KR101105271B1

KR101105271B1 - 돌연변이 나노아케움 이퀴탄스 ａ５２３ｒｄｎａ 중합효소 및 이의 이용

Info

Publication number: KR101105271B1
Application number: KR1020090097261A
Authority: KR
Inventors: 권석태; 송재근; 조성숙
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2009-10-13
Publication date: 2012-01-17
Also published as: US20110086387A1; KR20110040116A

Abstract

본 발명은 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어지는 나노아케움 이퀴탄스(Nanoarchaeum equitans) 유래 DNA 중합효소 (Neq DNA 중합효소)에서, 점 돌연변이에 의하여 523번째 아미노산인 알라닌이 알기닌으로 치환된, 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진 돌연변이 Neq A523R DNA 중합효소에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 돌연변이 Neq A523R DNA 중합효소를 코딩하는 핵산 서열로 이루어지는 유전자, 이 유전자를 포함하는 재조합 벡터, 상기 벡터로 형질전환된 형질전환체에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 돌연변이 Neq A523R DNA 중합효소를 포함하는 PCR 키트 및 Neq A523R DNA 중합효소의 제조방법에 대한 것이다.

DNA 중합효소(DNA polymerase), 나노아케움 이퀴탄스(Nanoarchaeum equitans), 중합효소 연쇄 반응 (polymerase chain reaction), 효소 진행성(Processivity)

Description

돌연변이 나노아케움 이퀴탄스 Ａ５２３ＲＤＮＡ 중합효소 및 이의 이용{MUTANT NANOARCHAEUM EQUITANS A523R DNA POLYMERASE AND ITS USE}

본 발명은 나노아케움 이퀴탄스(Nanoarchaeum equitans) 유래의 DNA 중합효소에 돌연변이를 일으킨 돌연변이 나노아케움 이퀴탄스 유래 DNA 중합효소 및 이의 이용에 관한 것이다.

DNA 중합효소(deoxyribonucleic acid polymerase, DNA polymerase, E.C. number 2.7.7.7)는 주형 DNA(template DNA)에 의존하여 5'→3' 방향으로 DNA를 합성하는 효소로서, 생명체에 있어 DNA 복제(replication)나 수리(repair)시에 가장 중요한 역할을 하는 효소이다.

DNA 중합 효소는 아미노산 서열을 근거로 하여 최소 여섯 개의 패밀리(family A, B, C, D, X, Y)로 나누어 질 수 있다(Ohmori, H. et al., 2001, Mol Cell 8, 7-8). 패밀리 B에 속하는 대부분의 DNA 중합효소들은 교정 활성(proofreading activity)이라 불리는 3'→5' 핵산 말단가수분해효소 활성(3'→5' exonuclease activity)을 가지고 있어서 높은 피델리티(fidelity)를 가지고 복제를 진행할 수 있다. 그들 중에서 고세균 유래의 패밀리 B DNA 중합효소는 우라실(uracil)과 하이포잔틴 (hypoxanthine)같은 탈아민화된 염기들을 인식하여 DNA 합성을 멈추게 하는 특이한 포켓을 N-말단 도메인에 가지고 있다(Fogg, M.J. et al., 2002, Nat Struct Biol, 9, 922-927; Gill, S. et al., 2007, J Mol Biol, 372, 855-863).

나노아케움 이퀴탄스(Nanoarchaeum equitans; Neq)는 아이슬랜드(Iceland)의 콜베인세이(Kolbeinsey)에 있는 해저 열수공(submarine hot-vent)으로부터 분리된 나노 크기의 혐기성 미생물(anaerobe)이다(Huber, H. et al., 2002, Nature, 417: 63-67). 이 균주는 엄격한 혐기 조건 하에서 특별한 숙주(specific host)인 이그니코커스속 균주 KIN4/I(Ignicoccus sp. strain KIN4/I)의 표면에서 기생을 하는 생물체이다.

Neq DNA 중합효소는 일반적인 패밀리 B DNA 중합효소와는 다른 구조를 가진다. Neq DNA 중합효소는 N-말단 도메인에 우라실을 인식하는 포켓을 가지고 있지 않고 탈아민화된 염기들을 잘 이용할 수 있는 고세균 유래의 패밀리 B DNA 중합효소로서, 최정진 등에 의해 처음으로 그 특성이 밝혀졌다 (Choi, J.J., et al., 2008, Appl Environ Microbiol, 74: 6563-6569).

Neq DNA 중합효소는 나노아케움 이퀴탄스 게놈 상에서 83,295 bp 떨어져 있는 2개의 유전자에 의해 암호화되어져 있다. 이 유전자들은 각각 분할된 미니 인테인을 암호화하고 있는 것으로 추정되는 염기서열들을 포함하고 있다(Waters, E. et al., 2003, Proc Natl Acad Sci USA, 100: 12984-12988). 분할되어 있는 두 단백질에서, 트랜스 스플라이싱에 의해 인테인들은 제거되고 익스테인들만이 펩타이드 결합으로 연결되어 형성된 단백질을 Neq C(protein trans-spliced form of Neq DNA polymerase)라고 하였다. 또한, 인테인 암호화 부위를 제거한 Neq DNA 중합효소 대 단편 유전자의 익스테인 암호화 부위와, 인테인 암호화 부위를 제거한 Neq DNA 중합효소 소 단편 유전자의 익스테인 암호화 부위를 재조합시켜서 하나의 폴리펩타이드 형태로 발현시켜 얻은 DNA 중합효소를 Neq P(genetically protein splicing-processed form of Neq DNA polymerase)로 하였다. 그리고 Neq C와 Neq P가 다른 방법으로 제조되었지만, 이 둘은 동일한 활성을 가질 뿐만 아니라 동일한 생화학적 특성을 나타내는 효소임이 밝혀졌다(Choi, J. J. et al., 2006, J Mol Biol , 356:1093-106; 권석태 외 2명, 2008, 및 대한민국 특허등록 제 10-0793007호). 또한 최근에 Neq DNA 중합효소와 Taq DNA 중합효소를 혼합한 Neq plus DNA 중합효소의 제조방법 및 우라실-DNA 글리코실라제와 dUTP를 이용한 PCR의 응용방법이 보고 되었다(Choi, J.J., et al., 2008, Appl Environ Microbiol, 74: 6563-6569).

PCR(중합효소 연쇄반응)은 분자생물학적인 기술일 뿐만 아니라, 바이러스, 병원성 세균의 감염여부를 확인하고 판단하는 데 매우 유용하게 사용되고 있다. 그러나 시료의 선별, 핵산의 분리 과정, 시료를 옮기는 과정, 시료의 PCR 과정, 시료 보관 및 전기영동 후 시료의 회수 과정 등에서 교차 오염(carry-over contamination)이 발생하기도 한다. 이러한 교차 오염은 극히 미량 일지라도 목적의 시료와 함께 증폭된다면 위양성(false-positive) 결과를 발생시킬 수 있으며, 이는 임상적 진단의 정확성을 낮추는 문제점이 된다.

PCR에서 발생하는 교차 오염을 방지하기 위한 방법으로서, dTTP 대신 dUTP를 넣어서 PCR을 수행하는 방법이 롱고(Longo) 등에 의해 제시 되었다(Longo, M. C. et al, 1990, Gene, 93:125-128). 또한, PCR 개시 전에 시료 내에 주형 DNA와 함께 극소량으로 오염된 우라실 함유 DNA를 제거시키기 위해 UDG를 처리하고, 가열에 의해 UDG를 불활성화 시킨 후, 다시 dTTP 대신 dUTP를 첨가하여 PCR을 수행하는 방법들이 보고된 바 있다(Rys, P. N., and D. H. Persing. 1993. J. Clin. Microbiol. 31:2356-2360.). 이로 인하여 최근에는 PCR 과정에서 UDG를 처리하거나, UDG를 포함하는 PCR 제품들이 판매되고 있는 추세이다. 특히 dTTP 대신 dUTP를 첨가하여 수행하는 PCR에는 Taq DNA 중합효소가 주로 이용되고 있다.

