KR20140004219A - Novel expression and secretion vector systems for heterologous protein production in escherichia coli - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대장균에서 재조합 DNA 발현/분비 시스템에 관한 것이다. 이 시스템은 세포외 공간 속으로 분비를 추가로 돕기 위해 대장균의 주변세포질 공간으로 재조합 단백질들의 신호 펩타이드-기반 전위의 잠재력을 대장균의 막 결함 돌연변이체와 결합한다. 본 발명은 또한 과다 발현된 재조합 단백질의 개선된 주변세포질 분비를 촉진하도록 트랜스로콘들의 발현을 촉진하는 헬퍼 플라스미드를 더 포함하는 발현 시스템에 관한 것이다. 게다가, 이 시스템은 대장균에서 관심 특이적 단백질들의 효율적 생산을 촉진한다.The present invention relates to a recombinant DNA expression / secretion system in E. coli. This system combines the potential of signal peptide-based translocation of recombinant proteins with the E. coli membrane defect mutant to further secrete into the extracellular space. The present invention also relates to an expression system further comprising a helper plasmid that promotes expression of translocons to promote improved periplasmic secretion of the overexpressed recombinant protein. In addition, this system promotes the efficient production of specific proteins of interest in E. coli.

Description

대장균에서 이형 단백질 생산을 위한 새로운 발현 및 분비 벡터 시스템{Novel Expression and Secretion Vector Systems for Heterologous Protein Production in Escherichia Coli}Novel Expression and Secretion Vector Systems for Heterologous Protein Production in Escherichia Coli

본 발명은 대장균 BL21 DE3 및 대장균 K12를 포함하나 이에 제한되지 않는 대장균과 같은 그람-음성 원핵세포에서 재조합 DNA 발현/분비 시스템에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 세포외 공간 속으로 분비를 추가로 돕기 위해 대장균의 주변세포질 공간으로 재조합 단백질들의 신호 펩타이드-기반 전위의 잠재력을 대장균의 막 결함 돌연변이체와 결합하는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a recombinant DNA expression / secretion system in Gram-negative prokaryotic cells such as E. coli, including but not limited to E. coli BL21 DE3 and E. coli K12. More specifically, the present invention relates to a system that combines the potential of signal peptide-based translocation of recombinant proteins with membrane defective mutants of Escherichia coli to further aid secretion into the extracellular space.

원핵세포들은 재조합 단백질들의 생산에 널리 사용되고 있다. 원하는 폴리펩타이드 또는 단백질의 제어된 발현은 재조합 DNA 기술들을 통해 단백질을 암호화하는 유전자를 프로모터 뒤에 결합함으로써 성취되며, 이의 활성은 외부 인자들에 의해 제어될 수 있다. 이 발현 구조체는 벡터, 대부분 자주 플라스미드 상에서 운반된다. 발현 구조체를 숙주 박테리아 속에 운반하는 플라스미드를 주입하고 프로모터를 활성화하는 화합물의 존재하에서 그 유기체를 배양하면 원하는 단백질의 높은 수준의 발현을 초래한다. 이런 방식으로, 다량의 원하는 단백질이 생산될 수 있다.Prokaryotic cells are widely used for the production of recombinant proteins. Controlled expression of the desired polypeptide or protein is achieved by binding the gene encoding the protein behind the promoter via recombinant DNA techniques, the activity of which can be controlled by external factors. This expression construct is carried on a vector, most often a plasmid. Injecting the plasmid carrying the expression construct into the host bacterium and culturing the organism in the presence of the compound activating the promoter results in high levels of expression of the desired protein. In this way, large amounts of the desired protein can be produced.

