオファージλのP Lプロモータ
の制御下で有することを特徴とする(図1)。
【0050】プラスミドpLc24muSMCoriを
用いるSMC様ポリペプチドの発現 pLc24muSMCoriとpcI857、すなわち
Lの温度感受性リプレッサをコードするpACYC1
84の誘導体〔E.レムート等、ジーン、第22巻、第
103−113頁(1983)〕を用いてイー・コリH
B101を形質転換させた〔T.マニアチス等、モレキ
ュラー・クローニング(コールド・スプリング・ハーバ
ー・ラボラトリー)(1982)〕。これら2種のプラ
スミドは異なる抗生物質耐性遺伝子、すなわちペニシリ
ナーゼ(pLc24muSMCori)およびカナマイ
シン(pcI857)を有するので、正確に形質転換さ
れた培養物は50μg/mlのアンピシリンおよび40
μg/mlのカナマイシンで増殖させることにより選択
することができる。
【0051】50μg/mlのアンピシリンと40μg
/mlのカナマイシンとを含有するL−ブロス中に、正
確に形質転換されたイー・コリHB101(pLc24
muSMCori)(pcI857)を含有するプレー
トからの培養物5mlを接種し、この培養物を28℃に
て一晩増殖させた。次いで、2mlの一晩培養物を42
℃まで加温された10mlのL−ブロスに添加し、この
培養物を100mlの三角フラスコ中で42℃にて2時
間にわたり激しく攪拌した。
【0052】SMC様ポリペプチドの産生につき分析す
るため、培養物1ml当りから細胞を遠心分離し(A
50=20)、かつこれらを50μlのSDS−β−メ
ルカプトエタノール溶解緩衝液〔U.K.レムリ、ネイ
チャー、第227巻、第680−685頁(197
0)〕において10分間沸騰(100℃)させることに
より溶解させた。次いで、市販の分析キット(ニコルス
・インスティチュート・ダイアグノスティックス社)を
用いる放射免疫分析により、全てのSMC活性を分析
し、その標準については精製IGF−1(R.ハンブル
の寄贈物)を用いて予め証明した。分析用としてゲル電
気泳動用と同様に溶解物を含有するSMCを作成し、こ
れを分析用緩衝液に少なくとも20倍希釈し、かつ2反
復で分析した。標準溶解条件下で変性させたヒトSMC
はこのRIAにおいて天然ホルモンと同様な反応性を有
することが観察された。
【0053】この分析は、温度誘発に際しイー・コリH
B101(pLc24muSMCori)(pcI85
7)が極めて少量のSMC活性(RIAにより1.4μ
g/ml)を生成したことを示し、この量は蛋白ゲルに
おけるクーマシー青染色によって検出しえない量であ
る。従って、この形質転換宿主におけるSMC様ポリペ
プチド産生のレベルは細胞1個当り僅か数100分子で
あると推定された。
【0054】SMC様ポリペプチドの産生を向上させる
試み pLc24muSMCoriを用いるSMC様ポリペプ
チド産生のレベルが極めて低かったので、向上したレベ
ルの発現を有する他の各種のプラスミドを作成すべく試
みた。
【0055】一つの方法において、他の蛋白をコードす
るDNA配列に融合されたSMCをコードするDNA配
列を備えた発現ベクターを作成した。この方法におい
て、アミノ末端における非SMC蛋白とカルボキシ末端
におけるSMC様ポリペプチドとよりなる融合蛋白を作
成した。この融合蛋白は前記ベクターから高収率で産生
されうるが、これらは動物およびヒト治療においてf−
met−SMCまたはSMC自身程好適でない。その結
果、最も有利な使用には、この融合蛋白は非−SMC蛋
白をこれらから除去する追加処理を必要とする。この種
の方法は公知であるが(たとえば米国特許第44254
37号、第4338397号および第4366246号
参照)、これらは直接的分泌および成熟の場合を除いて
所望のSMC様ポリペプチドの直接的発現ほど好適でな
い。
【0056】従って、SMC様ポリペプチドの産生を向
上させる第2の試みにおいて、牛成長ホルモンおよび豚
成長ホルモンの発現レベルを向上させるのに有用である
ことが証明されている削除技術を採用した〔たとえば、
