JPH0998780A

JPH0998780A - 修飾された細菌アルカリ性ホスファターゼ及びその用途

Info

Publication number: JPH0998780A
Application number: JP8169225A
Authority: JP
Inventors: Jean-Claude Boulain; ブーランジャン−クロード; Laurence Cattolico; カトリコローランス; Frederic Ducancel; デュカンセルフレデリク; Andre Menez; メネスアンドレ
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1995-06-29
Filing date: 1996-06-28
Publication date: 1997-04-15
Also published as: US5891699A; FR2736065A1; EP0752475A1; CA2180319A1; FR2736065B1

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のアルカリ性ホスファターゼに比し、実用
的な要求をより良好に満たす修飾された細菌アルカリ性
ホスファターゼ、それを含む試薬及び該酵素の選択方法
の提供。【解決手段】３２９位または３３０位のアミノ酸残基の
少なくとも一方が他のアミノ酸残基で置換されている細
菌アルカリ性ホスファターゼ配列からなり、酵素特性が
著しく改善され、かつ増加した熱安定性を示す、細菌由
来の修飾アルカリ性ホスファターゼ、及びそれらの試
薬、診断用キット、免疫酵素アッセイへの応用。著しく
改善した酵素特性を有するアルカリ性ホスファターゼ突
然変異体の選択方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有意に改善された
酵素特性及び増大した熱安定性を同時に示す、修飾され
た細菌アルカリ性ホスファターゼ（ＢＡＰ即ちbacteria
l alkaline phosphatase）、並びに、それらの用途、
特に免疫酵素アッセイ(immunoenzymic assay）におけ
る用途（試薬及び診断キット）に関する。

【０００２】また、本発明は、有意に改善された酵素特
性を有する突然変異体(mutant)を得る方法にも関する。

【０００３】

【従来の技術】アルカリ性ホスファターゼは、非特異的
ホスホ−モノエステラーゼである。この二量体金属結合
酵素は、二つの同一のポリペプチド鎖からなっており、
それぞれのポリペプチド鎖は、二つの亜鉛原子と一つの
マグネシウム原子を含有しており、これら原子は、触媒
部位の中心(heart)に位置している。

【０００４】触媒メカニズムは、いくつかの段階からな
り、例えば、下記の反応式（１）に従い、タンパクのセ
リン１０２との共有結合型のホスホリル−酵素（Ｅ−Ｐ
_i）中間複合体の形成を包含する：

【０００５】

【化１】

【０００６】上記反応の触媒定数（ｋ_cat）は、プロセ
スの限定ステップ(limiting step）に依存する。限定
因子(limiting factor)は、酸性ｐＨにおいては、共有
結合型のＥ−Ｐ_i結合の断裂であり；アルカリｐＨにお
いては、限定ステップである非共有結合型のＥ．Ｐ_i複
合体の解離である（バトラー−ランソホフ(BUTLER-RANS
OHOFF）ら、Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．１９９２，５７，
１４２−１４５）。

【０００７】ホスフェートアクセプター（Ｒ₂ＯＨ）、
例えばエタノールアミン又はトリス(Tris)の存在下で
は、上記酵素は、下記（２）式に従い、ホスフォリル基
(phosphoryl group）のアルコールへの転移を伴うリン
酸基転移反応を触媒する。

【０００８】

【化２】

【０００９】触媒効率は、ｋ_cat／Ｋ_m比により測定で
き、これは、酵素の加水分解活性及び基質親和性の双方
を考慮したものである。

【００１０】アルカリ性ホスファターゼは、細菌からほ
乳類に亘る全ての生物中に見出されるものである。

【００１１】ほ乳類中に存在する該酵素は、最高の比活
性を有しており；子牛腸アルカリ性ホスファターゼ（Ｃ
ＩＰ＝calf intestinal phosphatase）が、インビト
ロの診断試験において使用される免疫酵素試薬を構築す
る際に通常選ばれるのは、このためである。しかし、Ｃ
ＩＰは、再現性のある方法で精製することは難しく、熱
安定性が劣っている。

【００１２】細菌アルカリ性ホスファターゼ（ＢＡＰ）
は、ＣＩＰに比し有意に低い酵素活性を示すが、イー．
コリ（Ｅ．ｃｏｌｉ）により、大量に製造され；容易に
精製でき、例外的な熱安定性を有する。しかも、それ
は、遺伝子融合(gene fusion）技術を用いる免疫酵素
試薬の構築に使用できる。

【００１３】その結果、多くのグループが、アッセイ試
薬の製造においてＣＩＰを代替する目的で、該細菌酵素
の触媒特性の改善を試みてきた。

【００１４】ＢＡＰの活性部位に点突然変異を導入する
ことにより、野生型の酵素に比し、増大した酵素活性を
有する分子を得ることが可能となった：チャイダログロ
ウ(CHAIDAROGLOU）及びカントロヴィッツ(KANTOROWITZ)
（プロテイン・エンジニアリング(Protein Engineerin
g）、１９８９，３，２，１２７−１３２）は、１０１
位のアスパラギン酸がアラニンにより置き換えられてい
るイー．コリのＢＡＰの変異体（Ｄ１０１Ａと呼ばれる
変異体）を記載している。ｐＨ９．４において及びホス
フェートアクセプターの存在下では、そのような変異体
は野生型酵素の３倍高い酵素活性を示すが、その一方
で、熱に対する安定性が明らかに低下する。

【００１５】熱安定性の研究は、通常許容される条件と
は異なる条件下で行われた；しかし、これら試験は、該
変異体が野生型の酵素よりも劣った熱安定性を有するこ
とを証明した。

【００１６】アボットラボラトリーズ(Abbott Laborat
ories）の欧州特許出願０４４１２５２は、試薬とし
て使用する目的で、ｐＨ１０において及び低濃度のトリ
ス０．０５Ｍ又はジエタノールアミン０．０５Ｍの存在
下で改善された比活性を有するアルカリ性ホスファター
ゼを記載している（触媒活性は、野生型の酵素よりも３
６倍高い）が、熱安定性は低い。この出願に記載された
突然変異は、酵素の活性部位から約２０オングストロー
ムの距離に位置しているか、酵素の活性部位から約１０
オングストロームの距離に位置しているか、または、活
性部位内に位置しており、下記のものを包含する。

【００１７】(i)一つのアミノ酸が関与するだけの変
異、例えば、・Ｔｈｒ¹⁰⁰のＶａｌ又はＩｌｅによる置換(変異体Ｔ１
００Ｖ又はＴ１００Ｉ)・ Lys³²⁸のＡｒｇによる置換（変異体Ｌ３２８Ｒ）・Ｖａｌ⁹⁹のＡｌａによる置換（変異体Ｖ９９Ａ）・Ａｌａ¹⁰³のＡｓｐ又はＣｙｓによる置換(変異体Ａ１
０３Ｄ又はＡ１０３Ｃ) ・Ｔｈｒ¹⁰⁷のＶａｌによる置換（変異体Ｔ１０７Ｖ）・Ａｓｐ¹⁰¹のＳｅｒによる置換（変異体Ｄ１０１Ｓ） (ii)二つのアミノ酸に影響を及ぼす変異、例えば・Ｖａｌ⁹⁹のＡｌａによる置換及びＬｙｓ³²⁸のＡｒｇ
による置換（変異体Ｖ９９Ａ及びＫ３２８Ｒ）・Ｖａｌ³⁷⁷のＡｌａによる置換及びＳｅｒ⁴¹⁵のＧｌｙ
による置換（変異体Ｖ３７７Ａ及びＳ４１５Ｇ）やはりアボットラボラトリーズ(Abbott Laboratorie
s）の出願であって、上記欧州特許出願の内容を実質的
に含んだ国際出願ＰＣＴＷＯ９４／０１５３１は、Ａ
ｓｐ¹⁵³のＧｌｙによる置換（変異体Ｄ１５３Ｇ）を記
載している。

【００１８】一般的に、触媒活性を測定するためには、
当該酵素を、その活性に関して最適な条件下に置く必要
がある；しかし、これらアボットラボラトリーズの出願
においては、野生型酵素の活性及び変異体の活性を同一
の条件下で、結局、該変異体にとって最適な条件下で比
較している。

【００１９】その結果、アボット出願の場合には、機能
的に最適条件下に置かれた変異体の触媒活性を、同一の
条件下に置かれた野生型酵素の触媒活性と比較すること
により、触媒活性の増大は、３６倍になっている。もし
これら活性が、それぞれの酵素に機能的に最適な条件下
で比較されたならば、触媒特性の増大は１８倍に限定さ
れる。

【００２０】しかも、これら変異体（野生型ＢＡＰと
は、最大でも一つ又は二つの残基において異なるのみで
ある）のいずれも、対応するほ乳類の酵素の活性と同等
の酵素活性、並びに、ほ乳類の酵素の熱安定性よりも有
意に優れた熱安定性、特に当初の細菌の酵素の熱安定性
の双方を、当該修飾されたアルカリ性ホスファターゼに
獲得させることに成功していない。

【００２１】他の研究が行われ、その目的は、上記酵素
の触媒メカニズムのよりよい理解を得ることにある。よ
り正確には、これら各種の報文の著者らは、ＢＡＰと上
記ほ乳類の酵素との間で観察された相違点、即ち、ほ乳
類の酵素の酵素活性が２０〜３０倍高いこと、最適活性
が高ｐＨ値側へ変位すること、及び最大活性を得るため
にはマグネシウムを添加する必要があること等の背景に
ある分子的な理由を決定することを試みてきた。

【００２２】活性部位の領域内において、上記細菌の酵
素とほ乳類の酵素との間に二つの顕著な相違点がある。
細菌の酵素においては、１５３位及び３２８位がそれぞ
れＡｓｐ及びＬｙｓ残基により占められているのに対し
て、ほ乳類の酵素においてはこれら二つの位置にＨｉｓ
残基が存在する。

【００２３】酵素活性に対するこれら相違点の重要性を
評価するために、細菌の酵素のこれら二つの位置にＨｉ
ｓ残基が導入された（スー(XU)及びカントロヴィッツ(K
ANTROWITZ)、バイオケミストリー(Biochemistry），１
９９１，３０，７７８９−７７９６；ジェーンウェイ
（JANEWAY)ら，バイオケミストリー(Biochemistry），
１９９３，３２，１６０１−１６０９）。特に、スー(X
U)及びカントロヴィッツ(KANTROWITZ)は、３２８位のリ
ジンをヒスチジンにより置換すること及び得られた酵素
（Ｋ３２８Ｈ）の性質について記載している。ホスフェ
ートアクセプターの存在下では、変異体Ｋ３２８Ｈは、
野生型酵素の活性に匹敵する活性を有しているが、これ
とは対照的に、ｐＨ８において及びホスフェートアクセ
プターの不存在下では、この変異体は、触媒活性が、野
生型酵素のそれに比し、有意に低下する。これら結果
は、これら突然変異がリン酸基転移活性の増大を伴う加
水分解活性の抑制に繋がることを示唆している。しか
も、この変異体は、ホスフェートに対する親和性が低
い。以上要約すると、このような突然変異は、最適酵素
活性のｐＨ１０の方への変位、比活性（特にトランスフ
ェラーゼ活性）の増大、及びｐＨ１０において、無機ホ
スフェートＰ _iに対する及び基質に対する親和性の低下
をもたらす。

【００２４】疑いもなく、Ｐ_iに対する親和性のこの低
下は、該酵素によるＰ_iの遊離(liberation)の限定ステ
ップ(limiting step）を加速する、水分子の媒介によ
る、Ｐ_iへの結合の除去と関係がある。

