JPS61242583A - trpオペロンのシヤイン‐ダルガーノ配列と開始コードンとの間のDNA配列におけるタンパク質発現を増大させるための改変 - Google Patents

trpオペロンのシヤイン‐ダルガーノ配列と開始コードンとの間のDNA配列におけるタンパク質発現を増大させるための改変

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JPS61242583A JP61089832A JP8983286A JPS61242583A JP S61242583 A JPS61242583 A JP S61242583A JP 61089832 A JP61089832 A JP 61089832A JP 8983286 A JP8983286 A JP 8983286A JP S61242583 A JPS61242583 A JP S61242583A
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    • C12N9/14Hydrolases (3)
    • C12N9/78Hydrolases (3) acting on carbon to nitrogen bonds other than peptide bonds (3.5)
    • C12N9/86Hydrolases (3) acting on carbon to nitrogen bonds other than peptide bonds (3.5) acting on amide bonds in cyclic amides, e.g. penicillinase (3.5.2)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 trpオペロンの調節配列は、大腸菌における真核生物
のタンパク質の発現のためにしばしば使用される。1:
 r pオペロンのプ[コモ−ター及びオペレーターを
含むDNA断片は、現在商業的に入手可能である。
trpオペロンの調節配列の改変については既に開示さ
れていた。例えば、セラデア・マルセセンス(Serr
atia marcescens )由来trpオペロ
ンの調節因子であるヌクレオチド配列において、リポソ
ーム結合部位と開始コードンとの間に1−1i n d
 ll切断部位を組込みつる可能性のあることが、たと
えば西独公開用3,247.922号明細書(南アフリ
カ特許第83/9519号及び公開オース1〜ラリア特
許出願第83/22832号に対応する)に記載されて
いる。C1aI切断部位を大腸菌の対応配列に挿入する
ことは、ジエイ・シー・エドマンら、ネーチャー、第2
91巻、1981年、第503−506頁(J、 C,
lEdman etal、、Nature 291(’
1981)503−506 )に開示されている。しか
し2kがら、この改変によって、自然配列と比較してリ
ポソーム結合部位ど開始コードンとの間のヌクレオチド
数が変わることになる。
木「明の概要 制限酵素の切断部位を、ヌクレオチド数を変えずに一つ
のヌクレオチドを置換することによって、リポソーム結
合部位と開始コードンどの間のDNA配列に挿入するこ
とが可能であることが見出された。本発明では、開始コ
ードンのすぐ上流に位置するヌクレオシドアデノシンが
シチジンに置換されている。
このように、本発明は大腸菌trpオペロンの改変DN
A断片に関し、この断片はシャイン−ダルガーノ(Sh
ine−Dalgarno)配列ど第一開始コードンと
の間に位置覆るものであって、下記のDNA配列■を有
するものである。
5’  GTATCGACC3’    (I)3’ 
 CATAGCTGG  5’ この配列■は、上部鎖の5′末端で下記のtrpオペロ
ンのシャイン−ダルガーノ配列(RNAの段階では、現
実のリポソーム結合部位に対応)と結合し、上部鎖の3
′末端で開始コードンΔTGと結合している。
5’  AAGG  3′ 3’  TTCCb’ 本発明の配列■は、「コーディング鎖」ど称される上部
