JPH10210979A - 耐熱性dna合成酵素 - Google Patents
耐熱性dna合成酵素Info
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- JPH10210979A JPH10210979A JP9019248A JP1924897A JPH10210979A JP H10210979 A JPH10210979 A JP H10210979A JP 9019248 A JP9019248 A JP 9019248A JP 1924897 A JP1924897 A JP 1924897A JP H10210979 A JPH10210979 A JP H10210979A
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Abstract
合成鎖の伸長を途中で停止させることなく、鋳型DNA
鎖の全長を効率よく増幅することのできる新規な耐熱性
合成酵素と、この酵素の製造方法を提供する。 【解決手段】 配列番号1のアミノ酸配列を有し、1本
鎖DNAに相補的なDNA鎖の合成を触媒するに際して
合成鎖の伸長を途中で停止させることのない耐熱性DN
A合成酵素と、配列番号1のアミノ酸配列をコードする
DNA配列を含む発現ベクターにより形質転換した細胞
を培養し、培地中に産生された目的酵素を単離・精製す
ることを特徴とする耐熱性DNA合成酵素の製造方法。
Description
管内での合成や増幅、塩基配列の決定等に用いる新規な
耐熱性DNA合成酵素と、この酵素をコードするDNA
配列、並びにこのDNA合成酵素の製造方法に関するも
のである。
ymerase)は1本鎖DNAに相補的なDNA鎖の合成を
触媒する酵素の総称である。DNAの塩基配列決定や試
験管内でのDNA増幅などには必須の酵素であるが、特
にPCR(Polymerase chain reaction) においては、そ
の一連の反応サイクルを自動化する上で「耐熱性DNA
合成酵素」は不可欠である。
Taq、Pfu、KOD等が知られており、それぞれの特性に
応じて使い分けられている。しかしながら、これら既存
の耐熱性DNA合成酵素を用いたPCR等のDNA合成
の場合には、鋳型となるDNA鎖によっては、合成され
るDNA鎖の伸長が途中で停止してしまい、鋳型DNA
鎖の全領域の増幅や、その塩基配列の決定が困難もしく
は不可能となるという問題を有していた。また、合成停
止による不完全なDNA断片がPCR産物中に混入する
場合には、目的とする増幅断片を精製しなけらばならな
いという不都合も存在した。
なされたものであって、DNA鎖をPCR等により合
成、増幅するに際して、合成鎖の伸長を途中で停止させ
ることなく、鋳型DNA鎖の全長を効率よく増幅するこ
とのできる新規な耐熱性DNA合成酵素を提供すること
を目的としている。またこの発明は、この耐熱性DNA
合成酵素をコードするDNA配列と、このDNA配列の
発現産物として耐熱性DNA合成酵素を製造する方法を
提供することを目的としてもいる。
を解決するものとして、配列番号1のアミノ酸配列を有
し、1本鎖DNAに相補的なDNA鎖の合成を触媒する
に際して合成鎖の伸長を途中で停止させることのない耐
熱性DNA合成酵素(請求項1)を提供する。またこの
発明は、配列番号1のアミノ酸配列をコードするDNA
配列(請求項2)と、このDNA配列を含むクローニン
グベクター(請求項3)を提供する。このようなクロー
ニングベクターとしては、大腸菌HMS174(DE3)/pD
P320(FERM P- 16052)が保有する組換え体プラスミドp
DP320(請求項4)をも提供する。
DNA配列を含む発現ベクターにより形質転換した細胞
を培養し、培地中に産生された目的酵素を単離・精製す
ることを特徴とする耐熱性DNA合成酵素の製造方法
(請求項5)を提供する。
は、具体的には、ピロコッカスフリオサス(Pyrococcus
furiosus)由来のPfuDNA合成酵素を公知の変異遺
伝子作成法 (Strategies, vol 9, p3-4,1996) によって
遺伝子工学的に改変した酵素である(以下、この発明の
耐熱性DNA合成酵素を「改変型PfuDNA合成酵素」
と記載することがある)。この酵素の作成は以下のとお
