KR100825279B1 - Protein for enhancing dna polymerase activity and genes encoding it - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 HAM-1 유사 유전자들 및 디엔티파아제 피로포스파타아제(dNTPase pyrophosphatase)와 TNA1 HAM-1 사이의 서열유사성을 나타낸다. FIG. 1 shows sequence similarity between HAM-1 like genes and dNTPase pyrophosphatase and TNA1 HAM-1.
도 2는 재조합 히스 태그된(His6-tagged) TNA1 HAM-1의 SDS-PAGE를 나타낸다. 레인 1, 저분자 범위 표준(Bio-Rad); 레인 2, 히스 태그된 친화 크로마토그래피에 의해 분리된 TNA1 HAM-1 2 shows the SDS-PAGE of recombinant His 6 -tagged TNA1 HAM-1.
도 3은 다양한 DNA 중합효소들의 PCR 증폭에서 dITP의 영향을 나타낸다. (A) dITP 농도(0, 0.025, 0.05, 0.1, 0.2mM)에 따른 rTaq과 TNA1 DNA 중합효소의 PCR 증폭, (B) dITP가 존재하지 않은 경우(dITP X)와 dITP가 존재하는 경우(0.05mM dITP)에 다양한 DNA 중합효소들의 PCR 증폭 3 shows the effect of dITP on PCR amplification of various DNA polymerases. (A) PCR amplification of rTaq and TNA1 DNA polymerase according to dITP concentration (0, 0.025, 0.05, 0.1, 0.2 mM), (B) dITP free (dITP X) and dITP free (0.05) PCR amplification of various DNA polymerases in mM dITP)
도 4는 다양한 DNA 중합효소들의 PCR 증폭에서 TNA1 HAM-1의 영향을 나타낸다. 4 shows the effect of TNA1 HAM-1 on PCR amplification of various DNA polymerases.
도 5는 재조합 플라스미드 벡터의 개열지도를 나타낸 것이다. 5 shows a cleavage map of the recombinant plasmid vector.
본 발명은 DNA 중합효소 활성 증가 단백질 및 이를 암호화 하는 유전자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 Thermococcus sp. NA1으로부터 유래되어진 DNA 중합효소 활성 증가 단백질에 관한 것이다.The present invention relates to a DNA polymerase activity increasing protein and a gene encoding the same, more specifically Thermococcus sp. It relates to a DNA polymerase activity increasing protein derived from NA1.
최근 게놈 연구의 진보로 인하여 막대한 양의 유전자 서열 정보가 획득되어 왔다. 종래의 유전자 공학 및 게놈 연구 기술의 일반적인 조합과 함께, 몇몇의 고호열성 미생물의 게놈 서열은 생물공학 분야에서 열에 강한 효소라는 특성을 가지기 때문에 많은 관심을 받고 있으며, 다양한 열 안정적 효소가 생물공학적인 목적으로 개발되고 있다. Recent advances in genomic research have yielded enormous amounts of gene sequence information. With the general combination of conventional genetic engineering and genomic research techniques, the genomic sequences of some highly thermophilic microorganisms have received a lot of attention because of their ability to be heat-resistant enzymes in the field of biotechnology. Is being developed.
이러한 열 안정적인 호열성 DNA 중합효소와 이를 이용한 중합효소 연쇄반응 (PCR)은 단백질 및 유전자 연구에서 중요한 기여를 하고 있으며, 현재 생물학의 응용 분야에서 널리 사용되고 있다. 실제로 50개 이상의 DNA 중합효소 유전자들이 호열성 생물 및 고세균을 포함한 다양한 생물체로부터 클론되었으며, 최근에는 일반적인 Taq 중합효소 보다 프루프리딩 (proofreading) 활성도에 기초하여 PCR 에서 높은 충실도 (fidelity)를 가지는 고호열성 세균인 파이로코커스 속 (Pyrococcus sp.) 및 써모코커스 속 (Thermococcus sp.) 균주들로부터 B 패밀리 DNA 중합효소가 분리되어 널리 사용되었다. 그렇지만, 높은 충실도의 중합효소는 DNA 신장 능력 (elongation ability)에 있어 낮기 때문에 상기 장점에도 불구하고 많은 개선이 요구된다. Such thermostable thermophilic DNA polymerase and polymerase chain reaction (PCR) using the same have important contributions in protein and gene research, and are widely used in biological applications. In fact, more than 50 DNA polymerase genes have been cloned from various organisms, including thermophilic and archaea, and recently, highly thermophilic bacteria with higher fidelity in PCR based on proofreading activity than common Taq polymerase. B family DNA polymerase was isolated and widely used from Pyrococcus sp. And Thermococcus sp. Strains. Nevertheless, high fidelity polymerases are low in DNA elongation ability and require many improvements despite the above advantages.