ヨーロッパ特許出願第103395号および第1049
20号参照〕。これらの方法を用いてSMC様ポリペプ
チドを産生し、アミノ端末の欠失を特徴とする各種の改
変SMCコード配列を作成した。たとえば、f−Met
−Δ3−SMCおよびf−Met−Δ6−SMCを産生
する発現ベクターを作成した。これら改変SMCの産生
レベルはベクターpLc24muSMCoriからのf
−Met−SMCの産生レベルより若干高いものであっ
たが、この発現レベルはまだ極めて低いものである。
【0057】最後に、第3の方法としてプロモータとリ
ボソーム結合部位との各種組合せを用いて、SMCコー
ド配列の発現を制御した。しかしながら、何れにせよ、
これらの改変はSMC産生の点でpLc24muSMC
oriよりも貧弱であった。
【0058】SMC様ポリペプチドの産生をコード化す
る最適DNA配列の選択 上記2種の方法は何れも成功せずあるいは多くの場合S
MC様ポリペプチドの大して好適でない産生をもたらし
たので、任意の蛋白の産生をコードする最適配列、より
詳細にはSMC様ポリペプチドの産生をコードする最適
DNA配列を選択しうるような方法を設計することに決
定した。
【0059】この方法は、遺伝子のN−末端部分をコー
ドするDNA配列およびこの実施例に記載した特定具体
例においては、f−Met−SMCをコードする遺伝子
における暗黙の突然変異が改良されたRNA二次構造を
与え、従って選択宿主においてより高レベルの発現をも
たらしうるという本発明の仮説に基づいている。しかし
ながら、最適コード配列を選択するには発現に際し存在
するどの作用を決定するかにつき分析せねばならない多
くの可能な暗黙突然変異が存在するため、これら配列に
対する迅速かつ簡単なスクリーニング法を設計する必要
がある。このような方法がなければ、クローンのスクリ
ーニングは全く不可能でないとしても面倒であり、その
方法は失格である。
【0060】lacZとの遺伝子融合体を予め使用し
て、それら遺伝子生産物を分析せずに蛋白の産生を監視
した〔L.グアレンテ等、セル、第20巻、第543−
553頁(1980);B.A.カスチルホ等、J.バ
クテリオロジー、第158巻、第488−495頁(1
984)〕。さらに、β−ガラクトシダーゼ産生は、比
色プレート分析によって容易に監視することができる。
従って、このスクリーニング法を用いて本発明による最
適DNAコード化配列を選択することに決定した。勿
論、好適ではないにせよ、他のスクリーニング法も本発
明の最適DNA配列を選択する際に用いうることを了解
すべきである。
【0061】本発明による方法のこの実施例にてSMC
コード化配列の二次構造を変化させるため、SMCのア
ミノ酸2−6をコードする256種の可能なDNA配列
からなる一連の合成リンカを作成した。SMCのアミノ
酸2−6は256種の異なる配列によってコードされう
るが、フェニルアラニンをコードするTTYを含め全て
の可能なロイシンコドン(SMC位置5)を可能にする
512倍の縮退リンカを使用した(図3)。勿論、本発
明の方法にはそれより長いまたは短いオリゴヌクレオチ
ドも使用しうることを了解すべきである。たとえば、S
MCアミノ酸20までをコードするような長い合成リン
カを、SMCの発現に際しこれらの長い配列の作用を決
定するために有利に使用することができる。これら一連
の512−リンカの余分なDNA配列を図3に示す。
【0062】図3を参照して、ここにはSMC産生にお
けるこれら余分なDNA配列を用いる方法の一具体例が
図示されている。図3に示したように、先ず最初にpL
c24muSMCoriの165塩基対のEcoRI−
BamHI断片をEcoRI−BamHI切断されたp
UC8にサブクローン化して、lacZとSMCとの間
BamHI部位における相内融合を生ぜしめた。この
ベクターをpUCmuSMC Aoriと呼ぶ(図
3)。pUC8を選択した理由は、その小さい寸法およ
lacZを中断するその独特な制限部位ならびにそれ
lac ‐宿主に使用され得るからである。しかしな