りに行なった。すなわち、PfuDNA合成酵素の遺伝子
は塩基配列が公知であるため、その両端に相補的なオリ
ゴヌクレオチドを合成し、これをプライマーとして、上
記細菌のゲノムDNAを鋳型とするPCR法によりPfu
DNA合成酵素の遺伝子を調製した。この遺伝子DNA
断片をベクターにクローニングし、上記文献に記載の方
法により変異させた。遺伝子の変異は、PfuDNA合成
酵素のアミノ酸配列の一部がKODDNA合成酵素のアミ
ノ酸配列に置き変わるように塩基を置換させた。PfuD
NA合成酵素とKODDNA合成酵素は、アミノ酸配列が
約80%相同であり、PCRの際に同様の合成停止を生
じさせるが(図1)、KODDNA合成酵素の伸長速度は
PfuDNA合成酵素のそれの6〜10倍である。そこで、
PfuDNA合成酵素のアミノ酸残基をKODDNA合成酵
素のアミノ酸残基に置換することによって、合成鎖の伸
長停止が改善され、しかも伸長速度の速い酵素が得られ
る可能性があるからである。そして、このようにして変
異させた遺伝子を大腸菌で発現させ、その発現産物を回
収し、精製することによってこの発明の改変型PfuDN
A合成酵素を得た。
方法により数多くの改変型PfuDNA合成酵素を作成
し、それぞれについてDNA合成実験をおこない、伸長
したDNA鎖を電気泳動的に解析することによって、従
来酵素に比べて合成鎖の伸長停止が著しく改善されたD
NA合成酵素を得、この発明を完成させた。このDNA
合成酵素は、配列番号1に示したアミノ酸配列を有して
おり、このアミノ酸配列は、従来公知のPfuDNA合成
酵素のアミノ酸配列のうち、表1に示すアミノ酸残基が
置換された新規な配列である。そして、この新規酵素を
用いてPCR等のDNA合成を行なった場合には、下記
の実施例に示すように、従来のDNA合成酵素を用いた
場合に生じる合成停止がほぼ完全に解消される。もちろ
ん従来酵素によって効率よく増幅されるDNA鎖は同様
に効率良く増幅することができる。
ードするDNA配列としては、上記の酵素作成過程で得
られたPfuDNA合成酵素遺伝子の変異遺伝子を例示す
ることができる。この変異遺伝子は組換え体プラスミド
pDP320にクローニングされており、このpDP320は大
腸菌HMS174(DE3)に導入され、工業技術院生命工学
工業技術研究所に寄託されている (寄託番号FERM P- 16
052)。ただし、この発明のDNA合成酵素はそのアミノ
酸配列が配列番号1であることを必要かつ充分な要件と
するものであり、そのような酵素をコードする遺伝子
は、配列番号1の各アミノ酸残基に対応する塩基コドン
をつなぎ合わせたDNA配列として適宜にデザインする
ことができる。
成酵素についてさらに詳細かつ具体的に説明するが、こ
の発明は以下の例に限定されるものではない。
Research, vol.21, p259-265, 1993) に従ってPCRプ
ライマーを合成し、ピロコッカスフリオサス (P. furio
sus)のゲノムDNAを鋳型とするPCRによって目的遺
伝子を増幅し、これを大腸菌用の発現ベクターにクロー
ニングした。詳細は以下のとおりである。
た方法で培養した。先ず、文献記載の培地を調製し、高
温加圧滅菌ののち、蜜素ガスを吹き込み、植菌して95℃
で15時間静置培養した。200mlの培養掖から遠心分離に
より約0.5mgの菌体を得た。集菌体を緩衝液A(10mMト
リス−HCL,pH8.0, 1mMEDTA, 100mM Nacl )に
懸濁し、10% SDSを1ml加え、撹拌の後、プロテイナ
ーゼKを0.5mg 加えて55℃で60分反応させた。反応液を
順次フェノ一ル抽出、フェノ一ル/クロロホルム抽出、
クロロホルム抽出し、エタノールを加えてDNAを不溶
化し、回収した。得られたDNAを1mlのTEバッファ
ー(10mMトリス−HCl,pH8.0,1mMEDTA)に溶
解し、0.5mgのRNase Aを加えて37℃で60分反応させ
たのち、再度フェノール抽出、フェノ一ル/クロロホル
ム抽出、クロロホルム抽出し、エタノ一ル沈殿でDNA
を回収してTEバッファ−に溶解させ、約0.3mgのDN
Aを得た。
CR増幅するために、既知の配列データをもとに配列番
号2および3に示す2種のプライマ−DNAを合成し