대장균은 단백질 생산을 위해 가장 일반적으로 사용된 원핵세포이다. 발현 시스템들을 만들기 위해 플라스미드 벡터들의 여러 다른 변종이 대장균에 사용하도록 개발되었다. 다른 변종들은 여러 다른 형태의 프로모터, 선택가능한 마커 및 다른 형태들의 각각이 독특한 특성을 발현 벡터에 부여하는 복제 기원들을 사용한다. 가장 일반적인 배열에서, 발현된 단백질은 세포질에 축적된다. 이런 방법은 일부 단백질들에 유용한 반면, 모든 단백질이 활성 상태로 세포질에 축적될 수 없다. 주로, 원하는 단백질이 숙주 단백질들에 비해 높은 수준에서 생산될 때, 단백질은 봉입체(inclusion body)로 알려진 불용성 입자들로 축적된다. 봉입체들로서 축적된 단백질들은 활성 형태로 제거하기 어렵다.E. coli is the most commonly used prokaryotic cell for protein production. Several different variants of plasmid vectors have been developed for use in E. coli to create expression systems. Other variants use different types of promoters, selectable markers, and origins of replication, each of which gives different expressions unique characteristics. In the most common arrangement, expressed proteins accumulate in the cytoplasm. While this method is useful for some proteins, not all proteins can be active and accumulate in the cytoplasm. Primarily, when the desired protein is produced at a higher level than the host proteins, the protein accumulates in insoluble particles known as inclusion bodies. Proteins accumulated as inclusion bodies are difficult to remove in active form.

이런 문제를 해결하는 두 방식은 표적 단백질을 내막 및 외막 사이의 주변세포질에 표적 단백질을 수송하거나 세포외 공간 속으로 분비를 촉진하는 것이다. 주변세포질 공간/세포외 매질 속에 분비된 복제 유전자 생성물을 가지는데 여러 잠재적 이점이 존재하는데, 다음을 포함한다: 1) 단백질 생성물은 세포질 프로테아제를 피할 수 있고; 2) 분비되는 경우 호르몬, 리그닌 분해효소 및 덱스트라네이스와 같은 정상적으로 분비된 단백질들은 대장균에서 이들의 활성 형태로 접힐 수만 있으며; 3) 이황화 결합의 정확한 형성이 촉진될 수 있는데 이는 주변세포질 공간이 세포질보다 더욱 산화성 환경을 제공하기 때문이며; 4) 뉴클레아제 또는 프로테아제와 같은 독성 효소들은 숙주에 대해 독성 효과를 나타내는 능력 때문에 세포질에서 생산될 수 없고; 및 5) 정제의 용이함.Two ways to solve this problem are to transport the target protein to the periplasm between the inner and outer membranes or to promote secretion into the extracellular space. There are several potential advantages in having a replication gene product secreted into the periplasmic space / extracellular medium, including: 1) the protein product can avoid cytoplasmic protease; 2) When secreted Normally secreted proteins such as hormones, lignin degrading enzymes and dextranases can only be folded into their active form in E. coli; 3) Accurate formation of disulfide bonds can be promoted because the surrounding cytoplasmic space provides a more oxidative environment than the cytoplasm; 4) Toxic enzymes such as nucleases or proteases cannot be produced in the cytoplasm because of their ability to exert a toxic effect on the host; And 5) ease of purification.

단백질을 주변세포질에 표적화하기 위해서, 이들은 다른 분비 경로(예를 들어, Sec, Tat 및 SRP)를 따르는 신호 펩타이드 서열들(예를 들어, PelB, OmpA, DsbA, TorA 및 MalE)와의 융합체로 발현된다. 다른 전략들은 a. 전위를 강화하는 신호 펩타이드들의 변형. b. 대장균에서 이형 신호 서열들의 사용. c. 주변세포질 샤페론들(예를 들어, Dsb 패밀리 단백질들)의 공동 발현. d. 단백질분해를 감소시키는 프로테아제-음성 돌연변이체 균주들을 포함한다.To target proteins to the periplasm, they are expressed in fusions with signal peptide sequences (eg, PelB, OmpA, DsbA, TorA, and MalE) along different secretory pathways (eg, Sec, Tat, and SRP). . Other strategies include a. Modification of Signal Peptides to Enhance Translocation. b. Use of Heterologous Signal Sequences in E. Coli. c. Co-expression of periplasmic chaperones (eg, Dsb family proteins). d. Protease-negative mutant strains that reduce proteolysis.