がら、lacZ遺伝子を有する他のプラスミドもこのス
クリーニング法に用いうることを了解すべきである。
【0063】SMCコード配列をlacZ遺伝子のプロ
モータ近接領域に挿入して融合体を作成したので、この
ハイブリッド遺伝子の発現はpUC8のlacプロモー
タの制御下にある。
【0064】リボソームは、lacリボソーム結合部位
において、pUCmuSMC Aoriでの翻訳を開始
することができる。しかしながら、この種の翻訳はpL
c24muSMCoriから誘導されたmu断片の枠内
停止コドンにて急速に停止する。あるいはこれらリボソ
ームはmuリボソーム結合部位で翻訳を開始して、SM
Cからのアミノ末端部分とlacZからのカルボキシ末
端部分とよりなる融合蛋白を生成することもできる。p
UCmuSMCoriにおけるSMC−β−ガラクトシ
ダーゼ融合体は、N−末端にSMCの35個のアミノ酸
を含有した。
【0065】pUCmuSMC Aoriにおける融合
遺伝子は相内にあるが、イー・コリJM83〔J.ビエ
イラおよびJ.メッシェング、ジィーン、第19巻、第
259−268頁(1982)〕をプラスミドでトラン
スフェクトしかつ形質転換宿主を5−ブロモ−4−クロ
ル−3−インドリル−β−D−ガラクトピラノシド(X
−GAL)を含有するLB−寒天板で培養した際、37
℃にて16時間後に白色コロニーのみが観察された。こ
れらのコロニーは40時間後に最終的に極めて淡い青色
となったが、16時間後におけるその白色はこれらが極
めて少量のSMC−β−gal融合蛋白しか産生しなか
ったことを示している。勿論、この結果はpLc24m
uSMCoriにおける低発現レベルという本発明者等
の従前の観察と一致する。
【0066】次いで、プラスミドpUCmuSMC A
ori中へ、SMCのアミノ酸2−6をコードする51
2倍縮退合成DNAリンカ(AvaII−HaeII断
片)よりなる各保存物を、原プラスミドにおけるこれら
アミノ酸のコード配列に対する置換体として導入した。
リンカ結合体を回避するため、結合前にこれらリンカを
燐酸化しなかった。これらの配列をプラスミドpUCm
uSMC Aori中に導入し、その際各配列をmuリ
ボソーム結合部位とSMCアミノ酸1(pUCmuSM
C Aoriの70bp EcoRI−AvaII断
片)とをコードする断片およびSMCのアミノ酸7−3
2をコードする断片(pUCmuSMCAoriの71
bp HaeII−BamHI断片)と結合させ、次い
で得られたEcoRI−BamHI組合せ断片をEco
RI−BamHI制限pUCmuSMC Aoriに導
入した(図3参照)。
【0067】上記プラスミドの混合体で形質転換させた
イー・コリJM83の5000個のコロニーをX−GA
Lを含有するL−ブロス板に塗抹した。得られたコロニ
ーの約10%は、37℃にて40時間後にpUC8mu
SMC Aoriよりも暗青色であった。次いで、50
00個のコロニーのうち14個(青色および白色の両
者)(イー・コリJM83(pUCmuSMC A1−
14))を各種の方法で分析した。すなわち、縮退領域
のDNA配列決定、β−ガラクトシダーゼの酵素活性、
およびイー・コリC600におけるSMC発現〔T.マ
ニアチス等、モレキュラー・クローニング(コールド・
スプリング・ハーバー・ラボラトリー)(198
2)〕。これらの分析は各pUCmuSMC A1−1
8の165bpEcoRI−BamHI断片をpLc2
4muSMCori中に置換した後に行った。これら後
者のプラスミドを、図3においてpLc24muSMC
1−18と呼ぶ。分析用に選択した14個のコロニーの
うち、10個は青色であり、4個はX−GAL板上で白
色であった。表1はこれら各種の分析の結果を示してい
る。
【0068】
【表1】
【0069】* β−ガラクトシダーゼ活性について
は、J.H.ミラーによりエキスペリメンツ・イン・モ
レキュラー・ジェネティックス(コールド・スプリング
・ハーバー・ラボラトリース出版)(1972)に実質
的に記載されたようにO−ニトロフエニル−β−D−ガ