최근에 본 발명자들은 Neq DNA 중합효소의 PCR 효율성과 그의 PCR 응용성을 보고 하였으나, Neq DNA 중합효소는 Taq DNA 중합효소에 비해 증폭효율이 좋지 않은 문제점이 있었다(Choi, J.J., et al., 2008, Appl. Environ. Microbiol., 74: 6563-6569).

이에, 본 발명자들은 Neq DNA 중합효소와 아미노산 서열 상동성이 상당히 높고 이미 3차구조가 밝혀진 패밀리 B DNA 중합효소들(Hashimoto, H., et al., 2001, J. Mol. Biol. 306: 469-477; Hopfner, K.P., et al., 1999, Proc. Natl. Acad. Sci. U S A, 96: 3600-3605; Rodriguez A.C., et al., 2000, J. Mol. Biol. 299: 447-462)과 Neq DNA 중합효소를 비교하여, Neq DNA 중합효소의 3차 구조를 추정하였다.

본 발명은, Neq DNA 중합효소의 핑거스 서브 도메인 (fingers subdomain)의 중간에 위치하는 알라닌(Alanine)523(A523)을 점 돌연변이를 일으키는(site-directed mutagenesis) 방법을 통하여 다른 잔기로 치환함으로써, 성능이 향상된 돌연변이 Neq A523R DNA 중합효소 및 이의 제조방법을 제공한다.

본 발명을 통해 제조된 돌연변이 Neq A523R DNA 중합효소는 기존의 Neq DNA 중합효소에 비하여 약 3배 정도 향상된 진행성과 신장 속도를 가지고 있으며, 더 효율적으로 PCR을 수행할 수 있다. 또한 이를 바탕으로 돌연변이 Neq A523R DNA 중합효소가, dUTP를 이용한 리얼타임 PCR과 일반 PCR에서 Taq DNA 중합효소보다 더 우월하게 응용될 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어지는 나노아케움 이퀴탄스(Nanoarchaeum equitans) 유래 DNA 중합효소(Neq DNA 중합효소)에서, 점 돌연변이에 의하여 523번째 아미노산인 알라닌이 알기닌으로 치환된, 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진 돌연변이 Neq A523R DNA 중합효소를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 돌연변이 Neq A523R DNA 중합효소를 코딩하는 핵산 서열로 이루어진 유전자, 상기 유전자를 포함하는 재조합 벡터 및 상기 재조합 벡터로 형질전환된 형질전환체 (transformant)를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 돌연변이 Neq A523R DNA 중합효소를 포함하는 PCR 키트를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 돌연변이 Neq A523R DNA 중합효소 제조시 사용하는 서열번호 4의 A523R-F 프라이머 및 서열번호 5의 A523R-R 프라이머로 이루어진 프라이머 세트를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 돌연변이 Neq A523R DNA 중합효소를 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 돌연변이 Neq A523R DNA 중합효소를 이용한, 중합효소 연쇄반응(PCR) 수행 방법을 제공하기 위한 것이다.

패밀리 B DNA 중합효소은 이미 X-ray 3차구조가 밝혀져 있는 상태이다. 이 패밀리 B DNA 중합효소들과 Neq DNA 중합효소의 아미노산 서열은 상동성이 매우 높기 때문에, 이들의 구조는 서로 매우 유사할 것이라고 추정되었다. 이를 바탕으로 추정된 Neq DNA 중합효소의 구조로부터, Neq DNA 중합효소의 핑거스 서브도메인(Fingers subdomain)의 중간에 위치하는 523 알라닌(Alanine) 잔기(이하, 'A523'라고 함)를 오버랩핑 PCR을 통해 점 돌연변이를 유도하여 돌연변이 단백질을 생산하였으며, 제조된 돌연변이 유전자를 pET-22b(+)벡터에 클로닝하여 재조합 벡터를 제작하였다.

본 발명은 상기 돌연변이 Neq A523R DNA 중합효소를 코딩하는 핵산 서열로 이루어진 유전자를 포함한다. 상기 유전자는 바람직하게는 서열번호 3의 유전자이다.

또 다른 양태로서, 본 발명은 돌연변이 Neq A523R DNA 중합효소를 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 벡터 및 상기 재조합 벡터로 형질전환된 형질전환체(transformant)를 포함한다.

본 발명에서 용어, “벡터”는 숙주 세포에 DNA를 도입하여 단백질을 발현시키기 위한 수단을 말하며, 플라스미드 벡터, 코스미드 벡터, 박테리오파지 벡터 및 바이러스 벡터 등을 포함한 통상의 모든 벡터를 포함한다. 바람직하게는, 플라스미드 벡터이다.

적합한 발현벡터는 프로모터, 개시코돈, 종결코돈, 폴리아데닐화 시그널 및 인핸서 같은 발현 조절 엘리먼트 서열을 포함할 수 있다. 개시 코돈 및 종결 코돈은 유전자 작제물이 투여되었을 때 개체에서 반드시 작용을 나타내야 하며 코딩 서열과 인프레임(in frame)에 있어야 한다. 프로모터는 구성적 또는 유도성일 수 있고, 복제 가능한 발현벡터인 경우 복제 기원을 포함할 수 있다. 또한, 형질전환된 미생물을 선별하기 위한 약물 내성, 영양 요구성, 세포 독성제에 대한 내성 또는 표면 단백질의 발현과 같은 선택가능 표현형을 부여하는 선택성 마커들을 포함할 수 있다.

구체적으로, 본 발명은 서열번호 2의 아미노산 서열을 가지는 돌연변이 Neq A523R DNA 중합효소를 발현하는 pENPA523R 재조합 벡터를 포함한다. 또한 본 발명 은 상기 벡터로 형질전환된 형질전환체를 포함한다.

형질전환될 수 있는 숙주세포로 사용가능한 미생물은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 대장균(Escherichia coli), 로도코커스(rhodococcus), 슈도모나스 (Pseudomonas), 스트렙토마이세스(Streptomyces), 스타필로코커스 (Staphylococcus), 시폴러버스(Syfolobus), 써모플라즈마(Thermoplasma), 써모프로테우스(Thermoproteus) 등의 다양한 미생물을 포함한다. 바람직하게는 대장균으로, 대장균 XL1-blue, 대장균 BL21(DE3), 대장균 JM109, 대장균 DH 시리즈, 대장균 TOP10 및 대장균 HB101 등을 예로 들 수 있으나 이로 제한되는 것은 아니다.

구체적으로 본 발명은, pENPA523R로 형질전환된 미생물인 대장균(Escherichia coli) BL21-CodonPlus(DE3)-RIL/pENPA523R를 포함한다. Escherichia coli BL21-CodonPlus(DE3)-RIL/pENPA523R는 한국미생물보존센터에(Korean Culture Center of Microorganisms, 서울 서대문구 홍제1동 361-221)에 2009년 8월 19일자로 기탁되었다.

본 발명의 돌연변이 Neq A523R DNA 중합효소 유전자를 포함하는 벡터를 숙주세포에 형질전환시키는 데 있어서, 숙주세포의 형질전환에는 핵산을 세포 내로 도입하는 모든 방법이 포함되며, 숙주세포에 따라 적합한 기술을 선택하여 수행할 수 있다. 이러한 방법에는 전기충격유전자전달법 (electroporation), 원형질 융합, 인산칼슘(CaPO₄) 침전, 염화칼슘(CaCl₂) 침전 등이 포함되나, 이로 제한되지 않는다.

