JPH1075793A - Transformation of conjugation transfer of organelle - Google Patents

Transformation of conjugation transfer of organelle

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JPH1075793A
JPH1075793A JP8255378A JP25537896A JPH1075793A JP H1075793 A JPH1075793 A JP H1075793A JP 8255378 A JP8255378 A JP 8255378A JP 25537896 A JP25537896 A JP 25537896A JP H1075793 A JPH1075793 A JP H1075793A
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JP
Japan
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organelle
gene
yeast
dna
functions
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JP8255378A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Yoshida
和夫 吉田
Noboru Tomioka
登 富岡
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Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Original Assignee
Mitsui Petrochemical Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To directly transduce a required foreign gene to organelle (mitochondrion, chloroplast) in a cell of eukaryote without protoplastization of a cell even in a mild condition. SOLUTION: A vector is transduced into organelle (mitochondrion, chloroplast) in a cell of eukaryote by performing conjugational transfer between prokaryotic and eukaryotic cells of donor bacteria having a replication point acting on both the organelle and donor bacteria, a selected marker gene acting on both the organelle and the donor bacteria, a required foreign gene acting on the organelle, and an expression vector expressing in conjugational transfer organelle and containing oriT sequence required for the conjugational transfer between prokaryotic and eukaryotic cells and a cell of eukaryote which is a host cell by utilizing tra gene and mob gene, for example, in a form of helper plasmid.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、接合伝達性オルガ
ネラ内発現ベクターを使用し、tra遺伝子、及びmo
b遺伝子を利用した原核・真核生物間接合伝達により該
ベクターを真核生物である宿主細胞内に存在するオルガ
ネラに導入し、オルガネラを形質転換する方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention uses an expression vector for conjugative transfer in an organelle, and comprises
The present invention relates to a method for transforming an organelle by introducing the vector into an organelle present in a eukaryotic host cell by conjugative transfer between a prokaryote and a eukaryote using the b gene.

【0002】[0002]

【従来の技術】真核生物の細胞内に存在するミトコンド
リア、葉緑体といったオルガネラは、二重膜で厳重に隔
離された構造を持ち、独自の環状DNAゲノムを有して
おり、遺伝情報を発現しかつ伝達する。オルガネラ内で
はオルガネラ独自の転写系、翻訳系により、オルガネラ
DNAにコードされる遺伝情報が発現され、オルガネラ
内で必要な幾つかの蛋白が供給される。また、オルガネ
ラDNAはオルガネラ内のDNA合成系で複製され自己
増殖する。オルガネラ自身は分裂により増殖が可能であ
るが、オルガネラDNAが自己増殖することによって細
胞分裂により希釈、消失されることなく細胞内に一定の
オルガネラが維持される。オルガネラのうちミトコンド
リアは主として呼吸の電子伝達系に、葉緑体は光合成の
電子伝達系に関わって、それらの電子伝達系に於いて酸
化的リン酸化によりATPを生成し、細胞内で必要なエ
ネルギー生産を行っている。また、オルガネラはエネル
ギー生産の場であるばかりでなく生理的な重要な物質生
産にも関わっており、細胞にとって重要な細胞内小器官
といえる。しかし、オルガネラDNAは呼吸の電子伝達
系で生じる活性酸素ラジカルに絶えず暴露されている
為、核内の染色体DNAに比較して活性酸素ラジカルに
よる点変異、欠失といった変異を受け易い。その様なミ
トコンドリアDNAの変異が原因となる病気(ミトコン
ドリア病)には、パーキンソン氏病、ミトコンドリア糖
尿病、ミトコンドリア脳筋症、ミトコンドリアミオパチ
ー、あるいはミトコンドリア心筋症が知られている(小
澤高将、生体の科学、1994、45:698)。真核
生物の細胞内に存在するオルガネラを直接形質転換する
方法が開発出来れば、所望の外来遺伝子をオルガネラに
導入し、損傷したオルガネラDNAの働きを補完するこ
とにより低下したオルガネラの機能を回復させたり、あ
るいはその機能を強化したり、また、オルガネラに新た
な機能を付与したりすることが可能となるので産業上有
用である。
BACKGROUND ART Organelles such as mitochondria and chloroplasts present in eukaryotic cells have a structure tightly isolated by a double membrane, have a unique circular DNA genome, and carry genetic information. Express and transmit. In the organelle, the genetic information encoded by the organelle DNA is expressed by the organelle's unique transcription system and translation system, and several proteins required in the organelle are supplied. Organelle DNA is replicated in the DNA synthesis system in the organelle and self-proliferates. Organelles themselves can grow by division, but by organelle DNA self-proliferating, a certain level of organelles is maintained in cells without being diluted or lost by cell division. Among organelles, mitochondria are mainly involved in the electron transport system of respiration, and chloroplasts are involved in the electron transport system of photosynthesis. In these electron transport systems, ATP is generated by oxidative phosphorylation, and the energy required in cells Production. Organelles are involved not only in energy production but also in the production of physiologically important substances, and can be said to be important intracellular organelles for cells. However, since organelle DNA is constantly exposed to reactive oxygen radicals generated in the electron transport system of respiration, it is more susceptible to mutations such as point mutation and deletion due to reactive oxygen radicals than chromosomal DNA in the nucleus. Diseases caused by such mitochondrial DNA mutations (mitochondrial diseases) include Parkinson's disease, mitochondrial diabetes, mitochondrial encephalomyopathy, mitochondrial myopathy, and mitochondrial cardiomyopathy (Takamasa Ozawa, Science, 1994, 45 : 698). If a method for directly transforming an organelle present in a eukaryotic cell could be developed, a desired foreign gene could be introduced into the organelle to restore the reduced function of the organelle by complementing the function of the damaged organelle DNA. It is industrially useful because it is possible to enhance the function or to add a new function to an organelle.

【0003】動物、植物、あるいは酵母を含む菌類とい
った真核生物の核をターゲットとした遺伝子導入は従来
より行われてきたが、細胞内に存在するオルガネラへ遺
伝子を導入することは、核の場合と異なり困難である。
核膜に核穴を持つ核と異なりオルガネラは厳重な二重膜
を持つため、従来の核への遺伝子導入用に開発された、
例えばリン酸カルシウム法(Graham,F.L.a
nd Van derEb, A.J.,1973,V
irology,52,456)、エレクトロポーレー
ション法、DEAEデキストラン法、又はリポフェクシ
ョン法(Malone,R.W.et al.,198
9,Proc.Natl,Acad.Sci.USA,
86,6077)といった遺伝子導入法を用いても、温
和な条件で、又細胞をプロトプラスト化することなく直
接オルガネラに外来の遺伝子が導入された例は無い。フ
ォックス等は、その点を克服する目的で威力の強いパー
テクルガンを使用し、パン酵母Saccharomyc
es cerevisiaeミトコンドリアへの形質転
換を試みた(Fox,T.D. et al.,198
8,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,
85:7288)。しかし、同方法では音速近くの速度
で直径が1μm程度のDNA皮膜タングステン粒子を細
胞に対して打ち込む為、標的となる細胞の細胞内構造
物、あるいは導入するDNA自身にも物理的損傷が生じ
る欠点がある。その欠点により導入効率が大変悪く、ま
た、分子量の大きいDNAは損傷が起きる確率が高いた
め使用することが出来ず、その後も同方法はそれら欠点
に対する大きな改善がなされていない。この様にパーチ
クルガン、あるいは遺伝子銃と呼ばれる方式の従来技術
では、物理的損傷により、宿主とする細胞内に存在する
オルガネラの形質転換体の得られる頻度が低く、また再
現性も悪く、オルガネラの形質転換法として完成されて
いない。また、植物のプロトプラスト懸濁液とプラスミ
ドDNA溶液を混合し、熱処理、ポリエチレングリコー
ル処理、あるいはエレクトロポーレーション等の処理を
組み合わせて行い、プラスチドやミトコンドリアに外来
DNAを導入する方法が報告(ポトリクス等、1987
年、公開特許公報、昭62−155093)されている
が、同方法を用いてもプロトプラスト化処理の煩雑さに
加え、物理的損傷が大きいこと、プロトプラストから細
胞壁を再生させもとの細胞へ戻さねばならない等問題が
多く、オルガネラの形質転換法としては完成されていな
い。
[0003] Gene transfer targeting the nucleus of eukaryotes such as animals, plants, or fungi including yeast has been conventionally performed. However, transfer of a gene to an organelle existing in a cell is performed in the case of the nucleus. Difficult and unlike.
Unlike nuclei that have a nuclear hole in the nuclear envelope, organelles have a strict double membrane, so they were developed for gene transfer into conventional nuclei.
For example, the calcium phosphate method (Graham, FLa)
nd Van der Eb, A. et al. J. , 1973, V
irology, 52 , 456), an electroporation method, a DEAE dextran method, or a lipofection method (Malone, RW et al., 198).
9, Proc. Natl, Acad. Sci. USA,
86 , 6077), there has been no example in which a foreign gene was directly introduced into an organelle under mild conditions and without protoplasting the cells. Fox and others use a powerful particle gun for the purpose of overcoming this problem, and use baker's yeast Saccharomyc.
es cerevisiae mitochondria (Fox, TD et al., 198).
8, Proc. Natl. Acad. Sci. USA,
85 : 7288). However, in this method, a DNA-coated tungsten particle having a diameter of about 1 μm is injected into the cell at a speed close to the speed of sound, so that the intracellular structure of the target cell or the DNA itself to be introduced is physically damaged. There is. Due to the drawback, the introduction efficiency is very poor, and DNA having a large molecular weight cannot be used because of a high probability of causing damage. Since then, the method has not been greatly improved against these drawbacks. As described above, in the prior art of a method called a particle gun or a gene gun, the frequency of obtaining a transformant of an organelle existing in a host cell is low due to physical damage, the reproducibility is poor, and the organelle Not completed as a transformation method. In addition, a method of mixing a protoplast suspension of a plant with a plasmid DNA solution and performing a combination of heat treatment, polyethylene glycol treatment, or electroporation to introduce foreign DNA into plastids and mitochondria has been reported (Potricix, etc.). 1987
However, even if this method is used, in addition to the complexity of the protoplast formation process, physical damage is large, and the cell wall is regenerated from the protoplast and returned to the original cells. There are many problems such as necessity, and the method of organelle transformation has not been completed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術で
はなし得ない、オルガネラ内で複製し増殖可能な新規な
接合伝達性オルガネラ内発現ベクターを使用し、原核・
真核生物間接合伝達により細胞をプロトプラスト化する
ことなく、また細胞を損傷させない温和な条件で直接に
オルガネラに所望の外来遺伝子を導入する、再現性の良
いオルガネラの形質転換法を提供するものである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention uses a novel conjugative transferable organelle expression vector capable of replication and propagation in an organelle, which cannot be achieved by the prior art.
It is intended to provide a highly reproducible method of transforming an organelle by directly introducing a desired foreign gene into the organelle under mild conditions without causing protoplasts and damaging the cells by eukaryotic conjugation transfer. is there.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】細胞を損傷しない温和な
条件で、高い効率で所望の外来遺伝子を真核生物の核に
導入する方法として、原核・真核生物間接合伝達という
方法が開発された(Nishikawa,M.et a
l.,1990,Jpn.J.Genet.,65:3
23、Nishikawa,M.et al.,199
2,Curr.Genet.21:101)。細菌間で
は高宿主域プラスミドによる種差を越えての接合伝達が
自然界で成立していることが知られているが、Nish
ikawa,M等が示した原核・真核生物間接合伝達の
方法によると、接合伝達で伝達される際に必要な配列
(oriT配列)を含む接合伝達性シャトルベクターを
保有する大腸菌、接合伝達に必要なmob遺伝子、tr
a遺伝子を含むヘルパープラスミドを保有する大腸菌、
及び酵母の三者を一定の条件で掛け合わせると原核・真
核生物間接合が起こり、接合伝達性シャトルベクターが
ヘルパープラスミドの働きにより酵母の核に伝達され
る。現在までの研究で、原核・真核生物間接合伝達はお
よそ次の様なステップで起きると考えられている。すな
わち、原核・真核生物間接合伝達性シャトルベクターを
保有する大腸菌、ヘルパープラスミドを保有する大腸
菌、及び酵母とを一定の人工的な条件下で混合すると大
腸菌と酵母の凝葉塊が形成され、次にtra遺伝子産物
の働きで凝集塊中で接合の相手同士で接合管形成が起
き、ヘルパープラスミドにコードされるmob遺伝子産
物の作用により接合伝達性シャトルベクターであるプラ
スミドDNAの一方の鎖がoriT部位で切断され、一
本鎖DNAが5′末端より酵母細胞内に入り、核膜を通
過し核へ移行する。核内で相補鎖の合成が起こり再環状
化して元の2本鎖プラスミドの構造となり接合伝達は完
了する。原核・真核生物間接合伝達は現在までに、大腸
菌とパン酵母のみならず大腸菌とクルーベリ酵母、大腸
菌ミニセルとパン酵母といった原核生物に属する大腸菌
と真核生物に属するいくつかの酵母で(以上の報告:吉
田和夫、西川正信、1993、蛋白質 核酸 酵素、
:60)、またAgrobacterium tum
efaciensとパン酵母といった大腸菌以外の原核
生物に属する供与菌で起こることが示された(Sawa
saki,Y,et al.,1996,Plant
Cell Physiol.,37:103)。また、
大腸菌同士の接合伝達では、4Mbpといった大変長い
プラスミド(F因子)が伝達されることが知られてい
る。従って、本発明の原核・真核生物界間接合伝達でも
同様な作用により、温和な条件でF因子の様に長いプラ
スミドDNAの導入が可能と期待される。
As a method for introducing a desired foreign gene into the nucleus of a eukaryote with high efficiency under mild conditions that do not damage cells, a method called prokaryotic-eukaryotic conjugation transfer has been developed. (Nishikawa, M. et a
l. , 1990, Jpn. J. Genet. , 65 : 3
23, Nishikawa, M .; et al. , 199
2, Curr. Genet. 21 : 101). Although it is known that conjugative transmission across species by high host range plasmids is established in nature among bacteria, Nish
According to the method of conjugation transfer between prokaryotes and eukaryotes shown by Ikawa, M. et al., Escherichia coli having a conjugative transfer shuttle vector containing a sequence (oriT sequence) required for transfer by conjugative transfer, Necessary mob gene, tr
E. coli carrying a helper plasmid containing the a gene,
When yeast and yeast are multiplied under certain conditions, prokaryotic / eukaryotic conjugation occurs, and the conjugative shuttle vector is transmitted to the yeast nucleus by the action of a helper plasmid. Research to date suggests that prokaryotic / eukaryotic junctional transmission occurs in approximately the following steps: That is, E. coli having a prokaryotic / eukaryotic conjugative transfer shuttle vector, E. coli having a helper plasmid, and yeast are mixed under certain artificial conditions to form a coagulum of E. coli and yeast, Next, by the action of the tra gene product, a conjugation tube is formed between the mating partners in the aggregate, and one of the strands of the plasmid DNA, which is the transferable shuttle vector, is oriT by the action of the mob gene product encoded by the helper plasmid. The DNA is cleaved at the site, and the single-stranded DNA enters the yeast cell from the 5 'end and passes through the nuclear membrane to the nucleus. Synthesis of the complementary strand occurs in the nucleus, recircularizes and becomes the structure of the original double-stranded plasmid, and conjugation transfer is completed. Prokaryotic / eukaryotic conjugative transmission has been performed by E. coli and Kleberii yeast, E. coli belonging to E. coli belonging to prokaryotes such as E. coli minicell and baker's yeast, and several yeasts belonging to eukaryotes. Report: Kazuo Yoshida, Masanobu Nishikawa, 1993, Protein nucleic acid enzyme, 3
Eight sixty), also Agrobacterium tum
efaciens and baker's yeast have been shown to occur in donors belonging to prokaryotes other than E. coli (Sawa).
Saki, Y, et al. , 1996, Plant
Cell Physiol. , 37 : 103). Also,
It is known that a very long plasmid (F factor) having a length of 4 Mbp is transmitted in conjugative transfer between Escherichia coli. Therefore, it is expected that the same action can be used in the conjugation transfer between the prokaryotic and eukaryotic kingdoms of the present invention to introduce a plasmid DNA as long as factor F under mild conditions.

【0006】本発明者等は、上記のoriT配列、mo
b遺伝子、及びtra遺伝子の作用により接合伝達性シ
ャトルベクターの本体であるプラスミドDNAを一本鎖
化して酵母の核内に導入する原核・真核生物間接合伝達
の機構は極めて強力であり、オルガネラに対しても核の
場合と同様に原核・真核生物間接合伝達が起こり得るの
ではないかと考えた。また、オルガネラに備わった機能
により相補鎖の合成が起こり、5′末端よりオルガネラ
内に導入された一本鎖DNAは再環状化して元の2本鎖
プラスミドに修復されるであろうこと、オルガネラで機
能する複製起点を接合伝達性シャトルベクターに含ませ
れば、オルガネラ独自のDNA合成系によりDNAの複
製が起こり、接合伝達性シャトルベクターがオルガネラ
内で自己増殖するため、オルガネラ自身の分裂にも関わ
らずオルガネラ当たり高いコピー数の該シャトルベクタ
ーが維持されるであろうことを予測した。さらに、オル
ガネラで機能する選択マーカー遺伝子、所望の外来遺伝
子を該ベクターに含ませれば、該ベクターを用い原核・
真核生物間接合伝達の方法で真核生物のオルガネラが形
質転換できるのではないかと考えるに至った。
The present inventors have proposed the above-mentioned oriT sequence, mo
The mechanism of prokaryotic / eukaryotic conjugation transfer in which the plasmid DNA, which is the main body of the conjugative transfer shuttle vector, is single-stranded and introduced into the yeast nucleus by the action of the b gene and the tra gene is extremely powerful, We thought that prokaryotic / eukaryotic conjugation could occur in the same way as for nuclear. In addition, the function of the organelle causes the synthesis of the complementary strand, and the single-stranded DNA introduced into the organelle from the 5 ′ end will be recircularized and repaired to the original double-stranded plasmid. If the origin of replication that functions in step (1) is included in the conjugative transfer shuttle vector, DNA replication occurs by the organelle's unique DNA synthesis system, and the conjugative transfer shuttle vector self-proliferates in the organelle. It was expected that a higher copy number of the shuttle vector per organelle would be maintained. Furthermore, if a selectable marker gene that functions in an organelle and a desired foreign gene are included in the vector, prokaryotic and
He concluded that eukaryotic organelles could be transformed by eukaryotic conjugation.

【0007】すなわち、上述の接合伝達性シャトルベク
ターに、宿主細胞のオルガネラで機能する複製起点、オ
ルガネラで機能する選択マーカー遺伝子、及びオルガネ
ラで機能するように改変した所望の外来遺伝子を含ませ
て接合伝達性オルガネラ内発現ベクターを作製し、該ベ
クターを原核・真核生物間接合伝達の方法で真核生物の
細胞内に存在するオルガネラに導入することにより、オ
ルガネラで機能する複製起点、オルガネラで機能する選
択マーカー遺伝子の機能により、該ベクターがオルガネ
ラ内で安定に維持されるのではないかと考えるに至っ
た。
That is, the above-mentioned conjugative transfer shuttle vector contains a replication origin that functions in the organelle of the host cell, a selectable marker gene that functions in the organelle, and a desired foreign gene modified to function in the organelle. By preparing a transmissible intracellular expression vector and introducing the vector into an organelle present in eukaryotic cells by a method of conjugation between a prokaryote and a eukaryote, a replication origin that functions in the organelle, a function in the organelle It has been concluded that the vector may be stably maintained in organelles by the function of the selectable marker gene.