鎖のみについて、下記のように明確化を期して示される
ように、天然大腸菌配列及び前記エドマンらにより開示
された配列と比較される。
大腸菌    GTA  TCG  ACAエドマンら
  GTA  TCG  AT配列T     GTA
  TCG  ACΩ(大腸菌配列との違いは下線部分
である)天然配列にお1プるAをCとする本発明による
置換にJ:れば、下記の利点が得られる。
ヌクレオシドグアノシンを開始コードンATGの下流に
結合させれば、制限酵素NCO■についての認識配列が
形成される。
C↓CATGG  i この切断部位のおかげで、例えば下式■の合成オーリゴ
メクレAチドを用いることにより、開始コードンのJぐ
隣りにDNAを挿入することが可能にイrる。
5 ’  CA T G X・・・・・・3’    
 (I)3’       Y・・・・・・5′(−に
開式中、X及びYは構造遺伝子の開始コードン下流にお
【)る最初の相補的ヌクレオチド対を表わす) この式においてXがGを表わし、YがCを表わす場合は
、NcoI切断部位は結合生成物中に残存する。逆に、
例えば合成リンカ−が挿入され、゛その突出配列5’ 
CATG3’ が別のヌクレオチドと結合することにな
るならば、NcoI切断部位は消失するものの、一方で
は開始コードンの下流の最初のアミノ酸は各種多様のも
のに変えることができる。
勿論、N COIで切断されたDNAの突出末端を、例
えばフレノウポリメラーゼを用いて酵素的に埋填し、更
にこのようにして得られた配列■:5’  GTA T
CGΔCCATG 3’   (III)3’  CA
T AGCTGG TAC5’の平滑(プラント)末端
DNAを、平滑末端配列Iv: 5’  X・・・・・・3 ’      (IV )
3’  Y・・・・・・5′ と結合さUて、DNA配列V: 5’  GTA TCG ACCATG X−・・・・
・3’   ff)3’   CAT  AGCTGG
  TACY・・・・・・5′(×及びYは前記の意味
を有Jる) を得ることも可能である。発現すべき特定の構造遺伝子
のための開始コードンは、この場合では更に必要とはさ
れない。これは、例えば、N末端が短くなったタンパク
質を製造するためには好ましい〜bのである。
伯の可能性は突出末端を酵素的に分解することぐあっ−
C1それにJ、−)C同様に平滑末端DNA配列■: 5’  GTA  TCG  AC3’   (Vl)
3’  CAT  AGCTG  5’を得て、これを
平滑末端配列■: 5 ’  Z   A T G  X −−3’   
 (VH)3’  7’  TACY・・・・・・5′
と結合1ノで、D N A配列■: 5’  GTA TCG ACZ  ATG X−・・
−・・3’   (■)3’    CAT  AGC
TGZ’    −丁ACY・・・・・・5′(Z及び
Z′は所望のヌクレオシド対を表わ寸が、これらは省略
覆ることもできる) とすることができる。天然大腸菌配列は、7及びZ′が
それぞれ八及び]−を表わす場合に形成される。
これらが様々なりローニングの可能性を有していること
の仙に、本発明では構造遺伝子の発現量が著しい程にま
で改善されるという利点を生じる本発明のもう一面は、
大腸菌由来のにr p発現系を含むベクターのil!J
造法に関するものである。
その方法は、l) N A配列■(コーディング鎖)と
それに続< 5 ’ A −r G G 3 ’ を含
む大腸菌ベクターを制限酵素NcoIで切断し、更に、
a)  DNA配列■【の構造遺伝子をこの切断部位に
結合さけるか、あるいは 旧 この切断部位を酵素的に埋填して、配列■のDNA
を配列IVのDNAと結合させるか、あるいはC)この
切断部位の突出配列を酵素的に分解し、配列VlのDN
Aを配列VlのDNAと結合させる、ことからなる。
本発明の他の一面は、本発明により得られたベクターを
含む大腸菌宿主生物に関する。更に、本発明は、一般に
]−ド可能なアミノ酸からなるポリペプチドの+JA造
法に関するものであって、この方法は本発明のベクター
で形質転換された大胆菌細胞による発現を公知の方法で
誘発させることからなるもので゛ある。