본 발명의 Neq A523R DNA 중합효소는 PCR 키트 성분으로 사용될 수 있다. 본 발명의 PCR 키트는, 상기 Neq A523R DNA 중합효소 외에도 분석 방법에 적합한 한 종류 또는 그 이상의 다른 구성 성분, 용액 또는 장치를 포함한다. 예를 들어 본 발명의 키트는 검출 프라이머를 포함하는 용기, 증폭반응 튜브 또는 컨테이너, 반응 완충액, dNTPs, RNAse 및 멸균수 등에서 선택되는 1 이상의 성분을 포함할 수 있다.

본 발명의 Neq A523R 중합효소를 포함하는 키트는 유전공학 및 분자생물학 실험, 임상진단, 법의학적 연구 등의 다양한 분야에서 Taq DNA 중합효소보다 유용하게 이용할 수 있다.

또한, 본 발명은 돌연변이 Neq A523R DNA 중합효소를 제조하는 방법을 포함한다.

돌연변이 Neq A523R DNA 중합효소는, (i) 상기 돌연변이 Neq A523R DNA 중합효소를 발현하는 재조합 벡터를 제조하는 단계; (ii) 상기 재조합 벡터를 숙주세포로 형질전환시키는 단계; (iii) 상기 형질전환체를 배양하는 단계; 및 (iv) 상기 형질전환체로부터DNA 중합효소를 회수하는 단계를 포함하는 공정에 의하여 제조될 수 있다.

단계 (i)에서 벡터 종류, 단계 (ii)에서 벡터를 형질전환시키는 방법 및 숙주 세포로 사용되는 미생물의 종류는 상기에서 살펴본 바와 같다.

단계 (iii)의 배양 과정은 클로닝(cloning)된 유전자의 발현을 가능하게 하는 적절한 조건 하에서 통상적인 방법으로 수행된다. 이러한 배양 과정은 선택되는 미생물에 따라 용이하게 조정하여 사용할 수 있다. 배양에 사용되는 배지는 일반적 으로 세포의 성장과 생존에 필수적인 모든 영양소가 들어 있어야 한다. 상기 배지는 다양한 탄소원, 질소원, 미량원소 성분 등을 포함한다. 또한, 항생제를 포함할 수 있다. 형질전환체의 배양 온도 및 시간은 배양 조건에 따라 조절할 수 있다.

또한, 단백질을 이소프로필 싸이오갈락토피라노사이드 (isopropyl-β-_D-thiogalactopyranoside, 이하 'IPTG'라고 함) 등의 유도제(inducer)를 이용하여 발현을 유도할 수 있다. 처리되는 유도제의 종류는 벡터 시스템에 따라 결정될 수 있으며, 유도제 투여시간 및 투여량 등의 조건은 적절하게 조절될 수 있다.

단계 (iv)에서 단백질은 통상의 방법으로 정제될 수 있다. 예를 들어, 세포를 원심분리하여 회수한 다음, 초음파 파쇄기 등을 이용하여 세포를 파쇄하고, 세포 잔여물을 원심분리로 제거하여 상층액을 얻는다. 숙주 세포로부터 획득한 단백질을 포함하는 용액을 염석, 용매 침전, 투석 및 크로마토그래피(예들 들어, 겔 여과, 이온 교환, 친화도 크로마토그래피) 등의 기법을 단독 또는 조합으로 적용시켜 본 발명의 Neq A523R DNA 중합효소 단백질을 정제할 수 있다

본 발명의 구체적인 실시예에서는 열처리된 시료들을 각각 원심분리하여 상층액만을 모아 투석한 다음, 음이온교환 컬럼인 HiTrap Q 컬럼과 양이온교환 컬럼인 HiTrap SP 컬럼을 이용하여 정제하였다.

상기 방법으로 제조된 본 발명의 Neq A523R DNA 중합효소는 다음과 같은 특징을 가진다. 돌연변이 Neq A523R DNA 중합효소는 야생형 Neq DNA 중합효소에 비해 약 3배 가량 향상된 진행성(processivity)과 신장 속도(Extension rate)를 나타내 며 또한 향상된 PCR 효율성을 나타낸다. 즉, 본 발명은 야생형에 비해 전반적으로 성능이 향상된 Neq A523R DNA 중합효소를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 Neq A523R DNA 중합효소를 이용하여 PCR을 수행하는 방법을 포함한다.

본 발명의 Neq A523R DNA 중합효소는 종래의 알려진 Neq DNA 중합효소보다(대한민국특허 등록 제10-0793007호) 더 뛰어난 PCR 효율성을 나타낸다. 또한 Neq A523R DNA 중합효소는 Neq DNA 중합효소와 Taq DNA 중합효소와 마찬가지로 dUTP 존재 하에서 PCR을 수행할 수 있다. 특히 dUTP 존재하에서는 Taq DNA 중합효소보다 증폭 효율이 뛰어나며 더 짧은 시간으로 PCR을 수행할 수 있다.

또한 dUTP 존재 하에서 인간 유전체(human genomic) DNA를 주형으로 하여 리얼타임 PCR을 수행하였을 때, Taq DNA 중합효소보다 특이성이 뛰어나다. 즉, 우리가 원하는 목표 단편만을 특이적으로 증폭할 수 있으며, 증폭 효율이 더 뛰어나다. 특히, 상기한 바와 같이 본 발명에서 제공하는 Neq A523R DNA 중합효소는 dUTP 존재 하에서 기존의 중합효소(예: Taq DNA 중합효소)보다 더 뛰어난 중합활성을 가지므로 UDG와 dUTP를 이용하여 질병의 진단 등을 목적으로 수행하는 리얼타임 PCR에 아주 적합할 것이다.

본 발명의 Neq A523R DNA 중합효소는 기존의 Neq DNA 중합효소에 비해 약 3 배 정도 진행성(processivity)과 신장속도(extension rate)가 향상된다. 특히 데옥시유티피(dUTP) 존재 하에서는 PCR에서 가장 많이 쓰이는 Taq DNA 중합효소보다 증폭 효율과 특이성이 뛰어나다. 본 발명은 우라실 DNA 글리코실라제(uracil-DNA glycosylase, 이하 'UDG'라고 함)와 함께 데옥시유티피(dUTP)를 이용한 핵산 시료의 교차 오염(carry-over contamination)방지 기술에 기존의 중합효소보다 더 유용하게 이용될 수 있다.

이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1: 재조합 플라스미드(recombinant plasmid)의 구축

표 1에 나타난 프라이머인 A523R의 F와 R 올리고 뉴클레오티드 (oligonucleotide)를 사용한 오버랩핑(overlapping) PCR 방법을 통해, 야생형(wild-type) Neq DNA 중합효소 유전자에 점 돌연변이(point mutation)를 유발하였다(Ho, S.N. et al., 1989, Gene, 77:51-59 참조). 결과적으로 523번 위치의 알라닌(Ala) 에 해당하는 유전자가 알기닌(Arg)을 암호화하는 서열을 갖게 되었다.