본 발명자들은 이미 PACMANUS 필드의 심해 열수 분출구 지역으로부터 새로운 고호열성 균주를 분리하고 16S rDNA 서열을 분석하여 써모코커스 속 (Thermococcus sp.) 균주로 동정한 다음, 이 균주로부터 열 안정적인 효소를 찾기 위하여 전체 게놈 (genome) 서열을 분석한 바 있었다. 상기 게놈 정보를 분석한 결과 상기 균주가 B 타입의 DNA 중합효소를 가지고 있는 것을 확인하고, 상기 균주로부터 DNA 중합효소에 해당하는 유전자를 클론하고 이 유전자를 대장균에서 발현시켰으며, 재조합 DNA 중합효소를 순수 분리하여 고-신장 능력 및 고-충실도를 가지는 DNA 중합효소에 대해 특허출원한 바 있었다 (대한민국 특허출원 제 2005-0094644호 참조). 그러나, 고-충실도 DNA 중합효소는 강한 엑소뉴클레아제 활성과 낮은 진행도(processivity) 때문에 다양한 PCR에 적용하기에는 많은 개선이 필요하다.We have already isolated new highly thermophilic strains from the deep-sea hydrothermal spout area of PACMANUS field and analyzed the 16S rDNA sequence for thermococcus. Thermococcus sp. Was identified, and the entire genome sequence was analyzed to find a heat stable enzyme from the strain. Analysis of the genomic information confirmed that the strain had a DNA polymerase of type B, cloned the gene corresponding to the DNA polymerase from the strain and expressed this gene in E. coli, and recombinant DNA polymerase There has been a patent application for a DNA polymerase having high-extension and high-fidelity by pure separation (see Korean Patent Application No. 2005-0094644). However, high-fidelity DNA polymerases require many improvements for various PCR applications due to their strong exonuclease activity and low processivity.
이에 본 발명자들은 DNA 중합효소와 함께 사용되어질 때, DNA 중합효소의 진행도(processivity)를 증가시키는 HAM-1 유사 단백질을 써모코커스 속 (Thermococcus sp.)에서 분리하였다. 본 발명의 HAM-1 유사 단백질은 DNA 중합이 이루어지는 모든 반응에 사용이 가능하다. 특히, 중합효소 연쇄반응에 있어서, DNA 중합효소의 활성을 보조하여서 높은 민감도와 신속성이 요구되는 DNA 증폭 반응에 본 발명의 단백질을 이용할 수 있다는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다. Therefore, the present inventors have found a thermococcus HAM-1-like protein, which, when used with a DNA polymerase, increases the processivity of the DNA polymerase. It was isolated from the genus ( Thermococcus sp.). The HAM-1 like protein of the present invention can be used for all reactions in which DNA polymerization takes place. In particular, in the polymerase chain reaction, it was confirmed that the protein of the present invention can be used for DNA amplification reactions that require high sensitivity and rapidity by assisting the activity of the DNA polymerase.
본 발명은 신규한 DNA 중합효소 증가 단백질 및 이를 암호화 하는 유전자를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 발명 상기 유전자를 삽입하여 제조한 재조합 벡터를 제공하고, 이를 이용하여 형질전환된 숙주세포를 이용한 DNA 중합효소 활성 증가세 생산방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. It is an object of the present invention to provide a novel DNA polymerase increasing protein and a gene encoding the same. It is also an object of the present invention to provide a recombinant vector prepared by inserting the gene, and to provide a method for increasing DNA polymerase activity using a transformed host cell using the same.
상기한 목적을 위하여, 본 발명의 제 1 태양은 서열번호 1를 가지는 단백질 및 기능적 동등물을 제공한다. 보다 상세하게는 DNA 중합 진행도(processivity)를 증가시키는 것을 특징으로 하는 DNA 중합 증가용 단백질 및 이의 기능적 동등물을 제공한다. 본 발명의 "기능적 동등물"에는 구체적으로 서열 번호 1에 기재된 아미노산 서열을 함유하는 DNA 중합 증가 단백질, 또는 이 단백질의 DNA 중합 증가 활성 및/또는 DNA 중합 증가 활성을 실질적으로 경감시킴이 없이 하나 이상의 아미노산이 첨가, 치환 또는 제거된 상기 단백질의 작용성 등가 유사체를 포함한다.For this purpose, a first aspect of the present invention provides a protein having SEQ ID NO: 1 and a functional equivalent. More specifically, it provides a protein for increasing DNA polymerization and a functional equivalent thereof, characterized by increasing the DNA polymerization process (processivity). “Functional equivalents” of the present invention specifically include one or more DNA polymerization-increasing proteins containing the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1, or at least one without substantially alleviating DNA polymerization-increasing activity and / or DNA polymerization-increasing activity of the protein. Functional equivalent analogues of said proteins with amino acids added, substituted or removed.