대장균의 주변세포질로의 재조합 단백질의 수송은 많은 경우에서 세포질 생산에 바람직하다. 그러나, 단백질이 과다발현될 때, 수송 효율은 현저하게 감소하며 시스템의 일부 이점들이 사라진다. 신호 펩타이드-재조합 단백질 융합체의 과다발현 이후 숙주의 전위 기구(host's translocation machinery)의 오버로딩(overloading)을 피하기 위해서 분비 경로들로부터의 상응하는 트랜스로콘(translocon)으로 고유 분비 기구를 보충하는 시도들이 이루어졌다. Transport of recombinant proteins to the periplasm of E. coli is desirable for cytoplasmic production in many cases. However, when the protein is overexpressed, the transport efficiency is significantly reduced and some benefits of the system disappear. Attempts have been made to supplement the intrinsic secretory machinery with corresponding translocons from the secretory pathways to avoid overloading the host's translocation machinery after overexpression of the signal peptide-recombinant protein fusion. lost.

재조합 단백질들의 세포외 생산은 주변세포질 속으로의 분비에 비해 여러 이점을 가진다. 세포외 생산은 표적 단백질들을 회수하기 위해 외막 파괴를 필요로 하지 않으며, 따라서, 주변세포질 프로테아제에 의한 세포간 단백질분해를 피하며 재조합 단백질들의 연속적인 생산을 가능하게 한다.Extracellular production of recombinant proteins has several advantages over secretion into the periplasm. Extracellular production does not require outer membrane breakdown to recover target proteins, thus avoiding intercellular proteolysis by periplasmic proteases and enabling continuous production of recombinant proteins.

대장균으로부터 재조합 단백질들의 세포외 분지를 촉진하는 여러 방법이 사용되었다. 이런 방법들은 생화학, 물리적 방법(삼투압 충격, 동결 및 해동), 리소자임 처리 및 클로로폼 충격의 사용을 포함한다. 그러나, 이런 방법들은 단지 세포들을 수확한 후 사용할 수 있다. 대장균은 독소 및 헤몰리신과 같은 몇몇 종류의 단백질을 제외하고 일반적으로 단백질들을 세포외적으로 분비하지 않는다. 일반적으로, 주변세포질로부터 배지로의 재조합 단백질들의 이동은 외막의 무결성이 손상된 결과이다.Several methods have been used to facilitate the extracellular branching of recombinant proteins from E. coli. These methods include the use of biochemical, physical methods (osmotic shock, freezing and thawing), lysozyme treatment and chloroform shock. However, these methods can only be used after harvesting the cells. Escherichia coli generally do not secrete proteins extracellularly except for several kinds of proteins, such as toxins and hemolysine. In general, the transfer of recombinant proteins from the periplasm to the medium is a result of impaired integrity of the outer membrane.

박테리아의 외막의 무결성의 손상은 여러 접근법에 의해 성취될 수 있다. 한 방법은 생성물을 배지(예를 들어, 헤몰리신) 속에 정상적으로 분비된 담체 단백질 또는 외막 상에 발현된 단백질(예를 들어, OmpF)에 융합하는 것을 수반한다.Impairment of the bacterial outer membrane integrity can be achieved by several approaches. One method involves fusing the product to a carrier protein normally secreted in a medium (eg, hemolysin) or a protein expressed on the outer membrane (eg, OmpF).

대장균 주변세포질 속에 분비된 단백질들은 kil 또는 막투과 단백질 TolA(TolAIII)의 제 3 위상 도메인을 암호화하는 유전자 또는 E. chrysanthemi EC16으로부터의 아웃 유전자들(out genes)의 공동 발현에 의해 배지 속으로 분비될 수 있다. 박테리오신 방출 단백질(BRP)은 또한 대장균에서 재조합 단백질들의 세포외 생산에 사용될 수 있다. Proteins secreted into the E. coli periplasm are secreted into the medium by co-expression of the gene encoding the third phase domain of kil or the transmembrane protein TolA (TolAIII) or out genes from E. chrysanthemi EC16. Can be. Bacteriocin releasing protein (BRP) can also be used for extracellular production of recombinant proteins in E. coli.