NeqFP 프라이머 (서열번호 16: 5'-ATTATAGCATATGTTACACCAACTCCCCACG-3', 밑줄이 쳐진 부분은 Nde I 제한효소 인식부위를 의미한다)와 NeqRP 프라이머 (서열변 호 17: 5'-AAAAAACTAACAGATTTCTTTAAATGAGTCGACATTAT-3',밑줄이 쳐진 부분은Sal I 제한효소 인식부위를 의미한다)를 사용하여 돌연변이가 유발된 유전자를 증폭하였으며, 이를 T7 lac 프로모터를 포함하는 pET-22b(+) 플라스미드(Novagen, USA)에 클로닝 하였다. 이 플라스미드를 E. coli DH5α (Takara Bio)에 형질전환시켜서 523알라닌이 알기닌으로 치환된 돌연변이 Neq DNA 중합효소를 포함하는 재조합 벡터를 제조하였다. 또한 DNA 시퀀싱에 의해 재조합 벡터에 클로닝된 Neq DNA 중합효소 유전자의 523알라닌이 알기닌으로 정확하게 치환된 것을 확인하였다. 크로모좀 lacUV5 유전자의 조절 하에 T7 RNA 중합효소를 운반하는 BL21-CodonPlus(DE3)-RIL 대장균 균주(Stratagene, USA)를 대량 발현을 위한 숙주로 선택하여, 위의 플라스미드 벡터들을 일렉트로포레이션(electroporation) 방법으로 대장균 숙주에 형질전환 하였다. Neq A523R DNA 중합효소를 코딩하고 있는 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 "pENPA523R"로 명명하였다. 상기 Neq A523R DNA 중합효소 유전자를 포함하는 발현벡터 및 이 발현벡터를 포함한 대장균을 "Escherichia coli BL21-CodonPlus(DE3)-RIL/pENPA523R"라 명명하고, 한국미생물보존센터에 기탁번호 KCCM11031P로서 2009년 8월 19일자로 기탁하였다.

[표 1]

실시예 2: 돌연변이 효소의 발현 및 정제

상기 실시예 1에서 구축된 재조합 플라스미드를 가지는 대장균 BL21-CodonPlus(DE3)-RIL 균주를 100 ㎍/㎖ 농도의 암피실린(ampicillin)이 첨가된 LB 배지(LB medium) 500 ㎖에 접종하여 600 nm 파장에서 측정한 흡광도가 0.6 정도가 될 때까지 37℃에서 배양한 다음, 클로닝된 유전자의 발현을 유도(induction)하기 위해 최종 농도가 0.2 mM이 되도록 IPTG를 첨가하고, 다시 6 시간 동안 37℃에서 배양을 계속하였다. 이어서, 원심분리(centrifugation)를 통해 균체를 회수한 후, 회수된 균체를 프로테아제 저해제인 1 mM 페닐메칠썰포닐 플루오라이드(phenylmethylsulfonyl fluoride, 이하 'PMSF'라고 함)를 포함하는 완충용액 A (20 mM sodium phosphate (pH 6.0) / 50 mM KCl)에 현탁하여 초음파 파쇄 (sonication)시킨 다음, 원심분리를 통해 상층액(supernatant)과 침전물(pellet)을 분리하였다. 상기 초음파 파쇄액(sonicated extract)들을 80℃에서 30분간 열처리한 다음 원심분리를 통해 상층액(supernatant)과 침전물(pellet)을 다시 분리하였다. 상기 상층액을 완충용액 A(20 mM sodium phosphate (pH 6.0) / 50 mM KCl)에 투석 (dialysis)한 다음, 음이온교환 컬럼(anion-exchange column)인 HiTrap Q 컬럼(GE Healthcare)을 이용하여 대부분의 목적 외 단백질들을 제거하였다. 정제한 단백질이 포함된 완충용액을 양이온교환 컬럼(cation-exchange column)인 HiTrap SP 컬럼 (GE Healthcare)에 결합시킨 후 완충용액 B (20 mM sodium carbonate (pH 10.5), 50 mM KCl)를 사용하여 pH를 높여가며 단백질들을 정제하였다. 정제된 단백질을 포함하는 분획들을 모아 다시 완충용액 A에 투석한 후 로우리 방법 (Lowry method)으로 단백질을 정량하였다(Lowry, O.H. et al., 1951. J Biol Chem, 193, 265-275).

실시예 3: Neq DNA 중합 효소와 Neq A523R DNA 중합효소의 효소 진행성 비교

Neq A523R DNA 중합효소의 향상된 PCR 효율성의 원인을 알아보기 위해서 효소 진행성 분석(processivity assay)을 수행하였다. 400 fmol 의 5' 말단에 Hex가 결합 되어있는 M13 프라이머(서열번호 18: 5'-CCGTTGCTACCCTCGTTCCGATGC-3')와 200 fmol의 M13 단일가닥 DNA(NEB), Neq DNA 중합효소 완충용액, 0.2 mM dNTPs로 구성된 반응 용액을 먼저 95℃에서 1 분간 가열을 하고, 62℃에서 1분간 프라이머 결합시간을 주었다. 그 후 4 pmole의 농도에 해당하는 DNA 중합효소를 넣어주었다. 75℃에서 10초간 효소반응을 한 후, 합성된 DNA 단편들을 ABI3100 자동화 시퀀서로 결과를 분석하였다(Kim, Y.J. et al . 2007. J Microbiol Biotechnol, 17: 1090-1097). Neq DNA 중합효소와 Neq A523R DNA 중합효소의 진행성을 일렉트로페로그램 (electropherogram)으로 나타내었다(도 1A). 일렉트로페로그램에 나타난 피크(peak)들은 증폭된 하나의 DNA 단편을 의미하며, 평균 증폭 길이 근처의 가장 높은 피크를 DNA 중합효소의 진행성으로 정의하였다. 결과적으로 야생형 Neq DNA 중합효소는 120(nt, nucleotide), Neq A523R DNA 중합효소는 280(nt)의 진행성을 나타내었다. 중합효소의 진행성은 또한 확률(P)의 관점으로 정의할 수 있다 (Von Hippel, P.H. et al. 1994. Ann N Y Acad Sci, 726: 118-131). 도 1A에 나타난 피크를 로그함수로 도 1B에 나타내었다. 그래프에 나타난 기울기로부터 각 진행성의 확률을 구한 결과, Neq DNA 중합효소는 0.976, 반면에 Neq A523R DNA 중합효소는 0.991 이었다. 평균 신장 길이는 1/(1-P)로 계산 할 수 있으며, Neq DNA 중합효소는 42.17(nt), Neq A523R DNA 중합효소는 111.61(nt)의 값을 나타내었다. 실험 결과로부터 구하여진 모든 효소 진행성에 관한 수치들을 표 2에 정리하였다. 이 결과들은 Neq A523R DNA 중합효소가 야생형 Neq DNA 중합효소보다 효소 진행성이 약 3배 가량 증가했음을 나타낸다. DNA 중합효소의 진행성은 중합효소의 성능에 큰 영향을 주며, 특히 PCR 효율성 향상에 큰 효과가 있음이 밝혀진바 있다 (참조: Wang Y., et al., 2004, Nucleic Acids Res, 32, 1197-1207).

[표 2]

실시예 4: Neq DNA 중합 효소와 Neq A523R DNA 중합효소의 신장 속도 비교

DNA 중합효소의 신장 속도(extension rate)는 정해진 시간 동안에 합성된 DNA의 길이를 통해 계산하였다(Takagi, M. et al. 1997. Appl Environ Microbiol, 63: 4504-4510). 50 μl의 반응용액은 1.25ng M13 단일가닥 DNA (NEB), 10 pmol M13 프라이머 (서열번호 19: 5'-GCATCGGAACGAGGGTAGCAACGG-3'), 250mM dATP, dTTP, dGTP, 25 mM of dCTP, 10 mCi of [α-³²P] dCTP (800Ci/mmol, PerkinElmer), 0.4 mg DNA 중합효소, Neq DNA 중합효소 완충용액으로 구성되어있으며, 75℃에서 각각 30, 60, 90, 120초간 반응 후, 10 μl의 반응 용액을 동일한 양의 반응 정지용액(stop solution: 60 mM EDTA, 60 mM NaOH)에 더하여서 반응을 중지시켰다. 10 μl의 샘플을 취하여서 아가로스 겔에 전기영동 후, X-레이 필름에 감광을 하여 결과를 확인하였다. Neq DNA 중합효소는 약 12 nt/s(1초당 12 nucleotides)의 신장 속도를, Neq A523R DNA 중합효소는 35nt/s 의 신장 속도를 나타내었다(도 2).