또한, 본 발명은 전술한 단백질의 공개된 아미노산 서열로부터 시험관내에서 합성된 전술한 단백질을 포함한다.The invention also encompasses the aforementioned proteins synthesized in vitro from the published amino acid sequences of the aforementioned proteins.
또한, 본 발명은 본 발명에 기재된 서열번호 1의 단백질의 아미노산 서열과 55% 이상 유사한 아미노산 서열을 갖고 있는 정제 단백질을 포함한다. 바람직하게는 유사성이 60% 이상인 것이고, 보다 바람직하게는 유사성이 70%이상인 것이며, 가장 바람직하게는 유사성이 80% 이상인 것이다. 본 발명에 있어서 유사성이 55% 이상인 아미노산 서열이란, 적절하게 배열시켰을때 동일한 위치의 아미노산이 55% 이상 동일하거나 유사한 것으로, 4개 이하의 갭을 허용하되 총 10개 이하의 아미노산 잔기가 영향을 받음을 의미한다. The present invention also encompasses purified proteins having an amino acid sequence that is at least 55% similar to the amino acid sequence of the protein of SEQ ID NO: 1 described herein. Preferably, the similarity is at least 60%, more preferably at least 70%, and most preferably at least 80%. In the present invention, the amino acid sequence having 55% or more similarity means that the amino acid at the same position is 55% or more identical or similar when properly arranged, allowing up to 4 gaps but having a total of 10 amino acid residues or less. Means.
아미노산 서열들 중에서 일부 또는 전부가 치환은 보존적인 치환이 되는 것이 바람직하다. 천연에 존재하는 아미노산의 보존적 치환의 예를 들면 다음과 같다; 지방족 아미노산(Gly, Ala, Pro), 소수성 아미노산(Ile, Leu, Val), 방향족 아미노산(Phe, Tyr, Trp), 산성 아미노산(Asp, Glu), 염기성 아미노산(His, Lys, Arg, Gln, Asn) 및 황 함유 아미노산(Cys, Met). 또한, 이 때 아미노산의 결실은 DNA 중합 활성 증가에 직접 관여하지 않는 부분에 위치하는 것이 바람직하다. Substitution of some or all of the amino acid sequences is preferably a conservative substitution. Examples of conservative substitutions of amino acids present in nature are as follows; Aliphatic amino acids (Gly, Ala, Pro), hydrophobic amino acids (Ile, Leu, Val), aromatic amino acids (Phe, Tyr, Trp), acidic amino acids (Asp, Glu), basic amino acids (His, Lys, Arg, Gln, Asn ) And sulfur containing amino acids (Cys, Met). In addition, it is preferable that the deletion of an amino acid is located in the part which is not directly involved in the increase of DNA polymerization activity at this time.
본 발명의 제 2 태양은 서열번호 1의 단백질을 암호화 하는 핵산서열을 제공한다. 상기 핵산서열은 구체적으로 서열번호 2이다.A second aspect of the present invention provides a nucleic acid sequence encoding a protein of SEQ ID NO: 1. The nucleic acid sequence is specifically SEQ ID NO: 2.
핵산서열의 퇴화에 따라서, 상기 서열번호 1를 암호화하는 핵산서열은 다양하게 제조될 수 있다. 상기 "핵산서열"이란 용어는 선택적 발현성이 확인된 천연의 mRNA, 그에 상보적인 cDNA 서열 및 이에 등가의 핵산서열을 포함한다. As the nucleic acid sequence degenerates, the nucleic acid sequence encoding SEQ ID NO: 1 may be prepared in various ways. The term "nucleic acid sequence" includes a natural mRNA having a selective expression, a cDNA sequence complementary thereto and an equivalent nucleic acid sequence.
"등가의 핵산서열"에는 본 명세서에서 제공하는 서열과 알릴(allelic)변형에 의한 서열, 종(species)간의 변이에 의한 서열 또는 코돈 축퇴성 서열을 포함한다. “Equivalent nucleic acid sequences” include sequences provided herein, sequences by allyl modifications, sequences by species-to-species variations, or codon degenerate sequences.
