JPWO2018190333A1 - Transgenic silkworm and method for producing unnatural amino acid-containing protein using the silkworm - Google Patents

Transgenic silkworm and method for producing unnatural amino acid-containing protein using the silkworm Download PDF

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Abstract

以下の(a)〜(c)のいずれか一つのアミノ酸配列を含む配列からなり、且つ、フェニルアラニン特異的tRNAに所望の非天然アミノ酸を結合させる活性を有するタンパク質をコードするDNA、及び、該DNAを絹糸腺特異的に発現させるプロモーターを有することを特徴とするトランスジェニックカイコ。(a)配列番号1に示されるアミノ酸配列のアミノ酸番号432位に変異を有するアミノ酸配列、(b)前記(a)のアミノ酸番号432位以外の部位において1乃至数個のアミノ酸が欠失、挿入、置換若しくは付加されたアミノ酸配列、(c)前記(a)のアミノ酸番号432位以外の部位において、80%以上の同一性を有するアミノ酸配列A DNA comprising a sequence containing any one of the following amino acid sequences (a) to (c), and encoding a protein having an activity of binding a desired unnatural amino acid to a phenylalanine-specific tRNA; and Transgenic silkworm, which has a promoter that causes silk gland-specific expression. (A) an amino acid sequence having a mutation at amino acid number 432 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1; (b) one or several amino acids are deleted or inserted at a site other than amino acid number 432 in (a). (C) an amino acid sequence having 80% or more identity at a site other than amino acid number 432 in (a)

Description

本発明はトランスジェニックカイコ、および該カイコを用いた非天然アミノ酸含有タンパク質の製造方法に関する。
本願は、2017年4月12日に、日本に出願された特願2017−79294号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
The present invention relates to a transgenic silkworm and a method for producing an unnatural amino acid-containing protein using the silkworm.
Priority is claimed on Japanese Patent Application No. 2017-79294, filed on April 12, 2017, the content of which is incorporated herein by reference.

石油、金属、セラミックス等の天然資源は、将来の枯渇が懸念されている。枯渇のおそれの無い次世代素材としてシルクタンパク質が挙げられている。
シルクはそれ自身有用な特性を多く備えるが、その特性を改変することで、より有用な素材として産業上活用されると期待される。
例えば、既存のシルク素材を上回る強靭なシルク素材の開発や、デバイスのウェラブル化が進む中で、シルクタンパク質へのデバイス導入等が期待されている。また、生体親和性が高いシルクタンパク質の医療材料や化粧品材料等への応用が期待されている。
Natural resources such as petroleum, metals, and ceramics are feared to be depleted in the future. Silk proteins have been cited as a next-generation material that is not likely to be depleted.
Silk itself has many useful properties, but it is expected that by modifying such properties, it will be used industrially as a more useful material.
For example, the development of a tougher silk material than the existing silk material and the advancement of wearable devices are expected to introduce devices into silk proteins. In addition, application of silk proteins having high biocompatibility to medical materials, cosmetic materials, and the like is expected.

シルクの特性を改変する方法として、カイコの遺伝子組換え技術を用いてシルクタンパク質の特性を改変させる方法が挙げられる。なかでも、タンパク質への非天然アミノ酸導入法は、非天然アミノ酸を構成要素として使用でき、天然にはない特性を有するタンパク質を創出できることから注目される。   As a method of modifying the characteristics of silk, there is a method of modifying the characteristics of silk protein using a silkworm genetic recombination technique. In particular, the method of introducing an unnatural amino acid into a protein is attracting attention because an unnatural amino acid can be used as a component and a protein having characteristics not found in nature can be created.

タンパク質への非天然アミノ酸導入法には、二つの方法が知られている。一つは「部位特異的非天然アミノ酸導入法」である。この方法では、非天然アミノ酸の投与、及びターゲットタンパク質遺伝子配列の改変を必要とし、改変した配列のコドンに対応するアンチコドンを有するtRNA、及びそのtRNAを非天然アミノ酸でアミノアシル化するためのaaRS(アミノアシル−tRNA合成酵素)を用いる。しかしながら、この部位特異的非天然アミノ酸導入法では、ターゲットタンパク質遺伝子と目的のaaRS遺伝子の両方を改変させなければならず工程が煩雑である。また、ターゲットタンパク質遺伝子の配列が既知のものでなくてはならないという制限がある。
一方、二つ目の方法として「残基特異的非天然アミノ酸導入法」が知られている。この方法では、非天然アミノ酸の投与に加え、アミノ酸結合部位に変異を導入した変異型aaRSの強制発現によって非天然アミノ酸の取り込み効率を向上させる。この残基特異的非天然アミノ酸導入法は、ターゲットタンパク質遺伝子の配列を改変させなくとも実施可能なため、部位特異的非天然アミノ酸導入法に比べ利用が簡便であり、ターゲットタンパク質遺伝子の配列が未知であっても利用可能という利点等があるため、利用価値の高い技術である。
There are two known methods for introducing unnatural amino acids into proteins. One is the “site-specific unnatural amino acid introduction method”. This method requires administration of an unnatural amino acid and modification of the target protein gene sequence, the tRNA having an anticodon corresponding to the codon of the modified sequence, and aaRS (aminoacyl) for aminoacylating the tRNA with the unnatural amino acid. -TRNA synthetase). However, in this site-specific unnatural amino acid introduction method, both the target protein gene and the target aaRS gene must be modified, and the process is complicated. Another limitation is that the sequence of the target protein gene must be known.
On the other hand, a “residue-specific unnatural amino acid introduction method” is known as a second method. In this method, the efficiency of incorporation of the unnatural amino acid is improved by the forced expression of a mutant aaRS having a mutation introduced into the amino acid binding site in addition to administration of the unnatural amino acid. Since this method for introducing a residue-specific unnatural amino acid can be performed without modifying the sequence of the target protein gene, it is easier to use than the method for introducing a site-specific unnatural amino acid, and the sequence of the target protein gene is unknown. This is a technology of high utility value because it has the advantage that it can be used.

本発明者は、残基特異的非天然アミノ酸導入法を改良し、天然アミノ酸と大きく構造が異なる非天然アミノ酸等のある種の非天然アミノ酸(例えばp‐N‐Phe)を含有するタンパク質をカイコにおいて製造することに成功した(非特許文献1参照)。The present inventor has improved the residue-specific unnatural amino acid introduction method, a protein larger structure as a naturally occurring amino acid contains a different unnatural amino certain non-natural amino acids, such as (for example p-N 3 -Phe) It was successfully produced in silkworm (see Non-Patent Document 1).

Teramoto et al. Azide-Incorporated Clickable Silk Fibroin Materials with the Ability to Photopattern. ACS Biomater. Sci. Eng., 2016, 2 (2), pp 251-258.Teramoto et al. Azide-Incorporated Clickable Silk Fibroin Materials with the Ability to Photopattern. ACS Biomater. Sci. Eng., 2016, 2 (2), pp 251-258.

更に、少量の非天然アミノ酸で、高効率に非天然アミノ酸を含有するタンパク質の製造方法が求められている。   Further, there is a need for a method for producing a protein containing an unnatural amino acid with high efficiency using a small amount of an unnatural amino acid.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、少量の非天然アミノ酸で、高効率に非天然アミノ酸含有タンパク質を製造できるトランスジェニックカイコ、及び該トランスジェニックカイコを用いた非天然アミノ酸含有タンパク質の製造方法を提供する。   The present invention has been made in view of the above circumstances, a transgenic silkworm capable of efficiently producing an unnatural amino acid-containing protein with a small amount of an unnatural amino acid, and an unnatural amino acid-containing protein using the transgenic silkworm And a method for producing the same.

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、tRNAに所望の非天然アミノ酸を結合させる活性を有するタンパク質をコードするDNAを絹糸腺特異的に発現するトランスジェニックカイコを見出し、本発明を完成させた。   The present inventors have conducted intensive studies to solve the above problems, and as a result, have found a transgenic silkworm that specifically expresses a DNA encoding a protein having an activity of binding a desired unnatural amino acid to tRNA in a silk gland. Was completed.

すなわち、本発明は、下記の特徴を有するトランスジェニックカイコ、及び該トランスジェニックカイコを用いた非天然アミノ酸含有タンパク質の製造方法を提供するものである。   That is, the present invention provides a transgenic silkworm having the following characteristics, and a method for producing an unnatural amino acid-containing protein using the transgenic silkworm.

(1)以下の(a)〜(c)のいずれか一つのアミノ酸配列を含む配列からなり、且つ、フェニルアラニン特異的tRNAに所望の非天然アミノ酸を結合させる活性を有するタンパク質をコードするDNA、及び、該DNAを絹糸腺特異的に発現させるプロモーターを有することを特徴とするトランスジェニックカイコ。
(a)配列番号1に示されるアミノ酸配列のアミノ酸番号432位に変異を有するアミノ酸配列、
(b)前記(a)のアミノ酸番号432位以外の部位において1乃至数個のアミノ酸が欠失、挿入、置換若しくは付加されたアミノ酸配列、
(c)前記(a)のアミノ酸番号432位以外の部位において、80%以上の同一性を有するアミノ酸配列
(1) a DNA comprising a sequence comprising any one of the following amino acid sequences (a) to (c), and encoding a protein having an activity of binding a desired unnatural amino acid to a phenylalanine-specific tRNA; and And a transgenic silkworm having a promoter for specifically expressing the DNA in a silk gland.
(A) an amino acid sequence having a mutation at amino acid number 432 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1,
(B) an amino acid sequence in which one or several amino acids have been deleted, inserted, substituted or added at a site other than amino acid number 432 in (a),
(C) an amino acid sequence having 80% or more identity at a site other than amino acid number 432 in (a).

