KR20000025930A - Novel catabolite control protein purified from thermoactinomyces sp. e79 and dna encoding the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 신규한 이화대사물 조절 단백질 A(Catabolite control protein A; CcpA) 및 이를 코딩하는 DNA에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 효소의 산업적 생산시 발생하는 효소생산 저해요인중 하나인 이화대사물 억제(catabolite repression) 현상에 관여하는 이화대사물 조절 단백질 A 및 이를 코딩하는 DNA 염기서열에 관한 것이다.The present invention relates to a novel catabolic control protein A (CcpA) and DNA encoding the same, and more particularly, to inhibit catabolic metabolism, which is one of the inhibitors of enzyme production during industrial production of enzymes. (catabolite repression) relates to catabolic metabolic regulatory protein A and DNA sequences encoding the same.
일반적으로 단백질 가수분해효소, 크실라나제, 아밀라제 및 셀룰라제 등은 대부분 기질의 존재하에서 유도되는 유도효소이며, 상기 효소들을 산업적으로 생산하는 경우에는 그 생산성을 제한하는 여러 가지 요소가 있다. 한편, 상기의 효소가 생산될 때 이화대사물 억제(catabolite repression) 또는 피드백 저해(end product feedback inhibition)와 같은 여러가지 생합성 대사 조절기구들에 의하여 그 생산이 조절되는 바, 이는 상기 효소를 산업적으로 생산할 때 그 생산성을 저하시키는 중대한 요인이 되고 있다(이정기,미생물과 산업, 21, 262 ∼ 269(1995)).In general, proteolytic enzymes, xylanase, amylase and cellulase and the like are mostly induced enzymes in the presence of a substrate, there are a number of factors that limit their productivity when industrial production of the enzymes. On the other hand, when the enzyme is produced, its production is regulated by various biosynthetic metabolic regulators such as catabolite repression or end product feedback inhibition, which can produce the enzyme industrially. At the same time, it has become a significant factor in lowering productivity (fixed phase, microbial and industrial , 21, 262-269 (1995)).
이에, 상기한 문제점을 극복하고자 다양한 방법이 연구되어 있는 바, 변이 유도제 또는 자외선 처리 등 고전적인 변이 유도방법을 사용하여 변이체를 무작위적으로 제조하고, 이중 고생산 균주를 선별하는 방법이 이용되고 있다. 또한, 발효조건 등의 최적화, 유전자의 클로닝 및 강력한 프로모터를 이용한 고발현체계의 구축 등의 방법이 상기 문제점의 해결방안으로 제시되어 있다.Accordingly, various methods have been studied to overcome the above problems, and thus randomly preparing the variants using classical mutation induction methods such as mutation inducing agents or UV treatment, and methods of selecting high-producing strains have been used. . In addition, methods for optimizing fermentation conditions, cloning of genes, and constructing a high expression system using a strong promoter are proposed as solutions to the above problems.
한편, 많은 종류의 산업용 효소가 바실러스를 비롯한 그람양성 세균에서 생산되어고 있으나, 이러한 산업균주에서 효소생산에 관여하는 세포내 조절 단백질이나 조절인자 등과 같은 조절체계에 관한 연구가 아직 초보적 단계에 지나지 않은 까닭에, 보다 근본적인 효소생산 조절은 이루어지지 않고 있다.On the other hand, many kinds of industrial enzymes are produced in Gram-positive bacteria including Bacillus, but research on the regulatory system such as intracellular regulatory proteins or regulators involved in enzyme production in these industrial strains is still in its infancy. Therefore, more fundamental enzyme production regulation is not achieved.
공지된 바와 같이, 대장균에서는 이화대사물 활성 단백질(Catabolite activator protein)과 cAMP 복합체가 특정 유전자의 전사를 조절하는 조절시스템이 존재하고 있다.한편, 상기 조절기작을 가지고 있지 않은 바실러스를 비롯한 그람양성 세균에서도 세포내 당대사를 조절하는 전반적 조절기작(Global regulatory mechanism)이 존재하는 가의 여부에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다(Hueck, C.J., & H. Wolfgang,Mol. Microbiol., 15, 395 ∼ 401(1995)). 상기 연구 가운데 그람양성 세균에서 이화대사물 억제에 관여하는 이화대사물 조절 단백질A(CcpA) 및 포스포트랜스퍼라제 시스템의 HPr과 같은 총체적인 조절단백질에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있는 바, 그 예는 다음과 같다: 바실러스(Christoph J. et al.,Mol. Microbiol., 16, 855 ∼ 864(1995)), Staphylococcus(Egeter, O. et al., Mol. Microbiol., 21, 739 ∼ 749(1996)) 및 젖산균(Monedero, V. et al.,J. Bacteriol., 179, 6657 ∼ 6664(1997)).As is known, there is a regulatory system in which Escherichia coli controls the transcription of a specific gene between the catabolite activator protein and the cAMP complex. Meanwhile, even in Gram-positive bacteria, including Bacillus, which does not have the regulation mechanism. There is active research on whether there is a global regulatory mechanism that regulates intracellular glucose metabolism (Hueck, CJ, & H. Wolfgang, Mol. Microbiol. , 15, 395-401 (1995). )). Among the studies, active control of total regulatory proteins such as catabolic regulatory protein A (CcpA), which is involved in the suppression of catabolic metabolism in Gram-positive bacteria, and HPr of the phosphotransferase system, are as follows. Bacillus (Christoph J. et al., Mol. Microbiol. , 16, 855-864 (1995)) , Staphylococcus (Egeter, O. et al., Mol. Microbiol., 21, 739-749 (1996) ) And lactic acid bacteria (Monedero, V. et al., J. Bacteriol. , 179, 6657-6664 (1997)).
상기의 선행기술들에서는 다양한 효소의 생합성 조절체계에 관여하는 이화대사물 조절 단백질 및 이의 유전자를 분리하여 염기서열 및 아미노산 서열 등을 개시하고 있으며, 이화대사물 조절 단백질과 효소 생합성 조절과의 관계에 대해 언급하고 있다.The above prior arts disclose nucleotide metabolism regulatory proteins involved in the biosynthesis control system of various enzymes and their genes, and disclose nucleotide sequences and amino acid sequences, and the relationship between catabolic regulatory proteins and enzyme biosynthesis control. It is mentioned.
한편, 종래의 연구는 주로 중온성 균주를 대상으로 하고 있으며, 그 연구단계가 매우 초보적인 단계에 있고, 대부분의 연구들이 당 가수분해효소의 생산 조절에 관한 연구에 집중되어 있는 바, 내열성 및 내알칼리성 단백질 가수분해효소를 생산하는 고온성 세균을 대상으로 하는 연구는 거의 이루어져 있지 않은 실정이다.On the other hand, the conventional research mainly on mesophilic strains, the research stage is in a very rudimentary stage, and most of the studies are focused on the study on the production regulation of sugar hydrolase, heat resistance and resistance Very little research has been conducted on thermophilic bacteria producing alkaline proteinases.
본 발명의 발명자들은 상기한 단백질 가수분해효소를 고수율로 제조할 수 있는 균주를 개발하고자 예의 연구 노력한 결과, 내열성 및 내알칼리성 단백질 가수분해효소와 같은 유용 산업효소를 생산하는 써모액티노마이세스 속(Thermoactinomycessp.) E79로부터 이화대사물 조절 단백질 A(CcpA)을 코딩하는 유전자를 분리하고, 이에 의해 코딩되는 이화대사물 조절 단백질 A(CcpA)이 단백질 가수분해효소의 생합성을 조절함을 확인함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.The inventors of the present invention intensively researched to develop strains capable of producing the above-described protease in high yields, resulting in the genus Thermoactinomyces producing useful industrial enzymes such as heat- and alkaline-resistant proteinases. ( Thermoactinomyces sp.) By separating the gene encoding catabolic regulatory protein A (CcpA) from E79, and confirming that the catabolic metabolic regulatory protein A (CcpA) encoded thereby regulates the biosynthesis of proteolytic enzymes The present invention has been completed.