"코돈 축퇴성 서열"이란 상기 자연 발생의 서열과는 상이하나 본 발명에 개시된 서열번호1의 폴리펩타이드와 동일한 서열의 폴리펩타이드를 코드하는 핵산서열을 의미한다. "Codon degenerate sequence" refers to a nucleic acid sequence that encodes a polypeptide that is different from the naturally occurring sequence but is identical to the polypeptide of SEQ ID NO: 1 disclosed herein.
"알릴(allelic) 변형에 의한 서열" 또는 "종(species)간 변형에 의한 서열"은 상기 자연 발생의 핵산서열과는 상이하나 본 명세서에 개시된 상기 폴리펩타이드들과 실질적으로 동일한 기능적 성질을 보유하는 폴리펩타이드를 코드하는 핵산서열을 의미한다. "Sequence by Allyl Modification" or "Sequence by Interspecies Modification" is different from the naturally occurring nucleic acid sequence but possesses substantially the same functional properties as the polypeptides disclosed herein. Refers to a nucleic acid sequence encoding a polypeptide.
본 발명의 제 3 태양은 상기 단백질을 이용하여, DNA 중합효소에 의한 DNA 중합을 증가시키는 방법을 제공한다.A third aspect of the invention provides a method of increasing DNA polymerization by DNA polymerase using the protein.
본 발명의 "DNA 중합효소"는 상보적인 주형 DNA 가닥과 프라이머를 이용하여 뉴클레오타이드를 자라는 3'하이드록시 그룹에 연속적으로 첨가함으로써 데옥시뉴클레오타이드 트리포스페이트로부터 5' -> 3'방향으로 DNA 를 합성하는 효소이다. 주형 가닥이 왓슨-크릭 염기쌍에 의해 첨가되어지는 뉴클레오타이드의 순서를 결정한다.The "DNA polymerase" of the present invention synthesizes DNA in the 5 '-> 3' direction from deoxynucleotide triphosphate by successively adding nucleotides to growing 3'hydroxy groups using complementary template DNA strands and primers. It is an enzyme. The template strand determines the order of nucleotides added by Watson-Crick base pairs.
본 발명에 따른 서열번호 1의 단백질과 DNA 중합효소를 혼합하여 사용하는 경우에는 DNA 복제률이 증가한다. 따라서 상기 서열번호 1의 단백질과 DNA 중합효소를 혼합물을 중합효소 연쇄 반응(Polymerase Chain Reaction; PCR) 방법에 사용할 경우 보다 효율적으로 목적 DNA를 증폭할 수 있다. DNA 중합효소와 서열번호 1의 단백질을 혼합하는 방법은 동시 또는 이식적으로 혼합되어질 수 있다. 즉 PCR 반응액에 DNA 중합효소와 서열번호 1의 단백질 혼합액을 먼저 넣어준 후 목적 DNA 절편을 넣고 중합효소 연쇄 반응을 수행할 수 있고, DNA 중합효소가 포함된 프리믹스에 목적 DNA를 넣어준 후 추가적으로 서열번호 1의 단백질을 공급해 중합효소 연쇄반응을 수행할 수도 있다. In the case of using a mixture of the protein of SEQ ID NO: 1 and the DNA polymerase according to the present invention, the DNA replication rate is increased. Therefore, when the mixture of the protein of SEQ ID NO: 1 and the DNA polymerase are used in the polymerase chain reaction (PCR) method, the target DNA can be more efficiently amplified. The method of mixing the DNA polymerase and the protein of SEQ ID NO: 1 may be mixed simultaneously or transplanted. That is, the DNA polymerase and the protein mixture of SEQ ID NO: 1 may be put into the PCR reaction solution, and then the target DNA fragments may be added to the polymerase chain reaction, and the target DNA may be additionally added to the premix containing the DNA polymerase. The protein of SEQ ID NO: 1 may be supplied to perform a polymerase chain reaction.
본 발명의 제 4 태양은 서열번호 1의 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다.A fourth aspect of the invention provides a recombinant vector comprising the gene of SEQ ID NO: 1.
본 발명에서 사용되는 벡터라는 용어는 또다른 핵산을 그것에 결합시켜 이송시킬 수 있는 핵산 분자를 의미한다. 발현벡터란 용어는 상기 벡터에 의해 운반되는 각 재조합형 유전자에 의해 암호화되는 단백질을 합성시킬 수 있는 플라스미드, 코스미드 또는 파아지를 포함한다. 바람직한 벡터는 그것이 결합된 핵산을 자기 복제 및 발현시킬 수 있는 벡터이다. The term vector, as used herein, refers to a nucleic acid molecule capable of binding and transferring another nucleic acid thereto. The term expression vector includes plasmids, cosmids or phages capable of synthesizing proteins encoded by each recombinant gene carried by the vector. Preferred vectors are vectors capable of self-replicating and expressing the nucleic acid to which they are bound.