실시예 5: DNA 중합 효소들의 PCR 효율성 분석

Neq DNA 중합효소와 Neq A523R DNA 중합효소의 증폭 효율성을 비교하기 위하여 1 kb, 2 kb, 4 kb, 6 kb의 다양한 DNA 단편 길이를 증폭하기 위한 프라이머들를 각각 첨가하여 PCR을 수행하였다(정방향과 역방향의 λ-1, 2, 3, 4, 5 프라이머, 표 1 참조). 20 μl PCR 반응 용액에는 1 pmole의 DNA 중합효소와 5 pmole의 프라이머, 250 μM dNTP, 30 ng의 람다 DNA를 넣어서 PCR을 수행하였다. PCR은 94℃에서 3분간 DNA 변성 과정을 수행한 다음, DNA 변성 (94℃, 20 초), DNA 증폭 (72℃, 1분 30초와 3 분) 2단계 과정을 30회 반복한 후, 마지막으로 72℃ 에서 3분의 추가적인 증폭시간을 주어서 수행하였다. Neq DNA 중합효소는 1분 30초 간의 신장시간동안 2 kb의 람다 DNA를 증폭할 수 있었으며, 반면에 Neq A523R DNA 중합효소는 같은 시간 동안 4 kb를 증폭할 수 있었다(도 3A). 또한 3분의 신장시간동안 Neq DNA 중합효소는 4 kb를, Neq A523R DNA 중합효소는 6 kb를 증폭시킬 수 있었다. 또한 Neq A523R DNA 중합효소가 더욱 높은 수율로 증폭을 수행할 수 있었다. 결과적으로 Neq A523R DNA 중합효소는 야생형 Neq DNA 중합효소에 비해 더 높은 증폭 수율과 효율성을 나타내었다(도 3B).

dUTP 존재 하에서 Neq A523R DNA 중합효소와 Taq DNA 중합효소의 증폭 효율성을 알아보기 위해서 250μM의 dNTP(dTTP를 dUTP로 대체함)와 0.5 kb, 1 kb, 2 kb의 다양한 DNA 단편 길이를 증폭하기 위한 프라이머를 각각 첨가하여 PCR을 수행하였다(다른 반응 용액 조건은 상기 실험과 동일함). Taq DNA 중합효소는 제조사(TaKaRa Bio)에서 제공하는 최적 프로토콜에 맞게 수행되었다. PCR은 94℃에서 3분간 DNA 변성 과정을 수행한 다음, DNA 변성(94℃, 20 초), 프라이머 어닐 (56℃, 20 초) 및 DNA 증폭(72℃, 30 초)의 3단계 과정을 25회 반복한 후, 마지막으로 72℃ 에서 3분의 추가적인 증폭시간을 주어 수행하였다. dNTP를 기질로 이용한 실험에서는 Taq DNA 중합효소가 Neq A523R DNA 중합효소보다 PCR 효율성이 더 뛰어났으나, dUTP를 기질로 이용한 경우에는 Neq A523R DNA 중합효소가 같은 증폭 시간동안에 더 긴 DNA 단편을 더 높은 수율로 증폭할 수 있었다(도 3C).

실시예 6: 리얼타임 PCR

DNA에 삽입된 SYBR 그린의 양을 측정함으로써 정량적 리얼타임 PCR을 수행하였다. 인간 유전체의 β-actin 유전자의 200 bp 단편를 목표로 하는 5 pmol의 정방향 프라이머(서열번호 20: 5'-AGAGATGGCCACGGCTGCTT-3')와 역방향 프라이머(서열번호 21: 5'-ATGATGGAGTTGAAGGTAGT-3'), 0.1, 1, 10 ng의 인간 유전체 DNA, 250 μM dNTPs(dATP, dCTP, dGTP, dTTP 또는 dUTP), 1×SYBR 그린으로 반응용액을 구성하였으며, 1 pmole의 Neq A523R 중합효소 또는 1 U의 Taq DNA 중합효소를 각각의 반응 용액에 마지막으로 첨가하여 PCR을 수행하였다. PCR Rotor-gene RG-3000(Corbett research)를 이용하여 PCR을 수행하였으며, 반응은 95℃에서 3분간 변성, 94℃에서 20초, 60℃에서 20초, 72℃에서 20초로 40회 반복, 마지막으로 72℃에서 2분간 증폭하여 수행하였다. 생성된 증폭 산물의 길이를 확인하기 위해서 마지막으로 전기영동을 수행하였다. dNTP를 이용하는 실험에서는 Ct(threshold cycles) 값을 측정한 결과 Taq DNA 중합효소(20.69)가 Neq A523R 중합효소(23.08)에 비해 더 낮은 Ct 값을 나타내었다(도 4A). 생성된 융해곡선 분석에서는 Taq DNA 중합효소가 Neq A523R 중합효소에 비해 비특이적인 증폭이 더 일어남을 알 수 있었다(도 4B). 이는 증폭 산물을 전기영동을 통해 분석한 결과를 통해 더 확실히 알 수 있었다(도 4C). 이와 같은 방법으로 dTTP 대신에 dUTP를 이용하여 리얼 타임 PCR을 수행하였다. Neq A523R 중합효소는 22.33의 Ct 값을, 반면에 Taq DNA 중합효소는 26.13의 Ct 값을 나타내었다(도 4D). 이는 Taq DNA 중합효소가 dUTP를 이용하여 증폭하는 효율이 Neq A523R 중합효소보다 떨어짐을 의미한다. 또한 융해 곡선분석 (도 4E)과 증폭 산물의 아가로스 겔 전기영동분석( 도 4F)을 통해 Neq A523R 중합효소가 Taq DNA 중합효소에 비해 더욱 특이적으로 PCR을 수행할 수 있음을 알 수 있었다.

본 발명은 종래의 야생형 Neq DNA 중합효소 보다 신장 속도와 효소 진행성이 약 3배 정도 향상된 Neq A523R 중합효소를 제공한다. 특히 Neq A523R 중합효소는 dUTP 존재하에서 Taq DNA 중합 효소보다 뛰어난 증폭 효율성을 나타낸다.. 이는 dUTP와 UDG를 이용한 교차오염(carry-over contamination) 방지를 위한 PCR에서 Taq DNA 중합 효소보다 뛰어난 성능을 나타냄을 의미한다. 그러므로 본 발명은 임상진단, 법의학적 연구 등에 어느 DNA 중합효소보다 유용하게 이용될 수 있다.

도 1은 야생형 Neq 와 Neq A523R DNA 중합효소의 효소 진행성(processivity) 을 비교한 것이다. 도 1A는 두 DNA 중합효소의 일렉트로페로그램(electropherogram) 결과로, 그림의 각 피크는(Peak)는 중합효소의 증폭 단편을 나타낸다. 도 1B는 도 1A의 각 피크를 log(A_nt/A_T)대 증폭 산물의 길이로 그래프화한 것이다(○: 야생형 Neq, ●: Neq A523R DNA).

도 2는 야생형 Neq와 Neq A523R DNA 중합효소의 신장 속도(extension rate)를 비교한 것이다. 두 중합효소의 신장 속도는 시간당 증폭된 DNA의 길이로 계산하였다.

도 3은 PCR의 효율성을 비교한 결과이다. 증폭된 DNA의 크기는 도의 아래에 표시되어 있다. 도 3A는 1분 30초, 도 3B는 3 분의 신장 시간을 가지고 증폭한 결과이다. 도 3C는 dUTP 존재하에서 Neq A523R DNA 중합효소와 Taq DNA 중합효소의 PCR 효율성을 비교한 것이다.