따라서, 본 발명의 목적은 이화대사물 조절 단백질 A(CcpA)를 코딩하는 DNA를 제공하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide DNA encoding catabolic regulatory protein A (CcpA).
본 발명의 다른 목적은 이화대사물 조절 단백질 A(CcpA)를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a catabolic regulatory protein A (CcpA).
본 발명의 또 다른 목적은 상기 이화대사물 조절 단백질 A(CcpA)의 제조방법을 제공하는데 있다.Still another object of the present invention is to provide a method for preparing the catabolic metabolism regulatory protein A (CcpA).
도 1은 본 발명의 신규한 이화대사물 조절 단백질 A를 코딩하는 유전자의 분리 방법을 나타낸 과정도,1 is a process diagram showing a method of separating a gene encoding a novel catabolic regulatory protein A of the present invention,
도 2는 본 발명의 신규한 이화대사물 조절 단백질 A를 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 플라스미드 pTCA2의 개열지도,2 is a cleavage map of the recombinant plasmid pTCA2 comprising a gene encoding a novel metabolism regulatory protein A of the present invention,
도 3은 본 발명의 신규한 이화대사물 조절 단백질 A 및 공지된 다른 이화대사물 조절 단백질 A의 아미노산 서열,Figure 3 is the amino acid sequence of the novel catabolic regulatory protein A and other known metabolic regulatory protein A of the present invention,
도 4는 본 발명의 신규한 이화대사물 조절 단백질 A를 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 플라스미드 pTCAB3의 개열지도,4 is a cleavage map of the recombinant plasmid pTCAB3 comprising a gene encoding a novel catabolic regulatory protein A of the present invention,
도 5는 본 발명의 신규한 이화대사물 조절 단백질 A의 정제도를 나타내는SDS-PAGE 사진,5 is a SDS-PAGE photograph showing a purification degree of the novel catabolic regulatory protein A of the present invention,
도 6은 E79 단백질 가수분해효소 유전자와 이화대사물 조절 단백질 A와의 상호작용을 조사하기 위한 공동-발현 플라스미드의 제조방법을 나타낸 개략도,6 is a schematic diagram showing a method for preparing a co-expression plasmid for investigating the interaction between E79 protease gene and catabolic regulatory protein A;
도 7은 이화대사물 조절 단백질 A 유전자에 의한 단백질 가수분해효소 생산 억제를 나타내는 사진.Figure 7 is a photograph showing the inhibition of proteolytic enzyme production by catabolic regulatory protein A gene.
본 발명은 서열 1에 기재된 DNA 염기서열을 갖는 이화대사물 조절 단백질 A(CcpA)를 코딩하는 DNA 및 이의 프로모터를 그 특징으로 한다.The present invention is characterized by a DNA encoding a catabolic metabolic regulatory protein A (CcpA) having a DNA sequence set forth in SEQ ID NO: 1 and a promoter thereof.
또한, 본 발명은 서열 1에 기재된 아미노산서열을 갖는 이화대사물 조절 단백질 A(CcpA)를 다른 특징으로 한다.In another aspect, the present invention is characterized by a catabolic regulatory protein A (CcpA) having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1.
한편, 본 발명은 서열 1에 기재된 DNA 염기서열을 갖는 이화대사물 조절 단백질A(CcpA)를 코딩하는 DNA 및 이의 프로모터를 포함하며, 첨부한 도 2에 도시된 개열지도를 갖는 재조합 플라스미드 pTCA2를 또 다른 특징으로 한다.On the other hand, the present invention comprises a DNA encoding a catabolic metabolic regulatory protein A (CcpA) having a DNA sequence of SEQ ID NO: 1 and a promoter thereof, and further comprising a recombinant plasmid pTCA2 having a cleavage map shown in FIG. It is another feature.
본 발명은 서열 1에 기재된 DNA 염기서열을 갖는 이화대사물 조절 단백질A(CcpA)를 코딩하는 DNA 및 이의 프로모터를 포함하며, 첨부한 도 4에 도시된 개열지도를 갖는 재조합 플라스미드 pTCAB3를 그 특징으로 한다.The present invention is characterized by a recombinant plasmid pTCAB3 having a DNA encoding the catabolic metabolism regulatory protein A (CcpA) having a DNA sequence set forth in SEQ ID NO: 1 and a promoter thereof and having a cleavage map shown in FIG. do.
본 발명은 상기 이화대사물 조절 단백질 A(CcpA)의 제조방법을 그 특징으로 한다.The present invention is characterized by a method for producing the catabolic metabolic regulatory protein A (CcpA).
이와 같은 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다:The present invention is described in detail as follows:
본 발명 이화대사물 조절 단백질 A(이하, "CcpA"라 한다)를 코딩하는 DNA의 염기서열을 확인하기 위하여, 우선 써모액티노마이세스 속 E79(Lee, J.K. et al.,Biosci. Biotech. Biochem., 60, 840 ∼ 846(1996); KCTC 1045BP)로부터 염색체 DNA를 분리한다.In order to identify the nucleotide sequence of the DNA encoding the catabolic metabolic regulatory protein A (hereinafter referred to as "CcpA"), first, the genus E79 (Lee, JK et al., Biosci. Biotech. Biochem) ., 60, 840 ~ 846 (1996); the chromosomal DNA is isolated from KCTC 1045BP).
이어, CcpA를 코딩하는 DNA를 분리하기 위하여, 일차적으로 기존에 알려진 여러 CcpA의 아미노산서열 상동성 비교를 통하여 상동성 부위에 해당하는 프라이머를 제작하고, 이를 이용하여 PCR을 수행한다. 상기 PCR 실험을 통하여 ccpA 유전자의 부분적 증폭이 이루어지고, 전체 ccpA 유전자를 분리하기 위해 상기 증폭된 DNA 단편을 디곡시게닌(digoxigenin) 표지를 한다.Subsequently, in order to separate DNA encoding CcpA, a primer corresponding to the homology region is prepared by first comparing the amino acid sequence homology of several previously known CcpAs, and PCR is performed using the same. Partial amplification of the ccpA gene is performed through the PCR experiment, and the amplified DNA fragment is labeled with digoxigenin to isolate the entire ccpA gene.
그리고 나서, 써모액티노마이세스 속 E79 유래 ccpA 전체 유전자를 분리하기 위하여 첨부한 도 1에 나타낸 전략에 따라 다음과 같이 실시한다: 우선, 써모액티노마이세스 속 E79의 염색체 DNA를 제한효소를 이용하여 부분절단한 후, 2 ∼ 5 kb의 DNA 단편을 회수한다. 이어, 상기 DNA 단편을 제한효소로 절단한 pUC19과 혼합하고, DNA 연결효소를 이용하여 서로 연결한후 이를 대장균(E. coli) XL1-Blue에 도입한다. 그리고 나서, 상기 형질전환된 대장균을 니트로셀룰로스 멤브레인에 옮긴 후, 상기 대장균 세포내에 있는 DNA를 니트로셀룰로스 멤브레인에 옮긴 다음, 상기 디곡시게닌으로 표지된 탐침을 가하고 콜로니 혼성화반응을 행한다. 최종적으로, 상기 콜로니 혼성화반응에 대해 양성반응을 나타내는 클론을 선별함으로써 ccpA 유전자를 갖는 클론을 분리한 다음, 분리된 ccpA 유전자를 갖는 형질전환체에서 플라스미드를 분리하고, 이를 pTCA2라 명명하였다(참조: 도 2). 이에, 상기 pTCA2에 의해 형질전환된 대장균(E. coli) XL1-Blue를 대장균(E. coli) XL1-Blue(pTCA2)라 명명하고, 이를 한국과학기술연구원 유전자은행에 1998년 1월 8일자로 기탁하고, 기탁번호 KCTC 8865P를 부여받았다.Then, to isolate the entire ccpA gene derived from Thermoactinomyces sp. E79, the following strategy is carried out as follows: First, the chromosomal DNA of Thermoactinomyces sp. After partial cleavage, DNA fragments of 2 to 5 kb are recovered. Subsequently, the DNA fragments are mixed with pUC19 digested with restriction enzymes, linked to each other using DNA ligase, and then introduced into E. coli XL1-Blue. Then, the transformed Escherichia coli is transferred to a nitrocellulose membrane, and the DNA in the Escherichia coli cell is transferred to a nitrocellulose membrane, and then a probe labeled with digoxigenin is added and colony hybridization is performed. Finally, clones carrying the ccpA gene were isolated by selecting clones that tested positive for the colony hybridization, followed by plasmid isolation from transformants carrying the isolated ccpA gene, which was named pTCA2 (see: 2). Thus, E. coli XL1-Blue transformed with pTCA2 was named E. coli XL1-Blue (pTCA2), which was assigned to the Korea Institute of Science and Technology Gene Bank on January 8, 1998. And deposited with accession number KCTC 8865P.