た。すなわち、フォアードプライマー配列中には目的遺
伝子の開始コドンATGおよび制限酵素NcoI配列(5'-
CCATGG-3')を導入し、リバースプライマーは終止コドン
の下流の適当な位置に結合するように設計した。PCR
は、P.furiosusDNA2μgとプライマー各10pmolを用
い、LATaq(宝酒造)と添付のバッファー条件で、50
μlの反応系で行った。サイクル条件は、酵素を加える
前に93℃/3分を行い、94℃/0.5 分、55℃/0.5 分、
72℃/1.0 分を30サイクルした。増幅したDNA断片
を精製し、NcoIで処理した後、同じくNcoIで切断後
に平滑末端化し、さらにNcoI処理した発現ベクターp
ET15−bのT7プロモーター下流に組み込んだ。この
発現ベクターをpDPWT100とし、挿入遣伝子の塩基
配列を確認した。 (2)PfuDNA合成酵素遺伝子の改変 クローン化したPfuDNA合成酵素遺伝子を組み込んだ
発現ベクターpDPWT100に対して、期待する変異を
含んだオリゴヌクレオチド(配列番号4および5)とプ
ロメガ社の突然変異導入キットを用い、公知の方法 (St
rategies, vol9, p3-4,1996) に従って改変型PfuDN
A合成酵素の遺伝子を、発現ベクターpDPWT100上
で作成し、発現ベクターpDP320 を構築した。なお、
この改変型遺伝子の塩基配列を決定することにより、改
変型PfuDNA合成酵素のアミノ酸配列(配列番号1)
を確認した。 実施例2:改変型PfuDNA合成酵素の大腸菌での発
現と精製 実施例1(2)で作成した改変型PfuDNA合成酵素
の遺伝子を次のとおりに大腸菌で発現させ、精製した。
NA合成酵素遺伝子をもつ発現ベクターpDP320 を大
腸菌HMS173(DE3)株に導入し、終濃度0.1mMのI
PTGを含んだLB培地で14時間培養し、酵素を大腸菌
体内に発現誘導した。遠心して菌体を集めた後、150mM
Tris/HCl(pH7.5)、2mM EDTA、0.24mM APMS
Fおよび0.2%のTween20を含む緩衝液で超音波処理を行
いながら、改変型PfuDNA合成酵素を抽出した。こ
の粗抽出液を80℃、15分の熱処理を行うことで大腸菌由
来のDNA合成酵素を失活させると共に、この発明のD
NA合成酵素の部分精製を行なった。部分精製画分は50
mMTris/HCl(pH7.5)、1mMEDTA、0.2%Tween20、
7mM 2-mercaptoethanol および10% glycerolの緩衝液に
対し透析した。この段階で改変型PfuDNA合成酵素に
特異的なDNA合成活性を検出した。 実施例3:改変型PfuDNA合成酵素によるプライマー
伸長反応 実施例2で部分精製した改変型PfuDNA合成酵素を用
い、鋳型DNAに相補的なDNA鎖のプライマー伸長反
応を試験した。
50μg/mlBSA、0.1%Triton X-100、1mMの各cold d
NTPs(0.1mM for dCTP)、[α-32P] dCTPの10μCiとM13
(-21)のプライマーをアニールさせた0.63μgのpBLUESCR
IPT プラスミドを含む反応液20μlに、上記の部分精製
酵素画分1μgを入れ、75℃で1分および3分間反応さ
せた。伸長したDNA鎖を8M ureaを含んだポリアクリ
ルアミドゲル電気泳動で分離した後、イメージアナライ
ザ−によりそのパターンを解析した。また、対照とし
て、従来の野性型PfuDNA合成酵素を用いて、同様の
DNA合成を行なった。
野性型PfuDNA合成酵素を用いた場合には、合成停止
による不完全はDNA鎖の存在を示すバンドが少なくと
も10個観察されたが、この発明の改変型PfuDNA合
成酵素によるDNA合成では、これらのバンドは消失し
た。一方、1000ベース近傍の良く伸長したDNA鎖の蓄
積には差は見られなかった。
よって、DNA鎖をPCR等によって増幅するに際し
て、合成鎖の伸長を途中で停止させることなく、鋳型D
NA鎖の全長を効率よく合成、増幅することのできる新
規な耐熱性合成酵素が提供される。これによって、DN
A鎖の試験管内での合成や増幅、塩基配列の決定等を簡
便かつ高精度で行なうことが可能となる。
素のプライマー伸長活性を示す電気泳動の結果である。
明の改変型PfuDNA合成酵素のプライマー伸長活性を