本発明の他の而及びそれらの好ましい態様は、以下で詳
細に説明されており、しかも特許請求の範囲において掲
げられている。
11の具体的説明 本発明の具体的態様は、trpプロモーターと同じよう
に配向Jるβ−ラクタマーゼプロモーターを右し、アン
ピシリン耐性をもつベクターからなる。即ら、このベク
ターは、本発明に従って改変されたt: r pオペロ
ンであるため、開始コードン下流の遺伝子の極めて顕著
な弁用とβ−ラクタマーゼ誘導の可能性とが意外なこと
に生じているのである。β−ラクタマーゼ濃度が高まる
と比較的高ff[のアンピシリンに対しても耐性を示す
ため、それを利用して選別するもう一つの可能性が開り
でくる。これにより、発現すべき各タンパク質について
のリポソーム結合部位領域におけるヌクレオチドが特に
好ましいプロモーター変異ないし改変を起こしたか否か
を調べることが迅速になるのである。
β−ラクタマーゼの同時的形成は望まれないがアンピシ
リン耐性をもつベクターを利用しようとする場合は、所
望のポリペプチドについての構造遺伝子とβ−ラクタマ
ーゼについての構造遺伝子との間にターミネータ−を挿
入することによって、その同時的形成を抑制することが
できる。したがって、本発明のこの点におりるもう一つ
の態様は、上記遺伝子間に適切なターミネータ−1好ま
しくは細菌性ターミネータ−1を挿入することからなる
。trpオペロンのターミネータ−が特に適切であり、
例えば構造遺伝子にお【)る停止コードン(2種以上の
停止コードン)の下流か、又はβ−ラクタマーゼオペロ
ンのすぐ上流に存在する10〜20個のヌクレオチドの
J:うな適切な部位に組込まれる。
本発明によるtrpプロモーター/オペレーターをもつ
遺伝子構成体は、大胆菌内で複製されるすべてのプラス
ミドの中に組込むことができる。
商業的に利用可能な大腸菌ベクター、例えばp B R
322、pBR325、pACYC177、=  11
 − pACYC184、pUc8及びそれらの誘導体を使用
することが有利である。適切な誘導体の例は、非本質的
領域が除去され、切断部位もしくはマーカーが組込まれ
るか又は修正されたそれらのプラスミドである。
遺伝子配列■、■、v、vn及び■は、ヌクレオチド対
XYとともに、所望の構造遺伝子、例えば第一には、宿
主に内イ「しかつペリプラズム腔又は細胞膜に輸送され
るタンパク質を]−ドする遺伝子の最初の部分を含む。
この場合には、細胞質からの分離が可能であるために容
易に単離され、あるいは(また)細胞に内在する酵素に
よる分解から保護される融合タンパク質を製造すること
ができる。しかしながら、不溶性であるために細胞内在
タンパク質から容易に分離することができる融合タンパ
ク質を生成することも可能である。更には、開始コード
ンATGのずぐ下流に構造遺伝子を組込むことによって
、直接に所望のタンパク質を発現さ仕ることもできる。
本発明によって得ることができるポリペプチド〜  1
2 − の例としては、インシュリン、インターフェロン類、イ
ンターロイキン−2のようなインターロイキン類、ヒル
ジン又はソマトスタチンがある。
本発明は下記の路側により詳細に説明される。
各プロレス段階については、マニアディス(Han−i
atis )ら、二]−ルド・スプリング・ハーバ−(
Cold 5prir+o 1larbor)  (1
982年)の゛モレ゛ キュラー・りローニング(Mo
lecular Cloning ) ”を参考にする
ことができる。
例  1 大腸菌染色体DNAをl−1i n f Iで切断して
、プロモーター、オペレーター、1−−ベプヂドの構造
遺伝子、アテニュエーター及び最初の6個のアミノ酸に
ついてのトリプトファンE ’R造遺伝子の]−トンを
含むtrpJペロンの492塩基対断片を単1lIIt
する。この断片をクレノウボリメラーゼによってデオキ
シヌクレオチド三リン酸でJ![!填し、その両端部を
Hi n d lr[W&識配列をもつオリゴヌクレオ
チドと結合させ、それから)lindlrfで切断Mる
。このようにして得たI−1i n d ill断片を
pB R322のll1ndl[切断部位と結合させる