표적 단백질들의 세포외 생산에 대한 다른 접근법은 L-형태 세포들, 벽이 없는 또는 벽이 결핍된 세포들을 사용한다. 외막 단백질들(omp, tol, lpp, env)의 낙아웃들이 제조되었고 상응하는 새기 쉬운 균주(leaky strains)가 분비성 재조합 단백질 발현을 촉진하는데 사용되었다. Another approach to extracellular production of target proteins uses L-type cells, cells without walls or lack walls. Knockouts of outer membrane proteins (omp, tol, lpp, env) were prepared and corresponding leaky strains were used to promote secreted recombinant protein expression.

대장균 K12는 대장균을 치료 단백질들의 대용량 생산을 위한 안전한 시스템으로 만드는 GRAS 유기체이다. 그러나, K12는 일반적으로 분비성 재조합 단백질 발현 균주로 생각되지 않는다. 본 발명에 기술된 효율적인 분비성 대장균 K12 균주의 발생에 대한 한 접근법은 신호 펩타이드-단백질 융합체 및 트랜스로콘 구성요소들의 과다 발현의 잠재력을 막 결핍 돌연변이체와 결합한다.E. coli K12 is a GRAS organism that makes E. coli a safe system for the large-scale production of therapeutic proteins. However, K12 is generally not considered to be a secreted recombinant protein expression strain. One approach to the development of efficient secretory Escherichia coli K12 strains described herein combines the potential of overexpression of signal peptide-protein fusions and transrocon components with membrane deficient mutants.

본 발명은 뉴클레오티드 서열이 관심 단백질을 대장균 세포의 다른 세포 구획을 향하게 할 수 있도록 선택되는 새로운 신호 펩타이드들의 능력을 사용한다. 한편, 본 발명은 관심 단백질의 분비성 발현에 가능한 최고 조합을 결정하도록 테스트될 수 있는 7개의 다른 신호 펩타이드의 플랫폼을 제공한다.The present invention uses the ability of new signal peptides to be selected such that the nucleotide sequence can direct the protein of interest to other cellular compartments of E. coli cells. On the other hand, the present invention provides a platform of seven different signal peptides that can be tested to determine the best possible combination for secretory expression of the protein of interest.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것이다.The present invention is to solve the above problem.

본 발명은 대장균 K12 또는 대장균 BL21 DE3을 포함하나 이에 제한되지 않는 대장균과 같은 그람-음성 원핵세포에서 재조합 DNA 발현/분비 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은 세포외 공간 속으로 분비를 추가로 돕기 위해 대장균의 주변세포질 공간으로 재조합 단백질들의 신호 펩타이드-기반 전위의 잠재력을 대장균의 막 결함 돌연변이체와 결합한다.The present invention relates to a recombinant DNA expression / secretion system in Gram-negative prokaryotic cells such as E. coli, including but not limited to E. coli K12 or E. coli BL21 DE3. The system combines the potential of signal peptide-based translocation of recombinant proteins with the E. coli membrane defect mutant to further aid secretion into the extracellular space.

본 발명의 다른 양태는 과다 발현된 재조합 단백질의 개선된 주변세포질 분비를 촉진하도록 트랜스로콘들의 발현을 촉진하는 헬퍼 플라스미드를 선택적으로 포함하는 발현 벡터이다. 이 시스템은 특이적 단백질들이 숙주에 의해 정상적으로 분비되지 않는 대장균 숙주에 의해 분비된 특이적 단백질들의 생산에 추가로 사용될 수 있다. 또한, 이 시스템은 대장균에서 관심 특이적 단백질들의 효율적 생산을 촉진한다. 발현 벡터는 분비성 신호 서열, 유도성 프로모터 및 관심 유전자를 포함한다.Another aspect of the invention is an expression vector optionally comprising a helper plasmid that promotes expression of translocons to promote improved periplasmic secretion of the overexpressed recombinant protein. This system can be further used for the production of specific proteins secreted by E. coli host, in which specific proteins are not normally secreted by the host. In addition, this system promotes the efficient production of specific proteins of interest in E. coli. Expression vectors include secretory signal sequences, inducible promoters and genes of interest.