(2)前記(a)のアミノ酸番号432位が、アラニン、バリン、ロイシン、メチオニン、スレオニン、システイン、又はチロシンである前記(1)に記載のトランスジェニックカイコ。
(3)以下の(d)〜(h)のいずれか一つのアミノ酸配列を含む配列からなり、且つ、フェニルアラニン特異的tRNAに所望の非天然アミノ酸を結合させる活性を有するタンパク質をコードするDNA、及び、該DNAを絹糸腺特異的に発現させるプロモーターを有する請求項1又は2に記載のトランスジェニックカイコ。
(d)配列番号2に示されるアミノ酸配列、
(e)配列番号3に示されるアミノ酸配列、
(f)配列番号4に示されるアミノ酸配列、
(g)配列番号2〜配列番号4のいずれかに示されるアミノ酸配列のアミノ酸番号432位以外の部位において1乃至数個のアミノ酸が欠失、挿入、置換若しくは付加されたアミノ酸配列、
(h)配列番号2〜配列番号4のいずれかに示されるアミノ酸配列のアミノ酸番号432位以外の部位において、80%以上の同一性を有するアミノ酸配列
(2) The transgenic silkworm according to (1), wherein the amino acid number 432 of (a) is alanine, valine, leucine, methionine, threonine, cysteine, or tyrosine.
(3) a DNA comprising a sequence comprising any one of the following amino acid sequences (d) to (h) and encoding a protein having an activity of binding a desired unnatural amino acid to a phenylalanine-specific tRNA; and The transgenic silkworm according to claim 1, further comprising a promoter that specifically expresses the DNA in a silk gland.
(D) an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2,
(E) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3,
(F) an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4,
(G) an amino acid sequence in which one or several amino acids have been deleted, inserted, substituted or added at a site other than amino acid number 432 of the amino acid sequence shown in any of SEQ ID NOs: 2 to 4;
(H) an amino acid sequence having 80% or more identity at a site other than amino acid number 432 of the amino acid sequence shown in any of SEQ ID NO: 2 to SEQ ID NO: 4

(4)さらに、前記(a)〜(h)のアミノ酸番号407位に変異を有する前記(1)〜(3)のいずれか一つに記載のトランスジェニックカイコ。
(5)前記アミノ酸番号407位の変異が、アラニン又はグリシンである前記(4)に記載のトランスジェニックカイコ。
(6)前記DNAを絹糸腺特異的に発現させるプロモーターは、前記DNAを後部絹糸腺特異的に発現させるプロモーターである前記(1)〜(5)のいずれか一つに記載のトランスジェニックカイコ。
(7)前記DNAを絹糸腺特異的に発現させるプロモーターは、フィブロインL鎖由来のプロモーターである前記(1)〜(6)のいずれか一つに記載のトランスジェニックカイコ。
(4) The transgenic silkworm according to any one of (1) to (3), further having a mutation at amino acid number 407 of (a) to (h).
(5) The transgenic silkworm according to (4), wherein the mutation at amino acid number 407 is alanine or glycine.
(6) The transgenic silkworm according to any one of (1) to (5), wherein the promoter for specifically expressing the DNA in the silk gland is a promoter for specifically expressing the DNA in the rear silk gland.
(7) The transgenic silkworm according to any one of (1) to (6), wherein the promoter for specifically expressing the DNA in a silk gland is a promoter derived from a fibroin L chain.

(8)前記(1)〜(7)のいずれか一つに記載のトランスジェニックカイコと、実用系統とを交配してなることを特徴とするF1交雑種。
(9)前記(1)〜(7)のいずれか一つに記載のトランスジェニックカイコ又は前記(8)に記載のF1交雑種に非天然アミノ酸を投与する工程を有することを特徴とする非天然アミノ酸含有タンパク質の製造方法。
(10)前記非天然アミノ酸は、フェニルアラニン類縁体である前記(9)に記載の非天然アミノ酸含有タンパク質の製造方法。
(11)前記非天然アミノ酸は、下記一般式(1)で表されるアミノ酸である前記(9)又は(10)に記載の非天然アミノ酸含有タンパク質の製造方法。
(8) An F1 hybrid, wherein the transgenic silkworm according to any one of (1) to (7) is crossed with a practical line.
(9) A non-natural amino acid comprising a step of administering an unnatural amino acid to the transgenic silkworm according to any one of (1) to (7) or the F1 hybrid according to (8). A method for producing an amino acid-containing protein.
(10) The method for producing an unnatural amino acid-containing protein according to (9), wherein the unnatural amino acid is a phenylalanine analog.
(11) The method for producing an unnatural amino acid-containing protein according to (9) or (10), wherein the unnatural amino acid is an amino acid represented by the following general formula (1).

Figure 2018190333
Figure 2018190333

[式中、Rはハロゲン原子、シアノ基、アジド基、又はエチニル基を表す。]
(12)前記Rはアジド基又はエチニル基である前記(11)に記載の非天然アミノ酸含有タンパク質の製造方法。
[In the formula, R represents a halogen atom, a cyano group, an azido group, or an ethynyl group. ]
(12) The method for producing an unnatural amino acid-containing protein according to (11), wherein R is an azide group or an ethynyl group.

本発明によれば、少量の非天然アミノ酸で、高効率に非天然アミノ酸含有タンパク質を製造できるトランスジェニックカイコ、及び該トランスジェニックカイコを用いた非天然アミノ酸含有タンパク質の製造方法を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the transgenic silkworm which can manufacture an unnatural amino acid containing protein with high efficiency with a small amount of unnatural amino acid, and the manufacturing method of the unnatural amino acid containing protein using this transgenic silkworm can be provided.

各変異体の増殖阻害をまとめた表である。3 is a table summarizing the growth inhibition of each mutant. カイコPheRS(フェニルアラニル−tRNA合成酵素)のαサブユニット遺伝子(BmFRS1)を後部絹糸腺で発現するトランスジェニックカイコを作出するためのpiggyBacベクターマップである。BmFRS1に付けたアスタリスク(*)は変異体遺伝子であることを示す。It is a piggyBac vector map for producing a transgenic silkworm expressing the α subunit gene (BmFRS1) of silkworm PheRS (phenylalanyl-tRNA synthetase) in the posterior silk gland. An asterisk (*) attached to BmFRS1 indicates that it is a mutant gene. 一定量のp−N−Pheを投与したカイコの一頭当たりのフィブロイン生産量(棒グラフ)、及びp−N−Pheを投与したカイコが生産したフィブロイン中へのp−N−Pheの取り込み量(質量分析ピークの強度比)(丸プロット)を示す。Fibroin production per head of silkworms administered an amount of p-N 3 -Phe (bars), and p-N 3 p-N 3 -Phe incorporation of -Phe into fibroin in which silkworms administered is produced Amount (intensity ratio of mass spectrometry peak) (circle plot) is shown. 一定量のp−N−Pheを投与したカイコの一頭当たりのフィブロイン生産量(棒グラフ)、及びp−N−Pheを投与したカイコが生産したフィブロイン中へのp−N−Pheの取り込み量(質量分析ピークの強度比)(丸プロット)を示す。Fibroin production per head of silkworms administered an amount of p-N 3 -Phe (bars), and p-N 3 p-N 3 -Phe incorporation of -Phe into fibroin in which silkworms administered is produced Amount (intensity ratio of mass spectrometry peak) (circle plot) is shown. 異なる量のp−N−Pheを投与したカイコの一頭当たりのフィブロイン生産量(棒グラフ)、及びp−N−Pheを投与したカイコが生産したフィブロイン中へのp−N−Pheの取り込み量(質量分析ピークの強度比)(丸プロット)を示す。Fibroin production per head of silkworms administered with p-N 3 -Phe different amounts (bars), and p-N 3 p-N 3 -Phe incorporation of -Phe into fibroin in which silkworms administered is produced Amount (intensity ratio of mass spectrometry peak) (circle plot) is shown. 異なる量のp−N−Pheを投与したカイコの一頭当たりのフィブロイン生産量(棒グラフ)、及びp−N−Pheを投与したカイコが生産したフィブロイン中へのp−N−Pheの取り込み量(質量分析ピークの強度比)(丸プロット)を示す。Fibroin production per head of silkworms administered with p-N 3 -Phe different amounts (bars), and p-N 3 p-N 3 -Phe incorporation of -Phe into fibroin in which silkworms administered is produced Amount (intensity ratio of mass spectrometry peak) (circle plot) is shown. 異なる量のp−N−Pheを投与したカイコの一頭当たりのフィブロイン生産量(棒グラフ)、及びp−N−Pheを投与したカイコが生産したフィブロイン中へのp−N−Pheの取り込み量(質量分析ピークの強度比)(丸プロット)を示す。Fibroin production per head of silkworms administered with p-N 3 -Phe different amounts (bars), and p-N 3 p-N 3 -Phe incorporation of -Phe into fibroin in which silkworms administered is produced Amount (intensity ratio of mass spectrometry peak) (circle plot) is shown.

《トランスジェニックカイコ》
本発明のトランスジェニックカイコは、以下の(a)〜(c)のいずれか一つのアミノ酸配列を含む配列からなり、且つ、フェニルアラニン特異的tRNAに所望の非天然アミノ酸を結合させる活性を有するタンパク質をコードするDNA、及び、該DNAを絹糸腺特異的に発現させるプロモーターを有することを特徴とするトランスジェニックカイコである。
(a)配列番号1に示されるアミノ酸配列のアミノ酸番号432位に変異を有するアミノ酸配列、
(b)前記(a)のアミノ酸番号432位以外の部位において1乃至数個のアミノ酸が欠失、挿入、置換若しくは付加されたアミノ酸配列、
(c)前記(a)のアミノ酸番号432位以外の部位において、80%以上の同一性を有するアミノ酸配列
《Transgenic silkworm》
The transgenic silkworm of the present invention comprises a protein comprising a sequence containing any one of the following amino acids (a) to (c) and having an activity of binding a desired unnatural amino acid to a phenylalanine-specific tRNA. A transgenic silkworm comprising a coding DNA and a promoter for specifically expressing the DNA in a silk gland.
(A) an amino acid sequence having a mutation at amino acid number 432 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1,
(B) an amino acid sequence in which one or several amino acids have been deleted, inserted, substituted or added at a site other than amino acid number 432 in (a),
(C) an amino acid sequence having 80% or more identity at a site other than amino acid number 432 in (a).