이어, 상기 클로닝된 ccpA 유전자를 포함하는 DNA의 염기서열을 결정하였는 바, 그 서열은 서열목록의 서열 1과 같다.Then, the base sequence of the DNA containing the cloned ccpA gene was determined, the sequence is the same as SEQ ID NO: 1 of the Sequence Listing.
한편, 상기 과정에서 분리된 ccpA 유전자에 의한 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium) CcpA 변이주의 형질전환을 확인하기 위하여 바실러스 벡터인 pHV33에 삽입하여 pTCAB3를 제조하는 바(참조: 도 4), 상기 pHV33 벡터를 이용한 이유는 바실러스에서 복제 가능한 복제원점을 갖고 있으며, 선택 표지로 이용할 수 있는 클로람페니콜 내성유전자를 갖고 있기 때문이다. 이어, 상기 재조합 플라스미드 pTCAB3를 바실러스 메가테리움 CcpA 변이주 WH356에 도입하여 형질전환시키고, 이화대사물 억제 형질의 회복을 확인한다.Meanwhile, in order to confirm the transformation of Bacillus megaterium CcpA mutant strain by the ccpA gene isolated in the above process, pTCAB3 was prepared by inserting into Bacillus vector pHV33 (see FIG. 4). The reason for using is because it has a replication origin that can be replicated in Bacillus and has a chloramphenicol resistant gene that can be used as a selection marker. Subsequently, the recombinant plasmid pTCAB3 is introduced into Bacillus megaterium CcpA mutant strain WH356 and transformed to confirm recovery of catabolic inhibitory trait.
본 발명은 CcpA 단백질을 제조방법을 또 다른 특징으로 하는 바, 상기 제조방법은 상기에서 분리한 ccpA 유전자의 강력한 프로모터 및 CcpA 단백질의 열안정성을 이용한 것으로서, (ⅰ) 상기 재조합 플라스미드 pTCAB3를 함유한 균주의 배양단계; (ⅱ) 세포 추출액을 얻기 위해 상기 배양된 균주의 분쇄단계; 및 (ⅲ) 55 ∼ 65℃에서 상기 세포 추출액의 열처리 단계를 포함한다. 상기 정제과정중 열처리 단계에서 온도는 바람직하게는 55 ∼ 65℃이며, 가장 바람직하게는 60℃이다. 상기 열처리 단계에서 온도가 55℃ 미만인 경우에는 본 발명의 재조합 플라스미드가 도입되는 숙주의 다른 단백질이 과량 잔존하게 되고, 65℃를 초과하는 경우에는 CcpA 단백질의 손실이 있기 때문이다.In another aspect, the present invention provides a method for producing a CcpA protein, wherein the preparation method utilizes the strong promoter of the ccpA gene isolated above and the thermal stability of the CcpA protein, and (i) the strain containing the recombinant plasmid pTCAB3. Incubation step; (Ii) grinding the cultured strains to obtain cell extracts; And (iii) a heat treatment step of the cell extract at 55-65 ° C. In the heat treatment step of the purification process, the temperature is preferably 55 to 65 ℃, most preferably 60 ℃. If the temperature in the heat treatment step is less than 55 ℃ excess of the other protein of the host into which the recombinant plasmid of the present invention is introduced, and if it exceeds 65 ℃ there is a loss of the CcpA protein.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are only for illustrating the present invention in more detail, and it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples according to the gist of the present invention. .
실시예 1: 써모액티노마이세스 속 E79로부터 염색체 DNA의 분리Example 1 Isolation of Chromosome DNA from Thermoactinomyces Genus E79
써모액티노마이세스 속 E79(KCTC 1045BP)의 염색체 DNA 분리시 세포용해에 어려움이 많아 기존의 방법을 상당히 변형하여 다음과 같이 분리하였다: 우선, 균체를 50℃에서 1.5 ℓ 단백질 가수분해효소생산 배지(1.0% 소이톤, 2.0% 가용성 전분, 0.3% K2HPO4및 0.05% MgSO4, pH 7.2)를 이용하여 16시간 액체배양하고, 250 rpm에서 원심분리한 후 세포침전물을 TEN 완충액(10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA 및 10 mM NaCl, pH 7.6)으로 세척하였다. 이어, 상기 세척한 균체를 -70℃로 얼렸다가 다시 녹이는 과정을 2회 반복한 후 라이소자임을 첨가한 SET 완충용액(20% 수크로스, 50 mM Tris-HCl 및 50 mM EDTA, pH 7.6)에 현탁시켜 37℃에서 1시간동안 반응시켰다. 그런 다음, 25% SDS 용액을 20 ㎖ 첨가하고 부분적으로 세포용해가 일어난 용액에 단백질 가수분해효소 K(10 ㎎/㎖)를 2 ㎖ 첨가하였으며, 60℃에서 1시간동안 흔든 다음, 동량의 페놀/클로로포름 혼합액 처리를 3회 반복하고 50℃의 고온에서 페놀/클로로포름 혼합액의 존재하에서 2시간동안 서서히 흔들어 주었다. 그리고 나서, 원심분리을 하였으며 형성된 상층액에 5 M NaCl을 최종농도 0.3 M이 되도록 첨가한 후 2배 부피의 에탄올을 첨가하였고, 이때 침전되는 DNA를 유리봉으로 감아 올려 95% 에탄올에 침지시켜 세척하고 TE 완충용액(10 mM Tris-HCl 및 1 mM EDTA, pH 7.8)에 용해하였다.Digestion of chromosomal DNA of E79 (KCTC 1045BP) genus Thermoactinomyces is difficult for cell lysis, and the conventional method is considerably modified and separated as follows: First, 1.5 L protein hydrolase production medium at 50 ° C. (1.0% Soyton, 2.0% Soluble Starch, 0.3% K 2 HPO 4 and 0.05% MgSO 4 , pH 7.2) 16 hours liquid culture, centrifuged at 250 rpm and the cell precipitate was TEN buffer (10 mM) Tris-HCl, 1 mM EDTA and 10 mM NaCl, pH 7.6). Then, the washed cells were frozen at −70 ° C. and re-dissolved twice, and then suspended in a SET buffer solution (20% sucrose, 50 mM Tris-HCl and 50 mM EDTA, pH 7.6) containing lysozyme. The reaction was carried out at 37 ° C. for 1 hour. Then, 20 ml of 25% SDS solution was added and 2 ml of protease K (10 mg / ml) was added to the partially lysed solution, and shaken at 60 ° C. for 1 hour, followed by the same amount of phenol / The chloroform mixture solution treatment was repeated three times, and gently shaken for 2 hours in the presence of the phenol / chloroform mixture solution at a high temperature of 50 ° C. Then, centrifugation was performed and 5 M NaCl was added to a final concentration of 0.3 M to the formed supernatant, followed by adding two volumes of ethanol. At this time, the precipitated DNA was rolled up with a glass rod and immersed in 95% ethanol and washed. It was dissolved in TE buffer (10 mM Tris-HCl and 1 mM EDTA, pH 7.8).