【0008】そこで、本発明者等は、オルガネラで機能
する選択マーカー遺伝子とオルガネラで発現可能な所望
の外来遺伝子の両方の役割を兼ねた外来遺伝子を、オル
ガネラで発現可能なプロモーター、ターミネーター、エ
ンハンサー等に機能的に連結し、かつオルガネラ内で機
能するように、該外来遺伝子の配列をオルガネラ用に置
換して接合伝達性オルガネラ内発現ベクターを作成し、
tra遺伝子及びmob遺伝子を利用した原核・真核生
物間接合伝達の方法で該ベクターを真核生物の細胞内に
導入した。すると驚くべきことに、該ベクターがオルガ
ネラ内に伝達され、真核生物のオルガネラ内で、改変し
た該外来遺伝子がオルガネラ独自の転写系、翻訳系の働
きで発現されるのを見出し、本発明を完成するに至っ
た。すなわち本発明は、(1)オルガネラで機能する複
製起点、(2)供与菌で機能する複製起点、(3)オル
ガネラで機能する選択マーカー遺伝子、(4)供与菌で
機能する選択マーカー遺伝子、(5)オルガネラで機能
する所望の外来遺伝子、及び(6)原核・真核生物間接
合伝達に必要なoriT配列を含む接合伝達性オルガネ
ラ内発現ベクター、及び該ベクターを保持する供与菌
と、宿主細胞である真核生物の細胞とをtra遺伝子、
及びmob遺伝子を利用した原核・真核生物間接合伝達
を行い、該ベクターを宿主細胞のオルガネラに導入する
方法である。
Therefore, the present inventors have developed a promoter, terminator, enhancer, and the like capable of expressing an exogenous gene which functions as both a selectable marker gene that functions in the organelle and a desired exogenous gene that can be expressed in the organelle. Functionally linked to, and so as to function in the organelle, to replace the sequence of the foreign gene for organelle, to create a conjugative transfer organelle expression vector,
The vector was introduced into eukaryotic cells by a method of conjugation between prokaryotic and eukaryotic organisms using the tra gene and the mob gene. Then, surprisingly, they found that the vector was transferred into an organelle, and the modified foreign gene was expressed in a eukaryotic organelle by the action of the organella's own transcription system and translation system. It was completed. That is, the present invention provides (1) an origin of replication that functions in an organelle, (2) an origin of replication that functions in a donor, (3) a selectable marker gene that functions in an organelle, (4) a selectable marker gene that functions in a donor, 5) a desired foreign gene that functions in an organelle, and (6) an expression vector in a conjugative organelle containing an oriT sequence necessary for conjugative transfer between prokaryote and eukaryote, a donor bacterium holding the vector, and a host cell A eukaryotic cell and the tra gene,
And a method of performing prokaryotic / eukaryotic conjugative transfer using a mob gene and introducing the vector into an organelle of a host cell.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】本発明の「真核生物である宿主細
胞内に存在するオルガネラ」とは、宿主として用いる動
物、植物、あるいは酵母を含む菌類といった真核生物の
細胞内に存在するミトコンドリアあるいは葉緑体といっ
た細胞内小器官を意味する。植物の葉緑体とその類緑体
を含めた細胞内小器官を一括してプラスチドということ
があるので、葉緑体が含まれる意味でプラスチドの一部
は本発明のオルガネラに含める。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The term "organelles present in eukaryotic host cells" of the present invention refers to mitochondria present in eukaryotic cells such as animals, plants or fungi including yeast used as hosts. Alternatively, it means an organelle such as chloroplast. Since chloroplasts and intracellular organelles including their chloroplasts are sometimes collectively referred to as plastids, a part of plastids is included in the organelle of the present invention in the sense that chloroplasts are included.

【0010】本発明の「接合伝達性オルガネラ内発現ベ
クター」とは、所望の遺伝子を発現するベく構築された
ベクターであり、その本体は通常二本鎖DNAからなる
プラスミドDNAの形態をなす。また、該ベクターは
「オルガネラで機能する複製起点」、「供与菌で機能す
る複製起点」、「オルガネラで機能する選択マーカー遺
伝子」、「供与菌で機能する選択マーカー遺伝子」、
「オルガネラで機能する所望の外来遺伝子」、及び「原
核・真核生物間接合伝達に必要なoriT配列」が機能
的に結合され、いわゆるシャトルベクターの構造をなし
ている。
The "conjugative transfer organelle expression vector" of the present invention is a vector constructed to express a desired gene, and its main body usually takes the form of a plasmid DNA consisting of double-stranded DNA. Further, the vector is `` replication origin that functions in organelles '', `` replication origin that functions in donor bacteria '', `` selection marker gene that functions in organelles '', `` selection marker gene that functions in donor bacteria '',
The “desired foreign gene that functions in the organelle” and the “oriT sequence required for prokaryotic / eukaryotic conjugation transfer” are operatively linked to form a so-called shuttle vector structure.

【0011】本発明の「接合伝達性オルガネラ内発現ベ
クター」は、宿主とする細胞のオルガネラ内でオルガネ
ラDNAとは独立して複製を行わせ増殖させる目的で、
オルガネラ内で機能する複製起点を含ませたが、一方
で、本発明の「接合伝達性オルガネラ内発現ベクター」
は、確率は低いがオルガネラDNAに組み込まれオルガ
ネラDNAと共に複製が行われ増殖する状態もとり得
る。実際、前述のフォックス等、あるいはポトリクス等
の方法では、導入した外来DNAにオルガネラ用複製起
点が含まれていないので、導入した外来DNAはオルガ
ネラDNAに組み込まれたと考えられる。従って、本発
明で使用する接合伝達性オルガネラ内発現ベクターに関
しても従来の方法で起きたと同様に、導入した一部の接
合伝達性オルガネラ内発現ベクターがオルガネラDNA
に組み込まれることは、低い頻度ではあるが起こり得
る。
The “conjugative transfer organelle expression vector” of the present invention is intended to replicate and grow in the organelle of the host cell independently of the organelle DNA.
Including an origin of replication that functions in organelles, while the "conjugative transfer organelle expression vector" of the present invention
Although the probability is low, it may be a state in which the DNA is integrated into the organelle DNA and replicates and grows together with the organelle DNA. In fact, according to the above-mentioned methods such as Fox or Potrix, the introduced foreign DNA does not contain the replication origin for organelles, so it is considered that the introduced foreign DNA was incorporated into the organelle DNA. Therefore, as for the expression vector for conjugative transfer organelle used in the present invention, as in the case of the conventional method, the introduced expression vector for conjugative transfer organelle is composed of organelle DNA.
Is possible, albeit at a lower frequency.

【0012】本発明のベクターに含まれる「オルガネラ
で機能する複製起点」は、オルガネラ自身のDNAゲノ
ムに含まれ同オルガネラで機能している複製起点を、機
能を有する範囲内で適当な大きさのDNA配列として切
断して取り出し、接合伝達性オルガネラ内発現ベクター
に含ませて得られる。例えば真核生物がパン酵母であ
り、パン酵母ミトコンドリアを標的とする接合伝達性ミ
トコンドリア用発現ベクターを構築する場合、パン酵母
ミトコンドリアDNAがコードする複製起点を使用する
と良い。また本発明者らが、パン酵母の核内の染色体外
複製起点として知られている酵母2μmDNA由来複製
起点(2μm−ori)を使用したところ、意外にも酵
母ミトコンドリア内で複製が起こり「オルガネラで機能
する複製起点」として2μm−oriが有効であること
が示されたので、パン酵母の場合これを使用しても良
い。
[0012] The "origin of replication functioning in the organelle" contained in the vector of the present invention is defined as the origin of replication in the DNA genome of the organelle itself which functions in the same organelle as the appropriate size within the range having the function. It is obtained by cutting out as a DNA sequence, extracting it, and including it in an expression vector in the conjugative transfer organelle. For example, when the eukaryote is baker's yeast and an expression vector for conjugative mitochondria targeting baker's yeast mitochondria is constructed, the origin of replication encoded by baker's yeast mitochondrial DNA may be used. When the present inventors used a replication origin ( 2 μm-ori ) derived from yeast 2 μm DNA known as an extrachromosomal replication origin in the nucleus of baker's yeast, unexpectedly, replication occurred in yeast mitochondria and “ Since 2 μm-ori was shown to be effective as a “functional replication origin”, this may be used in the case of baker's yeast.

【0013】真核生物が動物であり、その動物のミトコ
ンドリアを標的とした接合伝達性ミトコンドリア用発現
ベクター構築の場合は、動物のミトコンドリアDNAが
コードする複製起点を使用しても良いし、また、上記の
パン酵母ミトコンドリア内で2μm−oriが有効であ
る知見から、動物の染色体外複製起点、例えば、Sim
ian Virus 40(SV40)、ウシ乳頭腫ウ
イルス(BPV)、あるいはEpstein−Barr
Virus(EBV)も動物細胞に存在するミトコン
ドリアで有効に働くと期待される。
In the case where an eukaryote is an animal and an expression vector for conjugative mitochondria targeting the mitochondria of the animal is constructed, an origin of replication encoded by the mitochondrial DNA of the animal may be used. From the finding that 2 μm-ori is effective in the baker's yeast mitochondria, the origin of extrachromosomal replication in animals, for example, Sim
ian Virus 40 (SV40), bovine papillomavirus (BPV), or Epstein-Barr
Virus (EBV) is also expected to work effectively on mitochondria present in animal cells.

【0014】本発明に於ける「供与菌で機能するDNA
複製起点」は、供与菌自身のゲノムに含まれる複製起点
でも良いし、また、供与菌内でエピゾームとして存在す
るプラスミドの複製起点でも良い。例えば供与菌が大腸
菌である場合、ColE1型のpMB1、pBR32
2、あるいはpUC系プラスミドの複製起点を含む任意
の長さの配列を使用しても良い。また、例えば供与菌が
Agrobacterium tumefaciens
の場合、Tiプラスミドの複製起点を含む任意の長さの
配列を使用しても良い。
In the present invention, "DNA functioning in donor bacterium"
The “origin of replication” may be a replication origin contained in the genome of the donor bacterium itself, or may be a replication origin of a plasmid present as an episome in the donor bacterium. For example, when the donor bacterium is Escherichia coli, ColE1-type pMB1, pBR32
2, or a sequence of any length including the replication origin of the pUC-based plasmid may be used. In addition, for example,
Agrobacterium tumefaciens
In this case, a sequence of any length including the origin of replication of the Ti plasmid may be used.

【0015】また、本発明のベクターには「オルガネラ
で機能する選択マーカー遺伝子」が含まれるが、これ
は、オルガネラ自身の転写系、翻訳系を使用して発現可
能なDNA配列で構成されている遺伝子であって、同遺
伝子がオルガネラ内で発現し、その発現産物が宿主細胞
内で機能し形質転換体の選択を可能にするものであれば
いかなるものでも良い。オルガネラ自身の翻訳系で使用
されるオルガネラ用翻訳コドンは、原核生物の大腸菌、
あるいは真核生物の核で一般に用いられているユニバー
サル翻訳コドンとは異なっている。例えばオルガネラが
ミトコンドリアである場合、ヒト、ウシ、あるいは酵母
のミトコンドリア用翻訳コドンではTGAはトリプトフ
ァンであるが、ユニバーサル翻訳コドンでは終止コドン
である。また、ミトコンドリア翻訳コドンではATAは
メチオニンであるが、ユニバーサル翻訳コドンではイソ
ロイシンである等異なることが知られている(Barr
ell,B.G, et al.,Proc, Nat
l.Acad.Sci.USA.,1980,77:3
164、Bonitz,S.G, et al.,Pr
oc,Natl.Acad.Sci.USA.,198
0,77:3167)。
The vector of the present invention includes a “selectable marker gene that functions in organelle”, which is composed of a DNA sequence that can be expressed using the transcription and translation systems of the organelle itself. Any gene may be used as long as it is expressed in an organelle and the expression product functions in a host cell to enable selection of a transformant. Organelle translation codons used in the organelle's own translation system include prokaryotic E. coli,
Alternatively, it differs from the universal translation codon commonly used in eukaryotic nuclei. For example, when the organelle is mitochondria, TGA is tryptophan in human, bovine, or yeast translation codons for mitochondria, but is a stop codon in universal translation codons. It is known that ATA is methionine in mitochondrial translation codons, but isoleucine in universal translation codons (Barr).
ell, B .; G, et al. , Proc, Nat
l. Acad. Sci. USA. , 1980, 77 : 3
164, Bonitz, S .; G, et al. , Pr
oc, Natl. Acad. Sci. USA. , 198
0, 77 : 3167).

【0016】そこで、オルガネラがミトコンドリアであ
る場合は、ミトコンドリア用翻訳コドンに対応させてミ
トコンドリアで機能するDNA配列を人工的に設計し作
製した選択マーカー遺伝子を使用しても良いし、また、
オルガネラが葉緑体である場合、核tRNAの存在比に
比較して葉緑体のtRNAの不均一性(島田浩章、19
92、蛋白質 核酸 酵素、37:1067)に起因す
るコドンチョイスに対応したDNA配列を人工的に設計
し作製した選択マーカー遺伝子でも良い。また、真核生
物なパン酵母である場合、パン酵母ミトコンドリアのコ
ドン(岡本浩二等,1994、蛋白質 核酸 酵素、
:1638)で遺伝子配列を人工的に設計し作製した
選択マーカー遺伝子を使用しても良い。
Therefore, when the organelle is mitochondria, a selectable marker gene prepared by artificially designing and producing a DNA sequence that functions in mitochondria in correspondence with the mitochondrial translation codon may be used.
When the organelle is chloroplast, the heterogeneity of chloroplast tRNA compared to the abundance ratio of nuclear tRNA (Hiroaki Shimada, 19
92, protein nucleic acid enzyme, 37 : 1067), and may be a selectable marker gene artificially designed and prepared for a DNA sequence corresponding to a codon choice resulting from the above. In the case of eukaryotic baker's yeast, codons of baker's yeast mitochondria (Koji Okamoto et al., 1994, protein nucleic acid enzyme, 3
9 : 1638) may be used.

【0017】通常、宿主とする真核生物細胞1個にオル
ガネラは複数個、例えば数十個存在することが知られて
いるので、本発明の方法で接合伝達性オルガネラ内発現
ベクターが一度に多数のオルガネラ内に導入されるとは
限らない。そこで、選択培地で選択圧のある条件下でし
ばらく形質転換細胞を培養し、該ベクタープラスミドD
NAのオルガネラ内増殖を図り、該プラスミドDNAを
保持するオルガネラが細胞内で優勢となった形質転換細
胞を選択するとより良い結果が期待される。
Usually, it is known that a single eukaryotic cell as a host contains a plurality of, for example, several tens, organelles. Is not always introduced into the organelle. Therefore, the transformed cells are cultured for a while in a selection medium under conditions of selective pressure, and the vector plasmid D
Better results are expected if NA cells are grown in an organelle and a transformed cell in which the organelle holding the plasmid DNA is predominant in the cell is selected.

【0018】選択マーカー遺伝子の例としては、大腸菌
由来のクロラムフェニコールアセチルトランスフェラー
ゼ遺伝子(CAT遺伝子)、ネオマイシン(Neo)耐
性遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子、細菌キサンチ
ン・グアニン・ホスホリボシル・トランスフェラーゼ
(XGPRT)遺伝子、チミジンキナーゼ(TK)遺伝
子、あるいはジヒドロ葉酸還元酵素(DHFR)遺伝子
があげられ、これらの遺伝子配列をオルガネラ用に人工
的に置換し、オルガネラで発現可能なプロモーター、タ
ミネーター、エンハンサー等に機能的に連結することに
よって、オルガネラで機能する選択マーカーとして使用
することが可能である。
Examples of the selectable marker gene include a chloramphenicol acetyltransferase gene (CAT gene) derived from Escherichia coli, a neomycin (Neo) resistance gene, a hygromycin resistance gene, and a bacterial xanthine guanine phosphoribosyl transferase (XGPRT) gene. , Thymidine kinase (TK) gene, or dihydrofolate reductase (DHFR) gene. These gene sequences are artificially substituted for organelles, and functionally added to promoters, terminators, enhancers, etc. that can be expressed in organelles. By ligating, it can be used as a selectable marker that functions in organelles.

【0019】また、選択マーカー遺伝子としてチミジン
キナーゼ(TK)遺伝子、あるいはジヒドロ葉酸還元酵
素(DHFR)遺伝子を使用する場合はそれらは優性選
択マーカーではないので、宿主細胞に各々の遺伝子が欠
損している変異株を用いることで形質転換体の選択が可
能となる。
When a thymidine kinase (TK) gene or a dihydrofolate reductase (DHFR) gene is used as a selectable marker gene, these genes are not dominant selectable markers, and the host cells lack each gene. Use of the mutant enables selection of a transformant.

【0020】例えば、宿主とする真核生物がパン酵母で
あり選択マーカー遺伝子の例としてCAT遺伝子を用い
る場合、パン酵母ミトコンドリア用翻訳コドンで人工的
に設計し作製したパン酵母ミトコンドリア用CAT遺伝
子(CATM)を用いれば良い。
For example, when the eukaryote used as a host is baker's yeast and the CAT gene is used as an example of a selectable marker gene, a baker's yeast mitochondrial CAT gene ( CATM) artificially designed and prepared with a baker's yeast mitochondrial translation codon is used. ) May be used.

【0021】パン酵母ミトコンドリア用翻訳コドンの場
合を例に取ると、ユニバーサル翻訳コドンではCTN
(NはA,G,T,Cのいずれか)はロイシンに翻訳さ
れるが、パン酵母cerevisiaeミトコンド
リア用翻訳コドンではスレオニンに翻訳される。同様
に、ATAは核DNA用のユニバーサル翻訳コドンでは
イソロイシンに翻訳されるが、パン酵母ミトコンドリア
用翻訳コドンではメチオニンに翻訳される。また、TG
Aは核DNA用のユニバーサル翻訳コドンでは終止コド
ンであるが、パン酵母ミトコンドリア用翻訳コドンでは
トリプトファンに翻訳される。そこで、パン酵母ミトコ
ンドリアを標的とする場合、上述のパン酵母ミトコンド
リア用翻訳コドンで遺伝子配列を人工的に設計し塩基置
換して作製すると良い。すなわち、自然界に存在する選
択マーカー遺伝子のDNA配列を、上述のミトコンドリ
ア用翻訳コドンで照らして設計し、該遺伝子のDNA配
列の相補鎖をそれぞれ適当な長さのDNA配列に分割す
る。そして、分割した各々のDNA配列に対応する合成
DNAを全自動DNA合成機を用いて作製し、それらの
5′末端を燐酸化し各々の合成DNAをアニールしT4
リガーゼで連結して全合成を行うことが出来る。あるい
は、部位特異的突然変異法(site−directe
d mutagenesis method)を用いて
変換が必要な部位のみに特異的に点変異を導入しても良
い。部位特異的突然変異法で変異が導入されたDNA配
列を得る実験の効率を高める目的で、部位特異的突然変
異導入プライマーと、該変異導入プライマーと同一スト
ランドにアニールする選択プライマー、例えば制限酵素
切断部位変異導入プライマーを、同時に使用しても良
い。
Taking the translation codon for baker's yeast mitochondria as an example, the universal translation codon is CTN.
(N is any of A, G, T, C) is translated into leucine, but baker's yeast S. The translation codon for cerevisiae mitochondria is translated into threonine. Similarly, ATA is translated into isoleucine at the universal translation codon for nuclear DNA, but to methionine at the translation codon for baker's yeast mitochondria. Also, TG
A is a stop codon in the universal translation codon for nuclear DNA, but is translated into tryptophan in the translation codon for baker's yeast mitochondria. Therefore, when targeting baker's yeast mitochondria, it is preferable to artificially design a gene sequence using the above-described basal yeast mitochondrial translation codon and perform base substitution. That is, the DNA sequence of a naturally occurring selectable marker gene is designed with reference to the mitochondrial translation codon described above, and the complementary strand of the DNA sequence of the gene is divided into DNA sequences of an appropriate length. Then, a synthetic DNA corresponding to each of the divided DNA sequences is prepared using a fully automatic DNA synthesizer, the 5 ′ end thereof is phosphorylated, each synthetic DNA is annealed, and T4
Total synthesis can be performed by ligation with ligase. Alternatively, site-directed mutagenesis (site-direct
A point mutation may be specifically introduced only at a site requiring conversion using d Mutagenesis method). In order to increase the efficiency of experiments for obtaining DNA sequences mutated by site-directed mutagenesis, a site-directed mutagenesis primer and a selection primer that anneals to the same strand as the mutation-introduced primer, for example, restriction enzyme cleavage Site mutation introducing primers may be used simultaneously.