こうして得られるプラスミドがpl:rpE2−1であ
る(前記ジ1−イ・シー・エドマンらの文献参照)。こ
のプラスミドは、記述のようにしてプラスミドp t 
r p L、 1に転換される。
この出発物質を本発明のベクターに変えるために、これ
をCIaIと反応させる(製造者にコーイングランドバ
イオラブス(New England Blo−1ah
s) )の勧めに従う〕。インキコベー]−終了後、イ
ンキュベート混合物をフェノールで抽出し、有機相を分
離し、続いて2,5倍容晶のエタノールを加え、−20
℃でインキュベートすることにより、DNAを沈澱させ
る。
DNAを遠心除去し、しかる後5′ −リン酸残塁を除
くためにアルカリホスファターゼ(ベーリンガーマンハ
イム社)で処理する。
合成的に得られるオリゴヌクレオチド■:5 ’  C
G A CCA T G G T  3 ’   (I
X )をポリヌクレオチドキナーゼ及びATPにより5
′末端でリン酸化する。このためには、この合成オリゴ
ヌクレオチドを70℃で5分間加熱し、しかる後直ちに
水浴中で冷却する。リン酸化は、100μM  ATP
及びT4−ポリヌクレオチドキナーゼ10単位が添加さ
れた緩衝液25μm(50mMトリス1−ICI 、F
)H7,60,10mM  MocI   5mMジチ
オスレイト−ル(DTT))中、37℃で30分間にわ
たり処理する。反応を、最終濃度50μMとなるまでエ
チレンジアミン四酢M (FDTA)のす]・リウム塩
を加えることににって停止させる。過剰のATPは、例
えばセファロース(商標名S E P HA D E 
X  G 50、細粒)のゲルi濾過ににって除去する
ことができる。
オリゴヌクレオチドIXは自己相補的であって、自ら会
合して二重鎖構造Xを形成することができる。
T G G王ACCAGに の二重鎖オリゴヌクレオチドXは突出末端を有している
ので、これを開環状プラスミドD t r pL 1の
C’l a I部位に挿入することができる。
このAリボヌクレオチド約50nGをプラスミド約1μ
Qと一緒にインキュベートするが、このプラスミドは1
mM  ATP及び0.1nG/m1牛而清アルブミン
(BSA)が添加された緩衝液30/−Zl (50m
tvlトリスl−101、pl−17,40,10mM
  M(JCI   10mMD T T )中12℃
で20時間ホスファターゼで処理されたものである。プ
ラスミドpH13115が得られる(図1)。
この反応混合物は、]ンピテン1へ大腸菌ll1l胞の
形質転換のために直ちに使用することができる。
選別は、Lブイヨン〔エッチ・ジエイ・ミラー(11,
J、Hiller)  1分子遺伝学の実験J  (E
xperim−entS in Mo1ecular 
Genetics) 、:]−ルド・スプリング・ハー
バ−11972年)及び50μ0/m1アンピシリンを
用いて寒天プレート上で行なわれる。
NcoI切断部位がプラスミドpH13115に挿入さ
れているため、アンピシリン耐性1ロ二−を試験して、
プラスミド1)NAが約300塩基対のHindl[I
−NcoI断片を有しているか否かについて調べた。8
0%以上のコ[に一がこの断片を有していた。マキサム
−ギルバート法での配列決定により、合成りNA断片の
組込みと図1に示したプラスミドpl−113115の
配列どが確認された。
鮫−ス 西独公開第3.4.19.’995号明細書の図5に示
されたプラスミド1)159/6を製造者が勧めるよう
に酵素EC0RI及び5alIと一緒にインキュベート
し、ヒ]〜インターロイキン−2についての遺伝情報を
もつ420塩基対のDNA断片をゲル電気泳動ににり分
離する。−重鎮突出末端を、製造者が勧める条件下でV
エナリ(mungbean)ヌクレアーゼ(ファルマシ
アP −Lバイオケミカルズ社、Pharmacia 
P−L Biochemicals)で分解する。
このプラスミドpl−1131/ 5をNGO■と反応
させ、突出−重鎖末端を同様にヤ■ナリヌクレアーゼで
分解する。次いで、平滑末端となっているインター[1