실시예 2: PCR을 이용한 써모액티노마이세스 속 E79 유래 ccpA 유전자의 부분적 증폭 및 DIG 표지를 이용한 탐침 제조Example 2: Partial amplification of ccpA gene derived from E79 genus Thermoactinomyces using PCR and preparation of probe using DIG labeling
PCR을 이용하여 써모액티노마이세스 속 E79 유래 CcpA 유전자의 증폭을 다음과 같이 수행하였다: 우선, 프라이머로서 기존에 상동성을 가지고 있는 것으로 알려진 콘센서스 서열(consensus sequence)을 바탕으로 축퇴성 프라이머(degenerate primer)(N-말단 프라이머: 5'-CTGAATTCATGGCNACNGT-3', C-말단 프라이머: 5'-CTGGATCCGCNCCNATRTCRTA-3')를 합성하였다. 이어, 상기 실시예 1에서 분리한 써모액티노마이세스 속 E79의 염색체 DNA를 모형으로 하고, 상기 합성된 프라이머를 이용하여 PCR을 수행하였으며, 최종적으로 0.8 kb의 DNA 단편을 증폭하었다. 상기 PCR 과정은 Perkin Elmer사의 9600 model을 이용하여 수행하였으며, 이때 반응은 94℃에서 5분간 변성시킨 후에 94℃에서 1분, 55℃에서 1분 및 72℃에서 1분의 조건으로 30회 사이클을 반복하였으며, 최종적으로 72℃에서 10분간 DNA 연장반응을 수행하였다. 한편, 콜로니 혼성화를 통해 전체 ccpA 유전자를 분리하기 위한 탐침을 제조하기 위해 상기 과정에서 증폭된 ccpA 유전자 DNA를 DIG 표지시스템(베링거 만헤임사)을 이용하여 디곡시게닌(digoxigenin)-표지 dUTP로 표지하였다.Amplification of the CcpA gene derived from E79 genus Thermoactinomyces using PCR was performed as follows: First, a degenerate primer (consensus sequence) based on a consensus sequence known to have homology as a primer was used. degenerate primer) (N-terminal primer: 5'-CTGAATTCATGGCNACNGT-3 ', C-terminal primer: 5'-CTGGATCCGCNCCNATRTCRTA-3'). Subsequently, the chromosomal DNA of the genus E79 isolated from Example 1 was modeled, PCR was performed using the synthesized primers, and finally, 0.8 kb of DNA fragment was amplified. The PCR process was carried out using a 9600 model of Perkin Elmer, wherein the reaction was denatured at 94 ° C. for 5 minutes, followed by 30 cycles of 1 minute at 94 ° C., 1 minute at 55 ° C. and 1 minute at 72 ° C. It was repeated and finally DNA extension reaction was performed for 10 minutes at 72 ℃. On the other hand, the ccpA gene DNA amplified in the above process was labeled with a digoxigenin-labeled dUTP using the DIG labeling system (Boehringer Mannheim) to prepare a probe for isolating the entire ccpA gene through colony hybridization. .
실시예 3: 콜로니 혼성화를 이용한 ccpA 전체 유전자의 클로닝Example 3: Cloning of the ccpA Whole Gene Using Colony Hybridization
써모액티노마이세스 속 E79 유래 ccp 전체 유전자를 분리하기 위하여 첨부한 도 1에 나타낸 전략에 따라 다음과 같이 실시하였다: 우선, 써모액티노마이세스 속 E79의 염색체 DNA (100 ㎍)를 5 유니트의Sau3AI으로 부분절단한 시료중에서 수크로스 농도구배를 이용하여 2 ∼ 5 kb의 DNA 단편을 회수하였으며, 이를 1 유니트의BamHI으로 절단한 pUC19(베링거 맨하임사)과 혼합하여 1 유니트의 T4 DNA 연결효소를 이용하여 16℃에서 16시간 반응시켰다. 이어, 상기 연결반응 혼합액 20 ㎕및 전기동공기(electroporator; 바이오라드사, GenePulser)를 이용하여 대장균 XL1-Blue(Stratagene사)을 2.5 kV로 통전하여 형질전환시킨 후, 나타난 형질전환체들을 니트로셀룰로스 멤브레인에 옮기고, 진공 트랜스퍼(호퍼사, TransVac TE80) 를 이용하여 변성완충액(0.5 M NaOH 및 1.5 M NaCl) 10 ㎖, 재생완충액(0.5 M Tris-HCl 및 3 M NaCl, pH 7.3) 10 ㎖ 및 X20 SSC(0.3 M 시트르산나트륨 및 3 M NaCl, pH 7.0) 10 ㎖를 사용하여 DNA의 변성 및 중화의 과정을 거쳐 DNA를 니트로셀룰로스 멤브레인에 옮긴 다음, 자외선을 사용하여 고정화하였다. 그런 다음, 상기 멤브레인에 혼성화완충액(5X SSC, 1% BSA, N-라우로일 사코신 및 0.02% SDS) 10 ㎖ 및 변성된 상기 실시예 2에서 제조된 탐침 20 ㎕를 가하고, 42℃에서 16시간동안 콜로니 혼성화반응을 행하였다. 그리고 나서, 상기 콜로니 혼성화반응에 대해 양성반응을 나타내는 클론을 선별하기 위해, 완충액(100 mM 말레산 및 150 mM NaCl, pH 7.5)에 150 ㎍/㎖의 농도로 항체 콘쥬게이트(항-디곡시게닌 알칼린 포스파타제 콘쥬게이트)를 첨가한 다음, 멤브레인과 30분간 반응시킨 후 최종적으로 NBT(nitro blue tetrazolium salt) 및 5-브로모-4-클로로-3-인도일레 포스페이트를 가해 발색되는 클론을 선별하였다.In order to isolate the entire ccp gene derived from Thermoactinomyces genus E79, the following strategy was carried out as follows: First, chromosomal DNA (100 μg) of Thermoactinomyces sp. A sample of 2-5 kb of DNA fragment was recovered from the sample partially cut with Sau 3AI, and mixed with pUC19 (Boehringer Mannheim) cut with 1 unit of Bam HI. The reaction was carried out at 16 ° C. for 16 hours using a ligase. Subsequently, 20 μl of the ligation reaction mixture and an electroporator (BioRad, GenePulser) were used to transform the E. coli XL1-Blue (Stratagene) at 2.5 kV, followed by transformation of the transformants with the nitrocellulose membrane. Transfer to 10 ml of denatured buffer (0.5 M NaOH and 1.5 M NaCl), a regeneration buffer (0.5 M Tris-HCl and 3 M NaCl, pH 7.3) using a vacuum transfer (TransVac TE80, Hopper, Inc.) and X20 SSC. 10 ml (0.3 M sodium citrate and 3 M NaCl, pH 7.0) were used to denature and neutralize the DNA, transfer the DNA to the nitrocellulose membrane, and immobilize using ultraviolet light. Then, 10 ml of hybridization buffer solution (5X SSC, 1% BSA, N-lauroyl sacosin, and 0.02% SDS) and 20 µl of the modified probe prepared in Example 2 were added to the membrane, and 16 at 42 ° C. Colony hybridization was performed for a period of time. The antibody conjugate (anti-digoxigenin) was then added at a concentration of 150 μg / ml in buffer (100 mM maleic acid and 150 mM NaCl, pH 7.5) to screen for clones positive for the colony hybridization. Alkaline phosphatase conjugate) was added, followed by reaction with the membrane for 30 minutes, and finally, clones were developed by adding nitro blue tetrazolium salt (NBT) and 5-bromo-4-chloro-3-indoleyl phosphate. .