【0022】また、本発明に於ける「供与菌で機能する
選択マーカー遺伝子」は、該遺伝子が供与菌で発現可能
であり、選択圧がかかる特定の培養条件で該遺伝子を含
むプラスミドDNAを保有する供与菌が増殖可能となる
ものであればいかなるものでも良い。例えば、供与菌が
大腸菌、あるいはAgrobacterium tum
efaciensである場合、これらの原核生物で機能
する選択マーカー遺伝子として、アンピシリン耐性遺伝
子、テトラサイクリン耐性遺伝子、クロラムフェニコー
ル耐性遺伝子、あるいはスペクチノマイシン耐性遺伝子
等が挙げられこれらは本発明のベクターに使用可能であ
る。
The “selectable marker gene that functions in a donor bacterium” according to the present invention has a plasmid DNA containing the gene that can be expressed in the donor bacterium under specific culture conditions under which selective pressure is applied. Any bacteria can be used as long as the donor bacteria to be grown can grow. For example, if the donor bacterium is Escherichia coli or Agrobacterium tun
In the case of efaciens , examples of selectable marker genes that function in these prokaryotes include an ampicillin resistance gene, a tetracycline resistance gene, a chloramphenicol resistance gene, and a spectinomycin resistance gene. These are used in the vector of the present invention. It is possible.

【0023】本発明に於ける「オルガネラで機能する所
望の外来遺伝子」とは、オルガネラの機能の改善に関係
する、あるいはオルガネラに対し有用な機能の付加に関
係する遺伝子であり、自然界由来の遺伝子の配列をオル
ガネラで機能する様に改変した遺伝子、または人工的に
作製したオルガネラで機能する遺伝子ならいかなるもの
でも良い。これらの所望の外来遺伝子は、接合伝達性オ
ルガネラ内発現ベクターに含ませてオルガネラ内に原核
・真核生物間接合伝達により導入される。オルガネラ機
能の改善、あるいはオルガネラに対し有用な機能の付加
とは、例えば植物の葉緑体を標的とする場合には植物の
生育速度向上を図る外来遺伝子の導入を、あるいは動物
のミトコンドリアを標的とした場合には動物の呼吸機能
等ミトコンドリアの機能改善を図る外来遺伝子の導入を
いう。また、ヒトの場合にはミトコンドリアDNAの変
異が原因となる病気(ミトコンドリア病)の治療を目的
とした遺伝子治療に関係するミトコンドリアへの遺伝子
導入をいう。
The “desired foreign gene that functions in an organelle” in the present invention is a gene that is involved in improving the function of an organelle or in adding a useful function to an organelle, and is a gene derived from nature. Any gene may be used as long as it is a gene whose sequence is modified to function in an organelle, or a gene that functions in an artificially produced organelle. These desired foreign genes are contained in an expression vector for conjugative transfer in an organelle and introduced into the organelle by conjugative transfer between prokaryote and eukaryote. Improvement of organelle function or addition of a useful function to organelles means, for example, when targeting chloroplasts of plants, introduction of a foreign gene that improves the growth rate of plants, or targeting of mitochondria in animals. In this case, it means the introduction of a foreign gene for improving mitochondrial functions such as the respiratory function of an animal. In the case of humans, it refers to gene transfer into mitochondria related to gene therapy aimed at treating diseases caused by mutations in mitochondrial DNA (mitochondrial diseases).

【0024】上述の「オルガネラで機能する選択マーカ
ー遺伝子」、及び「オルガネラで機能する所望の外来遺
伝子」は、それぞれオルガネラ内で転写され、オルガネ
ラ用翻訳コドンで翻訳され、オルガネラで蛋白合成がな
される必要がある。その為、オルガネラで機能する選択
マーカー遺伝子、あるいはオルガネラで機能する所望の
外来遺伝子には、前述のオルガネラ用翻訳コドンに改変
するだけでなく、オルガネラで作動するプロモーター、
ターミネーター、エンハンサー配列等が機能的に連結さ
れて、いわゆる発現ユニットをなしていることが求めら
れる。このオルガネラで作動するプロモーター、ターミ
ネーター、エンハンサー配列等については、オルガネラ
由来の遺伝子に付属するプロモーター、ターミネータ
ー、エンハンサー配列等を使用しても良いし、また、オ
ルガネラ内の転写の機構が原核生物型であることから、
原核生物由来の、例えば大腸菌由来のプロモーター、タ
ーミネーター、エンハンサー配列等を使用しても良い。
The above-mentioned "selectable marker gene functioning in organelle" and "desired foreign gene functioning in organelle" are respectively transcribed in the organelle, translated by the translation codon for organelle, and the protein is synthesized in the organelle. There is a need. Therefore, a selectable marker gene that functions in an organelle, or a desired foreign gene that functions in an organelle, is not only modified to the aforementioned translation codon for organelles, but also a promoter that operates in an organelle,
It is required that a terminator, an enhancer sequence and the like be functionally linked to form a so-called expression unit. As for the promoter, terminator, enhancer sequence, etc. that operate in this organelle, a promoter, terminator, enhancer sequence, etc. attached to a gene derived from organelle may be used, and the transcription mechanism in the organelle is a prokaryotic type. Because of that,
Prokaryotic, for example, E. coli-derived promoters, terminators, enhancer sequences and the like may be used.

【0025】特に、宿主とする細胞がパン酵母でパン酵
cerevisiaeミトコンドリアで機能する
選択マーカー遺伝子の発現ユニット、また、パン酵母
cerevisiaeミトコンドリアで機能する所
望の外来遺伝子の発現ユニットについては、大腸菌由来
lacZ遺伝子のプロモーター、ターミネーター配列等
を使用して作製しても良い。本発明では、簡単のためパ
ン酵母cerevisiaeミトコンドリア内で機
能する選択マーカー遺伝子とパン酵母cerevi
siaeミトコンドリアで機能する所望の遺伝子を兼ね
た外来の遺伝子として、ミトコンドリア用CAT遺伝子
CATM)を使用したが、「オルガネラで機能する選
択マーカー遺伝子」及び「オルガネラで機能する所望の
外来遺伝子」は、これに限定されない。パン酵母
erevisiaeミトコンドリア内で機能する選択マ
ーカー遺伝子とパン酵母cerevisiaeミト
コンドリアで機能する所望の遺伝子を兼ねた外来の遺伝
子として、ミトコンドリア用CAT遺伝子(CATM
を使用した接合伝達性オルガネラ内発現ベクターを含む
大腸菌は、工業技術院生命工学工業技術研究所にFER
M P−15726号として寄託されている。
In particular, the cell used as a host is baker's yeast S. cerevisiae. Expression unit of a selectable marker gene that functions in cerevisiae mitochondria
S. The desired exogenous gene expression unit that functions in cerevisiae mitochondria may be prepared using the promoter, terminator sequence, etc. of the E. coli-derived lacZ gene. In the present invention, the baker's yeast S. cerevisiae mitochondria and a selectable marker gene that functions in the baker's yeast S. cerevi
The CAT gene for mitochondria ( CATM ) was used as an exogenous gene that also functions as a desired gene that functions in siae mitochondria. It is not limited to this. Baker's yeast S. c
erevisiae mitochondria and a selectable marker gene that functions in the baker's yeast S. cerevisiae CAT gene for mitochondria ( CATM ) as a foreign gene that also functions as a desired gene that functions in mitochondria
Escherichia coli containing the conjugative transfer organelle expression vector using E. coli was
It has been deposited as MP-15726.

【0026】接合伝達性オルガネラ内発現ベクターに含
まれる「原核・真核生物間接合伝達に必要なoriT配
列」とは、供与菌内でoriT特異的ニック酵素である
mob遺伝子産物で認識され、一本鎖DNAとなり接合
伝達性オルガネラ内発現ベクターの宿主細胞のオルガネ
ラへの移行を開始する機能を有する配列をいう。既に知
られている接合伝達の機構から、後述のtra遺伝子、
及びmob遺伝子を含むヘルパープラスミドで発現され
るmob遺伝子産物の作用により接合伝達性オルガネラ
内発現ベクターのプラスミドDNAの一方の鎖が該ベク
ター内のoriT部位で切断され、一本鎖DNAが5′
末端より酵母細胞内に入り、オルガネラの二重膜を通過
しオルガネラへ移行が起こると推定される。接合伝達に
必要なoriT配列は、例えば供与菌が大腸菌の場合、
大腸菌F因子にコードされているoriT配列を使用す
ると良い。また、例えば供与菌がAgrobacter
ium tumefaciensの場合、大腸菌F因子
にコードされているoriT配列、又はTiプラスミド
にコードされているoriT配列を使用すると良い。接
合伝達性オルガネラ内発現ベクターにoriT配列を含
ませると、oriT配列の近辺にコードされているmo
b遺伝子も同ベクターに含まれることがあり得るが、そ
のことが悪い効果を与えることは考えられないので該ベ
クターにoriT配列と同時にmob遺伝子が含まれる
ことがあってもかまわない。
The "oriT sequence necessary for conjugative transfer between prokaryotic and eukaryotic organisms" contained in the conjugative transfer organelle expression vector is recognized by the mob gene product which is an oriT-specific nick enzyme in the donor bacterium. A sequence having a function of initiating transfer of a conjugative transfer organelle expression vector into a host cell into an organelle, which becomes a single-stranded DNA. From the already known mechanism of conjugation transmission, the following tra gene,
And one strand of the plasmid DNA of the expression vector in the conjugative transfer organelle is cleaved at the oriT site in the vector by the action of the mob gene product expressed in the helper plasmid containing the mob gene, and the single-stranded DNA is reduced to 5 '.
It is presumed that they enter the yeast cells from the terminal, pass through the organelle double membrane, and migrate to the organelle. The oriT sequence required for conjugation transfer is, for example, when the donor bacterium is Escherichia coli,
The oriT sequence encoded by Escherichia coli F factor is preferably used. Also, for example, if the donor bacterium is Agrobacter
In the case of ium tumefaciens , an oriT sequence encoded by E. coli F factor or an oriT sequence encoded by a Ti plasmid may be used. When the oriT sequence is contained in the expression vector in the conjugative transfer organelle, the mot encoded in the vicinity of the oriT sequence is expressed.
The b gene may also be included in the vector, but it is unlikely that this will have a bad effect. Therefore, the vector may include the mob gene at the same time as the oriT sequence.

【0027】本発明に於ける「tra遺伝子、及びmo
b遺伝子を含むヘルパープラスミド」とは、原核・真核
生物間接合伝達に必要なtra遺伝子、及びmob遺伝
子を含む配列をもつヘルパープラスミドをいう。
In the present invention, the “tra gene and mo
The “helper plasmid containing the b gene” refers to a helper plasmid having a sequence containing a tra gene and a mob gene required for conjugation transfer between prokaryotes and eukaryotes.

【0028】原核・真核生物間接合伝達に必要なtra
遺伝子は、性繊毛形成、接合管形成、接合制御に関与す
る遺伝子からなる多数の遺伝子群の総称で、例えば大腸
菌の接合伝達に関与する大腸菌Fプラスミドに含まれる
tra遺伝子は、本発明の原核・真核生物間接合伝達に
使用可能である。
Tra necessary for conjugation transmission between prokaryotic and eukaryotic organisms
The gene is a generic term for a large number of genes consisting of genes involved in cilia formation, junctional tube formation, and junctional control. For example, the tra gene contained in the E. coli F plasmid involved in E. coli It can be used for eukaryotic conjugation transmission.

【0029】tra遺伝子は「接合伝達性オルガネラ内
発現ベクター」の原核・真核生物間接合伝達に対してト
ランスエレメントとして働くため、該ベクター上に存在
する必要は無く、また、tra遺伝子は上述の様に多数
の遺伝子群で構成され塩基配列が長くなることから、別
のヘルパープラスミドにtra遺伝子を含ませて使用す
ると良い。また、mob遺伝子もtra遺伝子と同様に
「接合伝達性オルガネラ内発現ベクター」の原核・真核
生物間接合伝達に対してトランスエレメントとして働く
ため、ヘルパープラスミドに含ませて使用すると良い。
mob遺伝子は1つの遺伝子ではなくmobA、mob
B、mobCといった遺伝子群からなりそれらが相乗的
に作用することがあると考えられている。tra遺伝
子、mob遺伝子の配列は例えば大腸菌F因子にコード
されている配列を用いると良い。
The tra gene does not need to be present on the conjugative organelle expression vector because it functions as a transelement for prokaryotic / eukaryotic conjugative transmission of the vector. As described above, since the base sequence is composed of a large number of genes and the nucleotide sequence is long, it is preferable to use the tra gene in another helper plasmid. The mob gene also functions as a transelement for prokaryotic / eukaryotic conjugation transfer of the “expression vector for conjugative organelles” as in the case of the tra gene.
The mob gene is not a single gene but mobA, mob
It is considered that it is composed of a group of genes such as B and mobC and that they may act synergistically. As the sequences of the tra gene and the mob gene, for example, a sequence encoded by Escherichia coli F factor may be used.

【0030】ヘルパープラスミドには、供与菌内で自立
増殖するための複製起点、又選択マーカーが含まれるこ
とが必要である。例えば供与菌が大腸菌の場合、大腸菌
で機能する複製起点、又選択マーカーならいかなるもの
でも良い。また、例えば供与菌がAgrobacter
ium tumefaciensの場合、該菌体で機能
する複製起点、及び選択マーカーならいかなるものでも
良い。
It is necessary that the helper plasmid contains an origin of replication for autonomous growth in the donor bacterium and a selection marker. For example, when the donor bacterium is Escherichia coli, any replication origin or selection marker that functions in Escherichia coli may be used. Also, for example, if the donor bacterium is Agrobacter
In the case of ium tumefaciens , any origin of replication and selection marker that functions in the cells may be used.

【0031】大腸菌F因子由来tra遺伝子、及びmo
b遺伝子を含む組換えプラスミドには、例えばプラスミ
ドpRK2013(Figurski等、Proc、N
atl.Acad.Sci.USA、1979,76
1648、ATCCより入手可能;ATCC3715
9)があり、該プラスミドより切り出して調製したtr
a遺伝子、及びmob遺伝子を含むDNA断片を挿入し
た大腸菌で機能する複製起点、及び選択マーカーを含む
プラスミドを構築し本発明のtra遺伝子、及びmob
遺伝子を含むヘルパープラスミドとして使用が可能であ
る。
The tra gene derived from Escherichia coli F factor and mo
The recombinant plasmids containing the b gene include, for example, plasmid pRK2013 (Figurski et al., Proc, N
atl. Acad. Sci. USA, 1979, 76 :
1648, available from the ATCC; ATCC 3715
9), and tr prepared by excision from the plasmid
A plasmid containing a replication origin and a selectable marker that functions in Escherichia coli into which a DNA fragment containing the a gene and the mob gene is inserted, and constructing the tra gene and the mob of the present invention
It can be used as a helper plasmid containing a gene.

【0032】本発明に於ける「tra遺伝子、及びmo
b遺伝子を利用した原核・真核生物間接合伝達」とは、
「接合伝達性オルガネラ内発現ベクター」を保持する供
与菌と「tra遺伝子、及びmob遺伝子を含むヘルパ
ープラスミド」を保持する供与菌と、宿主である真核生
物細胞を適当な人工的な条件下で掛け合わせ、宿主であ
る真核生物細胞のオルガネラに該ベクターを温和な条件
で導入する原核・真核生物間接合伝達の方法を意味す
る。原核・真核生物間接合伝達は、「接合伝達性オルガ
ネラ内発現ベクター」を保持する供与菌と、tra遺伝
子、及びmob遺伝子を含むヘルパープラスミドを保持
する供与菌と、また宿主である真核生物細胞の三者を使
用し、適当な人工的な原核・真核生物間接合伝達の条件
下で三親接合(Triparental matin
g)を行うことで、宿主とする真核生物細胞内のオルガ
ネラに所望の外来遺伝子を含む接合伝達性オルガネラ内
発現ベクターの導入を行う。
In the present invention, "tra gene and mo
"Prokaryotic / eukaryotic conjugation transmission using the b gene"
Under appropriate artificial conditions, a donor bacterium holding the “conjugative transfer organelle expression vector” and a donor bacterium holding the “helper plasmid containing the tra gene and the mob gene” and a host eukaryotic cell under appropriate artificial conditions Multiplication refers to a method of prokaryotic / eukaryotic conjugative transfer in which the vector is introduced under mild conditions into an organelle of a eukaryotic cell as a host. Prokaryotic / eukaryotic conjugative transfer includes a donor bacterium holding an "expression vector for conjugative organelle", a donor bacterium holding a helper plasmid containing a tra gene and a mob gene, and a host eukaryote. Tripartal mating (Triparental matin) is performed using the three cells and under conditions of appropriate artificial prokaryotic / eukaryotic conjugation transmission.
By performing g), an expression vector in a conjugative transfer organelle containing a desired foreign gene is introduced into an organelle in a eukaryotic cell as a host.

【0033】プラスミドDNAの供与菌内共存性は不和
合性遺伝子incで決められ、同一inc種は同一供与
菌内に長期的には共存できない(吉田和夫、西川正信、
1993、蛋白質 核酸 酵素、38:60)。しか
し、同一inc種の2つのプラスミドの場合でも、ある
供与菌が保持するヘルパープラスミドが他の供与菌に接
合伝達され、次に後者の供与菌が保持していた同一in
c種の接合伝達性シャトルベクターであるプラスミドを
目的とする真核生物細胞のオルガネラに原核・真核生物
間接合伝達により接合伝達することが、本発明者等の鋭
意検討の結果示された。これを、三親接合(Tripa
rental mating)という。また、例えばi
ncP型の接合伝達性オルガネラ内発現ベクターである
プラスミドと、inc型の異なる例えばincQ型のヘ
ルパープラスミドの2つのプラスミドを同時に供与菌に
保持させることは可能であり、その2つのプラスミドを
保持する供与菌と宿主とする真核生物細胞の二者を使用
し、適当な人工的な原核・真核生物間接合伝達の条件下
で、原核・真核生物間接合伝達により宿主である真核生
物細胞内のオルガネラに目的とする接合伝達性オルガネ
ラ内発現ベクターを導入する二親接合(Biparen
tal mating)も可能である。
The coexistence of plasmid DNA in the donor is determined by the incompatibility gene inc, and the same inc species cannot coexist in the same donor for a long time (Kazuo Yoshida, Masanobu Nishikawa,
1993, protein nucleic acid enzyme, 38:60 ). However, even in the case of two plasmids of the same inc species, a helper plasmid carried by one donor is transferred to another donor by conjugation, and then the same ind.
The present inventors have conducted intensive studies and demonstrated that conjugative transfer of a plasmid, which is a c-type conjugative shuttle vector, to an organelle of a eukaryotic cell for the purpose of prokaryotic / eukaryotic conjugative transfer was carried out. This is called a three-parent junction (Tripa
Rental matching). Also, for example, i
It is possible for the donor to simultaneously hold two plasmids, an ncP type conjugative transfer organelle expression vector and an inc type different helper plasmid, for example, the incQ type helper plasmid. The eukaryotic cell, which is the host by prokaryotic-eukaryotic conjugation, under the conditions of appropriate artificial prokaryotic-eukaryotic conjugation transmission, using both fungi and eukaryotic cells as the host Conjugation (Biparan) in which the desired conjugative transfer organelle expression vector is introduced into an organelle
tal mating) is also possible.