ラクトシド(ONPG)を用いて分析した。
【0070】表1に示したように、pUC8muSMC
A1−10を含有する青色コロニーは、イー・コリJ
M83(pUC8muSMC Aori)よりも2.5
〜8倍多いβ−ガラクトシダーゼ単位を生成した。これ
に対し、pUCmuSMCA11−14を含有する白色
コロニーは、検出しうるβ−ガラクトシダーゼを生成し
なかった。驚くことにpUC8muSMC A1−10
のβ−ガラクトシダーゼ生成は原プラスミドのそれより
も2.5〜8倍高かったが、これらプラスミドからの
coRI−BamHI断片をpLc24muSMCor
iに挿入した際、これらプラスミドはイー・コリHB1
01において原プラスミドにおけるよりも23〜46倍
多いSMC活性を与えた。さらに、所定の融合体に対す
るβ−ガラクトシダーゼ単位とP L制御下における対応
の発現に対するSMCのマイクログラムとの間には明ら
かな特異的相関関係が存在しなかった。しかしながら、
X−GAL板におけるこれらコロニーの青色/白色の差
は、SMCの高度発現をコードするDNA配列の選択を
簡単に可能にした。したがって、この方法を一般的に使
用して、任意所望の真核もしくは原核ポリペプチドの産
生につき最適なDNA配列を選択することができる。
【0071】特定理論に拘束されるものでないが、本発
明による縮退DNA配列により示される発現レベルの差
はSMCのN−末端アミノ酸をコードするヌクレオチド
のRNA二次構造に関連すると思われる。たとえば、本
発明による結果は、スレオニン−ロイシンに対するコド
ン(ACN−CTN)により形成される可能なCCC
(SMC位置4および5)がSMC合成に対し特に悪影
響があることを示している。ここで分析した白色コロニ
ーおよびpUCmuSMCoriは全てpLc24mu
SMCにおけるリボソーム結合部位に対し水素結合を形
成しうるこの配列を特徴とする。
【0072】上記本発明の実施例においては、N−末端
にSMCの35個のアミノ酸を有する融合蛋白を産生す
るような所望の蛋白−lacZ融合体をコードするDN
A配列を使用したが、融合蛋白における2つの部分の相
対的長さはこの方法における最も有効なスクリーニング
につき実験的に決定せねばならない。この実験結果は、
この選択を可能にすると考えられるいくつかのファクタ
を確認した。たとえば、リボソーム結合部位の強度が重
要である。muからのものでなくtrpリボソーム結合
部位を使用すると、SMCの35個のアミノ酸を含有す
る融合体は青色コロニーを生成しなかった。融合蛋白に
おけるβ−ガラクトシダーゼと選択蛋白との相対的割合
も重要である。たとえば、N−末端に14個のみのSM
Cアミノ酸を有する融合蛋白を生成した遺伝子融合体
は、青色/白色の選択を可能にしなかった。この場合、
融合蛋白のβ−ガラクトシダーゼ活性が高過ぎて、最適
N−末端コード配列の検出を可能にしなかったことが明
らかである。最後に、検出系の感度も重要である。この
スクリーニング法で有用なβ−ガラクトシダーゼ活性範
囲は、原pUC8により生成されるβ−ガラクトシダー
ゼレベルの1〜8%であることを確認した。これらファ
クタならびに上記のように同様に決定しうるファクタを
相応に考慮して、当業者は適当な融合蛋白ならびにここ
に説明した方法によるスクリーニング分析を本発明の範
囲を逸脱することなく選択することができる。
【0073】上記実施例で産生された特定のSMC様ポ
リペプチドはf−Met−SMCであるが、各種の可能
な手段によってこのSMCからf−Metを除去しうる
ことも了解すべきである。
【0074】本発明の方法により産生されるSMC様ポ
リペプチドは、常法を用いて医薬上有用な組成物に配合
することができる。これらの組成物は、所望の組織成長
刺戟を行うのに医薬上有効量のSMC様ポリペプチド
と、好ましくは医薬上許容しうるキャリヤとからなって
いる。適するキャリヤは周知されている。上記したよう
に、これら組成物は組織成長を刺戟する方法、ならびに
矮小発育症、筋肉アトロピー、骨折、外傷あるいは組織