실시예 4 : ccpA 유전자를 포함하는 재조합 플라스미드의 분리Example 4 Isolation of Recombinant Plasmids Containing the ccpA Gene
상기 실시예 3의 콜로니 혼성화반응에 대해 양성 결과를 나타내는 형질전환체를 5 ㎖ 액체배양한 후 위자드 미니프렙 키트(프로메가사)를 사용하여 플라스미드를 분리하였다. 이어, 상기 분리된 플라스미드를BamHI,SalI,SmaI,XhoI,XmnI 및AccI 제한효소로 절단하여 분석한 결과 최종적으로 pUC19에 2.5 kb의 DNA가 삽입된 상기 실시예 3에서 제조된 재조합 플라스미드를 확인하였으며, 이를 pTCA2라 명명하였다(참조: 도 2). 이에, 상기 pTCA2에 의해 형질전환된 대장균(E. coli) XL1-Blue를 대장균(E. coli) XL1-Blue(pTCA2)라 명명하고, 이를 한국과학기술연구원 유전자은행에 1998년 1월 8일자로 기탁하고, 기탁번호 KCTC 8865P를 부여받았다.5 ml liquid culture of the transformant showing positive results for the colony hybridization of Example 3 was carried out to isolate the plasmid using Wizard miniprep kit (Promega). Subsequently, the isolated plasmid was digested with Bam HI, Sal I, Sma I, Xho I, Xmn I, and Acc I restriction enzymes, and finally, 2.5 kb of DNA was inserted into pUC19. Recombinant plasmids were identified and named pTCA2 (see FIG. 2). Thus, E. coli XL1-Blue transformed with pTCA2 was named E. coli XL1-Blue (pTCA2), which was assigned to the Korea Institute of Science and Technology Gene Bank on January 8, 1998. And deposited with accession number KCTC 8865P.
실시예 5: ccpA 유전자의 염기서열 결정 및 분석Example 5 Determination and Analysis of Sequence of ccpA Gene
클로닝된 유전자의 염기서열을 결정하기 위하여 약 2.5 kb 의 DNA 단편을 자동 염기서열 결정시스템(ABI 377 Prism DNA Sequencer, Perkin Elmer사)을 사용하여 염기서열을 결정하였으며, 그 결과는 서열목록의 서열 1에 나타내었다. 서열 1에서 확인할 수 있듯이, 약 2.5 kb의 DNA 단편내에는 자체의 프로모터와 CcpA를 암호하고 있는 총 1038 bp의 오픈 리딩프레임(open reading frame)이 존재함을 알 수 있었다. 상기한 염기서열로부터 서열 1에 나타낸 바와 같이 CcpA의 아미노산서열을 추론할 수 있었으며 총 346개의 아미노산으로 이루어진 단백질임을 알 수 있었다.In order to determine the base sequence of the cloned gene, a sequence of about 2.5 kb of DNA fragment was determined using an automatic sequencing system (ABI 377 Prism DNA Sequencer, Perkin Elmer). Shown in As can be seen in SEQ ID NO: 1, there was a total of 1038 bp open reading frame encoding its promoter and CcpA in the DNA fragment of about 2.5 kb. From the base sequence described above, the amino acid sequence of CcpA could be deduced as shown in SEQ ID NO: 1 and it was found that the protein was composed of a total of 346 amino acids.
한편, 상기에서 분리한 유전자에 의한 CcpA 단백질의 아미노산서열을 기존에 알려진 다른 세균 유래의 CcpA 단백질과 비교하여 도 3에 나타내었는 바, 도 3에서 Ta는 써모액티노마이세스 속(Thermoactinomycessp.) E79, Bs는 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), Bm은 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium), Sx는 스태필로코커스 자일로서스(Staphylococcus xylosus) 및 Lc는 락토바실러스 델브루크키이(Lactobacillus delbruckii)를 나타내며, 점선 상자는 헬릭스-턴-헬릭스 모티프를 나타내고, *는 상기 5종류의 미생물의 서열이 모두 일치하는 경우 그리고 ㆍ는 아미노산의 유사성이 있는 경우를 나타낸 것이다. 도 3에서 알 수 있듯이, 써모액티노마이세스 속 E79의 CcpA는 다른 미생물의 CcpA와 약 60%의 상동성을 나타내는 신규한 CcpA로 밝혀졌다.On the other hand, the amino acid sequence of the CcpA protein by the gene isolated above is shown in Figure 3 compared to the CcpA protein derived from other known bacteria, in Figure 3 Ta is Thermoactinomyces sp. E79, Bs represents Bacillus subtilis , Bm represents Bacillus megaterium , Sx represents Staphylococcus xylosus and Lc represents Lactobacillus delbruckii . , Dotted line boxes indicate helix-turn-helix motifs, * denotes cases where the sequences of the five kinds of microorganisms all match, and. As can be seen in Figure 3, CcpA of the genus E79 of the thermoactinomyces was found to be a novel CcpA showing about 60% homology with CcpA of other microorganisms.
실시예 6: 바실러스 메가테리움 CcpA 변이주의 형질전환을 위한 재조합 플라스미드 의 제조Example 6 Preparation of Recombinant Plasmids for Transformation of Bacillus Megaterium CcpA Mutant
ccpA 유전자를 바실러스 메가테리움 CcpA 변이주 WH356에 도입하기 위하여, 상기 플라스미드 pTCA2를 1 유니트의BamHI으로 절단하여 정제한 1.6 kb의 ccpA 유전자 및 동일한 제한효소로 절단한 바실러스 벡터인 pHV33(ATCC 39217)에 삽입하여 재조합 플라스미드를 제조하고, 이를 pTCAB3라 명명하였다(참조: 도 4). 상기 재조합 플라스미드 pTCAB3를 바실러스 메가테리움 CcpA 변이주 WH356에 도입하기 위하여 다음과 같이 원형질체(protoplast) 형질전환법을 사용하였다: 바실러스 메가테리움 WH356을 5 ㎖의 LB 배지에 접종하여 37℃에서 하룻밤 진탕배양하였다. 이어, 550 ㎚에서 흡광도가 0.5가 되었을 때 2,700×g에서 10분동안 원심분리하였으며, 침전된 세포를 2 mg/㎖의 라이소자임을 첨가한 5 ㎖의 SMMP((2X SMM(0.5 M 슈크로스, 0.02 M 말리에이트 및 0.02 M MgCl2, pH 6.5)과 4X PAB 배지의 혼합물)에 현탁시킨 후, 37℃에서 1시간동안 방치하였다. 그런 다음, 위상차 현미경으로 원형질체화된 정도를 확인한 후 2,700×g 에서 15분간 원심분리하고, 이어 수득한 세포를 상기 SMMP로 2회 세척하고 2 ㎖의 SMMP에 용해하여 원형질체 세포로 사용하였다. 그리고 나서, 형질전환을 시키기 위하여 상기 원형질체 세포 1 ㎖을 동량의 2X SMM과 혼합된 DNA와 혼합한 후, 즉시 3 ㎖의 40% PEG 6000을 첨가하고 실온에서 2분간 방치하였다. 이어, 10 ㎖의 SMMP를 가한 후 2,700×g에서 15분간 원심분리하여 균체를 1 ㎖의 SMMP에 현탁하고 37℃에서 90분간 진탕배양하여 10 ㎎/㎖ 의 클로람페니콜이 첨가된 DM3 배지(100 ㎖ 1M 숙신산나트륨, 70 ㎖ 10% 이스트 추출물, 5% 카자미노산, 0.8% 한천, 20 ㎖ 3.5% K2HPO4/1.5% KH2PO4, 5 ㎖ 20% 포도당, 4 ㎖ 1M MgCl2 및 1 ㎖ 2% BSA, pH 7.3)에 도말하여 이용하였다. 형질전환한 후, 재생배지에서 나타난 형질전환체중 ccpA 유전자가 도입된 형질전환체를 선별하기 위하여 M9 최소배지(75 g/ℓ Na2HPO4, 30 g/ℓ KH2PO4, 5 g/ℓ NaCl, 10 g/ℓ NH4Cl, 0.21 g/ℓ MgSO4, pH 7.4)에 크실로스(0.5%)만을 첨가한 평판배지, 그리고 포도당(0.5%) 및 크실로스(0.5%)를 모두 첨가한 평판배지에 각각 투스-피킹하여 37℃에서 16시간동안 배양하였다. 이때, ccpA 유전자가 연결된 pTCAB3가 도입되지 않은 변이주는 ccpA 유전자에 변이가 생긴 균주이기 때문에 포도당에 의한 이화대사물 억제(catabolite repression) 현상이 나타나지 않는 바, 상기 두 종류 모두의 배지에서 청색 콜로니를 형성하였다. 한편, pTCAB3가 도입된 바실러스 메가테리움 CcpA 변이주에서는 도입된 ccpA 유전자에 의해 이화대사물 억제가 회복되어 크실로스만이 첨가된 배지에서는 청색 콜로니를 나타내지만 크실로스 및 포도당이 모두 첨가된 배지에서는 백색 콜로니를 나타내었다. 