【0034】例えば、パン酵母cerevisia
のミトコンドリアを標的とし供与菌が大腸菌の場合、
原核・真核生物間接合伝達ではパン酵母用に作製した接
合伝達性ミトコンドリア内発現ベクターを保持する大腸
菌懸濁液、tra遺伝子、及びmob遺伝子を含むヘル
パープラスミドを保持する大腸菌懸濁液、及びパン酵母
懸濁液を適当な割合で混合し細胞集塊を形成させ、次に
細胞集塊を形成した細胞混合物を培養皿上に置いた滅菌
済みフィルターメンブレンに滴下し、好ましいpH、例
えばpH6からpH8、望ましくはpH7からpH7.
5の中性付近で、また、好ましい温度、例えば25℃か
ら35℃、望ましくは28℃から30℃で、一晩(12
時間程度)インキュベートする。この原核・真核生物間
接合伝達時のインキュベーション時間は、10時間から
16時間で接合伝達の頻度の向上が得られ、12時間程
度にすると更に良い結果が得られた。次に、メンブレン
上の細胞混合物を適当な培地で回収して該培地で洗浄し
た後、選択用寒天平板培地で必要日数、例えば数日間培
養し、ミトコンドリア内で発現可能なマーカー遺伝子の
発現による、選択培地での選択圧の克服度を調べ、接合
伝達性ミトコンドリア内発現ベクターがミトコンドリア
に導入された形質転換パン酵母を選択すると良い。この
場合、原核・真核生物間接合伝達に用いる各々の大腸
菌、及びパン酵母の混合比は、接合伝達が成立しない程
いずれかが少ないことが無い限り特に限定されないが、
例えば、各々の大腸菌とパン酵母の割合が1:1:10
で良好な結果が得られた。また、接合伝達用の培地は大
腸菌懸濁液、パン酵母懸濁液に使用したが、接合伝達中
の大腸菌の過度の増殖を避ける目的でグリセロールを炭
素源として含む酵母用培地、例えばYPG培地(酵母用
YPD培地に含まれる大腸菌の資化可能な炭素源グルコ
ースを、大腸菌でより資化しにくいグリセロールに換え
た培地)、あるいは大腸菌の増殖が更に悪い酵母用合成
培地、例えば合成デキストロース(SD)培地を使用す
ると良好な結果が得られる。原核・真核生物間接合伝達
を行った後の形質転換酵母の選択は、上述のYPG培
地、あるいはSD培地を使用し、選択マーカーに対応す
る抗生物質、例えばクロラムフェニコール(Cm)の添
加とともに、供与大腸菌の増殖をおさえる目的で、ナリ
ジキシン酸(Nalidixic acid:Nal)
を1μg/mlより高い濃度で、例えば20μg/ml
から25μg/mlの濃度で添加すると良い結果が得ら
れる。ナリジキシン酸(Nalidixic aci
d:Nal)は、原核生物のDNAジャイレースのサブ
ユニットAの活性を阻害することによりDNA複製を阻
害する抗生物質で、酵母ミトコンドリアのDNA合成に
も影響を与える可能性があったが、使用した濃度では酵
母の生育が若干遅れる程度で本発明の目的に対し影響は
なかった。
For example, baker's yeast S. cerevisia
If the e mitochondrial donor bacteria as a target of E. coli,
For prokaryotic / eukaryotic conjugative transfer, an E. coli suspension carrying a conjugative transmissible mitochondrial expression vector prepared for baker's yeast, an E. coli suspension carrying a helper plasmid containing a tra gene and a mob gene, and bread. The yeast suspension is mixed in an appropriate ratio to form a cell clump, and the cell mixture having formed the cell clump is then dropped on a sterilized filter membrane placed on a culture dish, and the pH is adjusted to a preferable pH, for example, pH 6 to pH 8 , Preferably from pH 7 to pH 7.
5 near neutral and at a preferred temperature, for example 25 ° C to 35 ° C, desirably 28 ° C to 30 ° C, overnight (12 ° C).
Incubate for about an hour). The incubation time during the prokaryotic / eukaryotic conjugation transfer was increased from 10 hours to 16 hours, and the frequency of the conjugation transfer was improved, and a better result was obtained when the incubation time was about 12 hours. Next, after recovering the cell mixture on the membrane with an appropriate medium and washing with the medium, the cells are cultured on a selection agar plate medium for a required number of days, for example, several days, and expressed by a marker gene that can be expressed in mitochondria. It is advisable to examine the degree of overcoming the selective pressure in the selection medium and select a transformed baker's yeast in which the expression vector for conjugative transfer in mitochondria has been introduced into mitochondria. In this case, the mixing ratio of each Escherichia coli and baker's yeast used for prokaryotic / eukaryotic conjugative transfer is not particularly limited as long as any one of them is so small that conjugative transfer is not established.
For example, the ratio of each E. coli to baker's yeast is 1: 1: 10
And good results were obtained. The medium for conjugation transfer was used for E. coli suspensions and baker's yeast suspensions, but for the purpose of avoiding excessive growth of Escherichia coli during conjugation transfer, a yeast medium containing glycerol as a carbon source, for example, a YPG medium ( A medium in which the assimilable carbon source glucose of Escherichia coli contained in the YPD medium for yeast is replaced with glycerol which is more difficult to assimilate in Escherichia coli), or a synthetic medium for yeast in which the growth of Escherichia coli is even worse, such as a synthetic dextrose (SD) medium Use gives good results. Selection of the transformed yeast after the prokaryotic / eukaryotic conjugative transfer is performed is performed using the above-described YPG medium or SD medium, and adding an antibiotic corresponding to the selectable marker, for example, chloramphenicol (Cm). At the same time, for the purpose of suppressing the growth of donor E. coli, nalidixic acid (Nalidic acid: Nal)
At a concentration higher than 1 μg / ml, for example 20 μg / ml
Good results can be obtained by adding at a concentration of from 25 μg / ml to 25 μg / ml. Nalidixic acid
d: Nal) is an antibiotic that inhibits DNA replication by inhibiting the activity of subunit A of prokaryotic DNA gyrase, which may affect the DNA synthesis of yeast mitochondria. At these concentrations, the growth of the yeast was slightly delayed and had no effect on the purpose of the present invention.

【0035】酵母用の培地、酵母培養法等酵母の生物学
的な実験は、例えばSherman,F.等の編集した
実験書(Laboratory Course Men
ual for Methods in Yeast
Genetics、1986、Cold Spring
Harbor Laboratory)に示される公
知の方法に準拠して行えば良い。
Biological experiments on yeast such as a medium for yeast and a yeast culture method are described in, for example, Sherman, F. et al. (Laboratory Course Men)
ual for Methods in Yeast
Genetics, 1986, Cold Spring
The method may be performed in accordance with a known method described in “Harbor Laboratory”.

【0036】例えば、「オルガネラで機能する選択マー
カー遺伝子」が、ミトコンドリア用翻訳コドンに塩基置
換したクロラムフェニコールアセチルトランスフェラー
ゼ(CATM)遺伝子である場合、選択培地に添加する
クロラムフェニコール(Cm)の添加量は、Cmが原核
生物型のリポソームと結合し蛋白合成を阻害する抗生物
質であり、真核生物である酵母の核に於ける蛋白合成阻
害活性が無い為、大腸菌に対して通常使用する濃度の1
70μg/mlに比較して高濃度である500μg/m
lから1,000μg/ml好ましくは750μg/μ
m付近の濃度でCmが存在すると感受性を示すので、そ
の濃度でCmを選択培地に含めて使用すると良い。CA
TM遺伝子がミトコンドリア内の原核生物型リボソーム
を使用した翻訳系で発現しクロラムフェニコールアセチ
ルトランスフェラーゼ活性を示すことを期待している
が、得られた形質転換細胞に付与されたCm耐性を与え
るクロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ活
性は、CATアッセイ(Gorman,C.M.,et
al.,1982,Mol.Cell.Biol.,
:1044)により検出が可能であり、実際得られた
形質転換細胞から同活性が検出された。
For example, when the “selectable marker gene that functions in organelles” is a chloramphenicol acetyltransferase ( CATM ) gene having a base replaced by a mitochondrial translation codon, chloramphenicol (Cm) added to the selection medium The amount of Cm is an antibiotic that binds to prokaryotic liposomes and inhibits protein synthesis. It has no protein synthesis inhibitory activity in the nucleus of eukaryotic yeast, so it is usually used for E. coli. Concentration 1
500 μg / m, which is a higher concentration than 70 μg / ml
1 to 1,000 μg / ml, preferably 750 μg / μ
Since the presence of Cm at a concentration near m indicates sensitivity, it is preferable to use Cm at that concentration in a selective medium. CA
It is expected that the TM gene is expressed in a translation system using prokaryotic ribosomes in mitochondria and exhibits chloramphenicol acetyltransferase activity. Ramphenicol acetyltransferase activity was determined by CAT assay (Gorman, CM, et al.).
al. , 1982, Mol. Cell. Biol. ,
2 : 1044), and the same activity was detected in the actually obtained transformed cells.

【0037】動物、または植物のオルガネラを標的とし
た原核・真核生物間接合伝達は、接合伝達性オルガネラ
内発現ベクターを含む供与菌と宿主とする各々の細胞を
適当な人工的な条件下で掛け合わせることにより行うと
良い。その際、植物細胞、酵母、あるいは大腸菌等原核
生物には強固な細胞壁が存在するが、本発明の原核・真
核生物間接合伝達の方法では、細胞壁を消化しプロトプ
ラストとして後に掛け合わせる工夫は必要なく、直接掛
け合わせの処理を行い、次に選択培地で培養し形質転換
細胞を選択すればよい。供与菌、及び宿主細胞とオルガ
ネラの形質転換細胞との分離は、栄養要求性、薬剤耐
性、リゾチーム等の酵素処理等を組み合わせて行うこと
が出来る。宿主とする細胞が動物由来である場合、一般
に選択培地が栄養に富むので接合伝達性オルガネラ内発
現ベクターを保持する供与菌、またtra遺伝子、及び
mob遺伝子を含むヘルパープラスミドを保持する供与
菌の該選択培地中での増殖力が強力となる為、掛け合わ
せ処理後にそれら供与菌の除去が簡単でないことが起こ
り得る。そこで例えば供与菌が大腸菌の場合、染色体を
持たない大腸菌ミニセルが酵母と原核・真核生物間接合
伝達可能なことが知られているので、各々のプラスミド
を保持する大腸菌ミニセルを作製し、本発明のオルガネ
ラを標的とした原核・真核生物間接合伝達に使用しても
良い。
Prokaryotic / eukaryotic conjugation transmission targeting an animal or plant organelle is carried out under appropriate artificial conditions by using a donor bacterium containing a conjugative transferable organelle expression vector and each cell as a host under appropriate artificial conditions. It is good to do it by multiplying. At that time, strong cell walls exist in prokaryotes such as plant cells, yeast, and Escherichia coli.However, in the method of conjugation between prokaryotes and eukaryotes according to the present invention, it is necessary to devise a method of digesting cell walls and multiplying them as protoplasts. Instead, it is only necessary to perform a direct cross-over process, and then culture in a selection medium to select transformed cells. Separation of the donor cells and the host cells from the transformed organelles can be carried out by a combination of auxotrophy, drug resistance, enzyme treatment with lysozyme or the like. When the host cell is derived from an animal, generally, the selection medium is rich in nutrients, so that the donor bacterium holding the expression vector in the conjugative organelle and the donor bacterium holding the helper plasmid containing the tra gene and the mob gene are used. Since the growth power in the selection medium becomes strong, it may be difficult to remove the donor bacteria after the crossing treatment. Thus, for example, when the donor bacterium is Escherichia coli, it is known that an Escherichia coli minicell having no chromosome can transfer conjugation between yeast and prokaryotic / eukaryotic organisms. May be used for prokaryotic / eukaryotic conjugative transmission targeting organelles.

【0038】宿主が動物細胞である場合、本発明の方法
で作製したオルガネラ形質転換細胞を他の有用な性質を
持つ動物細胞と細胞融合をさせたり、動物の組織に移植
しても良く、また宿主とする動物細胞がEmbryon
ic stem cellであれば、発生初期の胚に移
植し個体の中で分化させても良い、宿主が植物細胞であ
る場合、本発明の方法で作製したオルガネラ形質頻換細
胞を他の有用な性質を持つ植物細胞と細胞融合させた
り、カルスとして培養し増殖せしめ植物組織に移動した
り、またカルスを分化させる条件で生育させ植物体を得
ても良い。
When the host is an animal cell, the organelle transformed cell produced by the method of the present invention may be subjected to cell fusion with an animal cell having other useful properties, or transplanted into an animal tissue. The animal cell used as a host is Embryon
If it is an ic stem cell, it may be transplanted into an embryo at an early stage of development and differentiated in an individual. A cell may be obtained by cell fusion with a plant cell having, or cultured and grown as a callus and transferred to a plant tissue, or grown under conditions that differentiate the callus.

【0039】「接合伝達性オルガネラ内発現ベクター」
の作製に必要なプラスミドDNA構築、また、サザンハ
イブリダイゼーションによる特異的DNA断片の検出、
DNA配列決定といった、一連の分子生物学的な実験
は、例えばManiatis、T.等の編集した実験書
(Molecular Cloning,A Labo
ratory Manual、2nd.Ed.,Sam
brook,J.,Fritsch,E.F, and
T.Maniatis, Cold Spring
Harbor Lab.Press,1989)に示さ
れる公知の方法に従って行えばよい。また、酵素類は特
別に示さない限り公知のものが使用でき、例えば宝酒造
社製、あるいは東洋紡社製のものが挙げられるが、これ
に限ることは無い。DNA断片の長さは塩基対(bp)
の数で示すが、この明細書で示す値はこの技術分野の常
識に従っておよその値であるとして読むべきである。
"Conjugative transfer organelle expression vector"
Construction of plasmid DNA necessary for the preparation of DNA, detection of specific DNA fragment by Southern hybridization,
A series of molecular biology experiments, such as DNA sequencing, are described, for example, in Maniatis, T .; (Molecular Cloning, A Labo)
rattro Manual, 2nd. Ed. , Sam
Brook, J. et al. Fritsch, E .; F, and
T. Maniatis, Cold Spring
Harbor Lab. Press, 1989). Unless otherwise indicated, known enzymes can be used, and examples thereof include those manufactured by Takara Shuzo or Toyobo, but are not limited thereto. DNA fragment length is base pairs (bp)
, But the values set forth in this specification should be read as approximate, in accordance with common knowledge in the art.

【0040】以下に実施例を示して本発明を更に詳細に
説明するが、本発明はこれら実施例によって、何等限定
されるものではない。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0041】[0041]

【実施例】【Example】

【0042】実施例1 部位特異的突然変異法によるC
AT遺伝子のミトコンドリア用翻訳コドンへの変換 配列表の配列番号1で示す大腸菌由来CAT遺伝子コー
ド領域の塩基配列を、部位特異的変異法により、パン酵
cerevisiaeミトコンドリア用翻訳コド
ンに変換した塩基配列へ置換し、パン酵母ミトコンドリ
アを標的とする接合伝達性オルガネラ内発現ベクターに
含ませる所望の外来遺伝子兼選択マーカー遺伝子を作製
した。すなわち、大腸菌由来CAT遺伝子の塩基配列を
基に大腸菌由来CAT遺伝子の開始コドンから終始コド
ンまでの660塩基長の配列(配列番号1)の内、パン
酵母ミトコンドリア用翻訳コドンに読み換える必要があ
る塩基は、配列表の配列番号1の塩基配列の番号で以下
に表す、39(A→T)、115(C→T)、187
(C→T)、189(T→A)、196(C→T)、2
44(C→T)、252(A→T)、313(C→
T)、315(C→A)、349(C→T)、357
(A→T)、391(C→T)、550(C→T)、5
59(C→T)、613(C→T)、及び615(T→
A)で、合計16ヶ所あった。ここで、かっこ内はミト
コンドリア用翻訳コドンに変換する為の塩基置換を示し
た。部位特異的突然変異法では、変異導入用合成DNA
プライマーを用いて目的とするDNA断片に対し塩基の
置換を行うが、置換したい塩基が近接している場合、同
一プライマーに含まれるように変異導入用合成DNAプ
ライマーの塩基配列を設計することが可能である。すな
わち、16ヶ所の塩基置換に対し配列番号2から配列番
号10で示される合計9本の変異導入用合成DNAプラ
イマーを順番に使用することで必要な塩基置換の全てに
対応させ、配列番号11で示されるパン酵母ミトコンド
リア用翻訳コドン対応に塩基置換したCATM遺伝子の
コード領域の配列を完成させた。配列番号1の塩基配列
の番号を用いて、上記の9本の変異導入用合成DNAプ
ライマーの位置を示すと、それぞれ、配列番号2(27
−49)、配列番号3(105−127)、配列番号4
(174−208)、配列番号5(234−262)、
配列番号6(302−327)、配列番号7(339−
370)、配列番号8(381−403)配列番号9
(540−570)、及び配列番号10(603−62
8)である。以下に、具体的にCAT遺伝子の、ミトコ
ンドリア用翻訳コドンへ変換した塩基配列への置換の手
順を示す。
Example 1 C by site-directed mutagenesis
Conversion of AT gene into mitochondrial translation codon The nucleotide sequence of the E. coli-derived CAT gene coding region represented by SEQ ID NO: 1 in the sequence listing was converted to the baker's yeast S. A desired exogenous gene / selection marker gene was prepared by substituting a base sequence converted to a translation codon for cerevisiae mitochondria and including the expression vector in a conjugative transfer organelle targeting baker's yeast mitochondria. That is, based on the base sequence of the Escherichia coli-derived CAT gene, bases which need to be replaced with baker's yeast mitochondrial translation codons in the 660 base length sequence from the start codon to the stop codon of the Escherichia coli-derived CAT gene. Are 39 (A → T), 115 (C → T), 187 represented by the numbers of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 in the sequence listing.
(C → T), 189 (T → A), 196 (C → T), 2
44 (C → T), 252 (A → T), 313 (C →
T), 315 (C → A), 349 (C → T), 357
(A → T), 391 (C → T), 550 (C → T), 5
59 (C → T), 613 (C → T), and 615 (T →
In A), there were a total of 16 locations. Here, the parentheses indicate base substitutions for conversion to mitochondrial translation codons. In site-directed mutagenesis, synthetic DNA
Uses primers to perform base substitution on the target DNA fragment. If the bases to be replaced are close to each other, the base sequence of the synthetic DNA primer for mutagenesis can be designed to be included in the same primer. It is. That is, by using a total of 9 synthetic DNA primers for mutagenesis shown in SEQ ID NO: 2 to SEQ ID NO: 10 in order for 16 base substitutions, all the necessary base substitutions were made to correspond, and SEQ ID NO: 11 The sequence of the coding region of the CATM gene in which the base was substituted corresponding to the translation codon for baker's yeast mitochondria shown was completed. When the positions of the above nine synthetic DNA primers for mutagenesis are indicated using the nucleotide sequence numbers of SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2 (27
-49), SEQ ID NO: 3 (105-127), SEQ ID NO: 4
(174-208), SEQ ID NO: 5 (234-262),
SEQ ID NO: 6 (302-327), SEQ ID NO: 7 (339-
370), SEQ ID NO: 8 (381-403) SEQ ID NO: 9
(540-570), and SEQ ID NO: 10 (603-62)
8). The procedure for specifically replacing the CAT gene with a nucleotide sequence converted into a mitochondrial translation codon is shown below.

【0043】ファルマシアバイオテク社から供給される
大腸菌由来クロラムフェニコールアセチルトランスフェ
ラーゼ(CAT)遺伝子配列を含む792塩基のHin
dIIIDNA断片を、ATCC(American
Type CuitureCollection;Ro
ckville,MD,USA)より分譲が可能である
プラスミドpUC19(ATCC37254)のHin
dIII部位にクローン化して、プラスミドpUC−C
ATを作製した。
A 792-base Hin containing the chloramphenicol acetyltransferase (CAT) gene sequence derived from Escherichia coli supplied by Pharmacia Biotech
The dIII DNA fragment was converted to ATCC (American).
Type CultureCollection; Ro
ckville, MD, USA) and the plasmid pUC19 (ATCC 37254) Hin
cloned into the dIII site, the plasmid pUC-C
AT was prepared.