tRNAのアミノアシル化は、それぞれのアミノ酸に対応するアミノアシル−tRNA合成酵素(aaRS)によって触媒される。aaRSはタンパク質を構成する20種のアミノ酸間で厳密な基質特異性を有している。例えば、フェニルアラニンに対応するaaRSは、フェニルアラニル−tRNA合成酵素(PheRS)と呼ばれる。前記(a)〜(c)のアミノ酸配列を有するタンパク質をコードするDNAは、カイコPheRSのαサブユニットに変異を有するDNAであって、フェニルアラニン特異的tRNAに所望の非天然アミノ酸を結合させる活性を有するタンパク質をコードするDNAである。
このフェニルアラニン特異的tRNAに所望の非天然アミノ酸を結合させる活性を有するタンパク質は、該活性を有していればよいのであって、前記(a)〜(c)のいずれかの配列に加えて、タンパク質タグ等の任意の配列(例えば、ヒスチジンタグ、HAタグ、GFP等)をさらに有していてもよい。
前記(a)〜(c)のいずれかの配列を有するタンパク質をコードするDNAを絹糸腺で発現させることで、絹糸腺で作られるタンパク質に対し本来のコドンとは通常は対応しないアミノ酸(非天然アミノ酸)を導入することが可能である。更に、絹糸腺で作られるタンパク質に対し、少量の該非天然アミノ酸で、高効率に該非天然アミノ酸を導入することができる。
Aminoacylation of tRNA is catalyzed by the aminoacyl-tRNA synthetase (aaRS) corresponding to each amino acid. aaRS has strict substrate specificity among the 20 amino acids that make up proteins. For example, the aaRS corresponding to phenylalanine is called phenylalanyl-tRNA synthetase (PheRS). The DNA encoding the protein having the amino acid sequence of (a) to (c) is a DNA having a mutation in the α subunit of silkworm PheRS, and has an activity of binding a desired unnatural amino acid to phenylalanine-specific tRNA. DNA encoding a protein having
The protein having the activity of binding the desired unnatural amino acid to the phenylalanine-specific tRNA only needs to have the activity, and in addition to any one of the sequences (a) to (c), It may further have an arbitrary sequence such as a protein tag (for example, histidine tag, HA tag, GFP, etc.).
By expressing in a silk gland a DNA encoding a protein having any of the above-mentioned sequences (a) to (c), amino acids (non-natural Amino acids) can be introduced. Furthermore, the unnatural amino acid can be introduced into the protein produced in the silk gland with high efficiency using a small amount of the unnatural amino acid.

実施例において後述するように、本発明のトランスジェニックカイコは、前記(a)のアミノ酸番号432位が、アラニン、バリン、ロイシン、メチオニン、スレオニン、システイン、又はチロシンであることが好ましく、アラニン、バリン、メチオニンがより好ましい。   As described later in Examples, in the transgenic silkworm of the present invention, the amino acid number 432 of (a) is preferably alanine, valine, leucine, methionine, threonine, cysteine, or tyrosine, and alanine, valine And methionine are more preferred.

即ち、本発明のトランスジェニックカイコは、以下の(d)〜(h)のいずれか一つのアミノ酸配列を含む配列からなり、且つ、フェニルアラニン特異的tRNAに所望の非天然アミノ酸を結合させる活性を有するタンパク質をコードするDNA、及び、該DNAを絹糸腺特異的に発現させるプロモーターを有することが好ましい。
(d)配列番号2(Phe432Val)に示されるアミノ酸配列、
(e)配列番号3(Phe432Ala)に示されるアミノ酸配列、
(f)配列番号4(Phe432Met)に示されるアミノ酸配列、
(g)配列番号2〜配列番号4のいずれかに示されるアミノ酸配列のアミノ酸番号432位以外の部位において1乃至数個のアミノ酸が欠失、挿入、置換若しくは付加されたアミノ酸配列、
(h)配列番号2〜配列番号4のいずれかに示されるアミノ酸配列のアミノ酸番号432位以外の部位において、80%以上の同一性を有するアミノ酸配列
That is, the transgenic silkworm of the present invention comprises a sequence containing any one of the following amino acid sequences (d) to (h), and has an activity of binding a desired unnatural amino acid to phenylalanine-specific tRNA. It is preferable to have a DNA encoding the protein and a promoter for expressing the DNA in a silk gland-specific manner.
(D) an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 (Phe432Val),
(E) an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3 (Phe432Ala),
(F) an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 (Phe432Met),
(G) an amino acid sequence in which one or several amino acids have been deleted, inserted, substituted or added at a site other than amino acid number 432 of the amino acid sequence shown in any of SEQ ID NOs: 2 to 4;
(H) an amino acid sequence having 80% or more identity at a site other than amino acid number 432 of the amino acid sequence shown in any of SEQ ID NO: 2 to SEQ ID NO: 4

ここで、欠失、挿入、置換若しくは付加されたアミノ酸の数としては、1〜50個が好ましく、1〜20個がより好ましく、1〜10個が更に好ましく、1〜5個が特に好ましく、1〜2個が最も好ましい。
同一性としては、85%以上が好ましく、90%以上がより好ましく、95%以上が更に好ましく、99%以上が特に好ましい。
Here, the number of deleted, inserted, substituted or added amino acids is preferably 1 to 50, more preferably 1 to 20, still more preferably 1 to 10, and particularly preferably 1 to 5, One or two are most preferred.
The identity is preferably 85% or more, more preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, and particularly preferably 99% or more.

更に、本発明のトランスジェニックカイコは、アミノ酸番号432位の変異に加えて、アミノ酸番号407位に変異を有していてもよい。アミノ酸番号407位における変異としては、アラニン又はグリシンが好ましい。   Further, the transgenic silkworm of the present invention may have a mutation at amino acid number 407 in addition to the mutation at amino acid number 432. The mutation at amino acid number 407 is preferably alanine or glycine.

前記絹糸腺で作られる非天然アミノ酸含有タンパク質は特に制限されることはなく、カイコが絹糸腺において生産するシルクタンパク質が好ましい。また、絹糸腺において任意のタンパク質をコードする外来性のDNAを強制発現させ、任意のタンパク質を絹糸腺に生産させてもよい。   The unnatural amino acid-containing protein produced by the silk gland is not particularly limited, and a silk protein produced by the silkworm in the silk gland is preferable. Further, an exogenous DNA encoding an arbitrary protein may be forcibly expressed in the silk gland, and the arbitrary protein may be produced in the silk gland.

絹糸腺で作られるタンパク質は繭糸としてカイコ体外に分泌されるため、特別の回収方法を用いずとも回収が容易であり、また多量のタンパク質を容易に得ることができる。   Since the protein produced in the silk gland is secreted out of the silkworm body as a cocoon, it can be easily recovered without using a special recovery method, and a large amount of protein can be easily obtained.

また、前記DNAをトランスジェニックカイコ全体に発現させることによって生じる毒性を回避するという観点から、本発明においては、絹糸腺において前記DNAを発現させるプロモーターが用いられる。絹糸腺は、前部絹糸腺、中部絹糸腺及び後部絹糸腺に大別される。ここで前記DNAを絹糸腺特異的に発現させるプロモーターとしては、前記DNAを絹糸腺特異的に発現させることができるプロモーターであれば特に制限されず、上記三つの部位のいずれか一つ又は二つ以上の組み合わせからなる部位で発現させることができるプロモーターであってもよい。
中部絹糸腺特異的に発現させるプロモーターとして、例えば、セリシン1タンパク質またはセリシン2タンパク質をコードするDNAのプロモーターが挙げられる。中部絹糸腺特異的に発現させるプロモーターを用いることにより、中部絹糸腺で生産されるタンパク質に非天然アミノ酸を導入することができる。カイコの中部絹糸腺で生産されるタンパク質としてはセリシンが挙げられる。
また、後部絹糸腺特異的に発現させるプロモーターとしてはフィブロインL鎖(FibL)タンパク質をコードするDNAのプロモーターが挙げられる。後部絹糸腺特異的に発現させるプロモーターを用いることにより、後部絹糸腺で生産されるタンパク質に非天然アミノ酸を導入することができる。カイコの後部絹糸腺で生産されるタンパク質はフィブロインであり、フィブロインがカイコの繭糸タンパク質の大部分を占めているため、後部絹糸腺特異的に発現させるプロモーターを用いることで、シルクタンパク質の性質の制御がより容易となる。
In addition, from the viewpoint of avoiding toxicity caused by expressing the DNA in the whole transgenic silkworm, a promoter for expressing the DNA in the silk gland is used in the present invention. The silk glands are roughly divided into an anterior silk gland, a middle silk gland, and a posterior silk gland. Here, the promoter for specifically expressing the DNA in the silk gland is not particularly limited as long as it is a promoter capable of specifically expressing the DNA in the silk gland, and may be any one or two of the above three sites. A promoter that can be expressed at a site composed of the above combinations may be used.
Examples of the promoter specifically expressed in the middle silk gland include a promoter of a DNA encoding sericin 1 protein or sericin 2 protein. By using a promoter that specifically expresses in the middle silk gland, an unnatural amino acid can be introduced into a protein produced in the middle silk gland. Sericin is mentioned as a protein produced in the middle silk gland of the silkworm.
In addition, examples of the promoter specifically expressed in the posterior silk gland include a promoter of a DNA encoding a fibroin L chain (FibL) protein. By using a promoter that is specifically expressed in the posterior silk gland, an unnatural amino acid can be introduced into a protein produced in the posterior silk gland. The protein produced in the posterior silk gland of the silkworm is fibroin, and fibroin accounts for the majority of the silkworm cocoon protein, so the use of a promoter that specifically expresses the posterior silk gland controls the properties of the silk protein. Becomes easier.

前記プロモーターを用いる際には、同時に、前記DNAの発現、その後のタンパク質への翻訳等を制御するための他の配列を用いてもよく、そのような配列としては例えば3’UTR(非翻訳領域)、5’UTR配列等が挙げられる。   When the promoter is used, another sequence for controlling the expression of the DNA, subsequent translation into a protein, etc. may be used at the same time. Examples of such a sequence include 3′UTR (untranslated region). ) 5 ′ UTR sequence and the like.