따라서, 백색 콜로니 형성을 확인함으로써 pTCAB3에 의한 바실러스 메가테리움 형질전환체를 선별하였다.To introduce the ccpA gene into Bacillus megaterium CcpA mutant strain WH356, the plasmid pTCA2 was digested with 1 unit of Bam HI and purified to 1.6 Vb ccpA gene and Bacillus vector pHV33 (ATCC 39217) digested with the same restriction enzyme. Recombinant plasmids were prepared by insertion, which was named pTCAB3 (see FIG. 4). Protoplast transformation was used to introduce the recombinant plasmid pTCAB3 into Bacillus megaterium CcpA mutant WH356 as follows: Bacillus megaterium WH356 was inoculated in 5 ml of LB medium and shaken overnight at 37 ° C. It was. Then, when the absorbance was 0.5 at 550 nm, the cells were centrifuged at 2,700 × g for 10 minutes, and the precipitated cells were treated with 5 ml of SMMP ((2 × SMM (0.5 M sucrose, 0.02) with 2 mg / ml of lysozyme). Suspended in M maleate and 0.02 M MgCl 2, pH 6.5) and 4X PAB medium), and then left for 1 hour at 37 ° C. Then, the degree of protoplasting was confirmed by retardation microscopy, and then 15 at 2,700 × g. After centrifugation for a minute, the obtained cells were washed twice with SMMP and lysed in 2 ml of SMMP to be used as protoplast cells, and then 1 ml of the protoplast cells were mixed with an equal amount of 2X SMM for transformation. After mixing with the prepared DNA, 3 ml of 40% PEG 6000 was immediately added and allowed to stand for 2 minutes at room temperature. Then, 10 ml of SMMP was added, followed by centrifugation at 2,700 × g for 15 minutes to transfer the cells into 1 ml of SMMP. Suspension and shake incubation for 90 minutes at 37 ℃ DM3 medium with 10 mg / ml chloramphenicol (100 ml 1M sodium succinate, 70 ml 10% yeast extract, 5% kazamino acid, 0.8% agar, 20 ml 3.5% K2HPO4 / 1.5% KH2PO4, 5 ml 20% glucose, 4 ml 1 M MgCl 2 and 1 ml 2% BSA, pH 7.3) M9 minimal medium (75 g) for screening transformants with ccpA genes in transformants which appeared in regenerated medium after transformation. / l Na2HPO4, 30 g / l KH2PO4, 5 g / l NaCl, 10 g / l NH4Cl, 0.21 g / l MgSO4, pH 7.4) Plate medium containing only xylose (0.5%), and glucose (0.5%) And toss-picked each plate medium to which both xylose (0.5%) was added and incubated for 16 hours at 37 ° C. At this time, because the mutant strain which did not introduce pTCAB3 to which the ccpA gene was linked was a strain in the ccpA gene. Glucose-catabolite repression does not appear, which is why Blue colonies were formed in the medium. In the Bacillus megaterium CcpA mutant to which pTCAB3 was introduced, catabolic inhibition was restored by the introduced ccpA gene, indicating blue colonies in xylose-only medium, but white in medium containing both xylose and glucose. Colonies were shown. Therefore, Bacillus megaterium transformants with pTCAB3 were selected by confirming white colony formation.
실시예 7: ccpA 유전자에 의한 바실러스 메가테리움 CcpA 변이주의 이화대사물 억제 형질의 회복Example 7 Recovery of Catabolic Metabolism Inhibitory Traits of Bacillus Megaterium CcpA Mutant by ccpA Gene
리포터 효소로서 β-갈락토시다제를 사용하여 분리한 ccpA 유전자에 의한 바실러스 메가테리움 CcpA 변이주 WH356의 이화대사물 억제 형질 회복 현상을 다음과 같이 측정하였다: 우선, 0.5%의 크실로스 및 포도당을 첨가한 실시예 6의 M9 최소배지, 그리고 크실로스만을 첨가한 M9 최소배지 각각에 야생주 바실러스 메가테리움 WH331, 바실러스 메가테리움 CcpA 변이주 WH356, 바실러스 메가테리움 CcpA 변이주 WH356에 플라스미드 pHV33이 도입된 형질전화체 및 바실러스 메가테리움 CcpA 변이주 WH356에 플라스미드 pTCAB3이 도입된 형질전환체 각각을 5시간 배양한 다음, 50 ㎕의 세포에 동량의 클로로포름을 넣고 10초간 격렬하게 흔들어 주었다. 이어, 상기 혼합액에 기질로서 0.2 ㎖의 ONPG(2-nitrophenyl-β-D-galactopyranoside, 4 ㎎/㎖)를 첨가하여 10분간 반응시킨 다음, OD420값을 측정함으로써 효소활성도(유니트)를 계산하였고, 그 결과는 다음 표 1에 나타내었다. 하기 표 1에서 억제비는 억제되지 않은 β-갈락토시다제의 활성도와 억제된 β-갈락토시다제의 활성도의 비를 나타낸 것이다.Catabolism-inhibited transfection of Bacillus megaterium CcpA mutant WH356 by ccpA gene isolated using β-galactosidase as a reporter enzyme was measured as follows: First, 0.5% of xylose and glucose were measured. The plasmid pHV33 was introduced into the wild type Bacillus megaterium WH331, the Bacillus megaterium CcpA mutant WH356, and the Bacillus megaterium CcpA mutant WH356 in each of the M9 minimal medium of Example 6 and M9 minimal medium to which only xylose was added. After transforming the transformants and transformants introduced with the plasmid pTCAB3 into the Bacillus megaterium CcpA mutant strain WH356 for 5 hours, 50 μl of cells were added with the same amount of chloroform and shaken vigorously for 10 seconds. Subsequently, 0.2 ml of ONPG (2-nitrophenyl-β-D-galactopyranoside, 4 mg / ml) was added to the mixed solution for 10 minutes, and the enzyme activity (unit) was calculated by measuring the OD 420 value. The results are shown in Table 1 below. In Table 1 below, the inhibition ratio represents the ratio of the activity of the inhibited β-galactosidase to the activity of the inhibited β-galactosidase.
상기 표 1에서 확인할 수 있듯이, 바실러스 메가테리움 CcpA 변이주 WH356의 경우에는 CcpA의 변이로 인하여 M9 최소배지에서 포도당의 존재시에도 β-갈락토시다제의 활성이 저해를 받지 않으나, 분리한 ccpA 유전자가 도입된 WH356의 경우 포도당이 존재하는 배지에서 성장시 야생주 바실러스 메가테리움 WH331에서 나타내는 것과 같이 β-갈락토시다제의 활성이 현저히 저해되어 포도당에 의한 이화대사물 억제 형질이 회복되었음을 알 수 있었다.As can be seen in Table 1, in the case of Bacillus megaterium CcpA mutant strain WH356, β-galactosidase activity was not inhibited in the presence of glucose in M9 minimal medium due to CcpA mutation, but the isolated ccpA gene In the case of WH356 introduced with glucose, the activity of β-galactosidase was markedly inhibited as shown in wild-type Bacillus megaterium WH331 when it was grown in a medium containing glucose. there was.