【0044】配列番号2から配列番号10に表される9
本の変異導入用合成DNAプライマーをオリゴDNA合
成法の定法に従って作製し、作製したDNAプライマー
は、それぞれT4ポリヌクレオチドキナーゼとATPを
使用しそれらの5′末端のリン酸化を行った。次に、ク
ローンテック社が供給するTransformerSi
te−Directed Mutagenesis K
itを使用し、9本の変異導入用合成オリゴDNAのう
ち1本の合成オリゴDNAと選択プライマーとして用い
るNdeI/NcoIトランスオリゴDNA、あるいは
スイッチオリゴNcoI/NdeIとを、プラスミドp
UC−CATの同一ストランドにアニールする各々のプ
ライマーとして使用し、大腸菌CAT遺伝子配列に変異
導入を試みた。すなわち、変異導入を目的とするCAT
遺伝子配列を含むpUC−CATプラスミドDNA、第
一のプライマーとする5′末端をリン酸化した9本の内
1本の変異導入用合成オリゴDNA、及び、第二のプラ
イマーとするクローンテック社が供給する選択プライマ
ーである5′末端をリン酸化したNdeI/NcoIト
ランスオリゴDNAを、20μlの20mM Tris
−HCl(pH7.5)−10mM MgCl2−50
mM NaCl緩衝液中で95℃で3分間加熱し、直ち
に氷水上で5分間冷却を行い、アニーリング反応により
2種のプライマーとCAT遺伝子配列との間で2本鎖を
形成させた。アニーリング反応が終了した溶液に対し、
クローンテック社のキットで供給されるインビトロDN
A合成用緩衝液、T4DNAポリメラーゼ、及びT4D
NAリガーゼを必要量添加し、37℃で2時間インキュ
ベートし、アニールした2種のプライマーDNAを基に
相補鎖DNA伸長反応と連結反応を行い、完全な2本鎖
プラスミドDNAを作製した。70℃で5分間加熱し、
酵素反応を止めた。得られた反応液をクローンテック社
のキットで供給される大腸菌BMH71−18mut
(repair−deficient)のコンピテント
セルで形質転換を行い、形質転換した大腸菌は5mlの
アンピシリンを含むLB培地で37℃で一晩培養した。
培養した大腸菌から定法により抽出したプラスミドDN
A0.1μgを制限酵素NdeIで消化し、70℃で5
分間加熱し酵素反応を止めた後、反応液を大腸菌BMH
71−18mutSのコンピテントセルで形質転換を行
い、アンピシリンを含む寒天平板LB培地で37℃で一
晩培養した。得られた幾つかのアンピシリン耐性形質転
換体コロニーを数クローン培養し、アルカリ法による定
法でプラスミドDNAを抽出・精製し、以下に示す方法
でDNA塩基配列を決定し、設計した通り部位特異的突
然変異が入った配列が確認出来た組換えプラスミドを選
択した。DNA塩基配列決定は、パーキンエルマー社が
供給するDNAシーケンスキット(Dye prime
r cycle sequencing kit;21
M13primer,AmpliTaq DNA po
lymerase)を使用し、それぞれA、C、G、あ
るいはTの4本のチューブに検体となるDNA(テンプ
レート)、色素プライマー、A、C、G、あるいはTの
d/ddミックス(各デオキシヌクレオチド/ターミネ
ーターとなるジデオキシヌクレオチドの混合物)、Ta
qDNAポリメラーゼ、及び緩衝液を入れ混合し、酵素
反応をパーキンエルマー社の示すプロトコールでPCR
反応装置(アトー社、Zymoreactor、AB−
1800)を使用し25回繰り返し行った。反応生成物
からの塩基配列の読みとりは、パーキンエルマー社のア
プライドバイオシステム373SDNAシーケンサーを
使用し同社の示すプロトコールに従って行った。
SEQ ID NO: 2 to 9 represented by SEQ ID NO: 10
The synthetic DNA primers for mutagenesis were prepared according to a standard method of oligo DNA synthesis, and the prepared DNA primers were phosphorylated at their 5 'ends using T4 polynucleotide kinase and ATP, respectively. Next, TransformerSi supplied by CloneTech
te-Directed Mutagenesis K
It was used to convert one of the nine synthetic oligo DNAs for mutagenesis and one of the NdeI / NcoI trans-oligo DNAs used as selection primers or the switch oligo NcoI / NdeI into the plasmid p.
Mutagenesis was attempted to be introduced into the E. coli CAT gene sequence by using as primers that anneal to the same strand of UC-CAT. That is, CAT for the purpose of mutation introduction
PUC-CAT plasmid DNA containing the gene sequence, one of nine synthetic oligo DNAs for mutation introduction out of 9 phosphorylated at the 5 'end used as the first primer, and supplied by Clontech as the second primer Of the 5'-terminal phosphorylated NdeI / NcoI trans-oligo DNA was added to 20 μl of 20 mM Tris.
-HCl (pH7.5) -10mM MgCl 2 -50
The mixture was heated in an mM NaCl buffer at 95 ° C. for 3 minutes, immediately cooled on ice water for 5 minutes, and a double strand was formed between the two primers and the CAT gene sequence by an annealing reaction. For the solution after the annealing reaction,
In vitro DN supplied with Clonetech kit
A synthesis buffer, T4 DNA polymerase, and T4D
A required amount of NA ligase was added, and the mixture was incubated at 37 ° C. for 2 hours. Based on the two annealed primer DNAs, a complementary strand DNA elongation reaction and a ligation reaction were performed to prepare a complete double-stranded plasmid DNA. Heat at 70 ° C for 5 minutes,
The enzymatic reaction was stopped. The obtained reaction solution was used for Escherichia coli BMH71-18 mut S supplied with a kit of Clontech.
(Repair-deficient) competent cells, and the transformed Escherichia coli was cultured overnight at 37 ° C. in an LB medium containing 5 ml of ampicillin.
Plasmid DN extracted from cultured E. coli by a standard method
A 0.1 μg was digested with restriction enzyme NdeI, and
After heating for 10 minutes to stop the enzymatic reaction,
Transformation was performed with 71-18 mut S competent cells, and the cells were cultured overnight at 37 ° C. on an agar plate LB medium containing ampicillin. Several of the obtained ampicillin-resistant transformant colonies were cultured in several clones, plasmid DNA was extracted and purified by a standard method using an alkaline method, the DNA base sequence was determined by the method described below, and site-specific mutation was performed as designed. A recombinant plasmid in which the sequence containing the mutation was confirmed was selected. For DNA sequencing, DNA sequence kit (Dye prime) supplied by PerkinElmer
r cycle sequencing kit; 21
M13primer, AmpliTaq DNA po
lymerase) in each of four tubes A, C, G, or T, DNA (template), dye primer, d / dd mix of A, C, G, or T (each deoxynucleotide / A mixture of dideoxynucleotides serving as terminators), Ta
qDNA polymerase and buffer were added and mixed, and the enzymatic reaction was performed by PCR according to the protocol shown by PerkinElmer.
Reactor (Ato Co., Zymoreactor, AB-
1800) was repeated 25 times. The nucleotide sequence was read from the reaction product using Perkin Elmer's Applied Biosystems 373S DNA sequencer according to the protocol indicated by the company.

【0045】上記で示した変異CAT配列を得る操作
を、配列番号2から配列番号10で示す9本の変異導入
用オリゴDNAを第一のプライマーとして順番に使用
し、またクローンテック社の供給するトランスオリゴN
deI/NcoI、及びスイッチオリゴNcoI/Nd
eIを順番に交互に第二のプライマーとして使用し、ま
たクローンテック社の供給するマニュアルに従って制限
酵素NdeI、NcoIを交互に使用し、以上の変異導
入の操作を9回繰り返した。その結果、合計16ヶ所の
塩基置換を完成し、パン酵母ミトコンドリア用翻訳コド
ンに変換したCAT(CATM)遺伝子を得た。完成し
CATM遺伝子のDNA配列の最終的な確認は、前述
のDNA塩基配列決定法により両方向から塩基配列を決
定し行った。その結果、作製したプラスミドpUC−C
ATMに含まれるCATM遺伝子配列には、設計した通
りの合計16ヶ所に塩基置換が確認され、目的とする配
列番号11で示すCATM遺伝子配列を得た(図1、p
UC−CATM)。
The procedure for obtaining the mutant CAT sequence shown above was carried out by sequentially using the nine mutation-introducing oligo DNAs shown in SEQ ID NO: 2 to SEQ ID NO: 10 as first primers and supplied by Clontech. Transoligo N
deI / NcoI and switch oligo NcoI / Nd
The above mutation introduction operation was repeated nine times using eI in turn as the second primer, and alternately using restriction enzymes NdeI and NcoI according to the manual supplied by Clontech. As a result, a total of 16 base substitutions were completed, and a CAT ( CATM ) gene converted to a translation codon for baker's yeast mitochondria was obtained. For the final confirmation of the DNA sequence of the completed CATM gene, the nucleotide sequence was determined from both directions by the aforementioned DNA nucleotide sequence determination method. As a result, the prepared plasmid pUC-C
In the CATM gene sequence contained in the ATM, base substitution was confirmed at a total of 16 positions as designed, and the desired CATM gene sequence represented by SEQ ID NO: 11 was obtained (FIG. 1, p
UC-CATM).

【0046】実施例2 接合伝達性ミトコンドリア内発
現ベクター、pAY−CATMの構築 酵母の染色体外複製起点である2μm複製起点を含むプ
ラスミドYEp352(ATCCより分譲が可能であ
る;ATCC37675)を、制限酵素HpaIで切断
し平滑末端である直鎖状DNAを得た。次に、プラスミ
ドpKT230(ATCCより分譲が可能である;AT
CC37294)を制限酵素EcoRVで消化し、アガ
ロースゲル電気泳動で分画し、抽出・精製して平滑末端
である2.7kbのDNA断片を得た。得られた直鎖状
YEp352と2.7kbのEcoRV断片をT4リガ
ーゼ(宝酒造社製、ライゲーションキット)を使用し供
給者の示す平滑末端を結合する反応条件で連結し、図1
に示す構成となるプラスミドpAYC7(oriV
C,oriT−Q,mob−Q,lacZURA3
2μm−oriAp r)を作製した。T4リガーゼに
よる反応の停止後、そのTAリガーゼ反応液を用いて大
腸菌HB101(F-recAl3hsdS20
proA2Sm r、ATCCより分譲が可能である;
ATCC33694)を、塩化ルビジウム法(Hana
han,D.,Techniques of tran
sformation of E.coli.,In:
DNA Cloning,Ed.;Glover,D.
M.,1985,vol.1,109−135,IRL
Press,Oxford)で形質転換した。得られ
たAp耐性形質転換大腸菌コロニー数個を選び、それら
形質転換体コロニーから形質転換大腸菌を液体培養し、
プラスミドDNAを抽出・精製し、制限酵素で切断した
後アガロースゲル電気泳動で解析し、目的とするプラス
ミドpAYC7の制限酵素切断パターンを有するプラス
ミドDNAを保持する形質転換大腸菌を選択した。
Example 2 Construction of a conjugative transfer mitochondrial expression vector, pAY-CATM A plasmid YEp352 (available from ATCC; ATCC 37675) containing a 2 μm replication origin, which is an extrachromosomal replication origin of yeast, was replaced with a restriction enzyme HpaI. To obtain a blunt-ended linear DNA. Next, plasmid pKT230 (available from ATCC; AT
CC37294) was digested with restriction enzyme EcoRV, fractionated by agarose gel electrophoresis, extracted and purified to obtain a 2.7 kb DNA fragment having blunt ends. The obtained linear YEp352 and the 2.7 kb EcoRV fragment were ligated using T4 ligase (a ligation kit manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd.) under the reaction conditions of binding the blunt end shown by the supplier.
The configuration shown in plasmid pAYC7 (oriV -
C, oriT- Q, mob- Q, lacZ , URA3 ,
2 μm-ori , Ap r ). After terminating the reaction with T4 ligase, the TA ligase reaction mixture was used to remove E. coli HB101 ( F- , recAl3 , hsdS20).
can be obtained from proA2 , Sm r , ATCC;
ATCC 33694) by the rubidium chloride method (Hana).
han, D.C. , Techniques of tran
formation of E.S. coli. , In:
DNA Cloning, Ed. Glover, D .;
M. 1985, vol. 1,109-135, IRL
Press, Oxford). Several Ap-resistant transformed Escherichia coli colonies were selected, and transformed Escherichia coli was subjected to liquid culture from the transformed colonies.
The plasmid DNA was extracted and purified, cut with a restriction enzyme, and analyzed by agarose gel electrophoresis. Transformed Escherichia coli harboring the plasmid DNA having the restriction pattern of the target plasmid pAYC7 was selected.

【0047】実施例1で作製したプラスミドDNA(図
1、pUC−CATM)を、制御酵素HindIIIで
消化し、アガロースゲル電気泳動で分画して切り出した
後、ミトコンドリア用翻訳コドンに対応したCATM
伝子を含む792塩基長HindIII断片を抽出・精
製した。得られたCATM遺伝子を含む792塩基のH
indIII断片と、上記で作製したプラスミドpAY
C7を制御酵素HindIIIで消化し直鎖状としたも
のをT4リガーゼを用いて連結し、プラスミドpAYC
7に含まれるLacZ遺伝子のプロモーター、ターミネ
ーターとその間に挿入されたCATM遺伝子の方向が順
方向となる向きとなった、図1に示す構成のプラスミド
pAY−CATMを構築した。T4リガーゼによる反応
の停止後、pAY−CATMを含むT4リガーゼ反応液
を用いて、大腸菌HB101を、塩化ルビジウム法によ
り形質転換した。得られたAp耐性形質転換大腸菌を数
個選び各々からプラスミドDNAを抽出・精製し、制限
酵素で切断してアガロースゲル電気泳動で解析し、図1
に示す制御酵素地図を有するプラスミドpAY−CAT
Mを保持する形質転換大腸菌を選択した(工業技術院生
命工学工業技術研究所受託番号:FERM P−157
26号)。構築したpAY−CATM(oriV−C,
oriT−Q,mob−Q,CATMURA32μ
m−oriAp r)には、図1に示す位置に、パン酵
cerevisiaeミトコンドリア内で機能す
る複製起点として2μm複製起点(2μm−ori)、
選択マーカー遺伝子と所望の外来遺伝子を兼ねたCAT
(大腸菌のLacZプロモーター、ターミネーターが
機能的に連結されたCATM)、大腸菌で機能する複製
起点としてColE1型複製起点(ColElori=
oriV−C)、大腸菌内の選択マーカー遺伝子として
アンピシリン耐性遺伝子(AmpAP r)、接合移行
開始点のoriT配列(oriToriT−Q)、及
びmob遺伝子(mobB,mobA,mobC=mo
−Q)が含まれることになり、接合伝達性ミトコンド
リア内発現ベクターの必要条件を満たしていた。
The plasmid DNA prepared in Example 1 (FIG. 1, pUC-CATM) was digested with the control enzyme HindIII, fractionated by agarose gel electrophoresis, cut out, and then subjected to the CATM gene corresponding to the mitochondrial translation codon. Was extracted and purified. 792 bases of H containing the obtained CATM gene
The indIII fragment and the plasmid pAY prepared above
C7 was digested with HindIII to obtain a linear product, which was ligated using T4 ligase to give plasmid pAYC
The plasmid pAY-CATM having the configuration shown in FIG. 1 was constructed in which the promoter and terminator of the LacZ gene contained in No. 7 and the direction of the CATM gene inserted therebetween became forward. After termination of the reaction with T4 ligase, Escherichia coli HB101 was transformed by a rubidium chloride method using a T4 ligase reaction solution containing pAY-CATM. Several Ap-resistant transformed Escherichia coli cells were selected, plasmid DNA was extracted and purified from each, cut with restriction enzymes, and analyzed by agarose gel electrophoresis.
Plasmid pAY-CAT having a control enzyme map shown in FIG.
A transformed Escherichia coli carrying M was selected (Accession No. FERM P-157, Institute of Biotechnology and Industrial Technology, Institute of Industrial Science and Technology)
No. 26). The constructed pAY-CATM ( oriV- C,
oriT -Q, mob -Q, CATM, URA3, 2μ
m-ori, the Ap r), to the position shown in FIG. 1, baker's yeast S. 2 μm replication origin ( 2 μm-ori ) as an origin of replication functioning in cerevisiae mitochondria;
CAT that combines both selectable marker gene and desired foreign gene
M ( CATM in which the LacZ promoter and terminator of Escherichia coli are operatively linked), and a ColE1-type replication origin (ColElori =
oriV -C), the ampicillin resistance gene (Amp = AP r as a selective marker gene in E. coli), oriT sequence of bonding a transfer start point (oriT = oriT -Q), and mob gene (mobB, mobA, mobC = mo
b- Q), which satisfies the requirements for a conjugative transferable mitochondrial expression vector.

【0048】実施例3 ヘルパープラスミドpRH22
0の構築 プラスミドpRK2013(ATCCより分譲が可能で
ある;ATCC37159)をEcoRI、及びSal
Iで切断して得られる36.3kb長のDNA断片と、
プラスミドpHSG576(財団法人、がん研究振興財
団、JCRB遺伝子バンクより分譲が可能である;De
posit Number VE037;Takesh
ita,S. et al.,1987,Gene,
:63)をEcoRI、及びSalIで切断して得ら
れるpSC101由来複製起点とクロラムフェニコール
耐性遺伝子を含む約3.6kb長のDNA断片を、各々
アガロース電気泳動で分画し、抽出・精製して調製し
た。得られた各々のDNA断片をT4リガーゼで結合
し、約39.9kb長のヘルパープラスミドpRH22
0(oriV−pSC101,oriT−P,tra
P,mob−P,Cm r)を作製した。T4リガーゼに
よる反応の停止後、pRH220を含むT4リガーゼ反
応液を用いて、大腸菌HB101を塩化ルビジウム法に
より形質転換した。得られたAp耐性形質転換大腸菌を
数個選びプラスミドDNAを抽出・精製し、制限酵素で
切断した後アガロースゲル電気泳動で解析し、目的とす
るプラスミドの制限酵素地図を有するプラスミドDNA
を保持する形質転換大腸菌を選択した。実施例2で構築
したpAY−CATMに含まれるoriTとmobはi
ncQ型で、ヘルパープラスミドpRH220に含まれ
るtra遺伝子はincP型であり、同一inc種でな
いため、2種のプラスミドは同じ大腸菌内に安定に共存
可能である。
Example 3 Helper plasmid pRH22
Construction of plasmid pRK2013 (available from ATCC; ATCC 37159) with EcoRI and Sal
A DNA fragment having a length of 36.3 kb obtained by digestion with I;
Plasmid pHSG576 (available from the Japan Cancer Research Foundation, JCRB Gene Bank; De)
post Number VE037; Takesh
ita, S .; et al. , 1987, Gene, 6
One sixty-three) to EcoRI, and a DNA fragment of about 3.6kb long comprising a pSC101-derived origin of replication and chloramphenicol resistance gene obtained by cutting with SalI, fractionated in each agarose electrophoresis, extracted and purified Prepared. Each of the obtained DNA fragments was ligated with T4 ligase, and a helper plasmid pRH22 of about 39.9 kb in length was used.
0 (oriV -pSC101, oriT -P, tra -
P, mob- P, Cm r ). After terminating the reaction with T4 ligase, Escherichia coli HB101 was transformed by a rubidium chloride method using a T4 ligase reaction solution containing pRH220. Several obtained Ap-resistant transformed Escherichia coli were selected, plasmid DNA was extracted and purified, cut with restriction enzymes, analyzed by agarose gel electrophoresis, and plasmid DNA having a restriction enzyme map of the desired plasmid
The transformed E. coli which retained the E. coli was selected. OriT and mob contained in pAY-CATM constructed in Example 2 are i
Since the tra gene contained in the helper plasmid pRH220 is of the ncQ type and is not of the same inc species, the two plasmids can coexist stably in the same E. coli.

【0049】実施例4 原核・真核生物間接合伝達によ
るpAY−CATMの大腸菌から酵母ミトコンドリアへ
の伝達 プラスミドpAY−CATMで形質転換した大腸菌HB
101(pAY−CATM)、及びプラスミドpRH2
20で形質転換した大腸菌HB101(pRH220)
を使用して、パン酵母cerevisiaeYNN
281株(MATatrp1−Δura3−52
ade2−1lys2−801his3−Δ 20
rho+,;Yeast Genetic Sto
ck Center,Berkely,CA,USAよ
り供給される)、またはミトコンドリアDNA欠損パン
酵母cerevisiaeYNN281rho o
(変異株rho oは、20μg/mlの濃度のエチジウ
ムブロミドを含む滅菌水で遮光し28℃で24時間振と
うする処理を2回繰り返し行った後に、YPD培地2%
寒天平板上で28℃で2、3日培養し出現したコロニー
から選択して得た。ミトコンドリアDNA欠損、すなわ
rho o株であることは、Sigma社製のDAP
I、すなわち4′,6−diamino−2−2−ph
enylindolによる染色、また遺伝学的方法によ
り確認を行った。)と以下の手順により三親伝達法によ
り原核・真核生物間接合伝達を行った。
Example 4 Transfer of pAY-CATM from E. coli to Yeast Mitochondria by Prokaryotic / Eukaryotic Conjugative Transfer Escherichia coli HB transformed with plasmid pAY-CATM
101 (pAY-CATM) and plasmid pRH2
E. coli HB101 (pRH220) transformed with
Using baker's yeast S. cerevisiae YNN
281 strains ( MATa , trp1-Δ , ura3-52 ,
ade2-1 , lys2-801 , his3- Δ20
0 , rho + , Yeast Genetic Sto
CK Center, Berkeley, CA, USA) or mitochondrial DNA-deficient baker's yeast S.C. cerevisiae YNN281 rho o strain (mutant strain rho o is subjected to shaking at 28 ° C. for 24 hours while shading at 28 ° C. for 24 hours in the presence of sterilized water containing ethidium bromide at a concentration of 20 μg / ml.
It was obtained by culturing on an agar plate at 28 ° C. for a few days and selecting from colonies that appeared. Mitochondrial DNA deficiency, i.e. the rho strain, is a DAP from Sigma.
I, that is, 4 ', 6-diamin-2--2-ph
Confirmation was performed by staining with nylindol and a genetic method. ) And the following procedure was used to perform prokaryotic / eukaryotic conjugation by the three-parent transmission method.