도 4는 200 bp의 인간 β-actin 유전자의 단편을 목표로 하여 리얼 타임 PCR을 수행한 결과이다. Neq A523R DNA 중합효소는 실선으로 Taq DNA 중합효소는 점선으로 나타내었다. 도 4A, 4B, 4C는 dNTP를 이용하여 증폭을 한 결과이며, 도 4A는 증폭 곡선, 도 4B는 융해 곡선, 도 4C는 증폭물의 전기영동 결과이다. 도 4D, 4E, 4F는 dUTP 존재하에서 증폭을 한 결과이며, 4D는 증폭 곡선, 도 4E는 융해 곡선, 도 4F는 증폭물의 전기영동 결과이다.

<110> SUNGKYUNKWAN UNIVERSITY Foundation for Corporate Collaboration <120> MUTANT NANOARCHAEUM EQUITANS A523R DNA POLYMERASE AND ITS USE <160> 21 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 801 <212> PRT <213> Nanoarchaeum equitans <400> 1 Met Leu His Gln Leu Pro Thr Met Val Val Glu Glu Lys Ala Val Lys 1 5 10 15 Glu Glu Glu Gly Tyr Ser Val Leu Lys Cys Tyr Trp Ile Asn Ile Glu 20 25 30 Asn Thr Pro Leu Asp Glu Val Ile Leu Ile Gly Lys Asp Glu Asn Asn 35 40 45 Arg Ala Cys Glu Val Ile Ile Pro Tyr Lys Trp Tyr Phe Tyr Phe Glu 50 55 60 Gly Asp Ile Lys Asp Leu Glu Glu Phe Ala Asn Asn Lys Lys Ile Lys 65 70 75 80 Ile Glu Tyr Thr Lys Glu Gln Lys Lys Tyr Ile Glu Lys Pro Lys Asp 85 90 95 Val Tyr Lys Val Tyr Val Leu His Lys His Tyr Pro Ile Leu Lys Glu 100 105 110 Phe Ile Lys Glu Lys Gly Tyr Lys Lys Tyr Glu Thr Asp Ile Asn Val 115 120 125 Tyr Arg Lys Phe Leu Ile Asp Lys Gly Ile Glu Pro Phe Glu Trp Phe 130 135 140 Glu Val Glu Gly Lys Ile Leu Leu Ser Thr Ser Asn Lys Val Arg Ile 145 150 155 160 Lys Ala Gln Ser Ile Lys Arg Leu Tyr Glu Lys Thr Lys Pro Ser Val 165 170 175 Leu Ala Phe Asp Ile Glu Val Tyr Ser Glu Ala Phe Pro Asn Pro Glu 180 185 190 Lys Asp Lys Ile Ile Ser Ile Ala Leu Tyr Gly Asp Asn Tyr Glu Gly 195 200 205 Val Ile Ser Tyr Lys Gly Glu Pro Thr Ile Lys Val Asn Thr Glu Tyr 210 215 220 Glu Leu Ile Glu Lys Phe Val Glu Ile Ile Glu Ser Leu Lys Pro Asp 225 230 235 240 Ile Ile Val Thr Tyr Asn Gly Asp Asn Phe Asp Ile Asp Phe Leu Val 245 250 255 Lys Arg Ala Ser Leu Tyr Asn Ile Arg Leu Pro Ile Lys Leu Val Asn 260 265 270 Lys Lys Glu Pro Thr Tyr Asn Phe Arg Glu Ser Ala His Val Asp Leu 275 280 285 Tyr Lys Thr Ile Thr Thr Ile Tyr Lys Thr Gln Leu Ser Thr Gln Thr 290 295 300 Tyr Ser Leu Asn Glu Val Ala Lys Glu Ile Leu Gly Glu Glu Lys Ile 305 310 315 320 Tyr Asp Tyr Glu Asn Met Leu Tyr Asp Trp Ala Ile Gly Asn Tyr Asn 325 330 335 Lys Val Phe Glu Tyr Asn Leu Lys Asp Ala Glu Leu Thr Tyr Lys Leu 340 345 350 Phe Lys Tyr Tyr Glu Asn Asp Leu Leu Glu Leu Ala Arg Leu Val Asn 355 360 365 Gln Pro Leu Phe Asp Val Ser Arg Phe Ser Tyr Ser Asn Ile Val Glu 370 375 380 Trp Tyr Leu Ile Lys Lys Ser Arg Lys Tyr Asn Glu Ile Val Pro Asn 385 390 395 400 Lys Pro Lys Met Glu Glu Val Glu Arg Arg Lys Leu Asn Thr Tyr Ala 405 410 415 Gly Ala Phe Val Tyr Glu Pro Lys Pro Gly Leu Tyr Glu Asn Leu Ala 420 425 430 Val Leu Asp Phe Ala Ser Leu Tyr Pro Ser Ile Ile Leu Glu His Asn 435 440 445 Val Ser Pro Gly Thr Ile Tyr Cys Glu His Asp Asp Cys Lys Gln Asn 450 455 460 Gly Val Glu Ala Ile Ile Asn Asn Glu Lys Lys Tyr Val Trp Phe Cys 465 470 475 480 Lys Lys Val Lys Gly Phe Ile Pro Thr Val Leu Glu His Leu Tyr Thr 485 490 495 Lys Arg Leu Glu Leu Lys Arg Lys Leu Lys Glu Leu Asp Arg Asp Ser 500 505 510 Glu Glu Tyr Lys Ile Ile Asn Ala Lys Gln Ala Val Leu Lys Ile Ile 515 520 525 Ile Asn Ala Thr Tyr Gly Tyr Met Gly Phe Pro Asn Ala Arg Trp Tyr 530 535 540 Cys Ile Asp Cys Ala Ala Ala Val Ala Ala Trp Gly Arg Lys Tyr Ile 545 550 555 560 Asn Tyr Ile Leu Lys Arg Ala Glu Glu Glu Gly Phe Lys Val Ile Tyr 565 570 575 Gly Asp Thr Asp Ser Leu Phe Ile Ser Gly Asp Lys Asp Lys Val Leu 580 585 590 Glu Phe Leu Glu Lys Val Asn Lys Glu Leu Pro Gly Lys Ile Gln Leu 595 600 605 Asp Leu Glu Asp Phe Tyr Val Arg Gly Ile Phe Val Lys Lys Arg Gly 610 615 620 Glu Gln Lys Gly Ala Lys Lys Lys Tyr Ala Leu Leu Ser Glu Gln Gly 625 630 635 640 Tyr Ile Lys Leu Arg Gly Phe Glu Ala Val Arg Thr Asp Trp Ala Pro 645 650 655 Ile Val Lys Glu Val Gln Thr Lys Leu Leu Glu Ile Leu Leu Lys Glu 660 665 670 Gly Asn Ile Glu Lys Ala Arg Gln Tyr Ile Lys Glu Ile Ile Arg Lys 675 680 685 Leu Arg Asn Arg Glu Ile Pro Trp Glu Lys Leu Leu Ile Thr Glu Thr 690 695 700 Ile Arg Lys Pro Leu Glu Lys Tyr Lys Val Glu Ala Pro His Val Ala 705 710 715 720 Ala Ala Lys Lys Tyr Lys Arg Leu Gly Tyr Lys Val Met Pro Gly Phe 725 730 735 Arg Val Arg Tyr Leu Val Val Gly Ser Thr Gly Arg Val Ser Asp Arg 740 745 750 Ile Lys Ile Asp Lys Glu Val Arg Gly Asn Glu Tyr Asp Pro Glu Tyr 755 760 765 Tyr Ile Glu Lys Gln Leu Leu Pro Ala Val Glu Gln Ile Leu Glu Ser 770 775 780 Val Gly Ile Lys Asp Thr Phe Thr Gly Lys Lys Leu Thr Asp Phe Phe 785 790 795 800 Lys <210> 2 <211> 801 <212> PRT <213> Nanoarchaeum equitans <400> 2 Met Leu His Gln Leu Pro Thr Met Val Val Glu Glu Lys Ala Val Lys 1 5 10 15 Glu Glu Glu Gly Tyr Ser Val Leu Lys Cys Tyr Trp Ile Asn Ile Glu 20 25 30 Asn Thr Pro Leu Asp Glu Val Ile Leu Ile Gly Lys Asp Glu Asn Asn 35 40 45 Arg Ala Cys Glu Val Ile Ile Pro Tyr Lys Trp Tyr Phe Tyr Phe Glu 50 55 60 Gly Asp Ile Lys Asp Leu Glu Glu Phe Ala Asn Asn Lys Lys Ile Lys 65 70 75 80 Ile Glu Tyr Thr Lys Glu Gln Lys Lys Tyr Ile Glu Lys Pro Lys Asp 85 90 95 Val Tyr Lys Val Tyr Val Leu His Lys His Tyr Pro Ile Leu Lys Glu 100 105 110 Phe Ile Lys Glu Lys Gly Tyr Lys Lys Tyr Glu Thr Asp Ile Asn Val 115 120 125 Tyr Arg Lys Phe Leu Ile Asp Lys Gly Ile Glu Pro Phe Glu Trp Phe 130 135 140 Glu Val Glu Gly Lys Ile Leu Leu Ser Thr Ser Asn Lys Val Arg Ile 145 150 155 160 Lys Ala Gln Ser Ile Lys Arg Leu Tyr Glu Lys Thr Lys Pro Ser Val 165 170 175 Leu Ala Phe Asp Ile Glu Val Tyr Ser Glu Ala Phe Pro Asn Pro Glu 180 185 190 Lys Asp Lys Ile Ile Ser Ile Ala Leu Tyr Gly Asp Asn Tyr Glu Gly 195 200 205 Val Ile Ser Tyr Lys Gly Glu Pro Thr Ile Lys Val Asn Thr Glu Tyr 210 215 220 Glu Leu Ile Glu Lys Phe Val Glu Ile Ile Glu Ser Leu Lys Pro Asp 225 230 235 240 Ile Ile Val Thr Tyr Asn Gly Asp Asn Phe Asp Ile Asp Phe Leu Val 245 250 255 Lys Arg Ala Ser Leu Tyr Asn Ile Arg Leu Pro Ile Lys Leu Val Asn 260 265 270 Lys Lys Glu Pro Thr Tyr Asn Phe Arg Glu Ser Ala His Val Asp Leu 275 280 285 Tyr Lys Thr Ile Thr Thr Ile Tyr Lys Thr Gln Leu Ser Thr Gln Thr 290 295 300 Tyr Ser Leu Asn Glu Val Ala Lys Glu Ile Leu Gly Glu Glu Lys Ile 305 310 315 320 Tyr Asp Tyr Glu Asn Met Leu Tyr Asp Trp Ala Ile Gly Asn Tyr Asn 325 330 335 Lys Val Phe Glu Tyr Asn Leu Lys Asp Ala Glu Leu Thr Tyr Lys Leu 340 345 350 Phe Lys Tyr Tyr Glu Asn Asp Leu Leu Glu Leu Ala Arg Leu Val Asn 355 360 365 Gln Pro Leu Phe Asp Val Ser Arg Phe Ser Tyr Ser Asn Ile Val Glu 370 375 380 Trp Tyr Leu Ile Lys Lys Ser Arg Lys Tyr Asn Glu Ile Val Pro Asn 385 390 395 400 Lys Pro Lys Met Glu Glu Val Glu Arg Arg Lys Leu Asn Thr Tyr Ala 405 410 415 Gly Ala Phe Val Tyr Glu Pro Lys Pro Gly Leu Tyr Glu Asn Leu Ala 420 425 430 Val Leu Asp Phe Ala Ser Leu Tyr Pro Ser Ile Ile Leu Glu His Asn 435 440 445 Val Ser Pro Gly Thr Ile Tyr Cys Glu His Asp Asp Cys Lys Gln Asn 450 