に対するその他の傷を治療するのに有用である。
【0075】ここに説明した方法で作成された微生物お
よび組換DNA分子は、1985年3月23日付けで西
ドイツ、ゲッチンゲン在、ドイッチェ・ザンムルンク・
フォン・ミクロオルガニスメンの培養物寄託機関に寄託
して、SMC−1およびSMC−2として同定された培
養物により例示される。
【0076】 SMC−1:イー・コリHB101(pcI857) (pLc24muSMCori) SMC−2:イー・コリHB101(pcI857) (pLc24muSMC8) これらの培養物はそれぞれDSM3276および327
7の受託番号が付与された。
【0077】以上、本発明を多くの実施例につき説明し
たが、この基本構成を改変して本発明の方法および構成
を利用する他の実施例を提供しうることが了解されよ
う。従って、本発明の範囲は、例示した上記特定実施例
のみに限定されないことが了解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図1】概要においてf−Met−SMCをコードする
合成DNA配列ならびにmuおよびP Lプロモータから
誘導される配列の下流に前記DNA配列を有するプラス
ミドpLc24muSMCoriの一つの製造方法を示
す概要図である。
【図2】f−Met−SMCをコードする合成DNA配
列を製造するための本発明による方法の1実施例に使用
する2種の断片〔SMC A(断片A)およびSMCB
(断片B)〕の合成ヌクレオチド配列(両者ともストラ
ンド)を示し、さらにこの図2はこれら断片を製造する
ために使用する断片SMC AおよびSMCBならびに
各種のオリゴヌクレオチド配列1−11、X、Yおよび
Zのアミノ酸配列をも示す配列図である。
【図3】概要においてプラスミドpUCmuSMC A
ori、pUCmuSMC A1−18およびpLc2
4muSMC1−18の一製造方法を示し、図3の中央
に図示された512倍縮退した合成リンカの配列におい
て「N」は4種の全ての塩基の可能性を示し、「P」は
プリンを示しかつ「Y」はピリミジンを示す概要図であ
る。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // C12N 15/09 ZNA (C12P 21/02 C12R 1:19)

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発現のためにDNA配列によりコードさ
    れたSMC様ポリペプチドにおいて、前記DNA配列
    が、pLC24muSMC1〜pLC24muSMC1
    0のDNA挿入物から選択されることを特徴とするSM
    C様ポリペプチド。
  2. 【請求項2】 組換DNA分子により形質転換された単
    細胞宿主を培養する工程を特徴とするSMC様ポリペプ
    チドの産生方法において、前記組換DNA分子が、pL
    C24muSMC1〜pLC24muSMC10よりな
    る群から選択されることを特徴とするSMC様ポリペプ
    チドの産生方法。
  3. 【請求項3】 前記単細胞宿主が、イー・コリ、シュー
    ドモナス、バチルス、ストレプトミセス、酵母、その他
    の真菌類の菌株、動物細胞及び植物細胞よりなる群から
    選択されることを特徴とする請求項2記載の方法。
  4. 【請求項4】 形質転換された単細胞宿主が、イー・コ
    リHB101(pcI857)(pLC24muSMC
    8)であることを特徴とする請求項3記載の方法。
  5. 【請求項5】 請求項2記載の方法により産生されたS
    MC様ポリペプチド。
  6. 【請求項6】 組織成長刺戟剤として有効量の請求項5
    記載の方法により産生されたSMC様ポリペプチドと、
    医薬上許容し得るキャリヤとからなることを特徴とする
    医薬組成物。
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