본 발명의 제 5 태양은 상기 재조합벡터로 형질전환된 숙주세포를 제공한다.The fifth aspect of the present invention provides a host cell transformed with the recombinant vector.
본 발명에서 사용되는 '형질전환'이란 용어는 외래 DNA 또는 RNA가 세포에 흡수되어 세포의 유전형이 변화되는 것을 말한다The term 'transformation' used in the present invention means that foreign DNA or RNA is absorbed into the cell and the genotype of the cell is changed.
숙주세포는 이에 제한 되는 것은 아니나, 원핵세포, 효모세포, 곤충세포를 포함한다. 바람직하기는 원핵세포 중에 대장균이 가장 바람직하다. 대장균을 배양하는 방법은 당업계에서 통상적으로 사용되는 대장균의 배양법을 의미한다.Host cells include, but are not limited to, prokaryotic cells, yeast cells, insect cells. Preferably, E. coli is most preferred among prokaryotic cells. Method of culturing E. coli means a method of culturing E. coli commonly used in the art.
본 발명의 제 6 태양은 상기 숙주세포를 이용한 서열번호 2의 단백질을 생산하는 방법을 제공한다. 발현하고자 하는 임의의 재조합 단백질이란 인간의 단백질을 포함하여, 질병 치료에 사용되거나 또는 산업상 이용가능한 모든 단백질을 의미한다.A sixth aspect of the present invention provides a method for producing a protein of SEQ ID NO: 2 using the host cell. By any recombinant protein to be expressed is meant any protein used in the treatment of a disease or industrially available, including human proteins.
본 발명의 제 7 태양은 서열번호 2의 단백질을 주입하여 제조되는 것을 특징으로 하는 서열번호 2의 단백질 특이적 항체를 제공한다. A seventh aspect of the present invention provides a protein specific antibody of SEQ ID NO: 2, which is prepared by injecting the protein of SEQ ID NO: 2.
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. However, the following examples are merely to illustrate the invention, but the content of the present invention is not limited to the following examples.
실시예 1. TNA1 HAM-1 유전자의 클로닝 및 재조합 효소의 발현Example 1. Cloning of TNA1 HAM-1 Gene and Expression of Recombinant Enzymes
균주 및 배양 조건Strains and Culture Conditions
써모코커스 속 NA1(Thermococcus sp. NA1)을 이스트 마뉴스 바신(East Manus Basin)의 심해 열수 분출구로부터 분리하였다. 써모코커스 속 NA1(Thermococcus sp. NA1)을 배양하여 DNA를 조작하기 위해서 YPS 배지를 사용하였고, 써모코커스 속 NA1(Thermococcus sp. NA1)의 배양 및 균주 유지는 표준적인 방법에 의하여 행하여졌다. 써모코커스 속 NA1(Thermococcus sp. NA1) 균주의 시드(seed) 배양을 준비하기 위하여, 25ml 혈청 병에 들어 있는 YPS 배지에 파타겔 플레이트(phytagel plate) 위에 형성된 단일 콜로니를 접종하였고, 20시간 동안 90℃에서 배양하였다. 시드 배양은 혐기적 단지(jar)에서 YPS 배지 700ml을 접종하는데 사용되었고, 20시간 동안 90℃에서 배양되었다. Thermococcus sp. NA1 was isolated from deep-sea hydrothermal spouts of East Manus Basin. YPS medium was used to manipulate DNA by culturing Thermococcus sp. NA1 and thermococcus sp. NA1, and culture and strain maintenance of Thermococcus sp. NA1 were performed by standard methods. In order to prepare seed cultures of Thermococcus sp. NA1 strains, a single colony formed on a physical plate was inoculated in YPS medium in a 25 ml serum bottle, and 90 hours for 20 hours. Incubated at ℃. Seed culture was used to inoculate 700 ml of YPS medium in an anaerobic jar and incubated at 90 ° C. for 20 hours.