본 발명의 또 다른 양태는 재조합 세포를 얻는 방법이며, 이 방법은 (a) 재조합 벡터를 얻는 단계, (b) 숙주 세포를 재조합 벡터로 변형하는 단계 및 (c) 선택적으로 숙주 세포를 헬퍼 플라스미드로 공동변형하여 재조합 세포를 얻는 단계를 포함한다.Another aspect of the invention is a method of obtaining a recombinant cell, the method comprising (a) obtaining a recombinant vector, (b) transforming the host cell into a recombinant vector, and (c) optionally transforming the host cell into a helper plasmid. Comodifying to obtain recombinant cells.

본 발명의 또 다른 양태는 재조합 펩타이드를 얻는 방법이며, 이 방법은 (a) 분비성 신호 서열, 유도성 프로모터 및 관심 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 얻는 단계, (b) 숙주 세포를 재조합 벡터로 변형하고 선택적으로 숙주 세포를 헬퍼 플라스미드로 공동변형하는 단계, (c) 재조합 벡터를 발현하고 재조합 펩타이드를 세포외 매질 속에 분비하는 단계 및 (d) 선택적으로 정제하여 재조합 펩타이드를 얻는 단계를 포함한다.Another aspect of the invention is a method of obtaining a recombinant peptide, the method comprising the steps of (a) obtaining a recombinant vector comprising a secretory signal sequence, an inducible promoter and a gene of interest, (b) transforming a host cell into a recombinant vector And optionally co-modifying the host cell with a helper plasmid, (c) expressing the recombinant vector and secreting the recombinant peptide into an extracellular medium, and (d) optionally purifying to obtain the recombinant peptide.

본 발명의 또 다른 양태는 발현 벡터, 재조합 세포 또는 이의 조합을 포함하는 재조합 펩타이드를 얻기 위한 키트 및 재조합 펩타이드를 얻기 위한 키트의 조립 방법이며, 이 방법은 재조합 벡터, 재조합 세포 또는 이의 조합을 결합하는 단계를 포함한다.Another aspect of the invention is a kit for obtaining a recombinant peptide comprising an expression vector, a recombinant cell or a combination thereof and a method for assembling a kit for obtaining a recombinant peptide, the method comprising combining a recombinant vector, a recombinant cell or a combination thereof Steps.

본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.Are included in the scope of the present invention.