【００２５】マトリン(MATLIN)ら（バイオケミストリー
(Biochemistry），１９９２，３１，８１９６−８２０
０）は、イー.コリ(E.coli)アルカリ性ホスファターゼ
の１５３位における他の突然変異（アスパラギン酸の、
アラニンによる置換：Ｄ１５３Ａ又はアスパラギンによ
る置換：Ｄ１５３Ｎ）を研究し、マグネシウムの存在が
これら変異体の活性に必須であることを示した。しか
も、変異体Ｄ１５３Ｎの速度論的パラメーターが野生型
酵素のそれらと類似しているのに対して、変異体Ｄ１５
３Ａは、ｋ_catの６．３倍の増大、ｋ_cat／ｋ_m比（５０
ｍＭトリス、ｐＨ８）の１３．７倍の増大、及びＰ_iに
対するＫ_i（１Ｍトリス、ｐＨ８）の１５９倍の増大と
いう結果をもたらす。しかも、この変異体の活性は、ｐ
Ｈが７から９へと上昇すると、２５倍増大する。

【００２６】変異体Ｄ１５３Ａ及び変異体Ｄ１５３Ｈの
双方について、触媒活性を現実に発揮するためにはマグ
ネシウムの存在が重要であることが、マーフィー(MURPH
Y）ら（Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．１９９３，２６８，
２９，２１４９７−２１５００）により証明され、突然
変異Ｄ１５３Ｈにより、マグネシウム結合部位の亜鉛結
合部位への転換が生じることを示した。

【００２７】ジェーンウェイ（JANEWAY)らは、イー.コ
リ(E.coli)アルカリ性ホスファターゼの１５３位及び３
２８位における残基の役割をも研究した。変異体Ｄ１５
３Ｈ（１５３位アスパラギン酸のヒスチジンによる置
換）、Ｋ３２８Ｈ（３２８位リジンのヒスチジンによる
置換）及びＤ１５３Ｈ／Ｋ３２８Ｈが、特にアルカリ性
ホスファターゼの活性部位内において、水の関与するイ
ンターラクションを有することについて研究された。

【００２８】この論文から、次の事項が明らかになる： −変異体Ｄ１５３Ｈは、最適酵素活性のｐＨ１０の方へ
の変位及びマグネシウムへの親和性の減少を示し、追加
的なマグネシウムの存在下では、触媒活性が回復し、野
生型酵素のそれよりも遥かに高い。

【００２９】疑いもなく、活性のこの変更は、Ｄ１５３
が、野生型酵素において、二つの水分子の媒介によりマ
グネシウムに結合し、その脱離が該マグネシウムを不安
定化させ、該マグネシウムが亜鉛により置換され（上述
のマーフィー(MURPHY）ら、１９９３年）、該酵素の不
活性型を生成するという事実によるものである。

【００３０】それにも拘わらず、マグネシウムの存在下
での触媒活性の増大は、明確ではない；それは、Ｄ１５
３とは関係のない、Ｋ３２８への間接的な効果に起因す
るのかもしれない。

【００３１】マトリン(MATLIN)ら（上述の参照文献）及
びジェーンウェイ（JANEWAY)ら（上述の参照文献）の双
方とも、アルカリ性ホスファターゼの酵素活性を評価す
る際のマグネシウムの必須の役割を検証している。

【００３２】変異体Ｋ３２８Ｈ／Ｄ１５３Ｈは、マグネ
シウムについて、変異体Ｄ１５３Ｈと同一の挙動を示
し、しかも、それは減少したＫ_m及び増大したｋ_catを示
す。

【００３３】これは、作用の複雑さと変異体の興味の評
価にまつわる困難性を示している。

【００３４】マーフィー(MURPHY)ら（モレキュラー・マ
イクロバイオロジー(Molecular Microbiology），１９
９４，１２，３，３５１−３５７）は、また、変異体Ｄ
１５３Ｈ、Ｋ３２８Ｈ及びＤ１５３Ｈ／Ｋ３２８Ｈの性
質を要約し、上述の多くの著者と同一の結論に到達して
いる。

【００３５】結論として、変異体Ｋ３２８Ｈ又はＤ１５
３Ｈは、比活性の中程度(moderate)の増大を示す。ダブ
ルミュータント（Ｄ１５３Ｈ／Ｋ３２８Ｈ）は、シング
ルミュータントよりも活性が高いが、その熱安定性は野
生型酵素の熱安定性程は高くなく、マグネシウムの存在
が、高いレベルの活性の発現に必須であり；しかも、こ
のダブルミュータントＤ１５３Ｈ／Ｋ３２８Ｈは、３０
倍よりも大きい倍率でのＫ_mの増大を示し、ｋ_cat／ｋ_m
比の低下に至る（基質に対する低い親和性）。

【００３６】１５３位及び／又は３２８位のＨｉｓ残基
は、ＣＩＰのより高い性能に関与しいている事実にも拘
わらず、その存在自体は、ＢＡＰに所望の特性を付与し
て、下記の性質を同時に有する効果的で安定な診断ツー
ルを得るのには不十分である： −ほ乳類のアルカリ性ホスファターゼ（特にＣＩＰ）と
同程度の触媒活性（加水分解） −リン含有基質に対する高い親和性、及び −高い熱安定性、即ち、野生型ＢＡＰと同程度の熱安定
性。

【００３７】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、従来のアルカリ性ホスファターゼに比し、実用的な
要求をより良好に満たす、修飾された細菌アルカリ性ホ
スファターゼを提供することにある。

【００３８】

【課題を解決するための手段】本発明は、細菌起源の修
飾されたアルカリ性ホスファターゼであって、３２９位
又は３３０位のアミノ酸残基の少なくとも一つが、他の
アミノ酸残基により置換されている細菌アルカリ性ホス
ファターゼ（ＢＡＰ）の配列からなり、該修飾されたア
ルカリ性ホスファターゼの基質に対する親和性及び触媒
活性が、対応する野生型の細菌アルカリ性ホスファター
ゼの該活性に比し、有意に増大しており（改善された酵
素活性）、且つ、その熱安定性が、該野生型細菌アルカ
リ性ホスファターゼと同程度であることを特徴とする、
細菌起源の修飾されたアルカリ性ホスファターゼに関す
る。

【００３９】本発明の意味において、アミノ酸残基は、
全ての天然アミノ酸残基を意味し、特に、Ａｌａ、Ｃｙ
ｓ、Ａｓｐ、Ｇｌｕ、Ｐｈｅ、Ｇｌｙ、Ｈｉｓ、Ｉｌ
ｅ、Ｌｙｓ、Ｌｅｕ、Ｍｅｔ、Ａｓｎ、Ｐｒｏ、Ｇｌ
ｎ、Ａｒｇ、Ｓｅｒ、Ｔｈｒ、Ｖａｌ、Ｔｒｐ又はＴｙ
ｒを意味するものと理解される。

【００４０】また、細菌起源の修飾されたアルカリ性ホ
スファターゼ（ＢＡＰｍ）は、生物学的に活性なアルカ
リ性ホスファターゼであって、その突然変異がほ乳類の
アルカリ性ホスファターゼ（例えばＣＩＰ）のアミノ酸
残基には必ずしも対応しない生物学的に活性なアルカリ
性ホスファターゼを意味するものと理解され、該ＢＡＰ
ｍは、ほ乳類のアルカリ性ホスファターゼからの、特に
子牛腸アルカリ性ホスファターゼ（ＣＩＰ）からの少な
くとも二つのアミノ酸を含み、且つ、生物学的に不活性
な細菌アルカリ性ホスファターゼであるキメラアルカリ
性ホスファターゼから、特に、ランダム又は部位特異的
突然変異により、得ることができるものである。

【００４１】改善された酵素活性を示す酵素は、修飾さ
れていない酵素と比較して、増大したｋ_cat及び／又は
減少したｋ_mを示す酵素を意味するものと理解される。

【００４２】

【発明の実施の形態】上記修飾された細菌アルカリ性ホ
スファターゼの一つの有利な態様によると、該ホスファ
ターゼは、アミノ酸残基１５３の及び／又はアミノ酸残
基３２８のレベルでの置換を更に含んでいる。

【００４３】上記修飾された細菌アルカリ性ホスファタ
ーゼの他の有利な態様によると、３３０位における置換
は、好ましくはアスパラギン酸（Ａｓｐ³³⁰又はＤ）の
アスパラギン（Ａｓｎ又はＮ）、アラニン（Ａｌａ又は
Ａ）又はロイシン（Ｌｅｕ又はＬ）による置換である。

【００４４】上記修飾されたアルカリ性ホスファターゼ
の他の有利な態様によると、３２９位における置換は、
好ましくは、グルタミン（Ｇｌｎ³²⁹又はＱ）のアラニ
ン（Ａｌａ又はＡ）による置換である。

【００４５】本発明によれば、上記修飾されたアルカリ
性ホスファターゼは、また、アスパラギン酸（Ａｓｐ
¹⁵³）の代わりに１５３位にヒスチジン（Ｈｉｓ又は
Ｈ）及び／又はリジン（Ｌｙｓ又はＫ）の代わりに３２
８位にヒスチジンを含んでいる。

【００４６】本発明によれば、好ましい変異体は、下記
から選択されたものである：変異体Ｄ３３０Ｎ、変異体
Ｄ１５３Ｈ／Ｄ３３０Ｎ、変異体Ｋ３２８Ｈ／Ｄ３３０
Ｎ、変異体Ｄ１５３Ｈ／Ｋ３２８Ｈ／Ｄ３３０Ｎ、変異
体Ｄ３３０Ａ、変異体Ｄ３３０Ｌ、変異体Ｄ１５３Ｈ／
Ｄ３３０Ａ、変異体Ｄ１５３Ｈ／Ｄ３３０Ｌ、変異体Ｋ
３２８Ｈ／Ｄ３３０Ａ、変異体Ｋ３２８Ｈ／Ｄ３３０
Ｌ、変異体Ｄ１５３Ｈ／Ｋ３２８Ｈ／Ｄ３３０Ａ、変異
体Ｄ１５３Ｈ／Ｋ３２８Ｈ／Ｄ３３０Ｌ、変異体Ｑ３２
９Ａ、変異体Ｄ１５３Ｈ／Ｑ３２９Ａ、変異体Ｋ３２８
Ｈ／Ｑ３２９Ａ及び変異体Ｄ１５３Ｈ／Ｋ３２８Ｈ／Ｑ
３２９Ａ。

【００４７】また、本発明によれば、細菌アルカリ性ホ
スファターゼ配列は、好ましくは、エシェリヒアコリ
（Escherichia coli）に由来するか又はバシラススブ
チリス(Bacillus subtilis）に由来するものである。

【００４８】上記修飾された細菌アルカリ性ホスファタ
ーゼの他の有利な態様によると、該ホスファターゼは、
上記したような置換の少なくとも一つに加えて、該細菌
アルカリ性ホスファターゼのアミノ酸＋６と＋７との間
に挿入された少なくとも一つの追加的アミノ酸を含んで
いる。

【００４９】引用できるこれら修飾された配列の１つ
は、配列番号２である。

【００５０】

【化３】

【００５１】

【化４】

【００５２】この配列番号２の配列において、下線を引
いたフラグメントは、大腸菌由来の野生型アルカリ性ホ
スファターゼの各々６位及び７位のプロリンとバリンの
間に加えたアミノ酸に相当する；太い文字のアミノ酸
は、修飾されたアミノ酸に相当し、イタリック体の数字
は、大腸菌由来の野生型アルカリ性ホスファターゼの同
等のアミノ酸の位置に相当する。