플라스미드 증식 및 핵산 서열분석을 위하여 E. coli DH5α를 사용하였다. E. coli BL21-Codonplus(DE3)-RIL 세포(스트라타진, 라졸라, 캘리포니아) 및 플라스미드 pET-24a(+)(노바겐, 메이디슨, 위스콘신)가 유전자 발현을 위해 사용되었다. E. coli 균주는 37℃에서 루리아-베르타니(Luria-Bertani) 배지 안에서 배양되었고, 카나마이신이 최종농도 50㎍/ml이 되도록 배지에 첨가되었다. E. coli DH5α was used for plasmid propagation and nucleic acid sequencing. E. coli BL21-Codonplus (DE3) -RIL cells (stratazine, Lazola, Calif.) And plasmid pET-24a (+) (Novagen, Madison, Wisconsin) were used for gene expression. E. coli strains were incubated in Luria-Bertani medium at 37 ° C. and kanamycin was added to the medium to a final concentration of 50 μg / ml.
DNA 조작 및 서열분석DNA Manipulation and Sequencing
DNA 조작은 샘브록 및 러셀에 의해 기술된 것처럼 표준적인 방법으로 행하였다. 써모코커스 속 (Thermococcus sp.)의 게놈 DNA는 표준적인 방법으로 분리되었다. 제한효소 및 다른 변형시키는 효소는 프로메가(메이디슨, 위스콘신)로부터 구매하였다. E. coli 세포로부터 플라스미드 DNA의 적은 양의 제조는 플라스미드 미니 키트(퀴아겐, 힐덴, 독일)를 이용하여 수행하였다. DNA 서열분석은 빅다이 터미네이터 키트(PE Applied Biosystems, 포스터 시, 캘리포니아)를 이용하여 자동 서열분석기(AB3100)로 수행하였다.DNA manipulations were performed by standard methods as described by Sambrok and Russell. Genomic DNA of the Thermococcus sp. Was isolated by standard methods. Restriction enzymes and other modifying enzymes were purchased from Promega (Madison, Wisconsin). Small amounts of plasmid DNA production from E. coli cells were performed using the plasmid mini kit (Qiagen, Hilden, Germany). DNA sequencing was performed with an automated sequencer (AB3100) using the Big Die Terminator Kit (PE Applied Biosystems, Foster City, CA).
TNA1 HAM-1 암호화 유전자의 클로닝 및 발현Cloning and Expression of the TNA1 HAM-1 Coding Gene
NdeI 및 SalI에 의해 플랭크(flank)된 써모코커스 속 NA1(Thermococcus sp. NA1) HAM-1의 유전자의 전장 길이는 게놈 DNA와 두 개의 프라이머를 이용하여 증폭하였다. 센스 프라이머는 5′- CG ACC CGG CAT ATG AGG CTG GCG TTC ATC ACT TC-3′(서열번호 3)이고, 안티센스 프라이머는 5′-CT CCA CAT CTC GAG TTT AAG GTT TTC CTT TAG CCA C-3′(서열번호 4)이다. 상기 센스 프라이머에 밑줄 친 서열이 NdeI 사이트이고, 안티센스 프라이머에 밑줄 친 서열이 XhoI이다. 증폭되어진 서열을 NdeI 및 XhoI로 다이제스트 하였고, NdeI/XhoI 다이제스트 된 pET-24a(+)에 연결하였다. 연결물(ligate)을 E. coli DH5α에 형질전환 하였고, 결과적으로 나온 플라스미드는 서열분석 및 발현을 위해 E. coli BL21-CodonPlus(DE3)-RIL 및 E. coli Rosetta(DE3)pLysS로 각각 형질전환 하였다. 유전자의 과량발현은 이소프로필-β-D-티오갈락토피라노사이드(IPTG)를 중간 기하급수적 성장기에 첨가하고, 37℃에서 3시간 동안 항온 배양함으로써 유도하였다. 세포는 원심분리(4℃에서 20분간 6,000 x g)를 통하여 얻었고, 0.1M KCl 및 10% 글리세롤을 포함하는 50mM 트리스-HCl 완충용액(pH 8.0)에서 재현탁시켰다. 세포를 초음파에 의해서 분쇄하였고, 원심분리(4℃에서 30분간 20,000 x g)에 의해서 분리하였다. 얻어진 상등액은 TALONTM 금속 친화성 레진(BD Bioscience Clontech, 파우로 알토, 캘리포니아)의 컬럼에 처리하였고, 0.1 M KCl 및 10% 글리세롤을 포함하는 50mM 트리스-HCl 완충용액(pH 8.0)안의 10mM 이미다졸(시그마, 세이트 루이스, 미주리)로 세척하였고, 완충용액내의 300mM으로 용출하였다. 다음으로, 모아진 분획은 Centricon YM-10(밀리포어, 베드포드, 메사추세스)을 이용하여 10% 글리세롤이 포함되어 있는 50mM 트리스-HCl(pH 8.0) 완충용액으로 완충용액교환이 되었다.The full length of the gene of Thermococcus sp . NA1 HAM-1 flanked by Nde I and Sal I was amplified using genomic DNA and two primers. The sense primer is 5′- CG ACC CGG CAT ATG AGG CTG GCG TTC ATC ACT TC-3 ′ (SEQ ID NO: 3), and the antisense primer is 5′-CT CCA CAT CTC GAG TTT AAG GTT TTC CTT TAG CCA C-3 ′ (SEQ ID NO: 4). The sequence underlined by the sense primer is the Nde I site and the sequence underlined by the antisense primer