실시예 8: CcpA 단백질의 부분정제Example 8: Partial Purification of CcpA Proteins
우선, 37℃에서 하룻밤 배양한 5 ㎖의 재조합 플라스미드 pTCAB3를 함유한 대장균 형질전환체를 원심분리한 후 완충액(50 mM Tri-HCl, pH 8.0) 0.5 ㎖에 현탁하고, 음파파쇄기를 사용하여 세포를 파괴함으로써 세포추출물을 얻었다. 이어, 상기 세포추출물 0.1 ㎖을 고온에서 열처리한 후 SDS-PAGE하여 정제도를 확인하였으며, 그 결과는 첨부한 도 5에 나타내었다. 도 5에서 1레인은 분자량마커, 2레인은 열처리하지 않은 세포추출물(대조군), 3레인은 55℃에서 30분동안 열처리한 경우, 4레인은 60℃에서 15분동안 열처리한 경우, 그리고 5레인은 60℃에서 30분동안 열처리한 경우이다.First, E. coli transformants containing 5 ml of the recombinant plasmid pTCAB3 incubated overnight at 37 ° C were centrifuged and suspended in 0.5 ml of buffer (50 mM Tri-HCl, pH 8.0), and the cells were sonicated using an acoustic wave crusher. The cell extract was obtained by breaking. Subsequently, 0.1 mL of the cell extract was heat-treated at high temperature, and then purified by SDS-PAGE. The results are shown in FIG. 5. In Figure 5, 1 lane is a molecular weight marker, 2 lanes are heat-extracted cell extract (control), 3 lanes are heat-treated at 55 ℃ for 30 minutes, 4 lanes are heat-treated at 60 ℃ for 15 minutes, and 5 lane Is the case of heat treatment at 60 ° C. for 30 minutes.
도 5에서 확인할 수 있듯이, 열처리하지 않은 세포추출물을 로딩한 2레인에서 CcpA 단백질을 나타내는 밴드가 매우 강력하게 나타났는 바, 이는 ccpA 구조유전자의 윗쪽에 있는 강력한 프로모터에 의해 대장균내에서 CcpA가 고발현됨을 나타내며, 상기 프로모터는 다른 유용 단백질의 고발현에도 응용가능성을 갖고 있을 것으로 기대된다.As can be seen in Figure 5, the band showing the CcpA protein was very strong in two lanes loaded with cell extracts that were not heat treated, which is a high expression of CcpA in E. coli by a strong promoter on the top of the ccpA structural gene. The promoter is expected to have applicability to high expression of other useful proteins.
또한, 도 5에서 확인할 수 있듯이 본 발명의 CcpA는 비교적 열에 안정한 특성을 가지고 있으므로 숙주로 사용한 대장균 유래 단백질과는 달리 60℃에서 30분간 열처리하여도 대부분 안정하게 남아있어 열처리를 이용한 부분정제가 가능하였다.In addition, as can be seen in Figure 5 CcpA of the present invention has a relatively heat-stable characteristics, unlike the E. coli-derived protein used as a host, most of the remaining stable even after heat treatment at 60 ℃ 30 minutes it was possible partial purification using heat treatment .
실시예 9: E79 단백질 가수분해효소 및 CcpA의 공동발현Example 9: Coexpression of E79 Protease and CcpA
E79 단백질 가수분해효소의 생합성 조절에 있어 본 발명의 CcpA가 관여하는 지를 조사하기 위하여 공동-발현 플라스미드를 다음과 같이 제조하였다(참조: 도 6): 우선, E79 단백질 가수분해효소를 코드하고 있는 1.6 kb의 BamHI DNA 단편을 pHV33의BamH1 위치에 삽입하여 재조합 플라스미드 pTAP5를 제조하였다. 또한, 플라스미드 벡터 pHV33에 본 발명의 ccpA 유전자가 삽입된 재조합 플라스미드 pTCAB3를EcoRI 으로 절단한 후 2 유니트의 크래나우 프래그먼트로 처리하여 제한효소처리 말단을 평활화시켰다. 이 위치에 역시 2 유니트의 크래나우 프래그먼트로 제한효소처리 말단을 평활화시킨 1.6 kb의 BamHI E79 단백질 가수분해효소 유전자를 브런트 엔드 라이게이션을 통해 삽입하여 최종적으로 10.1 kb의 공동-발현 플라스미드 pTCO5를 제조하였다.To investigate whether CcpA of the present invention is involved in the biosynthesis regulation of E79 protease, co-expression plasmids were prepared as follows (see FIG. 6): First, 1.6 encoding E79 protease Recombinant plasmid pTAP5 was prepared by inserting the kb BamHI DNA fragment into the Bam H1 position of pHV33. In addition, the recombinant plasmid pTCAB3 in which the ccpA gene of the present invention was inserted into the plasmid vector pHV33 was digested with Eco RI, and then treated with two units of Cranau fragments to smooth the restriction enzyme treatment ends. In this position, 1.6 kb of BamHI E79 protease gene, which also blunted the restriction enzyme-treated end with two units of Cranau fragment, was inserted through brunch end ligation to finally produce a 10.1 kb co-expression plasmid pTCO5. It was.
이어, 상기 두 종류의 재조합 플라스미드 100 ng을 대장균에 실시예 3의 전기동공기(electroporator; 바이오라드사, GenePulser)를 이용하여 대장균(E. coli) XL1-Blue(Stratagene사)을 형질전환시킨 후 각각의 재조합 플라스미드를 함유하고 있는 형질전환체에 의해서 나타나는 단백질 가수분해효소의 활성을 다음과 같이 측정하였으며, 그 결과는 하기의 표 2에 나타내었다: 먼저, 상기 대장균 형질전환체를 0.5 ㎖의 LB 배지에서 하룻밤 배양하고, 이어 상기 실시예 8과 동일하게하여 세포추출물을 수득한 다음 원심분리하고, 이의 상층액을 단백질 가수분해효소원으로 이용하였다. 그런 다음, 상기 효소액 0.5 ㎖에 기질용액(10 mM Gly-KCl-KOH 및 0.6% 헤마스텐 카제인, pH 10.0) 3 ㎖을 첨가하고, 55℃에서 2시간동안 반응시킨 다음 3 ㎖의 TCA 용액(0.11 M TCA, 0.22 M 아세트산나트륨 및 0.33 M 아세트산)을 가하여 반응을 정지시켰다. 그리고 나서, 미분해 카제인을 실온에서 10분간 방치하여 침전시킨 후 275 nm에서 흡광도를 측정하였다. 한편, 효소의 역가는 OD275값을 분당 0.01 증가시키는 효소량을 1 유니트(unit)로하여 결정하였다.Subsequently, 100 ng of the two kinds of recombinant plasmids were transformed into Escherichia coli using E. coli XL1-Blue (Stratagene) using the electroporator (Biorad, GenePulser) of Example 3, respectively. The activity of the proteolytic enzymes represented by the transformants containing the recombinant plasmid was measured as follows, and the results are shown in Table 2 below. First, the E. coli transformants were prepared in 0.5 ml of LB medium. Incubated overnight, and then cell extracts were obtained in the same manner as in Example 8, followed by centrifugation, and the supernatant thereof was used as a proteolytic enzyme source. Then, 3 ml of substrate solution (10 mM Gly-KCl-KOH and 0.6% hemasten casein, pH 10.0) was added to 0.5 ml of the enzyme solution, and reacted at 55 ° C. for 2 hours, followed by 3 ml of TCA solution (0.11 M TCA, 0.22 M sodium acetate and 0.33 M acetic acid) were added to stop the reaction. Then, undigested casein was allowed to stand at room temperature for 10 minutes to precipitate, and then the absorbance was measured at 275 nm. On the other hand, the titer of the enzyme was determined by the amount of enzyme that increases the OD 275 value by 0.01 to 1 unit.
하기 표 2에서 비성장속도(specific growth rate)는 37℃에서 20시간동안 1시간 간격으로 OD600을 측정하여 결정하였다.In Table 2, the specific growth rate was determined by measuring OD 600 at 1 hour intervals for 20 hours at 37 ° C.