本発明のトランスジェニックカイコの作出に用いるホストのカイコとしては、後述する本発明の非天然アミノ酸含有タンパク質の製造方法において、非天然アミノ酸を含むタンパク質を製造できるカイコであれば特に制限されず、例えば、遺伝子組換え作成用として広く用いられるw1−pnd等の系統を用いても構わないが、飼料として投与された非天然アミノ酸のカイコ個体への取り込み量を増加させるという観点から、人工飼料摂食性に優れたカイコを用いることが好ましい。例えば、日01号、日509号、日510号、日603号、日604号、中604号、中605号等の品種が好ましく、非天然アミノ酸を含む人工飼料の1個体あたりの摂食量が多い白/CS(系統名:MCS601)がより好ましい。
また、本発明のトランスジェニックカイコを実用系統と交配したF1交雑種を作出してもよい。実用系統としては、日509号×日510号、日603号×日604号、中509号×中510号、中604号×中605号等が挙げられる。
The host silkworm used for producing the transgenic silkworm of the present invention is not particularly limited as long as it is a silkworm capable of producing a protein containing an unnatural amino acid in the method for producing an unnatural amino acid-containing protein of the present invention described below. Although it is possible to use strains such as w1-pnd which are widely used for the production of genetic recombination, from the viewpoint of increasing the amount of unnatural amino acids administered as feed to the silkworm individual, the artificial feed intake It is preferable to use silkworms that are excellent in water content. For example, varieties such as day 01, day 509, day 510, day 603, day 604, medium 604, medium 605 and the like are preferable, and the amount of artificial feed containing an unnatural amino acid per animal is preferred. More white / CS (system name: MCS601) is more preferable.
Further, an F1 hybrid obtained by crossing the transgenic silkworm of the present invention with a practical line may be produced. Examples of practical systems include Day 509 x Day 510, Day 603 x Day 604, Middle 509 x Middle 510, Middle 604 x Middle 605, and the like.

また、本発明のトランスジェニックカイコの作出に用いるカイコとしては、前述のとおり特に制限されず、非休眠卵を産下する性質のカイコまたは休眠卵を産下する性質のカイコの、どちらも用いることが可能である。休眠卵を産下する性質のカイコを用いる場合には、「低温暗催青法」を用いて非休眠卵を産下させることができる。すなわち、胚子を胸肢発生期以後、特に剛毛発生期以後を15℃程度に保護する。この低温期間は、日数にして10日以上必要である。胚の反転から頭部着色の頃までを暗黒に保つ。その後孵化した幼虫を飼育して得たカイコ蛾は非休眠卵を産下する。(蚕種総論 著者:高見丈夫 発行:全国蚕種協会 (昭和44年5月31日))。   The silkworm used for the production of the transgenic silkworm of the present invention is not particularly limited as described above, and may be either a silkworm having a property of laying a non-diapause egg or a silkworm having a property of laying a dormant egg. Is possible. In the case of using silkworms that lay dormant eggs, non-dormant eggs can be laid using the "low temperature dark blue method". That is, the embryo is protected at about 15 ° C. during the thoracic limb development stage, particularly after the bristle development stage. This low temperature period requires at least ten days. Keep dark from embryo inversion to head coloring. The silkworm moth obtained by rearing the hatched larvae then produces non-dormant eggs. (Introduction to Silkworm Species Author: Takeo Takami Publisher: National Association of Silkworm Species (May 31, 1969)).

低温暗催青法以外の方法として、幼虫期の光条件をコントロールすることで非休眠卵を産下させる方法(特開2003−88274参照)を採択してもよい。   As a method other than the low-temperature dark blue method, a method of producing non-dormant eggs by controlling the larval stage light conditions (see JP-A-2003-88274) may be adopted.

低温暗催青法等の方法を用いても非休眠卵が得られないカイコを使用する場合は、カイコ卵を浸酸処理することで、卵を休眠打破してもよい。前記浸酸処理の具体的な方法として、採卵から3〜4時間後のカイコ卵を室温で30分間程度塩酸に浸漬させ、水洗により塩酸を洗い流した後、卵を風乾させることが挙げられる。前記塩酸は、例えば比重1.11のものを用いることができる(Ai−Chun Zhao et.al., Insect Science (2012) Vol.19, pp.172-182.参照)。   In the case of using a silkworm in which a non-dormant egg is not obtained even by using a method such as a low-temperature dark blue method, the egg may be broken by doping the silkworm egg with acid. As a specific method of the acid soaking treatment, a silkworm egg 3 to 4 hours after egg collection is immersed in hydrochloric acid at room temperature for about 30 minutes, washed with water to remove hydrochloric acid, and then air-dried. As the hydrochloric acid, for example, one having a specific gravity of 1.11 can be used (see Ai-Chun Zhao et. Al., Insect Science (2012) Vol. 19, pp. 172-182).

トランスジェニックカイコの作出方法としては、例えばカイコ卵へDNAを導入する方法が挙げられる。カイコ卵へのDNAの導入は、例えば、カイコの発生初期卵へ、トランスポゾンをベクターとして注射する方法(Tamura,T. ,et.al.,Nature Biotechnology,(2000)Vol.18, pp.81−84.参照)に従って行うことができる。   Examples of a method for producing a transgenic silkworm include a method of introducing DNA into a silkworm egg. The introduction of DNA into silkworm eggs can be performed, for example, by injecting a transposon as a vector into the early embryo of the silkworm (Tamura, T., et. Al., Nature Biotechnology, (2000) Vol. 18, pp. 81-). 84.).

例えば、トランスポゾンの逆位末端反復配列(Handler,A.M.,et.al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.,(1998)Vol.95, pp.7520−7525.参照。)の間に上記DNAを挿入したベクターとともに、トランスポゾン転移酵素をコードするDNAを有するベクター(ヘルパーベクター)をカイコ卵に導入する方法が挙げられる。ヘルパーベクターとしては、pHA3PIG (Tamura, T., et.al., Nature Biotechnology,(2000)Vol.18, pp.81−84.参照。)が挙げられるが、これに限定されるものではない。   For example, the inverted terminal repeat of a transposon (Handler, AM, et. Al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, (1998) Vol. 95, pp. 7520-7525. And a vector having the DNA encoding the transposon transferase (helper vector) introduced into the silkworm egg together with the vector into which the DNA has been inserted. Examples of the helper vector include, but are not limited to, pHA3PIG (see Tamura, T., et. Al., Nature Biotechnology, (2000) Vol. 18, pp. 81-84.).

本発明におけるトランスポゾンとしては、piggyBacが好ましいが、これに限定されるものではなく、マリナー(mariner)、ミノス(minos)等を用いることもできる(Shimizu,K.,Insect Mol.Biol.,(2000)Vol.9,pp.277−281.参照。)。   The transposon in the present invention is preferably piggyBac, but is not limited thereto. Mariners, minos, and the like can also be used (Shimizu, K., Insect Mol. Biol., (2000)). Vol. 9, pp. 277-281.).

また、本発明のトランスジェニックカイコの作出にはバキュロウイルスベクターを使用することもできる(Yamao,M.,et.al., Genes Dev.(1999)Vol.13,pp.511−516.参照。)。   In addition, a baculovirus vector can also be used for producing the transgenic silkworm of the present invention (see Yamao, M., et. Al., Genes Dev. (1999) Vol. 13, pp. 511-516. ).

上述したトランスポゾンをベクターとして注射する方法、バキュロウイルスベクターを使用する方法、及びその他のカイコ卵へのDNAの導入方法は前記アミノ酸配列を有するタンパク質をコードするDNAに対して用いてもよく、また、本発明のトランスジェニックカイコを用いた非天然アミノ酸含有タンパク質の製造において、製造される任意のタンパク質をコードするDNAに対して用いてもよい。   The method of injecting the above-described transposon as a vector, the method of using a baculovirus vector, and the method of introducing DNA into other silkworm eggs may be used for DNA encoding a protein having the amino acid sequence, In the production of the unnatural amino acid-containing protein using the transgenic silkworm of the present invention, the protein may be used for DNA encoding any protein produced.

カイコ卵へのDNAの導入は、当業者においては一般的な方法により実施することができる。例えば、以下のように、特開2012−187123号公報に記載の方法で実施することができる。
カイコ卵へDNA注入用の管を使用して直接卵内へDNAを導入することが可能であるが、好ましい態様としては、前もって物理的または化学的に卵殻に穴を空け、該穴からDNAを導入する。
Introduction of DNA into silkworm eggs can be carried out by those skilled in the art by a general method. For example, it can be carried out by the method described in JP 2012-187123 A as follows.
Although it is possible to introduce DNA directly into the eggs of a silkworm egg using a DNA injection tube, a preferred embodiment is to make a hole in the eggshell physically or chemically in advance, and to transfer the DNA from the hole. Introduce.

本発明において、物理的に卵殻に穴を空ける方法としては、例えば針、微小レーザー等を用いて穴を空ける方法が挙げられる。中でも、針を用いた方法によって卵殻に穴を空ける方法が好ましい。用いられる針としては、カイコの卵殻に穴を空けることができるものであれば、その材質、強度等は、特に制限されない。一方、化学的に卵殻に穴を空ける方法としては、例えば薬品(次亜塩素酸等)等を用いて穴を空ける方法が挙げられる。   In the present invention, examples of a method of physically piercing the eggshell include a method of piercing using a needle, a microlaser, or the like. Among them, a method of making a hole in the eggshell by a method using a needle is preferable. The material used, the strength, etc., of the needle to be used are not particularly limited as long as it can make a hole in the eggshell of the silkworm. On the other hand, as a method of chemically making a hole in the eggshell, for example, a method of making a hole with a chemical (eg, hypochlorous acid) or the like can be mentioned.

本発明において、DNA導入方法としては、上記のカイコ卵に物理的または化学的に穴を空け、DNA注入用の管を該穴から卵内に挿入し、DNAを注入する工程を、針とDNA注入用の管が一体型となったマニュピュレーターを使用して行うことが好ましい。マニュピュレーターを構成要素の1つとする装置を使用できる。   In the present invention, the DNA introduction method includes physically or chemically making a hole in the above silkworm egg, inserting a DNA injection tube into the egg through the hole, and injecting DNA, using a needle and DNA. It is preferable to use a manipulator in which an injection tube is integrated. An apparatus having a manipulator as one of the components can be used.