is Xho I. The amplified sequence was digested with Nde I and Xho I and linked to Nde I / Xho I digested pET-24a (+). The ligation was transformed into E. coli DH5α, and the resulting plasmids were transformed with E. coli BL21-CodonPlus (DE3) -RIL and E. coli Rosetta (DE3) pLysS, respectively, for sequencing and expression. It was. Overexpression of the gene was induced by adding isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside (IPTG) to the intermediate exponential growth phase and incubating at 37 ° C. for 3 hours. Cells were obtained by centrifugation (6,000 × g for 20 min at 4 ° C.) and resuspended in 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) containing 0.1M KCl and 10% glycerol. Cells were pulverized by ultrasound and separated by centrifugation (20,000 × g for 30 min at 4 ° C.). The resulting supernatant was treated on a column of TALON ™ metal affinity resin (BD Bioscience Clontech, Palo Alto, Calif.) And 10 mM imidazole in 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) containing 0.1 M KCl and 10% glycerol. (Sigma, St. Louis, Missouri) and eluted at 300 mM in buffer. The collected fractions were then buffer exchanged with 50 mM Tris-HCl (pH 8.0) buffer containing 10% glycerol using Centricon YM-10 (Millipore, Bedford, Mass.).
브래드포드(Bradford, 1976)의 방법으로 단백질 농도를 측정하였다. 표준 방법으로 수행되어진 소디움 도데실 설페이트-폴리아크릴아마이드 겔 전기영동(SDS-PAGE) 분석에 의해서 단백질의 정제도를 조사하였다(Laemmli, 1970).Protein concentration was measured by the method of Bradford (1976). Purity of the protein was examined by Sodium Dodecyl Sulfate-Polyacrylamide Gel Electrophoresis (SDS-PAGE) analysis performed by standard methods (Laemmli, 1970).
결과result
써모코커스 속 NA1(Thermococcus sp. NA1)의 게놈 염기서열 분석에서, 본 발명의 발명자들은 555 bp로 구성되고, 184 아미노산으로 구성된 21 kDa의 암호화 유전자의 오픈 리딩 프레임(ORF)을 발견하였다. 일차 구조를 다른 HAM-1 유사유전자의 서열과 비교 분석하였다(도 1). 그 결과 써모코커스 속 OGL-20P(Thermococcus sp. OGL-20P)의 HAM-1 유전자(AAP45001)와 79%, 써모코커스 코다카라엔시스 KOD1(Thermococcus kodakaraensis KOD1)의 HAM-1 유전자(YP_184524)와 78%, 메타노칼도코커스 야나시(Methanocaldococcus jannaschii DSM 2661)의 mj0226 유전자와 46%의 상동성을 보였다.In genome sequencing of Thermococcus sp. NA1, the inventors of the present invention found an open reading frame (ORF) of a 21 kDa coding gene consisting of 555 bp and consisting of 184 amino acids. The primary structure was compared and analyzed with the sequences of other HAM-1 pseudogenes ( FIG. 1 ). As a result, thermodynamic Rhodococcus genus OGL-20P (Thermococcus sp. OGL -20P) HAM-1 gene (AAP45001) with 79%, and 78% Thermococcus Lactococcus coder color N-Sys KOD1 HAM-1 gene (YP_184524) of (Thermococcus kodakaraensis KOD1) , 46% homology with the mj0226 gene of Methanocaldococcus jannaschii DSM 2661.
TNA1 HAM-1 유전자를 PCR에 의하여 pET-24a(+) 벡터에 클로닝하였고 대장균 BL21-Codonplus(DE3)-RIL에 형질전환해서 발현하였다. SDS-PAGE에서, 95%이상 순수분리된 효소는 아미노산 서열로부터 추정된 21 kDa에서 단일 밴드로 관찰되었다(도 2) TNA1 HAM-1 gene was cloned into pET-24a (+) vector by PCR and transformed and expressed in E. coli BL21-Codonplus (DE3) -RIL. In SDS-PAGE, at least 95% pure isolated enzyme was observed in a single band at 21 kDa estimated from the amino acid sequence ( FIG. 2 ).