イキンー2についての構造遺伝子を、「平滑末端]条件
下でDNAリガーゼを用いて、開環させかつ平滑末端と
jノであるプラスミドに組込む。これにより、NCO]
切断部位を再形成させる。大腸菌294への形質転換を
行ない、適切な制限断片、例えば約260塩基対の[E
C0RI−XbaI断片又は約150塩基対17)EC
ORI−3aCJ断片、をもつアンピシリン耐性クロー
ンを選別する。
配列決定により、プラスミドpH185/11(図2)
のヌクレオチド配列を確認した。NCO■制限部位はこ
の構造中に残存している。
インターロイキン−20発現のために、プラスミドルl
−1185/11含有大腸菌294を50μg7’m+
アンピシリン含有L8培地(エッチ・ジエイ・ミラーの
前記文献参照)中で通気しながら一夜インキコベートす
る。次いで、1μQ/mlチアミン及び500μ0/m
1カザミノ酸含有M9培地(エッチ・ジエイ・ミラーの
前記文献参照)により1:100希釈物を調製覆る。O
Do、5の状態で、@終濃度15μo/mlとなるまで
インドリル−3〜アクリル酸を加えて誘発を行なうこと
ができる。更に2〜3時間後、遠心分離して細菌を除去
1−る。SDSゲル電気泳動により、誘発細菌から、西
独公開用 :3,419.995号明細書で製造されたインターロ
イキン−2に対する抗体ど反応する強タンパク質バンド
を検出することができる。このバンドは予想される分子
量をもつインターロイキン−2と一致し、非誘発細菌か
らは得られない。生物学的活性をもつインターロイキン
−2は誘発細菌において高濃度で検出することができる
上記細菌培養条件は、振盪フラスコ法でも適用される。
この場合は、更に高濃度のカザミノ酸及び(又は)L−
トリプトファンをより高いOD値(3以上)で発酵する
まで添加するようにする。
例  3 ヒトβ−インターフェロンについての構造遺伝子をcD
NAバンクから入手した。このクローンは、プラスミド
p B R3,22のPstI部位にその挿入断片を有
している。β−インターフェロンの構造遺伝子由来の1
’ 20塩基対の断片を、制限酵素1−1 i n f
’ ■及びPstIと接触させることにJこり単離した
。l−1i n f T部位の認識配列は、この生物学
的(こ活性なβ−インターフェロンのN末端メヂオニン
についての]−トンのヌクレオチド16個下流から始ま
る。
合成にJ:り得られるオリゴヌクレオチドX■:5’ 
 CATGA’GCTACAATCTTCTTGG  
   3’ (XI)3’     TCGATGTT
AGAAGAACCTAA   5’NCOT    
        Htnt’  TをDNAリガーゼに
よって断片のHinfI末端に付着させる。DNA断片
X■が得られる。
更に、365塩基対のDNA断片を、PstI及びBq
lIIを用いてβ−インターフェロンの構造遺伝子から
単能した。この断片を、予めpst■及びB a m 
l−I Iと反応させである商業的に入手可能なプラス
ミドpUc12を用いてクローン化した。プラスミドl
) Hl 88が得られる。増殖・再単離後、プラスミ
下pH188をPstI及びEC0RIと一緒にインキ
ュベートし、β−インターフェロン遺伝子断片を単離す
る(DNA断片X■)。
プラスミドI) H1’ 31 / 5を制限酵素Nc
oI及びEcoRIと反応させる。次いで、DNAリガ
ーゼ酵素の存在下、共有結合を生じる条f1にて、DN
A断片X■及びX■をこの開環状プラスミドと一緒にイ
ンキュベートする。プラスミドpl−119215の予
想される配列を制限分析法及び配列決定法にJ:り確認
する(図3)。
β−インターフエ[トンの発現プロセスは例と同様であ
る。この場合にも、誘発後に電気泳動ゲルにJ:って顕
著なバンドが検出されるが、このバンドは非誘発細菌で
は存在しない。生物学的活性をもつβ−インターフェロ
ンは、細菌からの抽出物中に検出することができる。
インターロイキン−2についての構造遺伝子を例2に従
いプラスミドpl−113115のNCOI部位に挿入
した。プラスミドとEC0RIとの反応後、デオキシア
デノシン三リン酸及びデオキシチミジン三リン酸の存在