このような装置しては、解剖顕微鏡、照明装置、可動式のステージ、顕微鏡に金具で固定した粗動マニュピュレーター、このマニュピュレーターに付けたマイクロマニュピュレーター、DNAを注射するための空気圧を調整するインジェクターから構成されるものが挙げられる。なお、使用される装置としては、特許第1654050号公報に記載の装置または該装置を改良した装置が挙げられる。   Such devices include a dissecting microscope, a lighting device, a movable stage, a coarse manipulator fixed to the microscope with metal fittings, a micromanipulator attached to this manipulator, and a pneumatic pressure for injecting DNA. And an injector that adjusts the pressure. In addition, as an apparatus to be used, an apparatus described in Japanese Patent No. 1654050 or an apparatus obtained by improving the apparatus can be used.

カイコ卵にDNAが導入されたか否かは、例えば、注射したDNAを卵から再度抽出して測定する方法(Nagaraju,J., et.al., Appl.Entomol.Zool.,(1996)Vol.31,pp.589−598.参照。)や、注射した遺伝子としてのDNAの卵内での発現を見る方法(Tamura,T.,et.al.,(1990)Jpn. J. Genet.,Vol.65,pp.401−410.参照。)等によって確認することができる。カイコ卵に導入されたDNAが、カイコの染色体に組込まれ、遺伝子組換えカイコが得られたか否かは、たとえばDNAを注射した卵から育った成虫を交配し(相互に、あるいは非組換えカイコと)受精卵を得、その産卵後6〜10日にマーカー遺伝子(たとえば、EGFPや、DsRed,CFP,YFPなど)の発現を蛍光顕微鏡で観察することや、体色マーカー遺伝子(たとえば、Bm−aaNATなど)の発現を目視で確認することによって可能である。   Whether or not the DNA has been introduced into the silkworm egg is determined, for example, by a method in which the injected DNA is extracted again from the egg and measured (Nagaraju, J., et. Al., Appl. Entomol. Zool., (1996) Vol. 31, pp. 589-598.) And a method for observing the expression of DNA as an injected gene in eggs (Tamura, T., et. Al., (1990) Jpn. J. Genet., Vol. 65, pp. 401-410.). Whether the DNA introduced into the silkworm egg has been integrated into the chromosome of the silkworm and whether the transgenic silkworm has been obtained or not can be determined, for example, by crossing adult grown from the egg injected with the DNA (either mutually or non-recombinant silkworm). And) obtaining a fertilized egg, and observing the expression of a marker gene (eg, EGFP, DsRed, CFP, YFP, etc.) with a fluorescence microscope 6 to 10 days after the egg laying, or using a body color marker gene (eg, Bm- aaNAT) can be visually confirmed.

カイコ卵に導入したDNAがカイコにおいて発現しているかどうかは、インジェクションした卵(G0世代)から成長した個体が産んだ卵(G1世代)については、マーカー遺伝子の発現を蛍光顕微鏡で観察して確認する。なお、カイコからトータルRNAを抽出し、抽出したRNAをテンプレートに、RT−PCRにより導入遺伝子の確認をしてもよい。   Whether or not the DNA introduced into the silkworm egg was expressed in the silkworm was confirmed by observing the expression of the marker gene with a fluorescence microscope for the egg (G1 generation) laid by the individual grown from the injected egg (G0 generation). I do. In addition, the total RNA may be extracted from the silkworm, and the transgene may be confirmed by RT-PCR using the extracted RNA as a template.

また、カイコに導入したDNAがカイコ個体のどの部位で発現しているのかを確認する方法は、例えば、幼虫から組織を摘出し、各組織別に発現を確認する方法や、CFP、GFP、EGFP、YFP、DsRED等の既知のレポーター遺伝子等を用い、蛍光顕微鏡を用いてカイコ個体を観察する方法等によって確認することができる。   In addition, a method of confirming at which site of a silkworm individual the DNA introduced into the silkworm is expressed is, for example, a method of extracting tissues from larvae and confirming expression of each tissue, or a method of CFP, GFP, EGFP, or the like. It can be confirmed by using a known reporter gene such as YFP or DsRED or the like and observing an individual silkworm using a fluorescence microscope.

《非天然アミノ酸含有タンパク質の製造方法》
本発明の非天然アミノ酸含有タンパク質の製造方法は、本発明のトランスジェニックカイコに非天然アミノ酸を投与する工程を有する。ここで非天然アミノ酸とは、タンパク質を構成しないアミノ酸を意味する。タンパク質を構成するアミノ酸とは、20種の標準天然アミノ酸、セレノシステイン、及びピロリジンを意味する。すなわち、本発明において、非天然アミノ酸とは、タンパク質を構成するこれらアミノ酸の類縁体(修飾アミノ酸)、又はタンパク質を構成するこれらアミノ酸以外の任意のアミノ酸を意味する。
<< Method for producing unnatural amino acid-containing protein >>
The method for producing an unnatural amino acid-containing protein of the present invention has a step of administering an unnatural amino acid to the transgenic silkworm of the present invention. Here, the unnatural amino acid means an amino acid that does not constitute a protein. The amino acids that make up proteins refer to the twenty standard natural amino acids, selenocysteine, and pyrrolidine. That is, in the present invention, the unnatural amino acid means an analog (modified amino acid) of these amino acids constituting the protein or any amino acid other than these amino acids constituting the protein.

本発明のトランスジェニックカイコはフェニルアラニン特異的tRNAに所望の非天然アミノ酸を結合させる活性を有するタンパク質をコードするDNA配列を有する。そのため、用いられる非天然アミノ酸はフェニルアラニン類縁体であることが好ましい。フェニルアラニン類縁体としては、フェニルアラニンの側鎖の少なくとも一つ以上の水素原子が置換基によって置換されていることが好ましく、フェニルアラニン側鎖のベンゼン環の水素原子が置換されていることがより好ましく、前記ベンゼン環のパラ位が置換されていることが特に好ましい。前記置換基としては、例えば、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子;エチニル基;シアノ基;アジド基等の置換が挙げられる。
即ち、フェニルアラニン類縁体としては、下記一般式(1)で表されるアミノ酸が好ましい。
The transgenic silkworm of the present invention has a DNA sequence encoding a protein having an activity of binding a desired unnatural amino acid to a phenylalanine-specific tRNA. Therefore, the unnatural amino acid used is preferably a phenylalanine analog. As the phenylalanine analog, at least one hydrogen atom of the side chain of phenylalanine is preferably substituted by a substituent, more preferably the hydrogen atom of the benzene ring of the phenylalanine side chain is substituted, It is particularly preferred that the para position of the benzene ring is substituted. Examples of the substituent include substituents such as a halogen atom such as fluorine, chlorine, bromine and iodine; an ethynyl group; a cyano group; and an azide group.
That is, as the phenylalanine analog, an amino acid represented by the following general formula (1) is preferable.

Figure 2018190333
Figure 2018190333

[式中、Rはハロゲン原子、アジド基、又はエチニル基を表す。]
中でも、前記Rはアジド基又はエチニル基が好ましい。
[In the formula, R represents a halogen atom, an azide group, or an ethynyl group. ]
Among them, R is preferably an azide group or an ethynyl group.

本発明のトランスジェニックカイコを用いた非天然アミノ酸含有タンパク質の製造にあたって、タンパク質に含有される非天然アミノ酸の種類及び含有量を確認する方法としては、種々の方法を選択できるが、質量分析法による分析を行うのが好ましく、MALDI−TOF−MS法により質量スペクトルを測定する方法が特に好ましい。   In producing an unnatural amino acid-containing protein using the transgenic silkworm of the present invention, various methods can be selected as a method for confirming the type and content of the unnatural amino acid contained in the protein. Analysis is preferably performed, and a method of measuring a mass spectrum by the MALDI-TOF-MS method is particularly preferable.

本発明によれば、製造される非天然アミノ酸含有タンパク質に、本来のタンパク質の性質や機能を向上又は改変させることができる。更には、本来のタンパク質にない新たな性質や機能を付与することができる。例えば、非天然アミノ酸の導入手法をシルクタンパク質に適用することで、シルクタンパク質に非天然アミノ酸を含有させ、本来のシルクにはない性質や機能を付与することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the property and function of the original protein can be improved or modified in the produced protein containing an unnatural amino acid. Furthermore, new properties and functions that are not present in the original protein can be imparted. For example, by applying a method for introducing an unnatural amino acid to a silk protein, the unnatural amino acid can be contained in the silk protein, and properties and functions not provided in the original silk can be imparted.

本発明の非天然アミノ酸含有タンパク質の製造方法を用いることで、従来の改変手法における問題点を解決できる。例えば、化学反応にともなう毒性の懸念が小さい、「後加工」であるため機能性分子が失活しないなどの利点があり、特異的な化学反応が可能な官能基の導入により、従来の「化学的方法」によらない精密かつクリーンなタンパク質の化学改変を行うことが可能である。例えば、アジド基又はエチニル基を有する非天然アミノ酸をシルクタンパク質にとりこませることで、エチニル基又はアジド基との反応を介して、任意のタンパク質、ペプチド、薬剤、色素、糖鎖、架橋分子、キレート分子等の分子をシルクに結合させることが可能である。このような改変により、シルクの物性そのものを変化させることが可能である。従って、カイコが絹糸腺において生産するタンパク質の有用性を飛躍的に増大させる。また、シアノ基やフッ素など特徴的な赤外吸収や核磁気共鳴を示す原子(団)を残基特異的に導入することで、これまで不可能であった局所的なシルクの構造情報が得られる。   By using the method for producing an unnatural amino acid-containing protein of the present invention, problems in the conventional modification method can be solved. For example, there are advantages such as less concern about toxicity due to chemical reaction, and the post-processing does not inactivate functional molecules. It is possible to carry out precise and clean chemical modification of proteins without relying on "methods". For example, by incorporating an unnatural amino acid having an azide group or an ethynyl group into a silk protein, via a reaction with an ethynyl group or an azide group, any protein, peptide, drug, dye, sugar chain, cross-linking molecule, chelate It is possible to bind molecules such as molecules to the silk. By such a modification, it is possible to change the physical properties of the silk itself. Therefore, the usefulness of the protein that the silkworm produces in the silk gland is greatly increased. In addition, by introducing atoms (groups) exhibiting characteristic infrared absorption and nuclear magnetic resonance, such as cyano groups and fluorine, in a residue-specific manner, local silk structural information that has been impossible until now can be obtained. Can be

前記シルク材料の形態は特に制限されず、例えば、溶液状、パウダー状、繊維状、スポンジ状、フィルム状、ブロック状などの形態が挙げられる。   The form of the silk material is not particularly limited, and examples thereof include a solution form, a powder form, a fibrous form, a sponge form, a film form, and a block form.