【００５３】上記配列は、突然変異体Ｄ１５３Ｈ／Ｋ３
２８Ｈ／Ｄ３３０Ｎに相当するが、本発明は突然変異体
Ｄ３３０Ｎ、Ｄ１５３Ｈ／Ｄ３３０Ｎ、及び、Ｋ３２８
Ｈ／Ｄ３３０Ｎ並びに他の上記突然変異体に相当する配
列も含む。

【００５４】意外にも、上記のように修飾されたＢＡＰ
は、同時に以下のことを示す： − 最初のバクテリアの配列を示す試薬と比較して６倍
までアッセイ試験における使用時の可視化時間の減少を
許容するため、及び／又は、この試験の感度を増加する
ために好適な改良された触媒特性（特に基質についての
酵素の親和性の改善）、及び − ほぼ野生型バクテリアの配列（ＢＡＰ）の程度の熱
安定性。

【００５５】本発明はまた、上記に定義したようなタン
パク質のいずれかをコードする核酸配列にも関する。

【００５６】例示できる該核酸配列は： − 野生型配列から得られる修飾配列、及び − 配列番号１に従うと塩基１８及び１９の間、すなわ
ち野生型アルカリ性ホスファターゼの６位のプロリンを
コードするコドンと、７位のバリンをコードするコドン
の間にさらに２７塩基を含む修飾配列である。

【００５７】

【化５】

【００５８】

【化６】

【００５９】

【化７】

【００６０】この配列番号１の配列において、下線を引
いたフラグメントは、プロリンコドンとバリンコドンの
間に加えた塩基に相当する；太い文字の配列は、突然変
異されたコドンに相当し、イタリック体の数字は、大腸
菌由来の野生型アルカリ性ホスファターゼの相当するア
ミノ酸の位置に対応する。

【００６１】上記配列は、突然変異体Ｄ１５３Ｈ／Ｋ３
２８Ｈ／Ｄ３３０Ｎに相当するが、本発明は突然変異体
Ｄ３３０Ｎ、突然変異体Ｄ１５３Ｈ／Ｄ３３０Ｎ、及
び、突然変異体Ｋ３２８Ｈ／Ｄ３３０Ｎ並びに他の突然
変異体をコードする配列も含む。

【００６２】本発明はまた、本発明の修飾アルカリ性ホ
スファターゼをコードする核酸配列を含み、適当な宿主
細胞中で該タンパク質を発現するのに好適であることを
特徴とする組換えプラスミドに関する。

【００６３】本発明によれば、前記プラスミドは有利に
は修飾アルカリ性ホスファターゼをコードする核酸配列
の発現を調節する配列を含む。

【００６４】調節配列は、プロモーター及びターミネー
ター型の活性配列を意味するものと理解される；実施例
で挙げられる調節配列は、アルカリ性ホスファターゼ遺
伝子のプロモーター（ｐｈｏＡプロモーター）または他
のｌａｃＩ^Qリプレッサー（キャリア(Carrier)ら、J. I
mmunol. Methods, 1995, 177-186 及びスツメルクマン
(Szmelcman)ら, J. Acquired Immune Defic. Syndr., 1
990, 3, 859)に関連するｔａｃプロモーターである。

【００６５】本発明はまた、本発明のプラスミドで形質
転換される宿主細胞、特に大腸菌のような細菌に関し、
該宿主細胞は、アルカリ性ホスファターゼの染色体遺伝
子が欠損しているか、本発明のプラスミドで運ばれるア
ルカリ性ホスファターゼ遺伝子が発現する条件下にアル
カリ性ホスファターゼに関する染色体遺伝子が発現され
ないものである。

【００６６】本発明はまた、天然の細菌のアルカリ性ホ
スファターゼの触媒活性と比較して改良された触媒活性
を有し、及びほぼ天然のアルカリ性ホスファターゼの程
度の熱安定性を有する修飾された細菌のアルカリ性ホス
ファターゼを選択する方法にも関し、該方法は、以下を
含むことを特徴とする：ｉ）ＢＡＰをコードする配列に、哺乳類のアルカリ性ホ
スファターゼ（特に、ＣＩＰ）由来の２個のアミノ酸残
基をコードする少なくとも２個のコドンを導入すること
を含む不活性なキメラアルカリ性ホスファターゼを調製
すること； ii）この不活性なキメラアルカリ性ホスファターゼをコ
ードする遺伝子上にランダムまたは部位特異的突然変異
誘発を実行すること； iii) ii）で得られたアルカリ性ホスファターゼを発現
させること； iv）酵素活性が回復したアルカリ性ホスファターゼを発
現する細菌クローンを選択すること；及びｖ）かくして得られた修飾されたアルカリ性ホスファタ
ーゼを配列決定し、前記のような改良された特性（天然
の細菌のアルカリ性ホスファターゼの触媒活性と比較し
て増大した触媒活性を有し、及びほぼ天然のアルカリ性
ホスファターゼの程度の熱安定性）を有する前記の活性
な修飾された細菌のアルカリ性ホスファターゼを構築す
るために野生型の細菌のアルカリ性ホスファターゼに導
入すべき両立性突然変異を選択すること。

【００６７】工程iv）では、復帰突然変異体と名付けら
れるアルカリ性ホスファターゼ、すなわち、工程ｉ）の
生産物と比較して酵素活性が回復されたホスファターゼ
を得ることができる。

【００６８】実施例によれば、工程ｉ）で得られた突然
変異体は、例えば不活性なキメラアルカリ性ホスファタ
ーゼに相当する突然変異体Ｄ１５３Ｈ／Ｋ３２８Ｈ／Ｑ
３２９Ｇ／Ｄ３３０Ｈであり、工程iv）で得られた突然
変異体は、例えば突然変異体Ｄ１５３Ｈ／Ｋ３２８Ｈ／
Ｑ３２９Ｇ／Ｄ３３０Ｎ、突然変異体Ｄ１５３Ｈ／Ｋ３
２８Ｈ／Ｑ３２９Ａ／Ｄ３３０Ｈ、突然変異体Ｄ１５３
Ｈ／Ｋ３２８Ｈ／Ｑ３２９Ｇ／Ｄ３３０Ａまたは突然変
異体Ｄ１５３Ｈ／Ｋ３２８Ｈ／Ｑ３２９Ｇ／Ｄ３３０Ｌ
であり、それらは復帰突然変異酵素であり、すなわち生
物学的に活性な酵素である。

【００６９】この表現型復帰の原因となる突然変異は、
両立性突然変異(compatibility mutation)と名付けられ
る。なぜなら、生物学的に機能性の修飾タンパク質を形
成するために、それらは異なる起源の２つの配列を互い
に適合させることができるからである。

【００７０】工程ｖ）は、野生型の酵素と比較して改良
された酵素活性（ｋｃａｔ及び／又はＫ_m）を示す、活
性で熱的に安定な修飾された細菌のアルカリ性ホスファ
ターゼを構築するために前記両立性突然変異を選択可能
とする。

【００７１】この方法によれば、〔工程iv）及び工程
ｖ）で選択される〕前記両立性突然変異は、最初は不活
性な細菌のアルカリ性ホスファターゼ／哺乳類アルカリ
性ホスファターゼキメラ酵素に高度の触媒特性を付与す
る。細菌のアルカリ性ホスファターゼに転移されたと
き、この突然変異の効果は、酵素の触媒特性を向上させ
ることである。最後に、上記で特定した他の突然変異の
１つ、特に突然変異Ｄ１５３Ｈに関連して、それはその
性質が哺乳類の酵素と近い酵素を導き、一方、細菌の酵
素と近い熱安定性を有する。

【００７２】本発明の１つの有利な実施態様によれば、
工程ｉ）で導入される突然変異は、少なくとも細菌の酵
素の１５３位、３２８位、３２９位及び３３０位のアミ
ノ酸残基に関する。

【００７３】好ましくは、それらは以下の残基の全てに
関する：残基１５３：ＡｓｐのＨｉｓによる置換残基３２８：ＬｙｓのＨｉｓによる置換残基３２９：ＧｌｎのＧｌｙによる置換残基３３０：ＡｓｐのＨｉｓによる置換特に、突然変異体Ｄ１５３Ｈ／Ｋ３２８Ｈ／Ｑ３２９Ｇ
／Ｄ３３０Ｈ（不活性なキメラアルカリ性ホスファター
ゼ）が得られる。

【００７４】前記方法の他の実施態様によると、工程i
i）で導入される突然変異は、細菌酵素の少なくとも３
２９位及び／又は３３０位のアミノ酸残基に関し、特
に、３３０位のＨｉｓのＡｓｎ、Ａｌａ又はＬｅｕによ
る置換及び／又は３２９位のＧｌｙのＡｌａによる置換
からなり；上記の生物学的に活性な突然変異体、即ちＤ１５３Ｈ／Ｋ３２８Ｈ／Ｑ３２９Ｇ／Ｄ３３０Ｎ、Ｄ１５３Ｈ／Ｋ３２８Ｈ／Ｑ３２９Ｇ／Ｄ３３０Ａ、Ｄ１５３Ｈ／Ｋ３２８Ｈ／Ｑ３２９Ｇ／Ｄ３３０Ｌまた
はＤ１５３Ｈ／Ｋ３２８Ｈ／Ｑ３２９Ａ／Ｄ３３０Ｈの形成の結果となる。

【００７５】本発明はまた、本発明により修飾されたア
ルカリ性ホスファターゼを含むことを特徴とする診断薬
に関する。

【００７６】本発明の診断薬は、慣用的な手段（化学カ
ップリング）、または遺伝子操作、特に欧州特許出願第
０４０７２５９及び第０５５６１１１号に記載されたよ
うな構築物を使用する遺伝子操作により有利に調製する
ことができる。

【００７７】本発明の試薬は特に免疫酵素アッセイに適
用することができる。野生型の細菌のアルカリ性ホスフ
ァターゼの配列を含む診断薬の長所は、例えば可視化時
間の減少、６までの倍率、及び／又は試験の感度の増
加、或いはシグナルの増加により示される。

【００７８】上記の記載に加えて、本発明はまた以下の
記載から明らかになる他の実施態様を含み、本発明の主
題である方法の例示的実施態様及び添付図面を引用する
ことができる。

【００７９】以下の実施例は本発明の主題を示すために
提供されるが、該実施例は本発明を限定するものではな
い。

【００８０】

【実施例】実施例１：修飾した細菌のアルカリ性ホスファターゼを
コードするキメラ遺伝子の構築細菌のアルカリ性ホスファターゼの天然遺伝子の誘導体
において、これら構築を、位置特異的突然変異（クンケ
ルら(KUNKEL et al.)、メソッズエンザイモロジー(Me
thods Enzymol.)、1987、154、367-382頁）によって行
った。

【００８１】最初のベクターは、プラスミドｐＬＩＰ
４．０（ギレットら(GILLET et al.)、アナリティカルケミストリー(A
nalytical Chemistry)、1993、65、1779-1784頁）であ
り、これは、プラスミドｐＪＣ２４３１の誘導体であ
り、細菌のアルカリ性ホスファターゼの野生型遺伝子を
含有する（ラッツァロニら(LAZZARONI et al.)、J. Bac
teriol.、1985、164、1376-1380頁）。それはアルカリ
性ホスファターゼの遺伝子を含有しており、該遺伝子は
５’コード部分において、外来遺伝子が組み込めるよう
に数ヶ所の制限部位を挿入することによって修飾されて
いる。

【００８２】更に、ＢａｍＨＩ制限部位が、位置特異的
突然変異によって、このベクターのｐｈｏＡ遺伝子のシ
ャイン・ダルガルノ配列の上流に導入されている。本実
験に使用するオリゴヌクレオチドは以下の通りである：