【0050】パン酵母cerevisiaeYNN
281株をYPD培地(2% glucose,1%
yeast extract,2% peptone含
有)を用い28℃で振とう培養を行い、濁度計(富士
A.D.S.−D濃度計、富士工業社製、東京)で濁度
を時々測定し、濁度が200となるまで増殖させた酵母
培養液を得た。pAY−CATMを保持する大腸菌、p
RH220を保持する大腸菌をそれぞれAp(50μg
/ml)を含むLB培地(1% Bacto tryp
tone,0.5% yeast extract,1
% NaCl,5mM NaOH含有)を用い37℃で
振とう培養を行い、濁度計(富士A.D.S.−D濃度
計、富士工業社製、東京)で濁度を時々測定し、濁度が
50のそれぞれの大腸菌懸濁液を得た。濁度が200と
なるまで増殖させたパン酵母cerevisiae
YNN281株の酵母培養液を500μl、pAY−C
ATMを保持する濁度が50となるまで増殖させた大腸
菌培養液50μl、プラスミドpRH220を保持する
濁度が50となるまで増殖させた大腸菌培養液50μl
を1.5ccエッペンドルフチューブに取り混合した。
次に微量遠心機を使用し、6,000rpm、5分間遠
心を行い細胞混合物を沈殿させ、沈殿した細胞混合物を
500μlのTNB緩衝液(50mM Tris−HC
l,pH7.5,0.05%NaCl含有)で1回洗浄
し、再度微量遠心機を使用し、6,000rpm、5分
間遠心を行い沈殿させて集めた細胞混合物を40μlの
TNB緩衝液に室温で数分間かけて混合し懸濁した。懸
濁した細胞混合液を1.5%の寒天(Difco社製、
Bacto−agar)を含むYPD寒天培地上に置い
たミリポア社製フィルター膜(typeHA;nitr
ocellulose/cellulose acet
ate,pore size 0.45μm;diam
eter,25mm)に滴下し10分間空気中で乾燥さ
せた後、ふ卵器中で28℃で12時間インキュベート
し、原核・真核生物間接合伝達を行った。インキュベー
ト後、フィルター上の細胞混合物を少量のTNB緩衝液
で洗浄し回収し、400μlの同緩衝液中に再懸濁させ
た。次にクロラムフェニコール(Cm)を最終濃度が7
50μg/mlなるように、また、大腸菌の生育阻害を
目的としナリジキシン酸(Nal)を最終濃度20μg
/mlなるように添加した、1.5%寒天を含むYPG
培地(3% glycerol,1% yeast e
xtract,2% peptone含有)寒天平板1
枚当たりに、上記した細胞懸濁液150μlをスプレッ
ダーで広げた後、28℃に温度設定したふ卵器中で3日
から4日間培養したところ、約50個クロラムフェニコ
ール耐性酵母コロニーを得た。また同様にパン酵母YN
N281株のみを選択培地で培養したところ、若干のク
ロラムフェニコール耐性酵母コロニーの出現がみられ
た。以上の物間接合伝達によるpAY−CATMのパン
酵母cerevisiaeミトコンドリアへの導入
結果を表−1として下記表16に示した。
The baker's yeast S. cerevisiae YNN
281 strains in YPD medium (2% glucose, 1%
Shake culture was performed at 28 ° C. using yeast extract (containing 2% peptone), and turbidity was sometimes measured with a turbidity meter (Fuji ADS-D densitometer, manufactured by Fuji Kogyo Co., Ltd., Tokyo). A yeast culture grown up to a turbidity of 200 was obtained. E. coli carrying pAY-CATM, p
Escherichia coli holding RH220 was isolated by Ap (50 μg).
/ Ml) in LB medium (1% Bacto tryp)
tone, 0.5% yeast extract, 1
% NaCl, containing 5 mM NaOH), shaking culture at 37 ° C., turbidity is sometimes measured with a turbidity meter (Fuji ADS-D densitometer, manufactured by Fuji Kogyo Co., Ltd., Tokyo), and turbidity is measured. An E. coli suspension with a degree of 50 was obtained. Baker's yeast S turbidity has grown to 200. cerevisiae
500 μl of a yeast culture solution of YNN281 strain, pAY-C
50 μl of an Escherichia coli culture grown to a turbidity of 50 retaining ATM and 50 μl of an Escherichia coli culture grown to a turbidity of 50 retaining plasmid pRH220
Was placed in a 1.5 cc Eppendorf tube and mixed.
Next, using a microcentrifuge, centrifugation was performed at 6,000 rpm for 5 minutes to precipitate the cell mixture. The precipitated cell mixture was mixed with 500 μl of TNB buffer (50 mM Tris-HC).
, pH 7.5, containing 0.05% NaCl), and centrifuged again at 6,000 rpm for 5 minutes using a microcentrifuge to precipitate the collected cell mixture in 40 μl of TNB buffer. The mixture was mixed and suspended at room temperature for several minutes. The suspended cell mixture was added to 1.5% agar (Difco,
Filter membrane (typeHA; nitr) manufactured by Millipore on YPD agar medium containing Bacto-agar)
ocellulose / cellulose acet
ate, pore size 0.45 μm;
eter, 25 mm) and dried in the air for 10 minutes, followed by incubation in an incubator at 28 ° C. for 12 hours to carry out prokaryotic / eukaryotic conjugative transfer. After incubation, the cell mixture on the filter was washed with a small amount of TNB buffer, recovered, and resuspended in 400 μl of the same buffer. Then chloramphenicol (Cm) was added to a final concentration of 7
Nalidixic acid (Nal) at a final concentration of 20 μg so as to be 50 μg / ml and for the purpose of inhibiting the growth of Escherichia coli.
/1.5% agar-containing YPG
Medium (3% glycerol, 1% yeast e)
xtract, containing 2% peptone) agar plate 1
After spreading 150 μl of the above-described cell suspension per spreader with a spreader, the cells were cultured in an incubator set at a temperature of 28 ° C. for 3 to 4 days. As a result, about 50 chloramphenicol-resistant yeast colonies were obtained. . Similarly, baker's yeast YN
When only the N281 strain was cultured in the selection medium, some chloramphenicol-resistant yeast colonies appeared. The baker's yeast S. p. The results of introduction into cerevisiae mitochondria are shown in Table 16 below as Table 1.

【0051】[0051]

【表16】 [Table 16]

【0052】表−1の実験番号1の結果に示される様
に、パン酵母cerevisiae YNN281
株を用いた三者接合でクロラムフェニコール耐性コロニ
ーの出現頻度は3.3×10-5であったのに対し、実験
番号2のミトコンドリアDNA欠損パン酵母cer
evisiaeYNN281rho o株を使用した場合
は、ミトコンドリアを欠失していてミトコンドリアの機
能が不十分であり、ミトコンドリアの形質転換が起こら
ないので、クロラムフェニコール耐性コロニーの出現頻
度が1×10-8以下と実質的にコロニーが得られなかっ
た。実験番号3のヘルパープラスミドpRH220を欠
く実験、また実験番号4のパン酵母用接合伝達ミトコン
ドリア内発現ベクターpAY−CATMを欠く原核・真
核生物間接合伝達実験では、クロラムフェニコール耐性
コロニーの出現頻度が、実験番号5の陰性コントロール
のパン酵母のみの場合と同じく10-6以下であった。パ
ン酵母cerevisiaeはミトコンドリアDN
Aの突然変異を起こし易く、その為プチポジティブ酵母
と呼ばれていて、呼吸機能を失った突然変異、すなわち
呼吸欠損株(RD)が容易に得られる種である。表−1
の実験で実験番号5の(陰性コントロール)パン酵母の
みで少数のクロラムフェニコール耐性パン酵母が出現し
(頻度は10-6以下)、実験番号2と同様の1×10-8
以下とならなかったのは、ミトコンドリアDNAにコー
ドされているクロラムフェニコールが作用点とする遺伝
子すなわちミトコンドリアrRNA、ミトコンドリアリ
ボソーム関連遺伝子のミトコンドリアDNA上の変異に
よりクロラムフェニコール抵抗性を獲得した自然発生突
然変異体の出現によると考えられた。
As shown in the results of Experiment No. 1 in Table 1, the baker's yeast S. cerevisiae YNN281
Frequency of chloramphenicol resistant colonies by tripartite junctions with strain whereas was 3.3 × 10- 5, the experiment number 2 mitochondrial DNA deficiency baker's yeast S. cer
When Evisiae YNN281 rho o strain was used, mitochondria were deleted, mitochondrial function was insufficient, and mitochondrial transformation did not occur. Therefore, the frequency of appearance of chloramphenicol-resistant colonies was 1 × 10 −. No more than 8 colonies were substantially obtained. In the experiment lacking the helper plasmid pRH220 of Experiment No. 3 and the prokaryotic-eukaryotic conjugation experiment lacking the expression vector pAY-CATM for mating transfer mitochondria for baker's yeast of Experiment No. 4, the appearance frequency of chloramphenicol-resistant colonies there was also 10- 6 or less in the case of only the baker's yeast negative control experiment number 5. Baker's yeast S. cerevisiae is mitochondrial DN
A is a type of mutation that is susceptible to mutation of A, and is therefore called a petit positive yeast, and a mutation that has lost respiratory function, that is, a respiratory-deficient strain (RD) is easily obtained. Table-1
Of Experiment No. 5 of the (negative control) in the experiment a few chloramphenicol resistance baker's yeast only bread yeast appeared (frequency 10 6 or less), the same as in Experiment No. 2 1 × 10- 8
The reason that the following did not occur was that chloramphenicol resistance was acquired due to mutations in mitochondrial DNA of genes that act on chloramphenicol encoded by mitochondrial DNA, that is, mitochondrial rRNA and mitochondrial ribosome-related genes. This was attributed to the emergence of developmental mutants.

【0053】実施例5 サザンハイブリダイゼーション
法によるクロラムフェニコール耐性酵母ミトコンドリア
よりプラスミドpAY−CATMの検出 実施例4で得られた約50個のクロラムフェニコール耐
性の酵母コロニーのうち2、3個のコロニーと、陰性コ
ントロールとするため遺伝子導入を行わなかった酵母Y
NN281株由来のコロニーを出発材料とし、各々液体
培養を行って増殖した酵母ミトコンドリアを単離し、単
離したミトコンドリアよりDNAを抽出し、実施例1で
得たCATMをコードする792塩基長のHindII
I断片をプローブとしたサザンハイブリダイゼーション
法を用いて、導入したプラスミドpAY−CATMがミ
トコンドリア内に存在することを確認する実験を行っ
た。
Example 5 Detection of Plasmid pAY-CATM from Chloramphenicol-Resistant Yeast Mitochondria by Southern Hybridization Method A few of about 50 chloramphenicol-resistant yeast colonies obtained in Example 4 Colonies and yeast Y not transfected to serve as a negative control
Using colonies derived from the NN281 strain as a starting material, yeast mitochondria grown by liquid culture were isolated, DNA was extracted from the isolated mitochondria, and a 792-base HindII encoding CATM obtained in Example 1 was obtained.
An experiment was performed to confirm that the introduced plasmid pAY-CATM was present in mitochondria using the Southern hybridization method using the I fragment as a probe.

【0054】選んだ酵母コロニーをそれぞれ20mlの
YPD培地で前培養し、次に750μg/mlの濃度の
クロラムフェニコール200mlを含むYPD培地に1
%量植菌し28℃で2日間振とうし本培養を行った。得
られた培養液を低速遠心機で5,000rpm、15分
間遠心を行い集菌し、200mlの10mM EDT
A,0.1%2−Mercaptoethanol溶液
に懸濁し、もう一度遠心集菌し菌体の洗浄を行った。洗
浄した菌体を38mlの1.2M Sorbitol,
20mM EDTA,7.5mM NaH2PO4,4
2.5mM Na2HPO4溶液で懸濁し、50ml入り
ポリプロピレン(PP)チューブ(ファルコン社製)に
移し、2−Mercaptoethanolを0.8m
lと10mg/mlの濃度のZymolyase−10
0T(生化学工業社製)を0.8ml添加し、37℃で
1時間ゆっくり振とうしプロトプラスト化した。顕微鏡
を用いてパン酵母がプロトプラスト化したことを確認し
た後、低速遠心機で5,000rpm、10分間遠心を
行い、沈殿したプロトプラスト化酵母を40mlの0.
7M Sorbitol,10mM EDTA,50m
M Tris−HCl(pH7.5)溶液で懸濁し、5
0ml入りPPチューブに移し、該チューブを氷水に浸
け氷冷しながらトミー精工社製超音波破砕機を使用し、
酵母の細胞膜を破壊する目的で、10秒間ずつ数回の超
音波処理を行った。その際、10秒1回の超音波処理ご
とに顕微鏡を使用し酵母の細胞膜における破壊の程度を
調べ、過度にミトコンドリアの破壊が進まないように注
意した。超音波処理を行った細胞懸濁液を、低速遠心機
で5,000rpm、10分間遠心して核、及び細胞の
破片を沈殿させた。遠心後、上清を別の50ml入りP
Pチューブに移し、再び低速遠心機で5,000rp
m、10分間遠心して繰り返し核、及び細胞の破片を沈
殿させた。次にミトコンドリアを含む上清を高速遠心用
チューブに移し高速遠心機で16,000rpm、10
分間遠心してミトコンドリアを沈殿させた。沈殿したミ
トコンドリアを350μlの0.7M Sorbito
l,2mM EDTA,10mM Tris−HCl
(pH7.5)溶液で懸濁し、1.5ccエッペンドル
フチューブに移した。次に、得られたミトコンドリア懸
濁液に1.25μlの1M MgSO4、及び1μlの
DNaseI(10units/μl)を添加し、該チ
ューブを氷中で30分静置しDNA分解反応を行い、ミ
トコンドリアの外側に付着して混入が考えられた核由来
DNAをDNAase酵素処理により分解・除去した。
このミトコンドリア懸濁液を、16,000rpm、5
分間遠心しミトコンドリアを沈殿させた。次に、遠心に
より沈殿したミトコンドリアを350μlのlysis
buffer(10mM Tris−HCl,pH
8.0,10mM EDTA,1%SDS含有)に懸濁
し、proteinase Kを最終濃度100μg/
mlとなるように添加し、37℃で1時間インキュベー
トした。1時間のインキュベート後、等量のフェノール
を使用しフェノール抽出を1回、さらに等量のフェノー
ル/クロロフォルム(1:1)を使用しフェノール/ク
ロロフォルム抽出を数回行い、エタノール沈殿法で核酸
を沈殿させた。遠心して核酸を集め乾燥した後、100
μlのTE緩衝液(10mMTris−HCl,pH
7.5,1mM EDTAを含有)に溶解し、熱処理し
たDNAase−free Pancreatic R
Nase Aを最終濃度10μg/ml添加して37℃
で30分間反応させ、RNAの分解を行った。次に、等
量のフェノールを使用しフェノール抽出を1回、さらに
等量のフェノール/クロロフォルム(1:1)を使用し
たフェノール/クロロフォルム抽出を1回行い、エタノ
ール沈殿法で精製DNAを沈殿させた。遠心して集めた
精製DNAを乾燥後、20μlのTE緩衝液に溶解し、
ミトコンドリア総DNAとした。
The selected yeast colonies were each pre-cultured in 20 ml of YPD medium, and then 1 μl of YPD medium containing 200 ml of chloramphenicol at a concentration of 750 μg / ml.
% Of the mixture, and shaken at 28 ° C. for 2 days to perform main culture. The obtained culture solution was centrifuged at 5,000 rpm for 15 minutes using a low-speed centrifuge to collect the cells, and 200 ml of 10 mM EDT was collected.
A, The cells were suspended in a 0.1% 2-mercaptoethanol solution and collected by centrifugation once again to wash the cells. The washed cells were mixed with 38 ml of 1.2 M Sorbitol,
20 mM EDTA, 7.5 mM NaH 2 PO 4 , 4
The suspension was suspended in a 2.5 mM Na 2 HPO 4 solution, transferred to a polypropylene (PP) tube (manufactured by Falcon) containing 50 ml, and 0.8 ml of 2-Mercaptoethanol was added.
l and 10 mg / ml concentration of Zymolyase-10
0.8 ml of 0T (manufactured by Seikagaku Corporation) was added, and the mixture was shaken slowly at 37 ° C. for 1 hour to form protoplasts. After confirming that the baker's yeast had been protoplasted by using a microscope, the yeast was centrifuged at 5,000 rpm for 10 minutes using a low-speed centrifuge, and the precipitated protoplast-yeast was added to 40 ml of 0.1 ml.
7M Sorbitol, 10mM EDTA, 50m
M Tris-HCl (pH 7.5) solution.
Transfer to a PP tube containing 0 ml, immerse the tube in ice water and use an ultrasonic crusher manufactured by Tommy Seiko while cooling with ice.
For the purpose of disrupting the yeast cell membrane, several sonications were performed for 10 seconds each. At that time, the degree of destruction of the yeast cell membrane was examined using a microscope every 10 seconds of ultrasonic treatment, and care was taken to prevent excessive destruction of mitochondria. The sonicated cell suspension was centrifuged at 5,000 rpm for 10 minutes with a low-speed centrifuge to precipitate nuclei and cell debris. After centrifugation, the supernatant was added to another 50 ml
Transfer to a P tube, and 5,000 rpm again with a low-speed centrifuge.
centrifugation for 10 minutes to repeatedly precipitate nuclei and cell debris. Next, the supernatant containing mitochondria was transferred to a tube for high-speed centrifugation, and a high-speed centrifuge was used at 16,000 rpm for 10 minutes.
After centrifugation for minutes, mitochondria were precipitated. Precipitated mitochondria were added to 350 μl of 0.7 M Sorbito
1, 2 mM EDTA, 10 mM Tris-HCl
(PH 7.5) and suspended in a 1.5 cc Eppendorf tube. Next, 1.25 μl of 1M MgSO 4 and 1 μl of DNase I (10 units / μl) were added to the obtained mitochondrial suspension, and the tube was left standing on ice for 30 minutes to perform a DNA degradation reaction. The DNA derived from the nucleus which was considered to be contaminated by adhering to the outside was decomposed and removed by a DNAase enzyme treatment.
This mitochondrial suspension was added at 16,000 rpm, 5
After centrifugation for minutes, the mitochondria were precipitated. Next, mitochondria precipitated by centrifugation were removed by 350 μl of lysis
buffer (10 mM Tris-HCl, pH
8.0, 10 mM EDTA, containing 1% SDS), and proteinase K was added to a final concentration of 100 μg /
ml and incubated at 37 ° C. for 1 hour. After incubation for 1 hour, phenol extraction is performed once using an equal amount of phenol, and phenol / chloroform extraction is performed several times using an equal amount of phenol / chloroform (1: 1), and nucleic acids are precipitated by an ethanol precipitation method. I let it. After collecting and drying the nucleic acid by centrifugation, 100
μl of TE buffer (10 mM Tris-HCl, pH
7.5, containing 1 mM EDTA) and heat treated DNAase-free Pancreatic R
Nase A was added at a final concentration of 10 μg / ml and
For 30 minutes to decompose RNA. Next, phenol extraction was performed once using an equal amount of phenol, and phenol / chloroform extraction was performed once using an equal amount of phenol / chloroform (1: 1), and purified DNA was precipitated by an ethanol precipitation method. . After drying the purified DNA collected by centrifugation, it was dissolved in 20 μl of TE buffer,
Mitochondrial total DNA was used.