本発明で用いる非天然アミノ酸は、天然アミノ酸と同時に用いることができ、用いる非天然アミノ酸は1種類のみでもよく、2種類以上の非天然アミノ酸を同時に用いることもできる。   The unnatural amino acid used in the present invention can be used simultaneously with the natural amino acid, and only one unnatural amino acid may be used, or two or more unnatural amino acids may be used simultaneously.

本発明におけるカイコの飼育方法は、当業者において一般的なカイコの飼育方法に従い、非天然アミノ酸を含有する飼料を与え、行うことができる。例えば、「文部省(1978) 蚕種製造.pp193、実教出版社、東京」に記載の方法に従って飼育を行うことができる。   The breeding method of the silkworm in the present invention can be carried out by giving a feed containing an unnatural amino acid according to a general breeding method of a silkworm in a person skilled in the art. For example, breeding can be carried out according to the method described in "Ministry of Education (1978) Silkworm Species Production. Pp193, Jikkyo Publishing Company, Tokyo".

また、光によって化学反応が引き起こされる官能基を有する非天然アミノ酸をカイコに給餌する場合、非天然アミノ酸に光が照射されない条件下で、カイコを飼育することが好ましい。好ましい飼育方法として、光を一切照射しない連続暗期環境下でカイコを飼育する方法が挙げられる。または、カイコには光が照射されていてもよいが、前記の光によって化学反応が引き起こされる官能基を有する非天然アミノ酸には光が照射されない条件下で、カイコを飼育する方法が挙げられ、例えば、給餌する餌の周囲の空間を物理的に光源から遮蔽し、該非天然アミノ酸をカイコに与え、さらに、カイコが絹糸腺から該非天然アミノ酸を含有するタンパク質を生産する際に、該タンパク質に光が照射されない環境でカイコを飼育する等の方法が挙げられる。   When feeding unnatural amino acids having a functional group that causes a chemical reaction by light to silkworms, it is preferable to breed the silkworms under conditions where the unnatural amino acids are not irradiated with light. A preferred breeding method is a method of breeding silkworms in a continuous dark environment without any light irradiation. Alternatively, the silkworm may be irradiated with light, but a method of breeding the silkworm under conditions where the unnatural amino acid having a functional group that causes a chemical reaction by the light is not irradiated with light, For example, the space around the feed to be fed is physically shielded from the light source, the unnatural amino acid is given to the silkworm, and the silkworm produces a protein containing the unnatural amino acid from the silk gland. Breeding silkworms in an environment where is not irradiated.

本発明のトランスジェニックカイコを用いたタンパク質製造方法は、残基特異的非天然アミノ酸導入法である。したがって、本発明によれば該カイコに投与する非天然アミノ酸の種類を変えるだけで、同一の系統のトランスジェニックカイコから任意の種類の非天然アミノ酸を含有するタンパク質を製造することができる。   The method for producing a protein using the transgenic silkworm of the present invention is a method for introducing a residue-specific unnatural amino acid. Therefore, according to the present invention, a protein containing any type of unnatural amino acid can be produced from the same strain of transgenic silkworm simply by changing the type of unnatural amino acid administered to the silkworm.

次に実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
[変異型カイコPheRSの作製]
p−N−Pheの認識に優れる変異型カイコPheRSを作製するため、ヒトPheRSの立体構造解析(Structure of human cytosolic phenylalanyl−tRNA synthetase: evidence for kingdom−specific design of the active sites and tRNA binding patterns. Finarov I, Moor N, Kessler N, Klipcan L, Safro MG. Structure. 2010 Mar 10;18(3):343−53.)の情報から、Asn404→Ala、Pro405→Gly、Tyr406→Ala、Glu408→Ala、Phe432→Alaの5つの変異体を作製し、これらの変異体がPheRSとしての活性を有しているか調べたところ、全てPheRSとしての活性を有していることが認められた。
これらの変異型カイコPheRS、又はThr407Gly、若しくはThr407Alaの変異型カイコPheRSと、酵母tRNAPheと、を共発現する大腸菌を、p−N−Pheを含む培地で培養した。大腸菌に増殖阻害が認められれば、p−N−Pheがタンパク質合成に取り込まれたものと判断できる。作製した変異体の中で、Thr407Gly、Thr407Ala、Phe432Alaで顕著な増殖阻害が認められた。 更に、Phe432X(X=20種類のアミノ酸)、とThr407X’(X’=Thr,Gly,Ala)組み合わせた変異体を作製し、各変異体の増殖阻害を検討した。結果を図1に示す。図1中、色が濃いほど強い増殖阻害が認められたことを示す。
図1に示すように、Phe432Val, Phe432Ala, Thr407Ala/Phe432Val, Thr407Ala/Phe432Metの4つがp−N−Pheの認識に優れていることが確認された。
Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.
[Preparation of mutant silkworm PheRS]
To generate mutant silkworm PheRS superior in recognition of p-N 3 -Phe, structural analysis of human PheRS (Structure of human cytosolic phenylalanyl- tRNA synthetase: evidence for kingdom-specific design of the active sites and tRNA binding patterns. From the information of Finarov I, Moor N, Kessler N, Klipcan L, Safro MG. Structure. 2010 Mar 10; 18 (3): 343-53.), Asn404 → Ala, Pro405 → Gly8 → Ayr40 → Gly, Tyr406 → Gly8 → Tyr406 , Phe432 → Ala, and produced these mutants. It was examined or has an activity as heRS, to have the activity of all as PheRS was found.
These variants silkworm PheRS, or Thr407Gly, or a mutant silkworm PheRS of Thr407Ala, and yeast tRNA Phe, E. coli co-expressing, were cultured in medium containing p-N 3 -Phe. As long observed growth inhibition of E. coli, it can be determined that p-N 3 -Phe was incorporated into protein synthesis. Among the produced mutants, remarkable growth inhibition was observed in Thr407Gly, Thr407Ala, and Phe432Ala. Furthermore, mutants in which Phe432X (X = 20 amino acids) and Thr407X ′ (X ′ = Thr, Gly, Ala) were combined were prepared, and the growth inhibition of each mutant was examined. The results are shown in FIG. In FIG. 1, the darker the color, the stronger the growth inhibition was observed.
As shown in FIG. 1, Phe432Val, Phe432Ala, Thr407Ala / Phe432Val, four Thr407Ala / Phe432Met it was confirmed to have excellent recognition of p-N 3 -Phe.

[組み換えベクターの作製]
当業者の常識の範囲である既存の手法に準じ、配列番号1に示されるアミノ酸配列をコードするDNA(配列番号7)を用いて、配列番号2(Phe432Val)、配列番号3(Phe432Ala)、配列番号5(Thr407Ala/Phe432Val)、及び配列番号6(Thr407Ala/Phe432Met)に示されるアミノ酸配列をコードするDNA(BmFRS1;(配列番号8:配列番号2(Phe432Val)に示されるアミノ酸配列をコードするDNA、配列番号9:配列番号3(Phe432Ala)に示されるアミノ酸配列をコードするDNA、配列番号10:配列番号5(Thr407Ala/Phe432Val)、配列番号11:配列番号6(Thr407Ala/Phe432Met)に示されるアミノ酸配列をコードするDNA))を有するpiggyBacベクター(5塩基の5’UTR配列を含む)(図2)をそれぞれ作製した。なお、上記ベクターにはフィブロインL鎖(FibL)由来のプロモーターおよび3’UTR配列をそれぞれ、上記BmFRS1の5’および3’側に付加した。FibL由来のプロモーター配列を付加することにより、目的遺伝子を後部絹糸腺で特異的に発現させることが可能である。これにより、変異型遺伝子が幼虫の全身で発現することで生じると想定される幼虫の発育不全を回避することができた。
[Preparation of recombinant vector]
According to an existing method which is within the common knowledge of those skilled in the art, using a DNA (SEQ ID NO: 7) encoding the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2 (Phe432Val), SEQ ID NO: 3 (Phe432Ala), No. 5 (Thr407Ala / Phe432Val) and DNA (BmFRS1 * ) encoding the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6 (Thr407Ala / Phe432Met); (SEQ ID NO: 8: DNA encoding the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 (Phe432Val)) SEQ ID NO: 9: DNA encoding the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 (Phe432Ala); SEQ ID NO: 10: SEQ ID NO: 5 (Thr407Ala / Phe432Val); SEQ ID NO: 11: SEQ ID NO: 6 (Thr407Ala / Phe432Met) piggyBac vector having a DNA)) encoding the amino acid sequence (5 comprises a base 5'UTR sequence) (Figure 2) were produced. In addition, a promoter derived from the fibroin L chain (FibL) and a 3′UTR sequence were added to the 5 ′ and 3 ′ sides of the BmFRS1 * , respectively, to the above vector. By adding a promoter sequence derived from FibL, the target gene can be specifically expressed in the posterior silk gland. As a result, it was possible to avoid larval growth dysfunction, which is assumed to be caused by expression of the mutant gene throughout the larva.