示す電気泳動の結果である。
Claims (5)
- 【請求項1】 配列番号1のアミノ酸配列を有し、1本
鎖DNAに相補的なDNA鎖の合成を触媒するに際して
合成鎖の伸長を途中で停止させることのない耐熱性DN
A合成酵素。 - 【請求項2】 配列番号1のアミノ酸配列をコードする
DNA配列。 - 【請求項3】 請求項2のDNA配列を含むクローニン
グベクター。 - 【請求項4】 大腸菌HMS174(DE3)/pDP320 (FER
M P- 16052) が保有する組換え体プラスミドpDP320。 - 【請求項5】 請求項2のDNA配列を含む発現ベクタ
ーにより形質転換した細胞を培養し、培地中に産生され
た目的酵素を単離・精製することを特徴とする耐熱性D
NA合成酵素の製造方法。
Priority Applications (8)
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PCT/JP1998/000430 WO1998033900A1 (fr) | 1997-01-31 | 1998-02-02 | Procede et dispositif de prediction du site de fonction proteique, procede d'amelioration de la fonction proteique et proteine a fonction amelioree |
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DE69836971T DE69836971T2 (de) | 1997-01-31 | 1998-02-02 | Methode und apparat zur vorhersage von funktionellen proteindomänen, methode zur verbesserung der proteinfunktion, sowie funktionell verbessertes protein |
US10/345,205 US7231301B2 (en) | 1997-01-31 | 2003-01-16 | Method and a system for predicting protein functional site, a method for improving protein function, and a function-modified protein |
US11/806,448 US7820423B2 (en) | 1997-01-31 | 2007-05-31 | Method and a system for predicting protein functional site, a method for improving protein function, and a function-modified protein |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
Country | Link |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017510286A (ja) * | 2014-04-11 | 2017-04-13 | キング アブドラ ユニバーシティ オブ サイエンス アンド テクノロジー | 紅海の塩水プールの生物に由来するdnaポリメラーゼ |
-
1997
- 1997-01-31 JP JP01924897A patent/JP3679536B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2017510286A (ja) * | 2014-04-11 | 2017-04-13 | キング アブドラ ユニバーシティ オブ サイエンス アンド テクノロジー | 紅海の塩水プールの生物に由来するdnaポリメラーゼ |
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JP3679536B2 (ja) | 2005-08-03 |
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