【００８３】

【化８】

【００８４】（ＢａｍＨＩ部位は、配列中に太字で示さ
れている。）ｐｈｏＡプロモーターは、Ｅｃｏ０１０９
Ｉ又はＨｉｎｄIII及びＢａｍＨＩ部位に隣接し、そ
の結果、随意に変更可能である。得られるベクターを、
ｐＬＩＰ４．０．Ｂ（図１：ベクターｐＬＩＰ４．
０．Ｂの概略の表示及び図２乃至図４：ベクターｐＬＩ
Ｐ４．０．Ｂのヌクレオチド配列）と命名する。

【００８５】３種の変異を、大腸菌（E.coli）のアルカ
リ性ホスファターゼの遺伝子に同時に導入し、細菌の酵
素の３２８位、３２９位及び３３０位の残基を、哺乳動
物のホスファターゼ中に存在する同等の残基によって置
き換えた。本実験は、以下の合成オリゴヌクレオチド：

【００８６】

【化９】

【００８７】（修飾部位は、太字で示されている。）を
用いて、Ｍ１３ファージに挿入されたホスファターゼ
（ｐｈｏＡ）の遺伝子のＳａｃＩ／ＳｐｈＩフラグメン
ト上で行った。

【００８８】その後、変異フラグメントを、ベクターｐ
ＬＩＰ４．０．Ｂに再度挿入し核酸配列を再度チェック
した。Ｄ１５３Ｈ突然変異を、適当なオリゴヌクレオチ
ドを用いて同一のプロトコールに従って独立に構築し、
３種の前述の変異に遺伝子組み換えすることによって加
えた。以下の４つの部分から成る変異体を得る：Ｄ１５
３Ｈ／Ｋ３２８Ｈ／Ｑ３２９Ｇ／Ｄ３３０Ｈ。第１の文
字は、細菌のアルカリ性ホスファターゼ中に最初に存在
する残基を示し、数字は野生型細菌の配列中の残基の位
置に相当し、第２の文字は、導入された、哺乳動物のホ
スファターゼ中に存在するアミノ酸に相当する変異を示
す。

【００８９】実施例２：キメラアルカリ性ホスファター
ゼの産生、精製及び酵素的特徴実施例１に記載された種々の遺伝子構築物及び細菌のア
ルカリ性ホスファターゼの野生型遺伝子を含むベクター
ｐＪＣ２４３１を、アルカリ性ホスファターゼの染色体
遺伝子を欠失している株E.coli ＣＣ１１８に導入した
（マノイル及びベックウイズ(MANOIL and BECKWITH)、
Ｐ．Ｎ．Ａ．Ｓ．、1985、85、8129-8131頁）。

【００９０】細菌のクローンを、基質５−ブロモ−４−
クロロ−３−インドリルホスフェートを含む培地上で培
養した。充分高い特異的活性を有するアルカリ性ホスフ
ァターゼ−発現コロニーは基質を加水分解し、青くな
る。これはプラスミドｐＪＣ２４３１及びｐＬＩＰ４．
０．Ｂを保有している細菌の場合である。対照的に、プ
ラスミドｐＬＩＰ４．０．Ｂ−Ｄ１５３Ｈ／Ｋ３２８Ｈ
／Ｑ３２９Ｇ／Ｄ３３０Ｈが組み込まれたクローンは、
白く、比色分析の基質を加水分解できないようである。
それゆえ、産生される蛋白質は、酵素活性を欠いてい
る。

【００９１】種々のアルカリ性ホスファターゼを２００
ｍｌの細菌培養物から、精製する。ペリプラズム蛋白質
を浸透圧ショック（ノイ及びヘッペル(NEU and HEPPE
L)、Ｊ．Biol．Chem．1965、240、3685-3692頁）によっ
て抽出し、その後２０倍に濃縮し、セントリコン（登録
商標）３０（Centricon 30）膜を用いて、２０ｍＭＴ
ｒｉｓ−ＨＣｌ、ｐＨ８、１ｍＭＭｇＣｌ₂バッファ
ーに対して透析する。該蛋白質を、ＭｏｎｏＰＨＲ
（登録商標）５／５ファルマシア(Pharmacia)カラム
上で、等電点電気泳動によって分離する。

【００９２】その後、異なるアルカリ性ホスファターゼ
を、分子ふるい（ファルマシア、Ｇ−７５）上のバッフ
ァー成分から単離し、１０ｍＭＭｇＣｌ₂を含む培地
中で保存する。得られた蛋白質の精製度は、ＳＤＳ／ポ
リアクリルアミドゲル上でモニターする。

【００９３】観察される電気泳動の移動度は、ｐＬＩＰ
４に由来するベクターから産生される全ての蛋白質にお
いて、同一である。それは、市販のアルカリ性ホスファ
ターゼ（シグマ(Sigma)）又はベクターｐＪＣ２４３１
中に含まれる野生型遺伝子から産生される蛋白より小さ
かった。この違いは、約１０００ｄａに相当する。それ
は、ｐＬＩＰ４に由来するベクターによって特定される
ホスファターゼのＮ末端部分に含まれる９個の追加した
アミノ酸の存在に一致する。これら残基は、ｐＬＩＰ４
ベクターの遺伝子に導入された追加の制限部位に相当す
る。走査測定によって、このバンドはゲル上の染色され
た蛋白質の９５％以上を構成していることが判る。

【００９４】該酵素の反応速度定数（ｋ_cat及びｋ_m）
を、２５℃、１ＭＴｒｉｓ−ＨＣｌ、ｐＨ８．０バッ
ファー中、基質としてパラ−ニトロフェニルホスフェー
ト（ｐＮＰＰ）を使用し、４１０ｎｍでのｐ−ニトロフ
ェノレートの遊離を測定して、以下の表１に示すよう
に、以下の条件下測定した：１ＭＴｒｉｓ−ＨＣｌ、
ｐＨ８．０、１０ｍＭＭｇ²⁺中でプレインキュベーシ
ョン；１ＭＴｒｉｓ−ＨＣｌ、ｐＨ８．０中で反応。

【００９５】

【表１】

【００９６】ｋ_cat及びｋ_m値は、イーディー・ホフステ
ーのグラフプロット（ｖｉ＝ｆ（ｖｉ／〔ｓ〕））（エ
ル．ペナッセ(L. PENASSE)、酵素：速度論及び作用機構
(Lesenzymes: cinetique et mecanismes d'action)、マ
ッソン及びシー(MASSON andCIE)編、1974）から得、
（シナジーソフトウエア(Synergy Software)から発行さ
れている）KALEIDAGRAPH（登録商標）ソフトウエアを使
用して計算した。プラスミドｐＬＩＰ４．０．Ｂから得
られる酵素は、野生型の酵素と同様な速度論的パラメー
ターを示す。それゆえ、該蛋白質のＮ−末端領域中の挿
入の存在は、酵素の触媒活性を有意に修飾するものでは
ない。

【００９７】Ｄ１５３Ｈ変異をこれら修飾に追加するこ
とは、酵素を完全に不活動にさせる一方、それは、細菌
によって正常に産生され続ける。このように、哺乳動物
由来の４つの残基を細菌のアルカリ性ホスファターゼに
導入することは、酵素学的に機能的な形態の維持と矛盾
する。それらのたった２個、即ち、変異Ｄ１５３Ｈ及び
Ｋ３２８Ｈの存在が、酵素特性における限られた効果を
有する（ジャネウエイら(JANEWAY et al.)、バイオケミ
ストリー(Biochemistry)、1993、32、1601-1609頁）。
それゆえ、328-330ループ及びより詳細には残基３２９
及び３３０は、観察される失活において重要な役割を果
たす。

【００９８】実施例３：不活性なキメラでのランダム突
然変異、表現型復帰の選択及びこの復帰の原因である突
然変異の同定ランダム突然変異を、ＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反応）
法（サイキら(SAIKI et al.)、サイエンス(Science)、1
988、239、487-491頁）を用いてアルカリ性ホスファタ
ーゼの４つの部分から成る変異体のＳａｃＩ／ＳｐｈＩ
部分上で行う。

【００９９】組み込まれた平均30,000ヌクレオチドあた
り１つのエラーを起こすＴａｑポリメラーゼ（ビーアー
ルエル(BRL)）及び以下のオリゴヌクレオチド：

【０１００】

【化１０】

【０１０１】を用いて、この実験を行う。

【０１０２】増幅サイクル数は、３０回である。得られ
る遺伝子フラグメントを、アガロースゲル上でモニター
し、Sephaglass（登録商標）（ファルマシア）上で精製
する。その後、それを酵素ＳａｃＩ及びＳｐｈＩで消化
し、変異されていないＳａｃＩ／ＳｐｈＩフラグメント
の代わりに元のプラスミドに再度挿入する。

【０１０３】ＣＣ１１８細菌を、エレクトロポレーショ
ン（バイオラッドシステム(Biorad system)）による
ライゲーション産物で形質転換し、クローンを、アンピ
シリン及び酵素の比色分析の基質である、その基質の加
水分解が青色の産物をもたらす、５−ブロモ−４−クロ
ロ−３−インドリル−ホスフェートを含むアルカリ性ホ
スファターゼ誘導培地上に広げる。

【０１０４】２つの青色のクローンが、５０，０００個
の白色クローンあたり得られた。この表現型復帰の原因
を、対応する遺伝子をシークエンシングすることによっ
て探求した。それによって、これらクローン中共に１つ
の同じ突然変異、Ｈ３３０Ｎの存在を示すことが判る。
この型の突然変異は、１つの同じ遺伝子上で、最初に触
媒的活性を欠く酵素を生じさせる異なる起源の２種のホ
スファターゼに属する残基の存在を両立させる特性によ
って、両立性突然変異（compatibility mutation）と呼
ばれた。

【０１０５】実施例４：復帰突然変異体クローン（ベク
ターｐＬＩＰ４．０．Ｂ．−Ｄ１５３Ｈ／Ｋ３２８Ｈ／
Ｑ３２９Ｇ／Ｈ３３０Ｎ）によって産生されるアルカリ
性ホスファターゼの酵素的特性実施例３で選択されたクローンによって合成されたアル
カリ性ホスファターゼを、実施例２に記載の手法に従っ
て精製し、その触媒特性をｐＨ８で、以下の表２に示す
ように、下記の条件下測定した：１ＭＴｒｉｓ−ＨＣ
ｌ、ｐＨ８．０、１０ｍＭＭｇ²⁺中でプレインキュベ
ーション；１ＭＴｒｉｓ−ＨＣｌ、ｐＨ８．０中で反
応。

【０１０６】

【表２】

【０１０７】測定した触媒活性は、野生型の細菌の酵素
の場合と同等である。基質に対する親和性は、わずかに
減少している。

【０１０８】それゆえ、両立性突然変異Ｈ３３０Ｎ（こ
れは、酵素の天然の残基にも哺乳動物の酵素中に存在す
る残基にも対応していない。）は、突然変異した酵素に
おいて高いグレードの触媒特性を与えることができる。

【０１０９】チェックもなされ、３３０Ｄ残基（細菌の
ホスファターゼ中に存在する残基）の存在がこの性質の
結果を導かないことも確認した。

【０１１０】実施例５：３３０Ｎ突然変異単独の又は哺
乳動物のタイプの種々の突然変異との組合せの特性野生型細菌のアルカリ性ホスファターゼの状況下での、
３３０Ｎ突然変異の、又はこの突然変異と突然変異Ｄ１
５３Ｈ及び／又はＫ３２８Ｈの組合せの影響の評価を行
った。