【0055】得られたミトコンドリア総DNAをそれぞ
れ制限酵素EcoRI、ScaI、SspI、あるいは
HindIIIを使用して切断し、0.8%アガロース
ゲル電気泳動で分画した。次にアガロースゲルをアルカ
リ変性、中和処理してアガロースゲル中のDNAを1本
鎖化した後、1本鎖化したDNAを20×SSC(3M
NaCl,0.3M Na−citrate)溶液を
使用したサザン法でニトロセルロースメンブレンフィル
ター(Schleicher & Schuell社
製、BA85)にトランスファーし、そのメンブレンフ
ィルターを真空オーブンで80℃で2時間加熱した。次
に、該メンブレンフィルターを、30mlのブレハイブ
リダイゼション溶液(5×SSC,0.1% Sodi
um N−lauroyl sarcosinate,
0.02% SDS,0.5%Boehriger M
annheim社製 Blocking reagen
tを含有)が入ったプラスチック袋中で、60℃で3時
間インキュベートし、プレハイブリダイゼーションを行
った。プラスミドpAY−CATMより調製したCAT
遺伝子をコードする792塩基長のHindIII断
片を、宝酒造社製のランダムプライマーDNAラベリン
グキットを使用し、[α-32P]dCTP(Amers
ham社製、比活性約110TBq/mmol)と、宝
酒造社製のラベリングキットに含まれるランダムプライ
マー、DNA polymeraseKlenow断片
(2unites/μl)を使用して反応を行い、CA
TM配列特異的標識プローブを作製した。プレハイブリ
ダイゼーション終了後、プレハイブリダイゼーション溶
液を捨て、新たに前述のプレハイブリダイゼーション溶
液と同一組成の液30mlと、CATM配列特異的標識
プローブ(約3×107カウント/分)を加え、該メン
ブレンフィルターを再び60℃で19時間インキュベー
トし、ハイブリダイゼーションの反応を行った。ハイブ
リダイゼーションの反応終了後、メンブレンフィルター
を洗浄液(2×SSC,0.1%SDSを含有)を使用
し室温で15分間1回ゆるやかに振とうし、更に塩濃度
の低い洗浄後(0.5×SSC,0.1%SDSを含
有)を使用し室温で15分間2回ゆるやかに振とうして
洗浄を行い風乾した。風乾したメンブレンフィルターを
X線フィルムの代わりとなるイメージングプレート(富
士フィルム社製)に約6時間感光させ、富士フィルム社
製イメージングプレート読み取り機を使用し、ハイブリ
ダイゼーションのパターンを調べた(図2)。その結
果、宿主として用いた酵母YNN281のミトコンドリ
ア総DNAからCATMプローブによるハイブリダイゼ
ーションのシグナルは検出されず、クロラムフェニコー
ル耐性形質転換酵母由来ミトコンドリア総DNAからは
ハイブリダイゼーションのシグナルが検出され、外来の
pAY−CATMプラスミドDNAがミトコンドリア内
に存在していることが確認出来た。すなわち、図2に示
すようにクロラムフェニコール耐性形質転換酵母由来ミ
トコンドリア総DNAよりCATMプローブで検出され
たシグナルは、制限酵素EcoRI、ScaI、及びS
spIで切断したレーンの場合、導入に用いたオリジナ
ルなpAY−CATMのパターンと、クロラムフェニコ
ール耐性形質転換酵母由来ミトコンドリア総DNAのパ
ターンとで、同一のハイブリダイゼーションのイメージ
が得られた。この結果によりプラスミドpAY−CAT
Mが、クロラムフェニコール耐性形質転換パン酵母のミ
トコンドリアに安定に存在していることが示された。但
し、制限酵素HindIII切断したレーンでは、Hi
ndIII断片のサイズが短かい為に、陽性コントロー
ルのpAY−CATMプラスミドDNAでは認められた
が、クロラムフェニコール耐性形質転換酵母由来ミトコ
ンドリア総DNAでは、ハイブリダイゼーションのイメ
ージが弱く検出感度以下であった。
The obtained mitochondrial total DNA was cut with restriction enzymes EcoRI, ScaI, SspI or HindIII, respectively, and fractionated by 0.8% agarose gel electrophoresis. Next, the agarose gel was denatured with alkali and neutralized to convert the DNA in the agarose gel into single strands.
The solution was transferred to a nitrocellulose membrane filter (manufactured by Schleicher & Schuell, BA85) by the Southern method using a NaCl, 0.3 M Na-citrate) solution, and the membrane filter was heated in a vacuum oven at 80 ° C for 2 hours. Next, the membrane filter was mixed with 30 ml of a hybridization solution (5 × SSC, 0.1% Sodi).
um N-lauroyl sarcosinate,
0.02% SDS, 0.5% Boehriger M
Blocking reagent made by annheim
Incubation was carried out at 60 ° C. for 3 hours in a plastic bag containing (t. CAT prepared from plasmid pAY-CATM
Using a random primer DNA labeling kit manufactured by Takara Shuzo, a 792-base HindIII fragment encoding the M gene was obtained using [α- 32 P] dCTP (Amers
ham Co., performs a specific activity of about 110TBq / mmol), random primers in labeling kit manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd., a reaction using a DNA PolymeraseKlenow fragment (2unites / μl), CA
A TM sequence-specific labeled probe was prepared. After completion of the prehybridization, the prehybridization solution is discarded, and 30 ml of a solution having the same composition as the above prehybridization solution and a CATM sequence-specific labeled probe (about 3 × 10 7 counts / min) are added. The filter was again incubated at 60 ° C. for 19 hours to perform a hybridization reaction. After completion of the hybridization reaction, the membrane filter was gently shaken once at room temperature for 15 minutes using a washing solution (2 × SSC, containing 0.1% SDS), and further washed after washing with a low salt concentration (0.5%). × SSC, containing 0.1% SDS), washed gently twice at room temperature for 15 minutes, and air-dried. The air-dried membrane filter was exposed to an imaging plate (manufactured by Fuji Film) instead of an X-ray film for about 6 hours, and the hybridization pattern was examined using an imaging plate reader manufactured by Fuji Film (FIG. 2). . As a result, no hybridization signal was detected by the CATM probe from the total mitochondrial DNA of the yeast YNN281 used as the host, and a hybridization signal was detected from the total mitochondrial DNA derived from the chloramphenicol-resistant transformed yeast. It was confirmed that the pAY-CATM plasmid DNA was present in mitochondria. That is, as shown in FIG. 2, the signals detected by the CATM probe from the mitochondrial total DNA derived from the chloramphenicol resistant transformed yeast were the restriction enzymes EcoRI, ScaI, and S
In the case of the lane cut with spI, the same hybridization image was obtained by the pattern of the original pAY-CATM used for the introduction and the pattern of the mitochondrial total DNA derived from the chloramphenicol-resistant transformed yeast. This result indicates that the plasmid pAY-CAT
M was shown to be stably present in mitochondria of chloramphenicol resistant transformed baker's yeast. However, in the lane cut with the restriction enzyme HindIII, Hi was used.
Due to the small size of the ndIII fragment, it was observed in the pAY-CATM plasmid DNA of the positive control, but in the mitochondrial total DNA derived from the chloramphenicol-resistant transformed yeast, the hybridization image was weak and the detection sensitivity was lower. .

【0056】実施例6 クロラムフェニコール耐性形質
転換パン酵母よりCATM遺伝子発現の検出 実施例4で得たクロラムフェニコール耐性形質転換パン
酵母のコロニー(実施例4・表−1の実験番号1)のう
ち、実施例5で酵母ミトコンドリアにプラスミドpAY
−CATMが含まれることを確認した形質転換体につい
て、CATアッセイ(Gorman,C.M.,et
al.,1982,Mol.Cell,Biol.,
:1044)を、日本ジーン社から供給されるFAS
T CATGreen(deoxy)Chloramp
henicol Acetyltransferase
Assay Kitを使用し、蛍光基質を用いる方法
で行い、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラ
ーゼ(CAT)活性の検出を行った。すなわた、上記C
ATアッセイキットに含まれる蛍光基質(1-deox
y-chloramphenicol)と、acety
l CoAと、実施例5の方法でプロトプラスト化した
クロラムフェニコール耐性形質転換パン酵母菌体とを混
合し供給者の示す反応条件で37℃で1時間インキュベ
ートし反応させ、反応終了後菌体を低速遠心機で5,0
00rpm、10分間遠心を行い遠心除去し、得られた
上清を薄層クロマトグラフ(TLC)で分離し、紫外線
(366nm)照射し蛍光スポットを検出することによ
り酵素によるアセチル化反応が進み生成した3-ace
tyl-1-deoxy-chloramphenico
lのスポットを調べ、CAT活性の測定を行った。陰性
コントロールとして、パン酵母cerevisia
YNN281株、実施例4・表−1の実験番号5で1
×10-6以下の頻度で出現したクロラムフェニコール耐
性パン酵母cerevisiaeYNN281株よ
り作製したプロトプラストを同様に反応させ遠心処理し
て得た上清を使用し、また陽極コントロールとしてプラ
スミドpAY−CATMを保持する大腸菌HB101株
の細胞抽出液(供給者の示すEDTAを含むLysis
bufferを使用して調製)を使用した。プラスミ
ドpAY−CATMを保持する大腸菌HB101株は、
それ自身Cm耐性を示したので、CATM遺伝子は大腸
菌で活性のある蛋白として発現すると判断された。図3
に示すように、原核・真核生物間接合伝達によりパン酵
母ミトコンドリアにプラスミドpAY−CATMが導入
して得たクロラムフェニコール耐性形質転換体では、
ATM遺伝子がミトコンドリア内で発現していることが
酵素活性測定により示された。一方、実施例4・表−1
の実験番号5で1×10-6以下の頻度で出現したクロラ
ムフェニコール耐性パン酵母YNN281株ではCAT
活性は検出されず、クロラムフェニコール抵抗性を獲得
した自然発生突然変異体であることが確かめられた。
Example 6 Detection of CATM Gene Expression from Chloramphenicol-Resistant Transformed Baker's Yeast Colony of chloramphenicol-resistant transformed baker's yeast obtained in Example 4 (Example 4, Experiment No. 1 in Table 1) ), The plasmid pAY was added to the yeast mitochondria in Example 5.
CAT assay (Gorman, CM, et. Al.) Was performed on transformants confirmed to contain -CATM.
al. , 1982, Mol. Cell, Biol. ,
2 : 1044) from FAS supplied by Japan Gene
T CAT Green (deoxy) Chloramp
henicol Acetyltransferase
Chloramphenicol acetyltransferase (CAT) activity was detected by a method using a fluorescent substrate using Assay Kit. Saw the above C
Fluorescent substrate (1-deox) included in AT assay kit
y-chloramphenicol) and acety
l CoA and chloramphenicol-resistant transformed baker's yeast cells protoplasted by the method of Example 5 were mixed, incubated at 37 ° C. for 1 hour under the reaction conditions indicated by the supplier, and allowed to react. With a low-speed centrifuge
The mixture was centrifuged at 00 rpm for 10 minutes and centrifuged to remove. The resulting supernatant was separated by thin-layer chromatography (TLC), irradiated with ultraviolet rays (366 nm), and the fluorescent spot was detected. 3-ace
tyl-1-deoxy-chloramphenico
1 spots were examined and CAT activity was measured. As a negative control, baker's yeast S. cerevisia
e YNN281 strain, Example 4
× 10- 6 was found at the following frequencies chloramphenicol resistance baker's yeast S. A supernatant obtained by reacting and centrifuging a protoplast prepared from S. cerevisiae YNN281 in the same manner is used, and a cell extract of Escherichia coli HB101 containing plasmid pAY-CATM (including EDTA indicated by the supplier) is used as an anode control. Lysis
prepared using a buffer). Escherichia coli HB101 carrying plasmid pAY-CATM is
Because it exhibited Cm resistance itself, the CATM gene was determined to be expressed as an active protein in E. coli. FIG.
As shown, the prokaryotic-eukaryotic between chloramphenicol resistant transformants plasmid pAY-CATM is obtained by introducing the baker's yeast mitochondria by conjugal transfer, C
Enzyme activity measurements showed that the ATM gene was expressed in mitochondria. On the other hand, Example 4 and Table-1
CAT is in Experiment No. 5 of 1 × 10- 6 below were found at the frequency chloramphenicol resistance baker's yeast YNN281 strain
No activity was detected, confirming that the mutant was a naturally occurring mutant that had acquired chloramphenicol resistance.

【0057】実施例7 クロラムフェニコール耐性酵母
ミトコンドリアより大腸菌に戻し形質転換して回収した
プラスミドの制限酵素切断パターン 実施例5の方法でクロラムフェニコール耐性形質転換酵
母ミトコンドリアより回収したミトコンドリアDNA
(1μg)を使用し、塩化ルビジウム法で大腸菌HB1
01に戻し形質転換(バックトランスフォーメーショ
ン)したところ、約20個のアンピシリン耐性のコロニ
ーが出現した。そのうち5個のコロニーを選びそれら形
質転換大腸菌からプラスミドDNAを抽出した。それら
プラスミドDNAを制限酵素ScaIで切断し、0.8
%アガロースゲル電気泳動で分画し、コントロールのプ
ラスミドpAY−CATMと比較したところ5個のコロ
ニー由来プラスミドDNAのScaI断片の泳動パター
ンは、図4に示される様に、レーン7のpAY−CAT
MコントロールプラスミドDNAの切断パターンと同一
であり、バックトランスフォーメーションして得たプラ
スミドは原核・真核生物間接合伝達の過程でオリジナル
なプラスミドpAY−CATM(コントロールプラスミ
ド)から構造的に変化が起きていないことが示された。
Example 7 Restriction Enzyme Cleavage Pattern of Plasmids Recovered after Transformation into Escherichia coli from Chloramphenicol-Resistant Yeast Mitochondria Mitochondrial DNA Recovered from Chloramphenicol-Resistant Transformed Yeast Mitochondria by the Method of Example 5
(1 μg) and Escherichia coli HB1 by the rubidium chloride method.
01 and transformation (back transformation), about 20 ampicillin-resistant colonies appeared. Five of the colonies were selected and plasmid DNA was extracted from the transformed E. coli. These plasmid DNAs were cut with the restriction enzyme ScaI, and
% Agarose gel electrophoresis, and compared with the control plasmid pAY-CATM. As shown in FIG.
The plasmid obtained by back-transformation has the same structural pattern as that of the DNA of the M control plasmid DNA. Not shown.

【0058】実施例8 接合伝達性ミトコンドリア内発
現プラスミドpAY−CATMのミトコンドリア内での
安定性 酵母ミトコンドリアに導入したプラスミドpAY-CA
TMが安定してミトコンドリア内で存在するかどうか調
べるため、クロラムフェニコール耐性形質転換酵母をク
ロラムフェニコールを含まない非選択培地であるYPD
培地で培養を試みた。コントロール実験には、CATM
遺伝子を含まないプラスミドpAYC7(図1、URA
3)を接合伝達法で酵母核内に導入した形質転換酵母を
用いた。
Example 8 Stability of mitochondrial expression plasmid pAY-CATM in conjugative transfer mitochondria Plasmid pAY-CA introduced into yeast mitochondria
To determine whether TM is stably present in mitochondria, chloramphenicol-resistant transformed yeast was transformed into YPD, a non-selective medium containing no chloramphenicol.
Culture was attempted in the medium. For control experiments, CATM
Gene-free plasmid pAYC7 (FIG. 1, URA
Transformed yeast obtained by introducing 3) into the yeast nucleus by the conjugation transfer method was used.

【0059】実施例4で得たクロラムフェニコール耐性
形質転換酵母コロニーから一つのクローンを選び、Cm
を含まない5mlのYPD培地で28℃で20時間振と
う培養した。培養開始時(0時間)、培養の途中5時間
目、10時間目、あるいは20時間目に少量の酵母培養
液を取り、希釈し、計数し、一定数の酵母を含む培養液
を取り、Cmを含まないYPD培地で作製した2%寒天
平板上、あるいはCmを含むYPD培地で作製した2%
寒天平板上にスプレッダーで広げ、ふ卵器中で28℃で
2日間から4日間培養した。Cmを含まない寒天平板培
地で出現したコロニー数とCmを含む寒天平板培地で出
現したコロニー数とをカウントしその比率を計算し安定
性(%)を求めた。図5に示すように、培養開始時(0
時間)、非選択培地で培養の途中5時間目、10時間
目、あるいは20時間目でもCm耐性酵母の出現数は高
く、20時間非選択性培地で培養することにより酵母の
増殖とそれに伴う酵母内のミトコンドリア数の増殖を図
っても、ミトコンドリア内に存在するクロラムフェニコ
ール耐性を与えるプラスミドpAY−CATMは安定に
保たれていることが示された。
One clone was selected from the chloramphenicol resistant transformed yeast colony obtained in Example 4 and
And shaking culture at 28 ° C. for 20 hours in 5 ml of a YPD medium containing no. At the start of the culture (0 hour), 5 hours, 10 hours, or 20 hours during the culture, take a small amount of the yeast culture, dilute and count, and take the culture containing a certain number of yeasts. On a 2% agar plate prepared in a YPD medium containing no Cm or a 2% agar plate prepared in a YPD medium containing Cm
The cells were spread on an agar plate with a spreader and cultured in an incubator at 28 ° C. for 2 to 4 days. The number of colonies that appeared on the agar plate medium containing no Cm and the number of colonies that appeared on the agar plate medium containing Cm were counted, and the ratio was calculated to determine the stability (%). As shown in FIG.
Time), the number of Cm-resistant yeasts is high even at 5 hours, 10 hours, or 20 hours during the cultivation in the non-selective medium. Even when the number of mitochondria in the mitochondria was increased, it was shown that the plasmid pAY-CATM present in the mitochondria and conferring chloramphenicol resistance was stably maintained.

【0060】コントロール実験として、CATM遺伝子
を含まないプラスミドpAYC7(図1、URA3をコ
ードする)を接合伝達法で酵母核内に導入した形質転換
酵母を、ウラシル(URA)を含まない5mlの酵母用
合成デキストロース(SD)培地で(SD培地:2%
glucose,0.67%Difco Bacto−
yeast nitrogen base witho
ut amino acid,4% of 25×am
ino acids and bases solut
ion;25×amino acids and ba
ses solution=0.05% histid
ine,0.075% tryptophan,0.1
% leucine,0.1% lysine,0.1
% adenine,0.1% uracil)、28
℃で20時間振とう培養した。培養開始時(0時間)、
培養の途中5時間目、10時間目、あるいは20時間目
に少量の酵母培養液を取り、希釈し、計数し、一定数の
酵母を含む培養液を取り、ウラシルを含まないSD培地
で作製した2%寒天平板上、あるいはウラシルを含むS
D培地で作製した2%寒天平板上にスプレッダーで広
げ、ふ卵器中で28℃で4、5日間培養した。ウラシル
を含まない寒天平板培地で出現したコロニー数とウラシ
ルを含む寒天平板培地で出現したコロニー数をカウント
し、その比率を計算しウラシルを含まない非選択培地で
培養することで酵母内でのプラスミドpAYC7の安定
性を求めた。図5に示すように、培養開始時(0時
間)、非選択培地で培養の途中5時間目、10時間目、
あるいは20時間目非選択性培地で培養することにより
酵母核内に存在するプラスミドpAYC7についても、
酵母のミトコンドリア内で増殖するプラスミドpAY−
CATMの場合と同様に安定に保持されていることが示
された。
As a control experiment, a transformed yeast in which a plasmid pAYC7 containing no CATM gene (FIG. 1, encoding URA3) was introduced into the yeast nucleus by the conjugative transfer method was used for 5 ml of yeast containing no uracil (URA). In a synthetic dextrose (SD) medium (SD medium: 2%
glucose, 0.67% Difco Bacto-
yeast nitrogen base witho
ut amino acid, 4% of 25 × am
ino acids and bases solution
ion; 25 × amino acids and ba
ses solution = 0.05% histid
ine, 0.075% tryptophan, 0.1
% Leucine, 0.1% lysine, 0.1
% Adenine, 0.1% uracil), 28
The cells were shake-cultured at 20 ° C for 20 hours. At the start of culture (0 hours)
At 5 hours, 10 hours, or 20 hours during the cultivation, a small amount of yeast culture solution was taken, diluted, counted, and a culture solution containing a certain number of yeasts was taken, and prepared in an SD medium without uracil. S on 2% agar plate or containing uracil
The cells were spread with a spreader on a 2% agar plate prepared in D medium and cultured at 28 ° C. for 4 or 5 days in an incubator. By counting the number of colonies that appeared on the agar plate medium without uracil and the number of colonies that appeared on the agar plate medium with uracil, calculating the ratio and culturing it on a non-selective medium without uracil, the plasmid in yeast was counted. The stability of pAYC7 was determined. As shown in FIG. 5, at the start of culture (0 hour), 5 hours and 10 hours during the culture in the non-selective medium,
Alternatively, the plasmid pAYC7 present in the yeast nucleus by culturing in a non-selective medium at the 20th hour,
Plasmid pAY- which grows in the mitochondria of yeast
It was shown that the protein was stably retained as in the case of CATM.