본 발명이 쉽게 이해되고 실질적으로 효과를 나타내도록, 첨부된 도면들을 참조하여 예증된 예시적 실시태양들을 이제 참조할 것이다. 아래 상세한 설명과 함께 도면들은 명세서에 포함되고 일부를 형성하며, 실시예들을 추가로 예증하며 본 발명에 따른 다양한 원리들과 이점들을 설명한다.
본 발명의 실시태양들에 따라, 도 1은 유도성 T5 프로모터의 제어하에서 신호 펩타이드-표적 단백질 융합체를 운반하는 발현 벡터, pAEV01에 대한 플라스미드 지도의 개략적 묘사를 나타낸다.
본 발명의 실시태양들에 따라, 도 2는 내열성 세균 말토오스생성 아밀라아제(Bacillus stearothermophilus maltogenic amylase)의 T7 프로모터, 신호 펩타이드 서열, 리보솜 결합 부위 및 전사 시작 부위의 개략적 묘사이다.
본 발명의 실시태양들에 따라, 도 3a는 0.1mM IPTG 유도 후 말토오스생성 아밀라아제에 대한 MalE, TorA 및 pelB 신호 펩타이드 융합체를 발현하는 균주들로부터의 용해물의 SDS-PAGE 분석을 도시한다.
본 발명의 실시태양들에 따라, 도 3b는 0.1mM IPTG 유도 연구 후 말토오스생성 아밀라아제에 대한 DsbA, YcdO, FhuD, MdoD 및 pelB 신호 펩타이드 융합체를 발현하는 균주들로부터의 용해물의 SDS-PAGE 분석을 도시한다.
본 발명의 실시태양들에 따라, 도 4는 0.1mM IPTG 유도 연구 후 말토오스생성 아밀라아제에 대한 MalE, YcdO, TorA, FhuD 및 pelB 신호 펩타이드 융합체를 발현하는 균주들로부터의 용해물의 SDS-PAGE 분석을 도시한다.
본 발명의 실시태양들에 따라, 도 5a는 상응하는 유도되지 않은 배양액과 비교한 pelB, MalE, FhuD, DsbA 및 MdoD에 융합된 0.1mM의 말토오스생성 아밀라아제 활성에 의한 배수 유도(fold induction)를 도시한다.
본 발명의 실시태양들에 따라, 도 5b는 상응하는 유도되지 않은 배양액과 비교한 MalE, FhuD, TorA, YcdO 및 pelB에 융합된 1mM의 말토오스생성 아밀라아제 활성에 의한 배수 유도를 도시한다.
Reference will now be made to the exemplary embodiments illustrated with reference to the accompanying drawings, in order that the present invention may be readily understood and substantially effective. The drawings, together with the description below, form a part thereof, further illustrate embodiments, and illustrate various principles and advantages in accordance with the present invention.
In accordance with embodiments of the present invention, FIG. 1 shows a schematic depiction of a plasmid map for an expression vector, pAEV01, carrying a signal peptide-target protein fusion under the control of an inducible T5 promoter.
In accordance with embodiments of the present invention, Figure 2 is a heat resistant bacterial maltose-producing amylase ( Bacillus) A schematic depiction of the T7 promoter, signal peptide sequence, ribosomal binding site and transcription start site of stearothermophilus maltogenic amylase.
In accordance with embodiments of the present invention, FIG. 3A depicts SDS-PAGE analysis of lysates from strains expressing MalE, TorA and pelB signal peptide fusions against maltose amylase following 0.1 mM IPTG induction.
In accordance with embodiments of the present invention, FIG. 3B shows SDS-PAGE analysis of lysates from strains expressing DsbA, YcdO, FhuD, MdoD and pelB signal peptide fusions to maltose amylase after 0.1 mM IPTG induction studies. Illustrated.
In accordance with embodiments of the present invention, FIG. 4 shows SDS-PAGE analysis of lysates from strains expressing MalE, YcdO, TorA, FhuD and pelB signal peptide fusions against maltose amylase after 0.1 mM IPTG induction studies. Illustrated.
In accordance with embodiments of the present invention, FIG. 5A shows fold induction by 0.1 mM maltose amylase activity fused to pelB, MalE, FhuD, DsbA and MdoD compared to the corresponding uninduced culture. do.
In accordance with embodiments of the present invention, FIG. 5B depicts fold induction by 1 mM maltose amylase activity fused to MalE, FhuD, TorA, YcdO and pelB compared to the corresponding uninduced culture.

본 발명의 실시태양들에 따라, 표 1은 신호 서열들의 아미노산 잔기들 및 개별 수송 경로들을 나열한다.In accordance with embodiments of the present invention, Table 1 lists the amino acid residues and individual transport pathways of the signal sequences.

본 발명의 실시태양들에 따라, 표 2는 신호 서열들을 나열한다.In accordance with embodiments of the present invention, Table 2 lists the signal sequences.

본 발명의 실시태양들에 따라, 표 3은 신호 서열 플라스미드 정보를 나열한다.In accordance with embodiments of the present invention, Table 3 lists signal sequence plasmid information.

청구된 발명의 주제를 더욱 명확하게 간략하게 기술하고 지적하기 위해서, 이하의 기술된 설명에 사용되는 구체적인 용어들에 대한 정의가 제공된다.In order to more clearly and briefly describe and point out the subject matter of the claimed invention, definitions are provided for specific terms used in the following description.