【０１１１】この研究を行うために、Ｄ３３０Ｎ突然変
異を、位置特異的突然変異によって、その最初の状態の
ベクターｐＬＩＰ４．０．Ｂによって所有された、又は
また位置特異的突然変異によって、Ｄ１５３Ｈ、Ｋ３２
８Ｈ又はＤ１５３Ｈ／Ｋ３２８Ｈによって修飾されたベ
クターｐＬＩＰ４．０．Ｂによって所有された遺伝子に
導入した。

【０１１２】該蛋白質を、実施例２の記載の様に産生
し、精製した。

【０１１３】速度論的パラメーターを、ｐＨ８及びｐＨ
１０において測定し、上記表２及び下記表３に示す。

【０１１４】ベクターｐＬＩＰ４．０．Ｂ．によって産
生される酵素について測定した定数と比較して、Ｄ３３
０Ｎ突然変異は、ｐＨ８において、基質に対する親和性
における３０％の増加に関連して、修飾した酵素の触媒
速度の２倍の増大を誘導する。Ｋ３２８Ｈ突然変異と組
み合わせると、触媒速度は最初の酵素の場合のレベルよ
り低くなり、基質に対する親和性は、３〜４倍低下す
る。Ｋ３２８Ｈ突然変異は、それ自体、酵素の触媒速度
を修飾しないが、親和性において、２倍低下する。この
後者の結果は、ジャネウエイら(JANEWAY et al.)、バイ
オケミストリー(Biochemistry)、1993、32、1601-1609
頁によって発行された研究に一致するものである。

【０１１５】Ｄ１５３Ｈ突然変異と結合すると、Ｄ３３
０Ｎ突然変異は、触媒速度において、予想外にも３倍に
近い増加を誘導し、基質に対する親和性を有意に修飾し
ない。

【０１１６】同様な条件下、Ｄ１５３Ｈ突然変異は、そ
れ自体、触媒速度のみ１．４倍に増加させ、基質に対す
る親和性を２倍近く減少させる。

【０１１７】最後に、３重の変異体Ｄ１５３Ｈ／Ｋ３２
８Ｈ／Ｄ３３０Ｎの触媒速度は、変異体Ｄ３３０Ｎそれ
自体の場合のレベルにまで低下し、基質に対する親和性
において２倍低下させる。

【０１１８】この結果は、野生型酵素と比較して、触媒
速度において４倍の減少、基質に対する親和性において
３倍の減少を示す２重の変異体Ｄ１５３Ｈ／Ｋ３２８Ｈ
（ジャネウエイら(JANEWAY et al.)、バイオケミストリ
ー(Biochemistry)、1993、32、1601-1609頁）によって
得られる結果に匹敵するものである。

【０１１９】ｐＨ１０では、プラスミドｐＬＩＰ４．
０．Ｂによって産生される酵素は、下記の表３に示すよ
うに、以下の条件下で、ｐＨ８、１ＭＴｒｉｓで観察
される場合と同様な触媒速度及び３倍減少している基質
に対する親和性を示す。：０．１ＭＣＡＰＳ（シクロ
ヘキシルアミノプロパンスルホン酸）、０．４ＭＮａ
Ｃｌ、ｐＨ１０．０、１０ｍＭＭｇ²⁺中でプレインキ
ュベーション；０．１ＭＣＡＰＳ、０．４ＭＮａＣ
ｌ、ｐＨ１０．０、１０ｍＭＭｇ²⁺中で反応。

【０１２０】

【表３】

【０１２１】この結果は、野生型酵素についてのジャネ
ウエイら、1993によって観察された場合と同様である。
この場合も、該酵素のＮ−末端に数個のアミノ酸を挿入
することで、有意にその性質を修飾することはなかっ
た。

【０１２２】復帰突然変異体クローンは、３倍増加した
触媒活性を有しているが、基質への親和性は、６倍減少
している。変異体Ｄ３３０Ｎは、同様な条件下変異して
いない酵素の場合の２．５倍の触媒速度及び２倍増大し
た親和性を保有している。

【０１２３】二重の変異体Ｋ３２８Ｈ／Ｄ３３０Ｎは、
３倍の活性及びわずかに約２０％減少した親和性を示
す。２重の変異体Ｄ１５３Ｈ／Ｄ３３０Ｎは最初の酵素
に比較して１７倍、１ヶ所の変異体Ｄ３３０Ｎと比較し
て７倍及び１ヶ所の変異体Ｄ１５３Ｈと比較して６倍に
増大した触媒速度を示す。この場合、これら二種の突然
変異Ｄ１５３Ｈ／Ｄ３３０Ｎの間に、本当の相乗効果が
ある。対照的に、基質に対する親和性は、細菌の酵素と
比較して約４倍減少し、この減少は、それ自体同様な効
果を誘導するＤ１５３Ｈ突然変異に帰することができ
る。三種の突然変異、Ｄ１５３Ｈ／Ｋ３２８Ｈ／Ｄ３３
０Ｎの関連は、二重の変異体において得られる値と比較
して、その値の中間である触媒速度と親和性を生じさせ
る。

【０１２４】Ｄ１５３Ｈ／Ｄ３３０Ｎの組合せは、ｋ
_catが約２０００ｓ^-1のＣＩＰの場合に近い値に達する
触媒速度に関して最も効果的な構築物を構成する。

【０１２５】ベクターｐＬＩＰ４．０．Ｂ並びにＤ１５
３Ｈ、Ｄ３３０Ｎ及びＤ１５３Ｈ／Ｄ３３０Ｎ誘導体に
よって産生される酵素の熱的な安定性を測定した（図
５）。該酵素を１ＭＴｒｉｓ、ｐＨ８、１００ｍＭ
Ｍｇ⁺⁺バッファー中、２５℃、２時間プレインキュベー
トする。

【０１２６】アリコートを、１ＭＴｒｉｓ、ｐＨ８、
１０ｍＭＭｇ⁺⁺バッファー中、指示された温度で、１
５分間保持する。氷中で冷却後、酵素活性を５ｍＭパ
ラニトロフェニルホスフェートの存在下、２５℃、１５
分間測定する。

【０１２７】ベクターｐＬＩＰ４．０．Ｂ（曲線−●
−）及び変異体Ｄ３３０Ｎ（曲線−◇−）によって産生
される蛋白質は、約９５℃の半分変性温度（half-denat
uration temperature)を有し、それは、天然の細菌のア
ルカリ性ホスファターゼの場合と同様である。数個のア
ミノ酸のＮ−末端への挿入もＤ３３０Ｎ突然変異も、温
度に対する酵素の感受性を増大しない。対照的に、変異
体Ｄ１５３Ｈ（曲線−□−）及び二重の変異体Ｄ１５３
Ｈ／Ｄ３３０Ｎ（−×−）は、約７０℃の半分変性温度
を有し、それは、変異体Ｄ１５３Ｈについてジャネウエ
イら、1993によって発表された場合と同様である。この
値は、ＣＩＰについて発表された値よりも非常に高く、
それはＭｇ²⁺の存在下（実施例において確立されたコン
トロールの条件）５５℃又は６５℃に付近である。

【０１２８】実施例６：トキシン／アルカリ性ホスファ
ターゼ突然変異体・融合ベクターの構築ベクターｐＬＩＰ４．０．Ｂ、ｐＬＩＰ４．０．Ｂ／Ｄ
３３０Ｎ及びｐＬＩＰ４．０．Ｂ／Ｄ１５３Ｈ／Ｄ３３
０Ｎを、酵素ＳａｌＩで消化し、次いでｐｈｏＡ遺伝子
の読み枠にフレームシフトを創る方法で、それらを再び
閉環する。ＣＣ１１８細菌は、これらのベクターで形質
転換されると、アンピシリン及び基質５−ブロモ−４−
クロロ−３−インドリル・ホスフェートを含有するＰｈ
ｏＡ誘導培地上で白くなる。これらのフレームシフトさ
れたベクターを、ｐＬＩＰ４．Ｂ、ｐＬＩＰ４．Ｂ／Ｄ
３３０Ｎ、ｐＬＩＰ４．Ｂ／Ｄ１５３Ｈ／Ｄ３３０Ｎと
称する。

【０１２９】ヘビ毒トキシンであるエラブトキシンａ
(erabutoxin a)をコードする遺伝子を有するベクターｐ
ＬＩＰ１〔ギレット(GILLET)ら、プロティンエンジニ
アリング(Protein Engineering)、1992、 5、 3、 273-27
8〕のその一部について、ＰＣＲ反応を行う。ＰＣＲ反
応は、下記のオリゴヌクレオチドを用いて、エラブトキ
シンａ遺伝子の両末端に、ｐＬＩＰ４ベクターへのク
ローニングに要求されるＳａｌＩ部位及びＸｍａＩ部位
を導入する方法で行われる。

【０１３０】

【化１１】

【０１３１】増幅サイクル数は、３０回である。得られ
た遺伝子を、低融点のアガロースゲル上で調べ、フェノ
ールとクロロホルムで処理して該ゲルから抽出する。次
いで、制限酵素ＳａｌＩ及びＸｍａＩで消化し、ファー
ジＭ１３ｍｐ１８の二重鎖ＤＮＡ中に挿入することによ
って、その配列を確認する。

【０１３２】次いで、該遺伝子をベクターｐＬＩＰ４．
Ｂ、ｐＬＩＰ４．Ｂ−Ｄ３３０Ｎ及びｐＬＩＰ４．Ｂ−
Ｄ１５３Ｈ／Ｄ３３０ＮのＳａｌＩ部位とＸｍａＩ部位
との間に挿入する。ＣＣ１１８細菌をそのライゲーショ
ン産物で形質転換し、アンピシリン及び基質５−ブロモ
−４−クロロ−３−インドリル・ホスフェートを含むア
ルカリ性ホスファターゼ誘導培地に播いた。

【０１３３】エラブトキシンａ／アルカリ性ホスファタ
ーゼ（Ｅａ／ＰｈｏＡ）融合タンパクを発現するコロニ
ーは、基質５−ブロモ−４−クロロ−３−インドリル・
ホスフェートを加水分解して青色になる。ｐＬＩＰ４．
Ｂ／Ｅａ構築物の場合、白色クローン３００個あたり２
１個の青色クローンが得られ、ｐＬＩＰ４．Ｂ−Ｄ３３
０Ｎ／Ｅａ構築物の場合、白色クローン１００個あたり
４個の青色クローンが得られ、ｐＬＩＰ４．Ｂ−Ｄ１５
３Ｈ−Ｄ３３０Ｎ／Ｅａ構築物の場合、白色クローン１
１３個あたり４個の青色クローンが得られた。これらの
構築物中に挿入物が存在することがＳａｃＩ／ＸｍａＩ
制限により確認され（約２００ｂｐの挿入）、再度、シ
ークエンシングすることにより、エラブトキシンａ（Ｅ
ａ）をコードする遺伝子の配列が確認された。

【０１３４】実施例７：免疫酵素トレーサーの製造／抽
出異種融合タンパクは、細菌培養物４００ｍｌを用いて製
造される。ペリプラズムタンパクを浸透圧ショックによ
り抽出し、次いでＹＭ−３０アミコン膜（YMー30 AMICON
membrane)上で１ｍｌ容量まで濃縮し、非修飾ハイブリ
ッドタンパク及び突然変異タンパクＤ３３０Ｎについて
は２０ｍＭトリス−塩酸（ｐＨ８）、１０ｍＭＭｇ
Ｃｌ₂緩衝液を用いて透析し、また突然変異タンパクＤ
１５３Ｈ／Ｄ３３０Ｎについては２０ｍＭトリス−塩
酸（ｐＨ８）、１００ｍＭＭｇＣｌ₂緩衝液を用いて
透析する。該溶液を０．０２％ＮａＮ₃の存在下で−
２０℃で保存する。