455 460 Gly Val Glu Ala Ile Ile Asn Asn Glu Lys Lys Tyr Val Trp Phe Cys 465 470 475 480 Lys Lys Val Lys Gly Phe Ile Pro Thr Val Leu Glu His Leu Tyr Thr 485 490 495 Lys Arg Leu Glu Leu Lys Arg Lys Leu Lys Glu Leu Asp Arg Asp Ser 500 505 510 Glu Glu Tyr Lys Ile Ile Asn Ala Lys Gln Arg Val Leu Lys Ile Ile 515 520 525 Ile Asn Ala Thr Tyr Gly Tyr Met Gly Phe Pro Asn Ala Arg Trp Tyr 530 535 540 Cys Ile Asp Cys Ala Ala Ala Val Ala Ala Trp Gly Arg Lys Tyr Ile 545 550 555 560 Asn Tyr Ile Leu Lys Arg Ala Glu Glu Glu Gly Phe Lys Val Ile Tyr 565 570 575 Gly Asp Thr Asp Ser Leu Phe Ile Ser Gly Asp Lys Asp Lys Val Leu 580 585 590 Glu Phe Leu Glu Lys Val Asn Lys Glu Leu Pro Gly Lys Ile Gln Leu 595 600 605 Asp Leu Glu Asp Phe Tyr Val Arg Gly Ile Phe Val Lys Lys Arg Gly 610 615 620 Glu Gln Lys Gly Ala Lys Lys Lys Tyr Ala Leu Leu Ser Glu Gln Gly 625 630 635 640 Tyr Ile Lys Leu Arg Gly Phe Glu Ala Val Arg Thr Asp Trp Ala Pro 645 650 655 Ile Val Lys Glu Val Gln Thr Lys Leu Leu Glu Ile Leu Leu Lys Glu 660 665 670 Gly Asn Ile Glu Lys Ala Arg Gln Tyr Ile Lys Glu Ile Ile Arg Lys 675 680 685 Leu Arg Asn Arg Glu Ile Pro Trp Glu Lys Leu Leu Ile Thr Glu Thr 690 695 700 Ile Arg Lys Pro Leu Glu Lys Tyr Lys Val Glu Ala Pro His Val Ala 705 710 715 720 Ala Ala Lys Lys Tyr Lys Arg Leu Gly Tyr Lys Val Met Pro Gly Phe 725 730 735 Arg Val Arg Tyr Leu Val Val Gly Ser Thr Gly Arg Val Ser Asp Arg 740 745 750 Ile Lys Ile Asp Lys Glu Val Arg Gly Asn Glu Tyr Asp Pro Glu Tyr 755 760 765 Tyr Ile Glu Lys Gln Leu Leu Pro Ala Val Glu Gln Ile Leu Glu Ser 770 775 780 Val Gly Ile Lys Asp Thr Phe Thr Gly Lys Lys Leu Thr Asp Phe Phe 785 790 795 800 Lys <210> 3 <211> 2406 <212> DNA <213> Nanoarchaeum equitans <400> 3 atgttacacc aactccccac gatggttgta gaagaaaagg cggtaaaaga ggaagaaggg 60 tatagcgtgc taaaatgtta ttggattaat atagagaaca cccctttaga cgaggtaatt 120 ttaataggta aagacgaaaa taatagagct tgtgaagtta taattccata caaatggtat 180 ttctattttg aaggcgatat aaaggattta gaagaattcg ctaacaacaa aaaaataaaa 240 atcgaatata caaaggagca aaagaaatat atagaaaaac caaaagatgt ttataaagta 300 tatgttttgc ataaacatta tccaatacta aaagaattca ttaaagaaaa gggctataaa 360 aaatacgaaa ccgatataaa tgtttatagg aagtttttaa tagataaagg gatagagcct 420 tttgaatggt ttgaggtaga aggcaaaatt ttattatcta cctctaacaa agttagaata 480 aaagcacaaa gtataaaaag attgtatgaa aagactaagc catcggtttt agcttttgat 540 atagaagttt acagtgaggc tttccctaat cctgaaaaag acaaaataat atctatagcc 600 ctttatggag acaattacga aggggttatc tcttacaaag gagaaccaac tataaaagtt 660 aataccgaat atgaattaat tgagaaattt gtcgaaataa tagaaagctt aaaaccagac 720 ataatagtta catacaatgg ggataatttc gatatagact ttttagtgaa aagggcttct 780 ttatacaata taaggctacc aataaaattg gttaacaaaa aagagcctac ttataatttt 840 agggaaagcg cacatgtaga tttgtataaa acaattacta ccatatataa aacccaattg 900 tctacccaaa catattcatt aaatgaagta gctaaagaaa ttcttggaga ggagaaaatt 960 tatgattatg aaaacatgtt atatgattgg gccataggca attataacaa agtgttcgaa 1020 tacaatttaa aagatgccga attaacatat aagctattca aatactatga aaatgattta 1080 ttggaattag caagattggt taaccaacca ttatttgatg tatctaggtt tagctatagt 1140 aatatagttg aatggtatct aatcaaaaaa agcagaaaat ataatgaaat tgtgcctaac 1200 aaaccaaaaa tggaagaagt agagagaaga aaattaaata cctatgcagg agcattcgtt 1260 tacgaaccaa aacccggttt gtatgagaat ttagctgtac tggatttcgc ttctctgtat 1320 ccttcaatta tattagagca taatgtttct ccaggcacaa tatattgtga gcatgatgat 1380 tgtaaacaaa atggggtaga agcgataata aataatgaga aaaaatatgt gtggttttgc 1440 aaaaaagtaa aagggtttat tccaacggta ttagagcatt tgtatacaaa aaggctagaa 1500 cttaagagaa aactgaaaga actagatagg gatagtgaag aatataaaat tataaatgct 1560 aagcaaagag tattgaaaat aataattaat gcaacctatg gctatatggg tttcccaaat 1620 gcgagatggt attgcataga ctgtgctgcg gcagtagcag cttggggcag gaaatacatt 1680 aattatatat taaaaagggc cgaagaagaa ggattcaaag taatttatgg agataccgat 1740 tcattattca tttctgggga caaagacaaa gtattagaat ttttagagaa agtaaataaa 1800 gaattacccg gtaaaataca attagattta gaagatttct atgttagagg gatattcgta 1860 aaaaagaggg gtgaacaaaa gggggcaaaa aagaaatatg ctttattaag cgaacaaggt 1920 tacataaagc taaggggctt cgaagcagta agaacagact gggctcccat agttaaagaa 1980 gtccaaacaa agctattgga aattttgcta aaagaaggta acatagaaaa agcaagacaa 2040 tacataaaag aaattattag aaagctaaga aatagagaaa taccatggga gaagctttta 2100 attacagaaa cgataagaaa gcctttagaa aaatacaaag ttgaagctcc tcatgtggca 2160 gcagcaaaaa aatataaaag gttgggctat aaagttatgc ctggctttag agttagatat 2220 ttagtggtag gtagcactgg aagggtttca gatagaatta aaatagacaa agaagttagg 2280 ggtaatgaat atgaccccga atactacata gaaaaacaac tattgcctgc agtagagcaa 2340 atattagaat ctgtaggtat taaagacaca ttcacaggca aaaaactaac agatttcttt 2400 aaatga 2406 <210> 4 <211> 39 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer of A523R <400> 4 tgctaagcaa agagtattga aaataataat taatgcaac 39 <210> 5 <211> 40 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer of A523R <400> 5 ttttcaatac tctttgctta gcatttataa ttttatattc 40 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer of Lambda-1 <400> 6 aataacgtcg gcaactttgg 20 <210> 7 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer of Lambda-1 <400> 7 gttacgccac cagtcatcct 20 <210> 8 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer of Lambda-2 <400> 8 caaaggcggt taaggtggta 20 <210> 9 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer of Lambda-2 <400> 9 ggctgtaccg gacaatgagt 20 <210> 10 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer of Lambda-3 <400> 10 agaagttcag gaagcggtga 20 <210> 11 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer of Lambda-3 <400> 11 acggaaaaag agacgcagaa 20 <210> 12 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer of Lambda-4 <400> 12 ccggtaatgg tgagtttgct 20 <210> 13 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer of Lambda-4 <400> 13 gtactggtgc ctttgccatt 20 <210> 14 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer of Lambda-5 <400> 14 tttacagcgt gatggagcag 20 <210> 15 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer of Lambda-5 <400> 15 gacacggtgg cttttgtttt 20 <210> 16 <211> 31 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NeqFP Primer <400> 16 attatagcat atgttacacc aactccccac g 31 <210> 17 <211> 38 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NeqRP Primer <400> 17 aaaaaactaa cagatttctt taaatgagtc gacattat 38 <210> 18 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Hex-M13 Primer <400> 18 ccgttgctac cctcgttccg atgc 24 <210> 19 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> M13 Primer <400> 19 gcatcggaac gagggtagca acgg 24 <210> 20 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer of Beta-actin <400> 20 agagatggcc acggctgctt 20 <210> 21 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer of Beta-actin <400> 21 atgatggagt tgaaggtagt 20