실시예 2. TNA1 HAM-1 단백질의 PCR 적용Example 2. PCR Application of TNA1 HAM-1 Protein
TNA1 HAM-1 단백질을 이용하여 고 충실도(high fidelity) DNA 중합효소의 이노신 트리포스패이트(Inosine triphosphate; ITP) 존재시 PCR 전해활성을 극복함으로써 PCR 수율을 향상시키는 효과를 살펴보았다. 50 ng의 TNA1 HAM-1 단백질을 다양한 고 충실도(high fidelity) DNA 중합효소(TNA1_pol)의 PCR 반응에 첨가하였다. PCR 반응은 2.5U DNA 중합효소, 주형으로 써모코커스 속 NA1(Thermococcus sp. NA1)의 150 ng 게놈 DNA, 10 pmol 프라이머, 200μM dNTPs, PCR 반응 완충용액으로 구성되었다. 프라이머는 2kb에서 15kb를 증폭하기 위해 제안되었다(표 1). Using TNA1 HAM-1 protein, we examined the effect of improving PCR yield by overcoming PCR electrolytic activity in the presence of Inosine triphosphate ( ITP ) of high fidelity DNA polymerase. 50 ng of TNA1 HAM-1 protein was added to the PCR reaction of various high fidelity DNA polymerases (TNA1_pol). The PCR reaction consisted of 2.5 U DNA polymerase, 150 ng genomic DNA of Thermococcus sp. NA1 as a template, 10 pmol primer, 200 μM dNTPs, and PCR reaction buffer. Primers were proposed to amplify 15 kb to 2 kb ( Table 1 ).
<표1> 본 발명에 사용되어진 PCR 프라이머 서열 TABLE 1 PCR primer sequences used in the present invention
우선 고 충실도 DNA 중합효소는 비교적 낮은 농도의 dITP의 존재에 의해 PCR 증폭이 저해된다는 것을 확인할 수 있었다(도 3). PCR 증폭에서 dITP는 dATP의 탈아미노화(deamination)에 의해 자동적으로 생성될 수 있으며, 고 충실도 DNA 중합효소의 PCR 효율을 낮추는 주요한 원인으로 보인다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 TNA1 HAM-1 단백질을 고 충실도 DNA 중합효소의 PCR 반응에 첨가하여 효과를 확인하였다. First, it was confirmed that high fidelity DNA polymerase inhibited PCR amplification by the presence of relatively low concentration of dITP ( FIG. 3 ). In PCR amplification, dITP can be generated automatically by deamination of dATP, and appears to be a major cause of lowering the PCR efficiency of high fidelity DNA polymerase. To solve this problem, TNA1 HAM-1 protein was added to the PCR reaction of high fidelity DNA polymerase to confirm the effect.
도 4에서와 같이 고 충실도 DNA 중합효소의 PCR 반응에 TNA1 HAM-1 단백질을 첨가한 경우가 첨가하지 않은 경우보다 전체적으로 타겟 DNA를 효과적으로 증폭할 수 있었다. 이러한 효과는 TNA1 HAM-1 단백질이 용액 내에 존재하는 dITP를 효과적으로 제거함으로써, 스톨링(stalling) 현상이 발생하는 것을 막아 효과적인 PCR 증폭이 일어났기 때문인 것으로 보인다. As shown in FIG. 4 , the addition of the TNA1 HAM-1 protein to the PCR reaction of the high fidelity DNA polymerase was able to amplify the target DNA more effectively than the whole without the addition. This effect seems to be due to the effective removal of dITP in the TNA1 HAM-1 protein in solution, thereby preventing stalling from occurring and effective PCR amplification.
본 발명에 따른 HAM-1 유사 단백질은 DNA 중합효소와 함께 사용되어질 때, DNA 중합효소의 진행도(processivity)를 증가시킨다. 따라서, 본 발명의 HAM-1 유사 단백질은 DNA 중합이 이루어지는 모든 반응에 사용이 가능하다. 특히, 중합효소 연쇄반응에 있어서, DNA 중합효소의 활성을 보조하여서 높은 민감도와 신속성이 요구되는 DNA 증폭 반응에 본 발명의 단백질을 이용할 수 있다.The HAM-1 like protein according to the present invention, when used with a DNA polymerase, increases the processivity of the DNA polymerase. Therefore, the HAM-1 like protein of the present invention can be used for all reactions in which DNA polymerization is performed. In particular, in the polymerase chain reaction, the protein of the present invention can be used for DNA amplification reactions that require high sensitivity and rapidity by assisting the activity of the DNA polymerase.
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