【０１３５】実施例８：マイクロタイトレーション・プ
レート上に吸着している抗−トキシン抗体に特異的に結
合する各種エラブトキシン−ａ／修飾アルカリ性ホスフ
ァターゼ・トレーサーの酵素活性の比較、及び可視化時
間及びトキシンについての競合的免疫酵素アッセイの感
度に対する突然変異の影響１）酵素活性マイクロタイトレーション・プレート上に、トキシン特
異的モノクローナル抗体Ｍα２−３〔トレミュー(TREME
AU)ら、フェブス・レター(FEBS lett.)、1986、208、23
6-240〕を、５０ｍＭトリス−塩酸（ｐＨ７．４）緩
衝液を５０μｌ中ウエルあたり１０ｎｇの比率で、終夜
４℃で吸着させる。次いで、該ウエルを、０．３％ウシ
血清アルブミンを含む１００ｍＭトリス−塩酸（ｐＨ
７．４）２５０μｌで、終夜４℃で飽和させる。

【０１３６】１０ｍＭトリス−塩酸（ｐＨ７．４）、
０．０５％ツイーン２（Ｔｗｅｅｎ２：登録商標）緩
衝液を用いて５回の洗浄を行う。

【０１３７】種々のトレーサーを１００ｍＭトリス−
塩酸（ｐＨ７．４）、０．１％ウシ血清アルブミン、１
０ｍＭＭｇＣｌ₂緩衝液で希釈し、これらの溶液５０
μｌをタイトレーションウエルに添加し、該プレートを
終夜４℃でインキュベーションする。

【０１３８】１０ｍＭトリス−塩酸（ｐＨ７．４）、
０．０５％ツイーン２（Ｔｗｅｅｎ２：登録商標）緩
衝液を用いて５回洗浄する。

【０１３９】プレートに固定したトレーサーの量は、非
修飾トレーサ及びＤ３３０Ｎ突然変異を有するトレーサ
ーについては、１Ｍトリス−塩酸（ｐＨ８）、１０ｍ
ＭＭｇＣｌ₂、１０ｍＭパラ−ニトロフェニル・ホス
フェート（ｐＮＰＰ）２００μｌを添加することにより
可視化される。また２つの突然変異Ｄ１５３Ｈ／Ｄ３３
０Ｎを有するトレーサーについては、１００ｍＭシク
ロヘキシルアミノプロパンスルホン酸（ＣＡＰＳ）（ｐ
Ｈ１０．０）、４００ｍＭＮａＣｌ、１０ｍＭＭｇ
Ｃｌ₂、１０ｍＭｐＮＰＰ緩衝液２００μｌが用いら
れる。室温でのインキュベーションの２時間３０分後及
び２４時間後に、４１０ｎｍの光学密度を測定する。

【０１４０】全結合から差し引かれるべき非特異的結合
を測定するために、過剰量のトキシン（１ｍｇ／ｍｌ
トキシン溶液５０μｌ）存在下で同じ実験を行う。

【０１４１】結果を図６に示す。

【０１４２】２）可視化時間及び感度に対する突然変異
の影響Ｍα２−３抗体を用いて、１）に記載するように調製さ
れたマイクロタイトレーション・プレートを用いて検量
線を作成する。トレーサとして同濃度の種々のトレーサ
ーを用い、競合剤として各種濃度のエラブトキシン（１
０^-5から１０^-12Ｍ）を用いる。非突然変異トレーサー
及びＤ３３０Ｎ部位が突然変異されているトレーサーに
ついては、１Ｍトリス−塩酸（ｐＨ８）、１０ｍＭ
ＭｇＣｌ₂緩衝液に１０ｍＭｐＮＰＰ基質を含む溶液
２００μｌを添加する。二重突然変異体Ｄ１５３Ｈ／Ｄ
３３０Ｎについては、１００ｍＭＣＡＰＳ（ｐＨ１
０）、４００ｍＭＮａＣｌ、１０ｍＭＭｇＣｌ₂緩
衝液中でインキュベーションを行なう。得られる標準競
合曲線を図７のＡに記載する。

【０１４３】前記と同じ緩衝液中で行なわれる２番目の
実験において、二重突然変異Ｄ１５３Ｈ／Ｄ３３０Ｎを
含むトレーサーの濃度は、競合剤不存在下で突然変異を
含まないトレーサーと同じシグナル（６時間で４１０ｎ
ｍのＯＤが０．５）を示すように１６倍低くされる。こ
れらの条件下で、酵素シグナルを５０％阻害するのに必
要とされるトキシンの量は、突然変異を有するトレーサ
ーを用いる場合、１７倍減少する（７ｎＭの代わりに
０．４ｎＭ）。結果を図７のＢに示す。

【０１４４】これらの結果は、該アッセイの可視化時間
が、突然変異体Ｄ３３０Ｎについては２倍短縮し、また
突然変異体Ｄ１５３Ｈ／Ｄ３３０Ｎについては６倍短縮
することを、さらにアッセイの感度が（シグナルの５０
％を阻害する抗原の濃度として表される。）、１７倍
（二重突然変異体の場合）向上することを示している。

【０１４５】実施例９：プロインシュリン／突然変異ア
ルカリ性ホスファターゼ融合ベクターの構築および免疫
酵素トレーサーの製造ヒトプロインシュリンをコードする合成遺伝子を構築
し、それをベクターｐＬＩＰ４．Ｂの誘導体であり、そ
のｐｈｏＡプロモーターがｌａｃＩ^Qリプレッサーと連
結したｔａｃプロモーターで置換されているベクターｐ
ＬＩＰ５〔キャリアー(CARRIER)ら、ジェイ・アイ・エ
ム(J.I.M.)、1995、 18 1、 177-186〕のＳａｌＩ部位及び
ＳａｃＩ部位に挿入した。プロインシュリンをコードす
る挿入遺伝子の配列を図８に示す。

【０１４６】Ｄ３３０Ｎ及びＤ１５３Ｈ／Ｄ３３０Ｎ突
然変異は、これらの突然変異を有するｐＬＩＰ４．０．
ＢベクターとｐＬＩＰ５／プロインシュリン・ベクター
との間の遺伝子組換えにより、このベクターに導入され
た。

【０１４７】得られる構築物を、シークエンシングによ
り確認した。得られたプラスミドは、大腸菌株Ｗ３１１
０（米国標準菌株保存機関：American Type Culture Co
llection Ｎｏ．２７３２５）を形質転換するために用
いられた。

【０１４８】種々のプロインシュリン／アルカリ性ホス
ファターゼ・トレーサーを、４００ｍｌの細菌培養物を
用いて作成する。該サンプルは実施例７に記載するよう
に処理する。

【０１４９】実施例１０：可視化時間及びインシュリン
についての競合的免疫酵素アッセイの感度に対する突然
変異の影響１）可視化時間の比較まず初めに、次のＥＬＩＳＡテストで用いるトレーサー
溶液を標準化するために、競合的な市販ＲＩＡテスト
（ＩＮＳＩ−ＰＲキット）を用いてインシュリン同等物
の中で種々のトレーサーの量を測定した。このようにし
て、同量のトレーサーが、実施される種々の試験に用い
られる。

【０１５０】マイクロタイトレーション・プレート上
に、ヤギ抗−マウス・イムノグロブリン抗体〔ＩｇＧ＋
ＩｇＭ、Ｈ＋Ｌ、ジャクソン・イムノリサーチ・ラボラ
トリーズ（Jackson ImmunoResearch Laboratories)、ボ
ルティモア(Baltimore)〕を、ウエルあたり１００μｌ
の量の５０ｍＭトリス−塩酸（ｐＨ７．４）緩衝液中
に１０μｇ／ｍｌの濃度で、終夜４℃で吸着させた。次
いで、該ウエルを、１００ｍＭトリス−塩酸（ｐＨ
７．４）、０．３％ウシ血清アルブミン溶液２００μｌ
で、終夜４℃で飽和させる。実施例８に記載するように
洗浄し、それに続いて、免疫酵素トレーサーの標準化液
５０μｌ、各種濃度のヒトインシュリン５０μｌ、次い
で抗−インシュリン・モノクローナル抗体溶液５０μｌ
をマイクロタイトレーション・ウエルに添加し、終夜４
℃でインキュベーションした。該インキュベーション緩
衝液として、１００ｍＭトリス−塩酸（ｐＨ７．
４）、０．１％ウシ血清アルブミン、１０ｍＭＭｇＣ
ｌ₂を使用した。該ウエルを洗浄し、次いで非突然変異
トレーサー及びＤ３３０Ｎ部位が突然変異されてなるト
レーサーについては、１０ｍＭのｐＮＰＰ基質を含む緩
衝液２００μｌを１Ｍトリス−塩酸（ｐＨ８）、１０
ｍＭＭｇＣｌ₂緩衝液に添加する。一方、Ｄ１５３Ｈ
／Ｄ３３０Ｎトレーサーの場合は、１００ｍＭＣＡＰ
Ｓ（ｐＨ１０）、４００ｍＭＮａＣｌ、１０ｍＭＭ
ｇＣｌ₂緩衝液中でインキュベーションする。インシュ
リン不存在下での４１０ｎｍの光学密度が０．５に達す
る時、その光学密度を読む。結果を図９のＡに示す。

【０１５１】２）可視化時間及びインシュリンについて
の競合的免疫酵素アッセイの感度に対する突然変異の影
響２番目の実験において、二重突然変異Ｄ１５３Ｈ／Ｄ３
３０Ｎを有するトレーサーの濃度は、突然変異を有する
トレーサー及び突然変異を有しないトレーサーについ
て、競合剤不在下で、可視化６時間後の４１０ｎｍでの
光学密度が０．５となるように、１６倍低くされる。

【０１５２】実験は、以前と同じ条件下で行われる。結
果を図９のＢに示す。得られるシグナルを半分まで減少
させるために要求されるインシュリンの濃度は、突然変
異を有するトレーサーの場合、突然変異のないトレーサ
−よりも４．５倍低い（それぞれ、２７μＵ及び１２０
μＵ）。

【０１５３】これらの結果は、該アッセイの可視化時間
がＤ３３０Ｎ突然変異体については２倍短縮し、またＤ
１５３Ｈ／Ｄ３３０Ｎ突然変異体については６倍短縮す
ること、及びアッセイの感度が（シグナルの５０％を阻
害する濃度として表す。）、４．５倍（二重の突然変異
体の場合）向上することを示す。

【０１５４】実施例１１：不活性キメラ上（３２９部位
及び／又は３３０部位）の部位特異的突然変異誘発：生
物学的活性な復帰突然変異体の選択実施例１に従い、不活性のキメラを用いて、３２９部位
及び３３０部位それぞれについて部位特異的突然変異誘
発〔クンケル(KUNKEL)ら、メソッズ・イン・エンザイモ
ロジー(Methods Enzymol.)、1987、 154、367-382、上
述〕を行い、次の復帰突然変異体を得る。

【０１５５】Ｄ１５３Ｈ／Ｋ３２８Ｈ／Ｑ３２９Ａ／Ｄ３３０ＨＤ１５３Ｈ／Ｋ３２８Ｈ／Ｑ３２９Ｇ／Ｄ３３０ＡＤ１５３Ｈ／Ｋ３２８Ｈ／Ｑ３２９Ｇ／Ｄ３３０Ｌそれらは生物学的に活性であり、特に酵素基質に対して
向上した親和性を示す。