Claims

서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어지는 나노아케움 이퀴탄스 유래 DNA 중합효소(Neq DNA 중합효소)에서, 점 돌연변이에 의하여 523번째 아미노산인 알라닌이 알기닌으로 치환된, 서열번호 2의 아미노산 서열로 이루어진 돌연변이 Neq A523R DNA 중합효소.
제1항의 돌연변이 Neq A523R DNA 중합효소를 코딩하는 핵산 서열로 이루어지는 유전자.
제2항에 있어서, 상기 핵산은 서열번호 3의 서열을 가지는 것인 유전자.
제1항의 돌연변이 Neq A523R DNA 중합효소를 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 벡터.
제4항에 있어서, 상기 재조합 벡터가 pENPA523R인 재조합 벡터.
제 5항의 벡터로 형질전환된 형질전환체.
제6항에 있어서, 상기 pENPA523R 재조합 벡터로 형질전환된 형질전환체가 Escherichia coli BL21-CodonPlus(DE3)-RIL/pENPA523R(기탁번호: KCCM11031P)인 형질전환체.
제1항의 돌연변이 Neq A523R DNA 중합효소를 포함하는 PCR 키트.
제1항의 돌연변이 Neq A523R DNA 중합효소 제조시 알라닌을 알기닌으로 치환하기 위해 사용하는 서열번호 4의 A523R-F 프라이머 및 서열번호 5의 A523R-R 프라이머로 이루어진 프라이머 세트.
제1항의 돌연변이 Neq A523R DNA 중합효소를 발현하는 재조합 벡터를 제조하는 단계;

상기 재조합 벡터를 숙주세포로 형질전환시키는 단계;

상기 형질전환체를 배양하는 단계; 및

상기 형질전환체로부터DNA 중합효소를 회수하는 단계를 포함하는, 돌연변이 Neq A523R DNA 중합효소를 제조하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 제1항의 돌연변이 Neq A523R DNA 중합효소를 발현하는 재조합 벡터를 제조하는 단계에서, 알라닌을 알기닌으로 치환하기 위해 서열번호 4의 A523R-F 프라이머 및 서열번호 5의 A523R-R 프라이머로 이루어진 프라이머 세트를 사용하는 것을 특징으로 하는, 돌연변이 Neq A523R DNA 중합효소를 제조하는 방법.
제1항의 돌연변이 Neq A523R DNA 중합효소를 이용한, 중합효소 연쇄반응(PCR) 수행 방법.
제12항에 있어서, 상기 반응이 dUTP(2'-deoxyuridine 5'-triphosphate) 존재하에서 이루어지는 것인, 중합효소 연쇄반응(PCR) 수행 방법.