용어 '발현'은 내용이 요구하는 대로, 전사 또는 번역 또는 둘 다를 의미한다.The term 'expression' means transcription or translation or both, as the content requires.

용어 '발현 벡터'는 특정 숙주 세포에서 작동가능하게 연결된 뉴클레오티드 서열의 발현에 필요한 적절한 제어 뉴클레오티드 서열들(예를 들어, 프로모터, 인핸서, 리프레서, 오퍼레이터 서열 및 리보솜 결합 부위)을 포함하는 재조합 DNA 분자를 의미한다. 발현 벡터는 플라스미드와 같이 자가 복제될 수 있고 따라서 복제 부위를 지닐 수 있거나 무작위로 또는 표적화된 부위에 숙주 염색체 속에 통합되는 벡터일 수 있다. 발현 벡터는 변형된 세포들에서 표현형 선택을 제공하기 위한 선택가능한 마커로서 선택 유전자를 포함할 수 있다. 발현 벡터는 번역의 제어에 유용한 서열들을 포함할 수 있다.The term 'expression vector' refers to a recombinant DNA molecule comprising appropriate control nucleotide sequences (e.g., promoter, enhancer, repressor, operator sequence and ribosomal binding site) required for expression of the nucleotide sequence operably linked in a particular host cell. Means. Expression vectors can be autonomously replicated, such as plasmids, and therefore can be vectors that have a replication site or are integrated into the host chromosome at random or targeted sites. The expression vector may comprise a selection gene as a selectable marker for providing phenotypic selection in modified cells. The expression vector may comprise sequences useful for the control of translation.

용어 '작동가능하게 연결된/연결되는' 또는 '작동가능하게 조합되어'는 원하는 단백질 분자의 직접 전사 및/또는 합성을 개시, 조절 또는 지휘할 수 있는 제어 뉴클레오티드 서열들에 대응하여 위치된 뉴클레오티드 서열을 의미한다.The term 'operably linked / linked' or 'operably combined' refers to a nucleotide sequence positioned corresponding to control nucleotide sequences capable of initiating, regulating or directing the direct transcription and / or synthesis of a desired protein molecule. it means.

용어 '뉴클레오티드'는 리보뉴클레오티드 또는 데옥시리보뉴클레오티드를 의미한다. '핵산'은 뉴클레오티드들의 폴리머를 의미하며 단일 가닥 또는 이중 가닥일 수 있다. '폴리뉴클레오티드'는 길이가 12개 이상의 뉴클레오티드인 핵산을 의미한다.The term 'nucleotide' refers to ribonucleotides or deoxyribonucleotides. "Nucleic acid" means a polymer of nucleotides and may be single stranded or double stranded. "Polynucleotide" means a nucleic acid that is 12 or more nucleotides in length.

용어 '관심 뉴클레오티트 서열'은 당업자에 의해 생산이 어떤 이유에서든 바람직할 '관심 단백질, 폴리펩타이드 또는 펩타이드'를 암호화하는 뉴클레오티드 서열을 의미한다. 이런 뉴클레오티드 서열들은 구조 유전자, 조절 유전자, 항체 유전자, 효소 유전자 등 또는 이의 일부의 암호화 서열을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 관심 뉴클레오티드 서열은 여러 다른 기관들 중 하나로부터의 유전자의 암호화 서열을 포함할 수 있다.The term 'nucleotide sequence of interest' refers to a nucleotide sequence that encodes a 'protein of interest, polypeptide or peptide' which production would be desirable for whatever reason by those skilled in the art. Such nucleotide sequences include, but are not limited to, coding sequences of structural genes, regulatory genes, antibody genes, enzyme genes, or the like. The nucleotide sequence of interest may comprise a coding sequence of a gene from one of several different organs.

뉴클레오티드 서열은 뉴클레오티드 서열이 단백질의 아미노산 서열로 번역될 수 있는 경우 단백질을 '암호화한다' 또는 '유전정보를 지정한다'. 뉴클레오티드 서열은 실제 번역 시작 코돈 또는 종료 코돈을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다.A nucleotide sequence 'encodes' or 'specifies genetic information' a protein if the nucleotide sequence can be translated into the amino acid sequence of the protein. The nucleotide sequence may or may not include the actual translation start codon or end codon.