【０１５６】上述のことから明らかなように、本発明
は、とても明確に記載されている実施態様、具現態様並
びに適用態様によって何ら制限されることなく、また、
本発明の目的(scope)又は範囲(range)から外れることな
く当業者により考えられ得るこれら態様の全ての変更を
包含するものである。

【０１５７】

【配列表】

配列番号：１配列の長さ：1443 配列の型：核酸鎖の数：一本鎖トポロジー：直鎖状配列の種類：他の核酸修飾DNA 配列の特徴特徴を表す記号：CDS 存在位置：64..1440 配列 GTGAAACAAA GCACTATTGC ACTGGCACTC TTACCGTTAC TGTTTACCCC TGTGACAAAA 60 GCC CGG ACA CCA GAA ATG CCC GTC GAC TTC AGT CGA CGA GCT CCC GGG 108 Arg Thr Pro Glu Met Pro Val Asp Phe Ser Arg Arg Ala Pro Gly 1 5 10 15 GTT CTG GAA AAC CGG GCT GCT CAG GGC GAT ATT ACT GCA CCC GGC GGT 156 Val Leu Glu Asn Arg Ala Ala Gln Gly Asp Ile Thr Ala Pro Gly Gly 20 25 30 GCT CGC CGT TTA ACG GGT GAT CAG ACT GCC GCT CTG CGT GAT TCT CTT 204 Ala Arg Arg Leu Thr Gly Asp Gln Thr Ala Ala Leu Arg Asp Ser Leu 35 40 45 AGC GAT AAA CCT GCA AAA AAT ATT ATT TTG CTG ATT GGC GAT GGG ATG 252 Ser Asp Lys Pro Ala Lys Asn Ile Ile Leu Leu Ile Gly Asp Gly Met 50 55 60 GGG GAC TCG GAA ATT ACT GCC GCA CGT AAT TAT GCC GAA GGT GCG GGC 300 Gly Asp Ser Glu Ile Thr Ala Ala Arg Asn Tyr Ala Glu Gly Ala Gly 65 70 75 GGC TTT TTT AAA GGT ATA GAT GCC TTA CCG CTT ACC GGG CAA TAC ACT 348 Gly Phe Phe Lys Gly Ile Asp Ala Leu Pro Leu Thr Gly Gln Tyr Thr 80 85 90 95 CAC TAT GCG CTG AAT AAA AAA ACC GGC AAA CCG GAC TAC GTC ACC GAC 396 His Tyr Ala Leu Asn Lys Lys Thr Gly Lys Pro Asp Tyr Val Thr Asp 100 105 110 TCG GCT GCA TCA GCA ACC GCC TGG TCA ACC GGT GTC AAA ACC TAT AAC 444 Ser Ala Ala Ser Ala Thr Ala Trp Ser Thr Gly Val Lys Thr Tyr Asn 115 120 125 GGC GCG CTG GGC GTC GAT ATT CAC GAA AAA GAT CAC CCA ACG ATT CTG 492 Gly Ala Leu Gly Val Asp Ile His Glu Lys Asp His Pro Thr Ile Leu 130 135 140 GAA ATG GCA AAA GCC GCA GGT CTG GCG ACC GGT AAC GTT TCT ACC GCA 540 Glu Met Ala Lys Ala Ala Gly Leu Ala Thr Gly Asn Val Ser Thr Ala 145 150 155 GAG TTG CAG CAC GCC ACG CCC GCT GCG CTG GTG GCA CAT GTG ACC TCG 588 Glu Leu Gln His Ala Thr Pro Ala Ala Leu Val Ala His Val Thr Ser 160 165 170 175 CGC AAA TGC TAC GGT CCG AGC GCG ACC AGT GAA AAA TGT CCG GGT AAC 636 Arg Lys Cys Tyr Gly Pro Ser Ala Thr Ser Glu Lys Cys Pro Gly Asn 180 185 190 GCT CTG GAA AAA GGC GGA AAA GGA TCG ATT ACC GAA CAG CTG CTT AAC 684 Ala Leu Glu Lys Gly Gly Lys Gly Ser Ile Thr Glu Gln Leu Leu Asn 195 200 205 GCT CGT GCC GAC GTT ACG CTT GGC GGC GGC GCA AAA ACC TTT GCT GAA 732 Ala Arg Ala Asp Val Thr Leu Gly Gly Gly Ala Lys Thr Phe Ala Glu 210 215 220 ACG GCA ACC GCT GGT GAA TGG CAG GGA AAA ACG CTG CGT GAA CAG GCA 780 Thr Ala Thr Ala Gly Glu Trp Gln Gly Lys Thr Leu Arg Glu Gln Ala 225 230 235 CAG GCG CGT GGT TAT CAG TTG GTG AGC GAT GCT GCC TCA CTG AAT TCG 828 Gln Ala Arg Gly Tyr Gln Leu Val Ser Asp Ala Ala Ser Leu Asn Ser 240 245 250 255 GTG ACG GAA GCG AAT CAG CAA AAA CCC CTG CTT GGC CTG TTT GCT GAC 876 Val Thr Glu Ala Asn Gln Gln Lys Pro Leu Leu Gly Leu Phe Ala Asp 260 265 270 GGC AAT ATG CCA GTG CGC TGG CTA GGA CCG AAA GCA ACG TAC CAT GGC 924 Gly Asn Met Pro Val Arg Trp Leu Gly Pro Lys Ala Thr Tyr His Gly 275 280 285 AAT ATC GAT AAG CCC GCA GTC ACC TGT ACG CCA AAT CCG CAA CGT AAT 972 Asn Ile Asp Lys Pro Ala Val Thr Cys Thr Pro Asn Pro Gln Arg Asn 290 295 300 GAC AGT GTA CCA ACC CTG GCG CAG ATG ACC GAC AAA GCC ATT GAA TTG 1020 Asp Ser Val Pro Thr Leu Ala Gln Met Thr Asp Lys Ala Ile Glu Leu 305 310 315 TTG AGT AAA AAT GAG AAA GGC TTT TTC CTG CAA GTT GAA GGT GCG TCA 1068 Leu Ser Lys Asn Glu Lys Gly Phe Phe Leu Gln Val Glu Gly Ala Ser 320 325 330 335 ATC GAT CAC CAG AAT CAT GCT GCG AAT CCT TGT GGG CAA ATT GGC GAG 1116 Ile Asp His Gln Asn His Ala Ala Asn Pro Cys Gly Gln Ile Gly Glu 340 345 350 ACG GTC GAT CTC GAT GAA GCC GTA CAA CGG GCG CTG GAA TTC GCT AAA 1164 Thr Val Asp Leu Asp Glu Ala Val Gln Arg Ala Leu Glu Phe Ala Lys 355 360 365 AAG GAG GGT AAC ACG CTG GTC ATA GTC ACC GCT GAT CAC GCC CAC GCC 1212 Lys Glu Gly Asn Thr Leu Val Ile Val Thr Ala Asp His Ala His Ala 370 375 380 AGC CAG ATT GTT GCG CCG GAT ACC AAA GCT CCG GGC CTC ACC CAG GCG 1260 Ser Gln Ile Val Ala Pro Asp Thr Lys Ala Pro Gly Leu Thr Gln Ala 385 390 395 CTA AAT ACC AAA GAT GGC GCA GTG ATG GTG ATG AGT TAC GGG AAC TCC 1308 Leu Asn Thr Lys Asp Gly Ala Val Met Val Met Ser Tyr Gly Asn Ser 400 405 410 415 GAA GAG GAT TCA CAA GAA CAT ACC GGC AGT CAG TTG CGT ATT GCG GCG 1356 Glu Glu Asp Ser Gln Glu His Thr Gly Ser Gln Leu Arg Ile Ala Ala 420 425 430 TAT GGC CCG CAT GCC GCC AAT GTT GTT GGA CTG ACC GAC CAG ACC GAT 1404 Tyr Gly Pro His Ala Ala Asn Val Val Gly Leu Thr Asp Gln Thr Asp 435 440 445 CTC TTC TAC ACC ATG AAA GCC GCT CTG GGG CTG AAA TAA 1443 Leu Phe Tyr Thr Met Lys Ala Ala Leu Gly Leu Lys 450 455 459 配列番号：２配列の長さ：459 配列の型：アミノ酸トポロジー：直鎖状配列の種類：タンパク質配列 Arg Thr Pro Glu Met Pro Val Asp Phe Ser Arg Arg Ala Pro Gly Val 1 5 10 15 Leu Glu Asn Arg Ala Ala Gln Gly Asp Ile Thr Ala Pro Gly Gly Ala 20 25 30 Arg Arg Leu Thr Gly Asp Gln Thr Ala Ala Leu Arg Asp Ser Leu Ser 35 40 45 Asp Lys Pro Ala Lys Asn Ile Ile Leu Leu Ile Gly Asp Gly Met Gly 50 55 60 Asp Ser Glu Ile Thr Ala Ala Arg Asn Tyr Ala Glu Gly Ala Gly Gly 65 70 75 80 Phe Phe Lys Gly Ile Asp Ala Leu Pro Leu Thr Gly Gln Tyr Thr His 85 90 95 Tyr Ala Leu Asn Lys Lys Thr Gly Lys Pro Asp Tyr Val Thr Asp Ser 100 105 110 Ala Ala Ser Ala Thr Ala Trp Ser Thr Gly Val Lys Thr Tyr Asn Gly 115 120 125 Ala Leu Gly Val Asp Ile His Glu Lys Asp His Pro Thr Ile Leu Glu 130 135 140 Met Ala Lys Ala Ala Gly Leu Ala Thr Gly Asn Val Ser Thr Ala Glu 145 150 155 160 Leu Gln His Ala Thr Pro Ala Ala Leu Val Ala His Val Thr Ser Arg 165 170 175 Lys Cys Tyr Gly Pro Ser Ala Thr Ser Glu Lys Cys Pro Gly Asn Ala 180 185 190 Leu Glu Lys Gly Gly Lys Gly Ser Ile Thr Glu Gln Leu Leu Asn Ala 195 200 205 Arg Ala Asp Val Thr Leu Gly Gly Gly Ala Lys Thr Phe Ala Glu Thr 210 215 220 Ala Thr Ala Gly Glu Trp Gln Gly Lys Thr Leu Arg Glu Gln Ala Gln 225 230 235 240 Ala Arg Gly Tyr Gln Leu Val Ser Asp Ala Ala Ser Leu Asn Ser Val 245 250 255 Thr Glu Ala Asn Gln Gln Lys Pro Leu Leu Gly Leu Phe Ala Asp Gly 260 265 270 Asn Met Pro Val Arg Trp Leu Gly Pro Lys Ala Thr Tyr His Gly Asn 275 280 285 Ile Asp Lys Pro Ala Val Thr Cys Thr Pro Asn Pro Gln Arg Asn Asp 290 295 300 Ser Val Pro Thr Leu Ala Gln Met Thr Asp Lys Ala Ile Glu Leu Leu 305 310 315 320 Ser Lys Asn Glu Lys Gly Phe Phe Leu Gln Val Glu Gly Ala Ser Ile 325 330 335 Asp His Gln Asn His Ala Ala Asn Pro Cys Gly Gln Ile Gly Glu Thr 340 345 350 Val Asp Leu Asp Glu Ala Val Gln Arg Ala Leu Glu Phe Ala Lys Lys 355 360 365 Glu Gly Asn Thr Leu Val Ile Val Thr Ala Asp His Ala His Ala Ser 370 375 380 Gln Ile Val Ala Pro Asp Thr Lys Ala Pro Gly Leu Thr Gln Ala Leu 385 390 395 400 Asn Thr Lys Asp Gly Ala Val Met Val Met Ser Tyr Gly Asn Ser Glu 405 410 415 Glu Asp Ser Gln Glu His Thr Gly Ser Gln Leu Arg Ile Ala Ala Tyr 420 425 430 Gly Pro His Ala Ala Asn Val Val Gly Leu Thr Asp Gln Thr Asp Leu 435 440 445 Phe Tyr Thr Met Lys Ala Ala Leu Gly Leu Lys * 450 455 460 配列番号：３配列の長さ：38 配列の型：核酸鎖の数：一本鎖トポロジー：直鎖状配列の種類：他の核酸オリゴヌクレオチド配列 TGTACAAATA CATTAAAGGA TCCAAACAAA GCGACTAT 38 配列番号：４配列の長さ：34 配列の型：核酸鎖の数：一本鎖トポロジー：直鎖状配列の種類：他の核酸オリゴヌクレオチド配列 GATTCGCAGC ATGATGACCG TGATCGATTG ACGC 34 配列番号：５配列の長さ：24 配列の型：核酸鎖の数：一本鎖トポロジー：直鎖状配列の種類：他の核酸オリゴヌクレオチド配列 AACAACATTG GCGGCATGCG GGCC 24 配列番号：６配列の長さ：24 配列の型：核酸鎖の数：一本鎖トポロジー：直鎖状配列の種類：他の核酸オリゴヌクレオチド配列 GACTTCAGTC GACGAGCTCC CGGG 24 配列番号：７配列の長さ：30 配列の型：核酸鎖の数：一本鎖トポロジー：直鎖状配列の種類：他の核酸オリゴヌクレオチド配列 GAAATGCCCG TCGACAGGAT ATGTTTTAAC 30 配列番号：８配列の長さ：30 配列の型：核酸鎖の数：一本鎖トポロジー：直鎖状配列の種類：他の核酸オリゴヌクレオチド配列 GAACCCCGGG AGCTCCATTG TTGCAGACCT 30