【0061】[0061]

【発明の効果】本発明により、所望の外来遺伝子を含む
接合伝達性オルガネラ内発現ベクターをtra遺伝子、
及びmob遺伝子を含むヘルパープラスミドを利用した
原核・真核生物間接合伝達の方法を用いて、真核生物の
細胞内に存在するオルガネラに温和な条件でまた細胞を
プロトプラスト化することなく直接に導入することが可
能となった。また、導入された該ベクターは、宿主とす
る真核生物細胞のオルガネラ内で増殖し、増殖した該ベ
クターは、機能的、あるいは構造的な変化が無く、安定
に存在することが示された。すなわち本発明により、宿
主細胞内に存在するオルガネラの機能の改善、あるいは
オルガネラに対し有用な機能を付加することができ、植
物の葉緑体を標的とし生育速度の向上を図ったり、動物
のミトコンドリアを標的として呼吸機能等のミトコンド
リアの機能を改善する等、産業上有用な生物を創製する
分野への応用が可能となり、あるいはヒトの場合には遺
伝子治療といった分野への応用が可能となる。
According to the present invention, a conjugative transferable organelle expression vector containing a desired foreign gene can be transformed into a tra gene,
And prokaryotic / eukaryotic conjugative transfer using a helper plasmid containing the mob gene and mob gene, directly into organelles present in eukaryotic cells under mild conditions and without protoplasting cells It became possible to do. In addition, the introduced vector was propagated in an organelle of a eukaryotic cell as a host, and it was shown that the propagated vector was stably present without any functional or structural change. That is, according to the present invention, it is possible to improve the function of an organelle existing in a host cell, or to add a useful function to an organelle, to improve the growth rate by targeting chloroplasts of a plant, or to improve the mitochondrial activity of an animal. To improve the mitochondrial function such as the respiratory function by targeting to humans, it is possible to apply it to the field of creating biologically useful organisms, or in the case of humans, to the field of gene therapy.

【0062】[0062]

【配列表】[Sequence list]

下記表1〜15に、配列番号1〜11で示される各配列
を示す。
Tables 1 to 15 below show the respective sequences represented by SEQ ID NOS: 1 to 11.

【0063】[0063]

【表1】 [Table 1]

【0064】[0064]

【表2】 [Table 2]

【0065】[0065]

【表3】 [Table 3]

【0066】[0066]

【表4】 [Table 4]

【0067】[0067]

【表5】 [Table 5]

【0068】[0068]

【表6】 [Table 6]

【0069】[0069]

【表7】 [Table 7]

【0070】[0070]

【表8】 [Table 8]

【0071】[0071]

【表9】 [Table 9]

【0072】[0072]

【表10】 [Table 10]

【0073】[0073]

【表11】 [Table 11]

【0074】[0074]

【表12】 [Table 12]

【0075】[0075]

【表13】 [Table 13]

【0076】[0076]

【表14】 [Table 14]

【0077】[0077]

【表15】 [Table 15]

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

【図1】プラスミドpAY−CATMの構築を示す図で
ある。図1はプラスミドpAYC7のLacZ遺伝子内
HindIII切断部位に、パン酵母ミトコンドリア用
翻訳コドン対応に設計したCATM遺伝子コード領域6
60塩基対長を含む792塩基対長のDNA断片を、L
acZ遺伝子のプロモーター、ターミネーターと順方向
になるように挿入することにより、プラスミドpAY−
CATMの構築を示す。矢印はmRNAの転写方向を表
す。
FIG. 1 shows the construction of plasmid pAY-CATM. FIG. 1 shows that the HindIII site in the LacZ gene of the plasmid pAYC7 has a CATM gene coding region 6 designed to correspond to a translation codon for baker's yeast mitochondria.
A 792 base pair long DNA fragment containing 60 base pairs long was
By inserting the promoter and terminator of acZ gene in the forward direction,
1 shows the construction of CATM. The arrow indicates the direction of mRNA transcription.

【図2】クロラムフェニコール耐性パン酵母より単離し
たミトコンドリア総DNAからサザンハイブリダイゼー
ション法によるプラスミドpAY−CATMの検出を示
す図である。左側のAは、0.8%アガロース電気泳動
のエチジウムブロミド染色の写真で、右側のBはCAT
プローブによるサザンハイブリダイゼーションの写真
である。Aのレーン1から4はプラスミドpAY−CA
TM(陽性コントロール)、レーン5から8はクロラム
フェニコール耐性酵母より単離したミトコンドリア総D
NA、レーン9は酵母YNN281ミトコンドリア総D
NA(陰性コントロール)を、それぞれEcoRI(レ
ーン1,5)、ScaI(レーン2,6)、SspI
(レーン3,7)、あるいはHindIII(レーン
4,8)で切断し、0.8%アガロース電気泳動で分画
した後エチジウムブロミドで染色した写真である。左端
のレーンMはサイズマーカー(HindIIIで切断し
たラムダDNA断片)である。右側のBは0.8%アガ
ロース電気泳動で分画したDNA断片(左側のA)をア
ルカリ変性後フィルター膜上にブロットし、32Pでラベ
ルして作製したCATMプローブを用い、サザンハイブ
リダイゼーション法でCATM断片検出結果を示す。右
端の数値はサザン法で検出された各々の制限酵素で切断
したCATM断片の位置と断片の長さを示す。
FIG. 2 shows detection of plasmid pAY-CATM from total mitochondrial DNA isolated from chloramphenicol-resistant baker's yeast by Southern hybridization. A on the left is a photograph of ethidium bromide staining of 0.8% agarose electrophoresis, and B on the right is CAT.
It is a photograph of Southern hybridization by M probe. Lanes 1 to 4 of A show plasmid pAY-CA
TM (positive control), lanes 5 to 8 show mitochondrial total D isolated from chloramphenicol resistant yeast
NA, lane 9 is yeast YNN281 mitochondrial total D
NA (negative control) was used for EcoRI (lanes 1 and 5), ScaI (lanes 2 and 6), and SspI, respectively.
(Lanes 3, 7) or a photograph cut with HindIII (lanes 4, 8), fractionated by 0.8% agarose electrophoresis, and stained with ethidium bromide. Lane M at the left end is a size marker (lambda DNA fragment cut with HindIII). B on the right shows a DNA fragment fractionated by 0.8% agarose electrophoresis (A on the left), which was denatured with an alkali, blotted on a filter membrane, and labeled with 32 P using a CATM probe prepared by Southern hybridization. Shows the result of CATM fragment detection. The numbers on the right end show the position and length of the CATM fragment cut with each restriction enzyme detected by the Southern method.

【図3】pAY−CATMをミトコンドリア内に保持す
るクロラムフェニコール耐性形質転換パン酵母よりCA
TM遺伝子の発現のCATアッセイによる検出を示す図
である。反応終了後生成物をTLCで分離し、紫外線
(366nm)照射し蛍光スポットを検出した。矢印A
は基質(1-deoxy-chloramphenico
l)の位置、矢印Bは反応生成物(3-acetyl-1
-deoxy-chloramphenicol)の位
置、矢印0はサンプル原点を示す。太い矢印は溶媒によ
るサンプルの展開方向を示す。 レーン1;基質(1-deoxy-chloramphe
nicol) レーン2;パン酵母cerevisiaeYNN2
81株 レーン3;パン酵母cerevisiaeYNN2
81株より分離されたクロラムフェニコール抵抗性自然
発生突然変異体 レーン4;pAY−CATMをミトコンドリアに導入し
て得たクロラムフェニコール耐性パン酵母cere
visiaeYNN281株 レーン5;pAY−CATMを保持する大腸菌HB10
1株
FIG. 3. CA from chloramphenicol resistant transformed baker's yeast harboring pAY-CATM in mitochondria
FIG. 4 shows detection of TM gene expression by a CAT assay. After completion of the reaction, the product was separated by TLC, and irradiated with ultraviolet light (366 nm) to detect a fluorescent spot. Arrow A
Is the substrate (1-deoxy-chloramphenico)
l), the arrow B indicates the reaction product (3-acetyl-1).
-deoxy-chlorophenicol), and arrow 0 indicates the sample origin. Thick arrows indicate the direction in which the sample is developed by the solvent. Lane 1: substrate (1-deoxy-chloramphe)
Nicol) lane 2; baker's yeast S. cerevisiae YNN2
81 shares lane 3; baker's yeast S. cerevisiae YNN2
Black separated from the 81 strains chloramphenicol resistant spontaneous mutants lane 4; pAY-CATM was obtained by introducing the mitochondrial chloramphenicol resistance baker's yeast S. cere
visiae YNN281 strain lane 5; Escherichia coli HB10 carrying pAY-CATM
1 share

【図4】クロラムフェニコール耐性パン酵母より単離し
たミトコンドリア総DNAから大腸菌に戻し形質転換し
て得たプラスミドDNAの制限酵素切断パターンを示す
電気泳動写真である。 レーン1,8:サイズマーカー、HindIIIで切断
したラムダDNA断片レーン2から6;戻し形質転換で
回収したプラスミドDNAのScaI切断断片 レーン7;pAY−CATMプラスミドDNAのSca
I切断断片(コントロール) 左端の数値はDNA断片の長さと位置を示す。
FIG. 4 is an electrophoresis photograph showing a restriction enzyme cleavage pattern of a plasmid DNA obtained by transforming total mitochondrial DNA isolated from chloramphenicol-resistant baker's yeast back into Escherichia coli. Lanes 1 and 8: lambda DNA fragment cut with size marker, HindIII Lanes 2 to 6; ScaI digested fragment of plasmid DNA recovered by back transformation Lane 7; Sca of pAY-CATM plasmid DNA
I-cleaved fragment (control) The numerical values at the left end indicate the length and position of the DNA fragment.

【図5】クロラムフェニコール耐性パン酵母を非選択培
地で培養し、導入した接合伝達性ミトコンドリア用ベク
ターの安定性の経時変化を示す図である。プラスミドp
AY−CATMを原核・真核生物間接合伝達法によりパ
ン酵母ミトコンドリアに導入して得たクロラムフェニコ
ール耐性パン酵母を、クロラムフェニコールを含まない
非選択培地で培養し経時的にベクターの安定性を調べ
た。コントロール実験に、URA3遺伝子を含むプラス
ミドpAYC7(URA3)を接合伝達により酵母核内
に導入した形質転換酵母を用いた。それぞれ非選択培地
で28℃で振とう培養を行い、培養開始時(0時間)、
培養の途中5時間目、10時間目、あるいは20時間目
に少量培養液を取り、希釈し、一定数の酵母を選択寒天
平板培地、あるいは非選択寒天板培地で28℃で2日間
から5日間培養した。それぞれ示された培養時間後の選
択培地、非選択培地で出現したコロニーの比率を計算し
安定性(%)を計算した。pAY−CATMの安定性は
白ぬき丸印で、コントロールとして用いたpAYC7の
安定性は黒四角で示した。
FIG. 5 is a graph showing changes over time in the stability of a conjugative transfer mitochondrial vector introduced by culturing chloramphenicol-resistant baker's yeast in a non-selective medium. Plasmid p
A chloramphenicol-resistant baker's yeast obtained by introducing AY-CATM into baker's yeast mitochondria by a prokaryotic / eukaryotic conjugative transfer method was cultured in a non-selective medium containing no chloramphenicol, and the vector was cultivated over time. The stability was investigated. In a control experiment, a transformed yeast having a plasmid pAYC7 (URA3) containing a URA3 gene introduced into a yeast nucleus by conjugative transfer was used. Perform shaking culture in a non-selective medium at 28 ° C, and at the start of culture (0 hour),
At 5 hours, 10 hours, or 20 hours during the culturing, a small amount of the culture solution is taken and diluted, and a certain number of yeasts are cultured on a selective agar plate medium or a non-selective agar plate medium at 28 ° C. for 2 days to 5 days. Cultured. The stability (%) was calculated by calculating the ratio of colonies that appeared in the selective medium and the non-selective medium after the indicated culture time. The stability of pAY-CATM is indicated by a white circle, and the stability of pAYC7 used as a control is indicated by a black square.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

図1に示す符号のうち、ColE1oriはColE1
型複製起点(oriV−Cとも表される)、Ampは大
腸菌内で機能する選択マーカー遺伝子であるアンピシリ
ン耐性遺伝子(Ap rとも表される)、2μm−ori
はパン酵母で機能する複製起点である2μm複製起点、
また、mobB、mobA、mobCはmob遺伝子群
mob−Qとも表される)、oriTは接合移行開始
点のoriT配列(oriT−Qとも表される)URA
はプラスミドYEp352由来のウラシ合成に関与す
る遺伝子(URA3:URA遺伝子自身は本発明の目的
に対し機能的な関与は無いが制限酵素切断部位ScaI
CATMの挿入方向を決定するのに有用であった。)
CATMは酵母ミトコンドリア内で機能する様に塩基置
換して作製した選択マーカー遺伝子と所望の外来遺伝子
を兼ねたクロラムフェニコールアセチルトランスフェラ
ーゼ(CATM)遺伝子を示し、同遺伝子に図の矢印の
方向に大腸菌のLacZプロモーター、ターミネーター
が機能的に連結されている。その他の略号は制限酵素切
断部位を示す。
Among the codes shown in FIG. 1, ColE1ori is ColE1.
Type origin of replication (also denoted as oriV -C), Amp is (also denoted as Ap r) ampicillin resistance gene is a selection marker gene that functions in E. coli, 2 [mu] m-ori
Is a 2 μm replication origin that is a replication origin that functions in baker's yeast,
In addition, mobB, mobA, and mobC are mob gene groups (also represented as mob- Q), and oriT is an oriT sequence at the initiation point of conjugation transfer (also represented as oriT- Q) URA
3 is a gene involved in the synthesis of uracil derived from plasmid YEp352 ( URA3 : URA gene itself has no functional involvement for the purpose of the present invention, but a restriction enzyme cleavage site ScaI
Was useful in determining the direction of insertion of CATM . )
CATM indicates a chloramphenicol acetyltransferase ( CATM ) gene which also functions as a selectable marker gene and a desired foreign gene prepared by base substitution so as to function in yeast mitochondria. LacZ promoter and terminator are operably linked. Other abbreviations indicate restriction enzyme cleavage sites.

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成9年5月13日[Submission date] May 13, 1997

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing

【補正対象項目名】図2[Correction target item name] Figure 2

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図2】 FIG. 2

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing

【補正対象項目名】図3[Correction target item name] Figure 3

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図3】 FIG. 3

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing

【補正対象項目名】図4[Correction target item name] Fig. 4

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図4】 FIG. 4

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (1)オルガネラで機能する複製起点、
(2)供与菌で機能する複製起点、(3)オルガネラで
機能する選択マーカー遺伝子、(4)供与菌で機能する
選択マーカー遺伝子、(5)オルガネラで機能する所望
の外来遺伝子、及び(6)原核・真核生物間接合伝達に
必要なoriT配列を含む接合伝達性オルガネラ内発現
ベクターを保持する供与菌と、宿主細胞である真核生物
細胞とをtra遺伝子、及びmob遺伝子を利用した原
核・真核生物間接合伝達を行い、該ベクターを真核生物
である宿主細胞内に存在するオルガネラに導入する方
法。
(1) an origin of replication that functions in an organelle;
(2) an origin of replication that functions in the donor, (3) a selectable marker gene that functions in the organelle, (4) a selectable marker gene that functions in the donor, (5) a desired foreign gene that functions in the organelle, and (6) A prokaryotic cell using a tra gene and a mob gene is used to transform a donor bacterium having an expression vector in a conjugative transfer organelle containing an oriT sequence necessary for conjugative transfer between a prokaryote and a eukaryote, and a eukaryotic cell as a host cell using a tra gene and a mob gene. A method for performing conjugation transfer between eukaryotes and introducing the vector into an organelle present in a host cell which is a eukaryote.
【請求項2】 tra遺伝子、及びmob遺伝子を含む
ヘルパープラスミドを保持する供与菌を接合伝達性オル
ガネラ内発現ベクターを含む供与菌と共に用いる請求項
1の方法。
2. The method according to claim 1, wherein a donor bacterium having a helper plasmid containing a tra gene and a mob gene is used together with a donor bacterium containing an expression vector in a conjugative transfer organelle.
【請求項3】 オルガネラがミトコンドリアである請求
項1又は2に記載の方法。
3. The method according to claim 1, wherein the organelle is mitochondria.
【請求項4】 真核生物が酵母である請求項1、2又は
3項に記載の方法。
4. The method according to claim 1, wherein the eukaryote is yeast.
【請求項5】 供与菌が大腸菌である請求項1、2、3
又は4に記載の方法。
5. The method according to claim 1, wherein the donor bacterium is Escherichia coli.
Or the method of 4.
【請求項6】 大腸菌F因子由来tra遺伝子、及びm
ob遺伝子を含むヘルパープラスミドを保持する大腸菌
を用いる請求項1、2、3、4、又は5に記載の方法。
6. A tra gene derived from Escherichia coli F factor, and m
The method according to claim 1, 2, 3, 4, or 5, wherein Escherichia coli carrying a helper plasmid containing an ob gene is used.
【請求項7】 接合伝達性オルガネラ内発現ベクターが
プラスミドpAY−CATMである請求項5、又は6に
記載の方法。
7. The method according to claim 5, wherein the conjugative transfer organelle expression vector is a plasmid pAY-CATM.
【請求項8】 (1)オルガネラで機能する複製起点、
(2)供与菌で機能する複製起点、(3)オルガネラで
機能する選択マーカー遺伝子、(4)供与菌で機能する
選択マーカー遺伝子、(5)オルガネラで機能する所望
の外来遺伝子、及び(6)原核・真核生物間接合伝達に
必要なoriT配列を含む接合伝達性オルガネラ内発現
ベクター
8. An origin of replication functioning in an organelle,
(2) an origin of replication that functions in the donor, (3) a selectable marker gene that functions in the organelle, (4) a selectable marker gene that functions in the donor, (5) a desired foreign gene that functions in the organelle, and (6) Conjugative transferable organelle expression vector containing an oriT sequence required for prokaryotic / eukaryotic conjugative transfer
【請求項9】 供与菌が大腸菌である請求項8のベクタ
ー。
9. The vector according to claim 8, wherein the donor bacterium is Escherichia coli.
【請求項10】 pAY−CATMである請求項9のベ
クター。
10. The vector according to claim 9, which is pAY-CATM.
【請求項11】 請求項9に記載のベクターを含む大腸
菌。
An Escherichia coli comprising the vector according to claim 9.
【請求項12】 請求項10に記載のベクターを含む大
腸菌。
An Escherichia coli comprising the vector according to claim 10.
【請求項13】 受託番号FERM P−15726号
である請求項12の大腸菌。
13. The Escherichia coli according to claim 12, which has an accession number of FERM P-15726.
【請求項14】 請求項1、2、3、4、5、6又は7
の方法でオルガネラを形質転換した形質転換体。
14. The method of claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, or 7.
A transformant obtained by transforming an organelle by the method described in (1).
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