下にフレノウポリメラーゼと共にインキコベ−1〜する
ことにより、突出末端を平滑末端にしIC0 開環させかつ平滑末端としたプラスミドに、「平滑末端
」条件下で、商業的に入手可能なtrpオペロンのター
ミネータ−(ファルマシアP−1−バイオケミカルズ社
)を組込み、同時に閉環させる。
例2で予め述べたように細菌を増殖させかつ誘発させた
後、細菌を分離し、溶菌させる。SDSゲル電気泳動で
はインターロイキン−2タンパク質のバンドに変化が見
られず、例2と同じ強度を有している。しかしながら、
β−ラクタマーゼに相当するバンドは著しく低い強度を
示す。
【図面の簡単な説明】
図1〜3は、本発明の具体例を詳細に説明するものであ
って、図1は公知のプラスミド1)trl)Llからの
プラスミド1)H13115(7)製造法を示す説明図
、図2は公知のプラスミド1)159/6及びプラスミ
ドpH13115(図1)からの、インターロイキン−
2を」−ドするプラスミドpl−1185/11の製造
法を示す説明図、および図3はβ−インターフェロンを
コードするプラスミドpH19215を示す説明図、で
ある。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、5′末端がシャイン−ダルガーノ配列 AAGGに結合し、3′末端が開始コードンATGに結
    合している、下記のコーディング鎖配列 I を有する、
    大腸菌由来trpオペロンのDNA断片。 5′GTATCGACC3′ ( I ) 2、5′末端がシャイン−ダルガーノ配列 AAGGに結合し、3′末端のGが開始コードン下流の
    構造遺伝子の最初のヌクレオチドである下記のコーディ
    ング鎖配列 I aを有する、特許請求の範囲第1項記載
    のDNA。 5′GTATCGACCATGG3′ ( I a)3、
    コーディング鎖DNA配列 I とそれに続く5′ATG
    G3′とを含む大腸菌のベクターを制限酵素Nco I
    で切断し、更に、 a)この切断部位において、下記のDNA配列II: 【遺伝子配列があります】(II) (上記式中、X及びYは、構造遺伝子の開始コードンの
    下流における最初の相補的ヌクレオチド対を表わす) の構造遺伝子を結合させるか、あるいは b)この切断部位を酵素的に埋填し、下記の配列IIIの
    DNA: 【遺伝子配列があります】(III) を下記の配列IVのDNA: 5′X・・・・・・3′ (IV) 3′Y・・・・・・5′ (上記式中、X及びYは上記の意味を有する)と結合さ
    せるか、あるいは c)この切断部位における突出配列を酵素的に分解し、
    下記の配列VIのDNA: 【遺伝子配列があります】(VI) を下記の配列VIIのDNA: 【遺伝子配列があります】(VII) (ZおよびZ′ は所望のヌクレオチド対を表わすが、
    これらは省略することもできる) と結合させることからなる、大腸菌のtrp発現系を有
    するベクターの製造法。 4、特許請求の範囲第3項記載の方法により得られたベ
    クター。 5、図1に示されたプラスミドpH131/5である、
    特許請求の範囲第4項記載のベクター。 6、図2に示されたプラスミドpH185/11である
    、特許請求の範囲第4項記載のベクター。 7、図3に示されたプラスミドpH192/5である、
    特許請求の範囲第4項記載のベクター。 8、特許請求の範囲第4項記載のベクターを含む大腸菌
    。 9、特許請求の範囲第8項記載の大腸菌細胞における発
    現を誘発させることからなる、一般にコード可能なアミ
    ノ酸から構成されるポリペプチドの製造法。
JP61089832A 1985-04-19 1986-04-18 trpオペロンのシヤイン‐ダルガーノ配列と開始コードンとの間のDNA配列におけるタンパク質発現を増大させるための改変 Expired - Lifetime JPH0665317B2 (ja)

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