[トランスジェニックカイコの作出と組換え遺伝子の発現確認]
受精卵へのpiggyBacベクターのインジェクションおよびその後の組換え体のスクリーニング等は、当業者の常識の範囲である既存の方法に準じて行った。なお、白/CS(系統名:MCS601)は休眠卵を産下し、前述の低温暗催青法による非休眠化ができない系統であるため、前述の浸酸処理によって卵の休眠打破を行った。ゲノム中に挿入された変異型遺伝子のコピー数を、リアルタイムPCR法を用いて解析し、変異型遺伝子をホモで有するトランスジェニックカイコの系統を確立した。これらのトランスジェニックカイコの系統を、それぞれH06(Phe432Val)、H07(Phe432Ala)、H08(Thr407Ala/Phe432Val)、H09(Thr407Ala/Phe432Met)と名付けた。
[Construction of transgenic silkworm and confirmation of expression of recombinant gene]
Injection of the piggyBac vector into a fertilized egg and subsequent screening of a recombinant were performed according to an existing method which is within the common knowledge of those skilled in the art. Since white / CS (strain name: MCS601) is a strain that produces a dormant egg and cannot be made non-dormant by the above-described low-temperature dark blue method, the dormancy of the egg was broken by the above-described acid treatment. . The copy number of the mutant gene inserted into the genome was analyzed using real-time PCR to establish a transgenic silkworm line homozygous for the mutant gene. The lines of these transgenic silkworms were named H06 (Phe432Val), H07 (Phe432Ala), H08 (Thr407Ala / Phe432Val), and H09 (Thr407Ala / Phe432Met), respectively.

[p−N−Phe含有シルクタンパク質の製造]
(実験例1)
上記トランスジェニックカイコH06〜H09を、5齢起蚕から2日目まで通常組成の人工飼料を給餌した後、3日目以降、0.1%(dry diet換算)のp−N−Phe(一般式(1)で表されるアミノ酸において、R=N)を含む人工飼料を給餌した。3日目以降のカイコの飼育は、p−N−Pheの光反応を避けるため、遮光条件下にて行った。対照として、H03(Thr407Ala)を用いた。カイコの一頭当たりのフィブロイン生産量とp−N−Pheの取り込み量(質量分析ピークの強度比)を図3〜4に示す。
図3〜4において、縦軸(左)は、棒グラフで表されたカイコの一頭当たりのフィブロイン生産量を示し、縦軸(右)は、丸プロットで表されたフィブロイン中のp−N−Pheのピーク強度の割合を示す。
Production of p-N 3 -Phe containing silk protein]
(Experimental example 1)
The transgenic silkworm H06~H09, after fed the artificial diet of normal composition from fifth instar Okoshiko day 2, p-N 3 -Phe the third day after, 0.1% (dry diet equivalent) ( An artificial feed containing the amino acid represented by the general formula (1), R = N 3 ) was fed. Of the third day after the silkworm breeding, in order to avoid the light reaction of p-N 3 -Phe, it was carried out at the light-shielding conditions. H03 (Thr407Ala) was used as a control. Fibroin production per head of silkworms and p-N 3 -Phe intake amount (intensity ratio mass spectrometry peaks) are shown in FIGS. 3-4.
In Figure 3-4, the vertical axis (left) shows the fibroin production per head of silkworms represented by a bar graph, the vertical axis (right), p-N 3 in represented by a circle plots fibroin - The ratio of the peak intensity of Phe is shown.

フィブロイン中のp−N−Pheのピーク強度は、以下の方法で算出した。
トランスジェニックカイコの繭層を約50 mg/mLの濃度になるように8M LiBr水溶液に35℃で40分間加熱して溶解させた。この溶解液を8M 尿素水溶液に約4.5 mg/mL
の濃度になるように希釈し、さらに還元剤を含むサンプルバッファーと混合して約3 mg/mLの濃度に調整した後、室温で30分以上静置して還元処理を行った。還元処理した試料液をSDS−PAGEで分離し、FibLのバンドを切り出して脱色・洗浄・乾燥処理した後、トリプシンにより37℃で一晩ゲル内消化した。生じたペプチド断片を抽出して乾燥固化した後、0.1%TFA水溶液とアセトニトリルの2:1混合液に溶解した。この溶解液をHCCAで飽和させた0.1%TFA水溶液とアセトニトリルの2:1混合液と混合し、MALDIターゲットプレート上に滴下して乾燥させ、測定データを取得した。
p−N−Pheを投与したトランスジェニックカイコにおいて、Pheからp−NH−Pheへの置換にともなう質量増加(理論値:14H-H = +15.01 Da)が観察される。N基はSDS−PAGEサンプル調製時の還元処理及び/あるいはMALDI−TOF−MS測定中にNH基へ還元されたと考えられる。係る測定データからPhe含有ペプチド断片に対するp−N−Phe含有ペプチド断片の相対的ピーク強度を求めた。
Peak intensity of p-N 3 -Phe in fibroin was calculated by the following method.
The cocoon layer of the transgenic silkworm was dissolved in an 8M LiBr aqueous solution by heating at 35 ° C. for 40 minutes to a concentration of about 50 mg / mL. This solution is added to an 8 M aqueous urea solution at about 4.5 mg / mL.
, And further mixed with a sample buffer containing a reducing agent to adjust the concentration to about 3 mg / mL, and then allowed to stand at room temperature for 30 minutes or more to perform a reduction treatment. The reduced sample solution was separated by SDS-PAGE, FibL band was cut out, decolorized, washed, and dried, and then digested with trypsin at 37 ° C. in a gel overnight. The resulting peptide fragment was extracted, solidified by drying, and then dissolved in a 2: 1 mixture of a 0.1% TFA aqueous solution and acetonitrile. This solution was mixed with a 2: 1 mixture of a 0.1% TFA aqueous solution saturated with HCCA and acetonitrile, dropped on a MALDI target plate, and dried to obtain measurement data.
In transgenic silkworm treated with p-N 3 -Phe, mass increase (theoretical value: 14 N 1 H 1 H- 1 H = +15.01 Da) with the substitution of p-NH 2 -Phe from Phe observed Is done. It is considered that the N 3 group was reduced to an NH 2 group during the reduction treatment at the time of preparing the SDS-PAGE sample and / or the MALDI-TOF-MS measurement. From the measured data according sought relative peak intensities of p-N 3 -Phe-containing peptide fragment to Phe-containing peptide fragment.

図4に示されるように、0.1%のp−N−Pheを含む人工飼料を与えたH09におけるフィブロインの生産量は、H03におけるフィブロインの生産量と同等であった。 更に、図3〜4に示されるように、カイコが生産したフィブロイン中のp−N−Pheの取り込み量は、H06〜H09がH03に対して優位に多かった。As shown in FIG. 4, production of fibroin in H09 gave artificial diet containing 0.1% of p-N 3 -Phe was comparable to production of fibroin in H03. Furthermore, as shown in FIGS. 3 and 4, the incorporation amount of p-N 3 -Phe in the fibroin produced by the silkworm was higher in H06 to H09 than in H03.

(実験例2)
トランスジェニックカイコH06、H07において、給餌する人工飼料中のp−N−Phの含有割合を変えたときのカイコの単位量当たりのフィブロイン生産量、及びp−N−Pheの取り込み量を確認した。結果を図5〜6に示す。図5〜6において、横軸は、人工飼料中のp−N−Pheの含有割合(dry diet換算)を示し、縦軸(左)は、棒グラフで表されたカイコの単位量当たりのフィブロイン生産量を示し、縦軸(右)は、丸プロットで表されたフィブロイン中のp−N−Pheのピーク強度の割合を示す。
(Experimental example 2)
Confirmed in transgenic silkworm H06, H07, fibroin production per unit amount of the silkworm when changing the content of p-N 3 -Ph of the artificial diet for feeding, and the uptake of p-N 3 -Phe did. The results are shown in FIGS. In FIGS. 5 and 6, the horizontal axis indicates the content ratio (in dry diet) of p-N 3 -Phe in the artificial feed, and the vertical axis (left) indicates fibroin per unit amount of silkworm represented by a bar graph. shows the production, the vertical axis (right) shows the ratio of the peak intensity of the p-N 3 -Phe in represented by circles plot fibroin.

図5において、H06では、合成飼料中に0.05%のp−N−Pheを含有することで、p−N−Pheを導入したフィブロインを約100mg産生することができ、取り込まれたp−N−Pheのピーク強度の割合が約0.15であった。非特許文献1におけるH03の結果と比較すると、H06は、必要なp−N−Pheの含有割合が、H03の1/10で済み、かつ、p−N−Pheの導入効率が、H03の3倍であった。5, the H06, synthesized in feed by containing 0.05% p-N 3 -Phe, p- N 3 -Phe can about 100mg production the introduced fibroin was taken the proportion of the peak intensity of the p-N 3 -Phe was about 0.15. Compared with the results of H03 in Non-Patent Document 1, H06, the content ratio of p-N 3 -Phe necessary, requires only one-tenth of H03, and the introduction efficiency of p-N 3 -Phe is, H03 It was three times as large as

同様に、図6において、H07では、合成飼料中に0.05%のp−N−Pheを含有することで、フィブロイン生産量は約80mgに減少したが、取り込まれたp−N−Pheのシグナル強度の割合が約0.16であった。Similarly, in FIG. 6, in H07, fibroin production was reduced to about 80 mg by containing 0.05% of p-N 3 -Phe in the synthetic feed, but the incorporated p-N 3- The ratio of the signal intensity of Phe was about 0.16.