【図面の簡単な説明】

【図１】修飾されたホスファターゼをコードする遺伝子
を発現するのに好適なプラスミドｐＬＩＰ４．０．Ｂを
示す。

【図２】ベクターｐＬＩＰ４．０．Ｂのヌクレオチド配
列を示す（図３及び図４に続く）。ｐｈｏＡ遺伝子のコ
ード化配列が太字で表される。

【図３】図２に続いて、ベクターｐＬＩＰ４．０．Ｂの
ヌクレオチド配列を示す（図４に続く）。

【図４】図３に続いて、ベクターｐＬＩＰ４．０．Ｂの
ヌクレオチド配列を示す。

【図５】産生された各種のアルカリ性ホスファターゼの
熱安定性を示す。

【図６】マイクロタイトレーションプレート上に吸着さ
れる抗−トキシン抗体に特異的に接着した各種トキシン
／ホスファターゼ・トレーサーの酵素活性の比較を示す
（全結合から非特異的結合を差し引くことにより得られ
る特異的結合の測定）。なお、図中、Ａは２時間３０分
後での可視化を示し、Ｂは２４時間後での可視化を示
す。

【図７】図中、Ａ及びＢは、可視化時間及びトキシンに
ついての競合的免疫酵素アッセイの感度についての突然
変異の効果を示す。

【図８】挿入されたプロインシュリンをコードする遺伝
子の配列を示す。図中、ペプチドＣを太字で示し、プロ
インシュリン配列に付加され、プロインシュリンをベク
ターｐＬＩＰ５に挿入し、かつｐｈｏＡ遺伝子の読み枠
を修復することのできる塩基をイタリックで示す。

【図９】図中、Ａは、インシュリンをアッセイするため
に要求される可視化時間の比較を使用されたトレーサー
の関数として示す。Ｂは、インシュリンについての競合
的免疫酵素アッセイの感度についての突然変異の効果を
示す。

フロントページの続き (72)発明者フレデリクデュカンセルフランス 91160 ロンジュモーリュドゥリベットバティマンＣ１レジダンスデュムーランサンマルタン (72)発明者アンドレメネスフランス 78114 マグニレマモークレスリアベニュクロードニコラルドゥ 102

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】その３２９位及び３３０位のアミノ酸残基
の少なくとも一つが、他のアミノ酸残基により置換され
ている細菌アルカリ性ホスファターゼ（ＢＡＰ）の配列
からなり、基質に対する触媒活性及び親和性が、対応す
る野生型の細菌アルカリ性ホスファターゼの該活性に比
し有意に増大しており、且つその熱安定性が該野生型細
菌アルカリ性ホスファターゼと同程度であることを特徴
とする、細菌由来の修飾アルカリ性ホスファターゼ。
【請求項２】さらにアミノ酸残基１５３及び／又はアミ
ノ酸残基３２８部位での置換を含むことを特徴とする請
求項１記載の細菌由来の修飾アルカリ性ホスファター
ゼ。
【請求項３】３３０位における置換が、好ましくはアス
パラギン酸（Ａｓｐ³³⁰又はＤ）のアスパラギン（Ａｓ
ｎ又はＮ）、アラニン（Ａｌａ又はＡ）又はロイシン
（Ｌｅｕ又はＬ）による置換であることを特徴とする請
求項１又は２記載の細菌由来の修飾アルカリ性ホスファ
ターゼ。
【請求項４】３２９部位における置換が、好ましくはグ
ルタミン（Ｇｌｎ³²⁹又はＱ）のアラニン（Ａｌａ又は
Ａ）による置換であることを特徴とする請求項１乃至３
のいずれかに記載の細菌由来の修飾アルカリ性ホスファ
ターゼ。
【請求項５】更に、１５３位がアスパラギン酸（Ａｓｐ
¹⁵³）の代わりにヒスチジン（Ｈｉｓ又はＨ）であり、
及び／又は３２８位がリジン（Ｌｙｓ又はＫ）の代わり
にヒスチジンであることを特徴とする請求項１乃至４の
いずれかに記載の細菌由来の修飾アルカリ性ホスファタ
ーゼ。
【請求項６】変異体Ｄ３３０Ｎ、変異体Ｄ１５３Ｈ／Ｄ
３３０Ｎ、変異体Ｋ３２８Ｈ／Ｄ３３０Ｎ及び変異体Ｄ
１５３Ｈ／Ｋ３２８Ｈ／Ｄ３３０Ｎ、変異体Ｄ３３０
Ａ、変異体Ｄ３３０Ｌ、変異体Ｄ１５３Ｈ／Ｄ３３０
Ａ、変異体Ｄ１５３Ｈ／Ｄ３３０Ｌ、変異体Ｋ３２８Ｈ
／Ｄ３３０Ａ、変異体Ｋ３２８Ｈ／Ｄ３３０Ｌ、変異体
Ｄ１５３Ｈ／Ｋ３２８Ｈ／Ｄ３３０Ａ、変異体Ｄ１５３
Ｈ／Ｋ３２８Ｈ／Ｄ３３０Ｌ、変異体Ｑ３２９Ａ、変異
体Ｄ１５３Ｈ／Ｑ３２９Ａ、変異体Ｋ３２８Ｈ／Ｑ３２
９Ａ及び変異体Ｄ１５３Ｈ／Ｋ３２８Ｈ／Ｑ３２９Ａか
らなる群から選択されるものであることを特徴とする請
求項１乃至５のいずれかに記載の細菌由来の修飾アルカ
リ性ホスファターゼ。
【請求項７】細菌アルカリ性ホスファターゼ配列が、好
ましくは大腸菌（Escherichia coli)または枯草菌(Baci
llus subtilis)に由来するものであることを特徴とする
請求項１乃至６のいずれかに記載の細菌由来の修飾アル
カリ性ホスファターゼ。
【請求項８】細菌アルカリ性ホスファターゼ配列が、請
求項１乃至６に規定する置換の少なくとも１つに加え
て、該細菌アルカリ性ホスファターゼのアミノ酸＋６と
＋７との間に少なくとも１つの付加的なアミノ酸が挿入
されてなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか
に記載の細菌由来の修飾アルカリ性ホスファターゼ。
【請求項９】配列番号１又はその変異体（variant）か
らなることを特徴とする請求項８記載の細菌由来の修飾
アルカリ性ホスファターゼ。
【請求項１０】請求項１乃至９のいずれかに記載のアル
カリ性ホスファターゼをコードする核酸配列。
【請求項１１】請求項１乃至９のいずれかに記載のアル
カリ性ホスファターゼをコードし、適当な宿主細胞中で
の該アルカリ性ホスファターゼの発現に適する核酸配列
を含むことを特徴とする組換えプラスミド。
【請求項１２】請求項１１記載のプラスミドで形質転換
される宿主細胞。
【請求項１３】１）細菌アルカリ性ホスファターゼ（Ｂ
ＡＰ）をコードする配列に哺乳類のアルカリ性ホスファ
ターゼの活性部位に由来する少なくとも２つのアミノ酸
残基をコードする２つのコドンを導入することからなる
不活性キメラ・アルカリ性ホスファターゼの調製、２）この不活性キメラ・アルカリ性ホスファターゼをコ
ードする遺伝子についてのランダム又は部位特異的突然
変異誘発の実施、３）２）で得られるアルカリ性ホスファターゼの発現４）酵素活性が回復されるアルカリ性ホスファターゼを
発現する細菌クローンの選択、５）得られた突然変異アルカリ性ホスファターゼのシー
クエンシング、及び野生型細菌アルカリ性ホスファター
ゼに導入するための両立性変異の選択を含むことを特徴
とする、天然の細菌アルカリ性ホスファターゼと比べて
増加した触媒活性を有し、かつ天然の細菌アルカリ性ホ
スファターゼと類似の熱安定性を有する修飾細菌アルカ
リ性ホスファターゼの選択方法。
【請求項１４】工程１）で導入される突然変異が、少な
くとも細菌酵素の１５３、３２８、３２９及び３３０部
位のアミノ酸残基に関するものであることを特徴とする
請求項１３記載の選択方法。
【請求項１５】工程２）で導入される突然変異が、少な
くとも細菌酵素の３２９及び／又は３３０部位のアミノ
酸残基に関するものであり、特に３３０位のＨｉｓがＡ
ｓｎ、ＡｌａもしくはＬｅｕによって置換されるか、又
は３２９位のＧｌｙがＡｌａによって置換されてなるこ
とを特徴とする請求項１３又は１４記載の選択方法。
【請求項１６】工程１）で導入される突然変異が、次の
残基：残基１５３：ＡｓｐのＨｉｓによる置換残基３２８：ＬｙｓのＨｉｓによる置換残基３２９：ＧｌｎのＧｌｙによる置換残基３３０：ＡｓｐのＨｉｓによる置換全てに関わるものであることを特徴とする請求項１３乃
至１５のいずれかに記載の選択方法。
【請求項１７】請求項１乃至９のいずれかに記載のアル
カリ性ホスファターゼを含有することを特徴とする診断
薬。
【請求項１８】哺乳類のアルカリ性ホスファターゼの活
性部位に由来する少なくとも２つのアミノ酸残基を含
み、細菌アルカリ性ホスファターゼからなる生物学的に
不活性なキメラ・アルカリ性ホスファターゼ。
【請求項１９】突然変異体Ｄ１５３Ｈ／Ｋ３２８Ｈ／Ｑ
３２９Ｇ／Ｄ３３０Ｈに相当するものであることを特徴
とする請求項１８記載のキメラ・アルカリ性ホスファタ
ーゼ。