상기 표 2에서 확인할 수 있듯이, pTCO5으로 형질전환된 세포의 추출물이 pTAP5으로 형질전환된 세포의 추출물보다 단백질 가수분해효소의 활성이 약 2.7배 감소하는 것을 알 수 있었는 바, 이는 pTCO5에 의해 발현되는 CcpA에 의해 이화대사물 억제 형질이 회복되었기 때문이다.As can be seen in Table 2, the extract of the cells transformed with pTCO5 was found to be about 2.7 times less activity of protease than the extract of cells transformed with pTAP5, which is expressed by pTCO5 This is because catabolic inhibitory traits were recovered by CcpA.
상기 이화대사물 억제 형질의 회복은 상기 각각의 재조합 플라스미드를 가지고 있는 대장균 형질전환체의 성장속도를 통해서도 알 수 있었는 바, pTAP5에 의해 형질전환된 세포의 경우에는 발현되는 E79 단백질 가수분해효소에 의해 세포가 손상을 받기 때문에 정상적인 성장이 일어나지 않고 상당히 저하되었다. 그러나, 공동-발현 플라스미드 pTCO5를 함유한 세포의 성장속도는 감소된 단백질 가수분해효소의 활성으로 인해 세포가 덜 손상됨으로써 성장속도가 회복되어 빨라진 것을 확인할 수 있었다.The recovery of catabolic inhibitory traits was also found through the growth rate of the E. coli transformants carrying the respective recombinant plasmids. In the case of cells transformed with pTAP5, E79 proteinase was expressed. Because the cells were damaged, normal growth did not occur and was significantly reduced. However, the growth rate of the cells containing the co-expression plasmid pTCO5 was confirmed that the growth rate is recovered and accelerated because the cells are less damaged by the activity of the reduced protease.
한편, CcpA에 의한 단백질가수분해효소의 생산억제를 배지상으로 확인하기 위해 상기 형질전환된 대장균을 0.8% (W/V) 스킴밀크가 첨가된 LB 평판배지(1% 트립톤, 0.5% 이스트추출물 및 1% NaCl, pH 7.0)를 이용하여 37℃ 항온기에서 20시간 동안 성장시킨 후 55℃ 항온기에서 2시간 방치하여 생기는 투명환을 관찰하였으며, 그 결과는 첨부된 도 7에 나타내었다.Meanwhile, in order to confirm the inhibition of proteolytic enzyme production by CcpA on the medium, LB plate medium (1% tryptone, 0.5% yeast extract) containing 0.8% (W / V) skim milk of the transformed Escherichia coli was identified. And 1% NaCl, pH 7.0) was grown for 20 hours at 37 ℃ incubator using a 2 ℃ incubator was observed for 2 hours in a 55 ℃ thermostat, the results are shown in Figure 7 attached.
도 7에서 확인할 수 있듯이, E79 단백질 가수분해효소 유전자가 단독으로 발현되는 pTAP5의 경우에는 스킴밀크를 첨가한 평판배지에서 비교적 큰 할로(halo)를 형성하지만, 반면에 E79 단백질 가수분해효소 유전자와 분리한 ccpA 유전자가 동시에 발현되는 pTCO5의 경우에는 단백질 가수분해효소의 생산이 현저히 감소하여 거의 할로를 형성하지 못하였다.As can be seen in FIG. 7, pTAP5, in which the E79 protease gene is expressed alone, forms a relatively large halo in a plate medium supplemented with skim milk, whereas it is separated from the E79 protease gene. In the case of pTCO5 in which one ccpA gene is expressed at the same time, the production of proteolytic enzymes was markedly reduced, resulting in almost no halo.
상기한 결과들로 미루어 분리한 CcpA 단백질이 E79 단백질 가수분해효소 유전자의 발현을 억제함으로써 효소의 생산을 저해하고 있다는 것을 확인할 수 있었다.From the above results, it was confirmed that the isolated CcpA protein inhibited the production of the enzyme by inhibiting the expression of the E79 protease gene.
이상에서 상세히 설명하고 입증하였듯이, 본 발명은 서열 1에 기재된 DNA 염기서열을 갖는 이화대사물 조절 단백질 A(CcpA)를 코딩하는 DNA 및 서열 1에 기재된 아미노산서열을 갖는 이화대사물 조절 단백질 A(CcpA)를 제공한다. 또한, 본 발명은 상기 이화대사물 조절 단백질 A(CcpA)의 효과적인 제조방법을 제공한다.As described and demonstrated in detail above, the present invention provides a DNA encoding a catabolic metabolic regulatory protein A (CcpA) having a DNA sequence as set out in SEQ ID NO: 1 and a catabolic regulatory protein A having an amino acid sequence as set out in SEQ ID NO: 1 (CcpA). ). In addition, the present invention provides an effective method for producing the catabolic metabolic regulatory protein A (CcpA).
본 발명의 이화대사물 조절 단백질 A의 아미노산 및 이를 코딩하는 DNA는 신규할 뿐만 아니라, 호열성 세균에서는 처음으로 분리한 당 대사 조절유전자이다. 한편, 본 발명에 의해 분리된 ccpA 유전자는 이화대사물 억제 형질의 해제와 같은 변이 유발에 이용될 수 있으며, 이렇게하여 단백질 가수분해효소를 발효배지내 당 조성에 관계없이 구성적으로 생산하는 변이체를 제조할 수 있다.The amino acids of the catabolic metabolism regulatory protein A of the present invention and the DNA encoding the same are novel as well as the first sugar metabolism regulatory genes isolated from thermophilic bacteria. On the other hand, the ccpA gene isolated by the present invention can be used to induce mutations such as release of catabolic inhibitory traits, thereby producing variants that constitutively produce proteolytic enzymes regardless of the sugar composition in the fermentation medium. It can manufacture.
서열목록Sequence Listing
서열번호: 1SEQ ID NO: 1
서열의 길이: 2459Length of sequence: 2459
서열의 타입: 핵산Type of sequence: nucleic acid
쇄의 수: 2본쇄Number of chains: two prints
토폴로지: 선형Topology: Linear
분자의 타입: genomic DNAType of molecule: genomic DNA
기원origin
생물명: 써모액티노마이세스 속(Thermoactinomycessp.)Biometric: Thermoactinomyces sp.
주명: E79State: E79
서열의 특징Characteristic of the sequence
특징을 나타내는 기호: -10 signalCharacteristic symbol: -10 signal
존재위치: 907..912Location: 907..912
특징을 결정하는 방법: SHow to determine the feature: S
특징을 나타내는 기호: -35 signalCharacteristic symbol: -35 signal
존재위치: 886..891Location: 886..891
특징을 결정하는 방법: SHow to determine the feature: S
특징을 나타내는 기호: CDSCharacteristic symbol: CDS
존재위치: 1018..2055Location: 1018..2055
특징을 결정하는 방법: SHow to determine the feature: S
Claims (8)
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KR1019980043230A KR100313667B1 (en) | 1998-10-15 | 1998-10-15 | THERMOACTINOMYCES SP.) A novel high-potency control protein A of E79 and a DNA encoding the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1019980043230A KR100313667B1 (en) | 1998-10-15 | 1998-10-15 | THERMOACTINOMYCES SP.) A novel high-potency control protein A of E79 and a DNA encoding the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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KR100313667B1 KR100313667B1 (en) | 2002-03-08 |
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ID=19554194
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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KR1019980043230A KR100313667B1 (en) | 1998-10-15 | 1998-10-15 | THERMOACTINOMYCES SP.) A novel high-potency control protein A of E79 and a DNA encoding the same |
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
CN109535235A (en) * | 2018-12-03 | 2019-03-29 | 上海应用技术大学 | Lactobacillus plantarum is metabolized the multiple-effect modulin and its regulation method of oligofructose |
-
1998
- 1998-10-15 KR KR1019980043230A patent/KR100313667B1/en not_active IP Right Cessation
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CN109535235A (en) * | 2018-12-03 | 2019-03-29 | 上海应用技术大学 | Lactobacillus plantarum is metabolized the multiple-effect modulin and its regulation method of oligofructose |
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