(実験例3)
トランスジェニックカイコH06を一般品種日509×日510と交配し、その交雑種H06×(日509×日510)を得た。H06×(日509×日510)の雄幼虫および雌幼虫それぞれに対し、5齢起蚕から2日目まで通常組成の人工飼料を給餌した後、3日目以降、異なるp−N−Phe含有割合の人工飼料を給餌した。それぞれの条件について、カイコの単位量当たりのフィブロイン生産量、及びp−N−Pheの取り込み量を確認した。結果を図7に示す。図7において、横軸は、人工飼料中のp−N3−Pheの含有割合(dry diet換算)を示し、縦軸(左)は、棒グラフで表されたカイコの単位量当たりのフィブロイン生産量を示し、縦軸(右)は、丸プロットで表されたフィブロイン中のp−N−Pheのピーク強度の割合を示す。
図7に示されるように、0.05%のp−N−Pheを含む人工飼料を与えたH06×(日509×日510)におけるフィブロイン生産量は雄幼虫で約170mg、雌幼虫で約160mgと、H06におけるフィブロイン生産量の約1.6〜1.7倍であった。一方で、フィブロイン中のp−N−Pheの取り込み量は雄幼虫で約0.14、雌幼虫で約0.16と、H06と同等であり、交雑による取り込み量の減少は見られなかった。
上記の実験結果から、本発明に示すトランスジェニック系統を一般品種と交雑することによって、p−N−Pheの取り込み量を減少させることなくフィブロイン生産量を向上させられることが示された。
(Experimental example 3)
The transgenic silkworm H06 was crossed with a general variety day 509 × day 510 to obtain a hybrid H06 × (day 509 × day 510). To H06 × (day 509 × day 510), respectively male larvae and female larvae after fed the artificial diet of normal composition from fifth instar Okoshiko day 2, day 3 or later, different p-N 3 -Phe The artificial feed was fed in the content ratio. For each condition, fibroin production per unit quantity of silkworm, and to confirm the uptake of p-N 3 -Phe. FIG. 7 shows the results. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the content of p-N3-Phe in the artificial feed (in terms of dry diet), and the vertical axis (left) indicates the amount of fibroin produced per unit amount of the silkworm represented by the bar graph. shown, vertical axis (right) shows the ratio of the peak intensity of the p-N 3 -Phe in represented by circles plot fibroin.
As shown in FIG. 7, fibroin production in H06 × (day 509 × day 510) fed with an artificial diet containing 0.05% of p-N 3 -Phe was approximately 170 mg for male larvae and approximately 170 mg for female larvae. 160 mg, which was about 1.6 to 1.7 times the amount of fibroin produced in H06. On the other hand, uptake of p-N 3 -Phe in fibroin about 0.14 male larvae, and about 0.16 in the female larvae, is equivalent to H06, decreased uptake by hybridization was observed .
From the above experimental results, by general varieties crossed transgenic lines shown in the present invention were shown to be to improve the fibroin production without reducing the uptake of p-N 3 -Phe.

以上で説明した各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は各実施形態によって限定されることはなく、請求項(クレーム)の範囲によってのみ限定される。   Each configuration and the combination thereof in each embodiment described above is an example, and addition, omission, substitution, and other changes of the configuration are possible without departing from the gist of the present invention. The present invention is not limited by each embodiment, but is limited only by the scope of the claims.

本発明のトランスジェニックカイコを用いて製造された非天然アミノ酸含有タンパク質、例えば非天然アミノ酸含有シルクタンパク質は、テキスタイル・医療分野・機能性材料等の分野に広く適用可能であり、それぞれの用途により適した改変シルクを提供できる可能性を有している。また、本発明によって新たなシルクの用途を開拓できる可能性がある。   The unnatural amino acid-containing protein produced using the transgenic silkworm of the present invention, for example, an unnatural amino acid-containing silk protein, is widely applicable to fields such as textiles, medical fields, and functional materials, and is more suitable for each use. Has the potential to provide modified silk. Further, there is a possibility that a new use of silk can be developed by the present invention.

Claims (12)

以下の(a)〜(c)のいずれか一つのアミノ酸配列を含む配列からなり、且つ、フェニルアラニン特異的tRNAに所望の非天然アミノ酸を結合させる活性を有するタンパク質をコードするDNA、及び、該DNAを絹糸腺特異的に発現させるプロモーターを有することを特徴とするトランスジェニックカイコ。
(a)配列番号1に示されるアミノ酸配列のアミノ酸番号432位に変異を有するアミノ酸配列、
(b)前記(a)のアミノ酸番号432位以外の部位において1乃至数個のアミノ酸が欠失、挿入、置換若しくは付加されたアミノ酸配列、
(c)前記(a)のアミノ酸番号432位以外の部位において、80%以上の同一性を有するアミノ酸配列
A DNA comprising a sequence comprising any one of the following amino acid sequences (a) to (c), and encoding a protein having an activity of binding a desired unnatural amino acid to a phenylalanine-specific tRNA; and Transgenic silkworm, which has a promoter that causes silk gland-specific expression.
(A) an amino acid sequence having a mutation at amino acid number 432 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1,
(B) an amino acid sequence in which one or several amino acids have been deleted, inserted, substituted or added at a site other than amino acid number 432 in (a),
(C) an amino acid sequence having 80% or more identity at a site other than amino acid number 432 in (a).
前記(a)のアミノ酸番号432位が、アラニン、バリン、ロイシン、メチオニン、スレオニン、システイン、又はチロシンである請求項1に記載のトランスジェニックカイコ。   The transgenic silkworm according to claim 1, wherein the amino acid number 432 in (a) is alanine, valine, leucine, methionine, threonine, cysteine, or tyrosine. 以下の(d)〜(h)のいずれか一つのアミノ酸配列を含む配列からなり、且つ、フェニルアラニン特異的tRNAに所望の非天然アミノ酸を結合させる活性を有するタンパク質をコードするDNA、及び、該DNAを絹糸腺特異的に発現させるプロモーターを有する請求項1又は2に記載のトランスジェニックカイコ。
(d)配列番号2に示されるアミノ酸配列、
(e)配列番号3に示されるアミノ酸配列、
(f)配列番号4に示されるアミノ酸配列、及び、
(g)配列番号2〜配列番号4のいずれかに示されるアミノ酸配列のアミノ酸番号432位以外の部位において1乃至数個のアミノ酸が欠失、挿入、置換若しくは付加されたアミノ酸配列、
(h)配列番号2〜配列番号4のいずれかに示されるアミノ酸配列のアミノ酸番号432位以外の部位において、80%以上の同一性を有するアミノ酸配列
A DNA comprising a sequence containing any one of the following amino acid sequences (d) to (h), and encoding a protein having an activity of binding a desired unnatural amino acid to a phenylalanine-specific tRNA; and 3. The transgenic silkworm according to claim 1, further comprising a promoter that specifically expresses silkworm gland.
(D) an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2,
(E) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3,
(F) the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4, and
(G) an amino acid sequence in which one or several amino acids have been deleted, inserted, substituted or added at a site other than amino acid number 432 of the amino acid sequence shown in any of SEQ ID NOs: 2 to 4;
(H) an amino acid sequence having 80% or more identity at a site other than amino acid number 432 of the amino acid sequence shown in any of SEQ ID NO: 2 to SEQ ID NO: 4
さらに、前記(a)〜(h)のアミノ酸番号407位に変異を有する請求項1〜3のいずれか一項に記載のトランスジェニックカイコ。   The transgenic silkworm according to any one of claims 1 to 3, further having a mutation at amino acid number 407 of (a) to (h). 前記アミノ酸番号407位の変異が、アラニン又はグリシンである請求項4に記載のトランスジェニックカイコ。   The transgenic silkworm according to claim 4, wherein the mutation at amino acid number 407 is alanine or glycine. 前記DNAを絹糸腺特異的に発現させるプロモーターは、前記DNAを後部絹糸腺特異的に発現させるプロモーターである請求項1〜5のいずれか一項に記載のトランスジェニックカイコ。   The transgenic silkworm according to any one of claims 1 to 5, wherein the promoter that specifically expresses the DNA in the silk gland is a promoter that specifically expresses the DNA in the posterior silk gland. 前記DNAを絹糸腺特異的に発現させるプロモーターは、フィブロインL鎖由来のプロモーターである請求項1〜6のいずれか一項に記載のトランスジェニックカイコ。   The transgenic silkworm according to any one of claims 1 to 6, wherein the promoter for specifically expressing the DNA in the silk gland is a promoter derived from a fibroin L chain. 請求項1〜7のいずれか一項に記載のトランスジェニックカイコと、実用系統とを交配してなることを特徴とするF1交雑種。   An F1 hybrid, wherein the transgenic silkworm according to any one of claims 1 to 7 is crossed with a practical line. 請求項1〜7のいずれか一項に記載のトランスジェニックカイコ又は請求項8に記載のF1交雑種に非天然アミノ酸を投与する工程を有することを特徴とする非天然アミノ酸含有タンパク質の製造方法。   A method for producing an unnatural amino acid-containing protein, comprising a step of administering an unnatural amino acid to the transgenic silkworm according to any one of claims 1 to 7 or the F1 hybrid according to claim 8. 前記非天然アミノ酸は、フェニルアラニン類縁体である請求項9に記載の非天然アミノ酸含有タンパク質の製造方法。   The method for producing an unnatural amino acid-containing protein according to claim 9, wherein the unnatural amino acid is a phenylalanine analog. 前記非天然アミノ酸は、下記一般式(1)で表されるアミノ酸である請求項9又は10に記載の非天然アミノ酸含有タンパク質の製造方法。
Figure 2018190333
[式中、Rはハロゲン原子、アジド基、又はエチニル基を表す。]
The method for producing an unnatural amino acid-containing protein according to claim 9 or 10, wherein the unnatural amino acid is an amino acid represented by the following general formula (1).
Figure 2018190333
[In the formula, R represents a halogen atom, an azide group, or an ethynyl group. ]
前記Rはアジド基又はエチニル基である請求項11に記載の非天然アミノ酸含有タンパク質の製造方法。   The method according to claim 11, wherein R is an azide group or an ethynyl group.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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ACS BIOMATER SCI ENG, vol. 2, JPN6018017933, 2016, pages 251 - 258, ISSN: 0004661913 *
BIOMACROMOLECULES, vol. 15, JPN6018017928, 2014, pages 2682 - 2690, ISSN: 0004661911 *
CHEMBIOCHEM, vol. Vol.02-03, JPN6018017937, 2002, pages 235 - 237, ISSN: 0004661915 *
J AM CHEM SOC, vol. 128, JPN6018017935, 2006, pages 11778 - 11783, ISSN: 0004661914 *
J INSECT BIOTECHNOL SERICOL, vol. 79, JPN6018017925, 2010, pages 53 - 65, ISSN: 0004661910 *
J INSECT BIOTEHNOL SERICOL, vol. 82, JPN6018017932, 2013, pages 1 - 9, ISSN: 0004661912 *
STRUCTURE, vol. 18, JPN6018017923, 2010, pages 343 - 353, ISSN: 0004661909 *

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