'관심 단백질, 폴리펩타이드 또는 펩타이드 서열'은 '관심 뉴클레오티드 서열'에 의해 암호화된다. 단백질, 폴리펩타이드 또는 펩타이드는 포유류, 곤충, 박테리아 및 바이러스와 같은 미생물을 포함하나 이에 제한되지 않는 임의의 유기체로부터의 단백질일 수 있다. 단백질, 폴리펩타이드 또는 펩타이드는 구조 단백질, 조절 단백질, 항체, 효소, 억제제, 트랜스포터, 호르몬, 친수성 또는 소수성 단백질, 모노머 또는 다이머, 치료적으로 관련된 단백질, 산업적으로 관련된 단백질 또는 이의 일부를 포함하나 이에 제한되지 않는 임의의 형태의 단백질일 수 있다.A protein of interest, polypeptide, or peptide sequence is encoded by a nucleotide sequence of interest. A protein, polypeptide or peptide can be a protein from any organism, including but not limited to microorganisms such as mammals, insects, bacteria and viruses. Proteins, polypeptides or peptides include, but are not limited to, structural proteins, regulatory proteins, antibodies, enzymes, inhibitors, transporters, hormones, hydrophilic or hydrophobic proteins, monomers or dimers, therapeutically related proteins, industrially related proteins, or portions thereof. It can be any form of protein, but not limited to.

'펩타이드'는 4개 내지 20개 아미노산의 폴리머이며, '폴리펩타이드'는 21개 내지 50개 아미노산의 폴리머이며 '단백질'은 50개 이상의 아미노산의 폴리머이다.A 'peptide' is a polymer of 4 to 20 amino acids, a 'polypeptide' is a polymer of 21 to 50 amino acids and a 'protein' is a polymer of at least 50 amino acids.

용어 '일부'는 단백질과 관련하여 사용될 때 그 단백질의 단편들을 의미한다. 단편들은 단백질의 4개 아미노산 잔기 내지 전체 아미노산 서열로부터 한 아미노산을 뺀 크기에서 변할 수 있다.The term 'some' when used in connection with a protein refers to fragments of that protein. Fragments can vary in size from four amino acid residues of the protein to one amino acid from the entire amino acid sequence.

용어 '정제된' 또는 '정제하기 위해'는 샘플로부터 원치 않은 구성요소들의 제거를 의미한다. 예를 들어, 성장 배지로부터 분비된 단백질을 정제하는 것은 배지의 다른 구성요소들(즉, 단백질들 및 다른 유기 분자들)을 제거하여, 분비된 단백질의 백분율을 증가시키는 것을 의미한다. 용어 '변형된', '돌연변이체' 또는 '변형체'는 본 발명에서 상호교환하여 사용되며 (a) 하나 이상의 뉴클레오티드가 첨가되거나 결실되거나 다른 뉴클레오티드들 또는 변형된 염기들로 치환된 뉴클레오티드 서열 또는 (b) 하나 이상의 아미노산이 첨가되거나 결실되거나 다른 아미노산으로 치환된 단백질, 펩타이드 또는 폴리펩타이드를 의미한다. 변형체는 자연적으로 발생하거나 당업자에 의해 실험적으로 만들어질 수 있다. 변형체는 부모 서열로부터의 하나 이상의 아미노산 또는 뉴클레오티드가 다른(즉, 첨가, 결실 또는 치환) 단백질, 펩타이드, 폴리펩타이드 또는 폴리뉴클레오티드일 수 있다.The term 'purified' or 'to purify' means the removal of unwanted components from a sample. For example, purifying the secreted protein from the growth medium means removing other components of the medium (ie, proteins and other organic molecules), thereby increasing the percentage of secreted protein. The terms 'modified', 'mutant' or 'variant' are used interchangeably herein and include (a) a nucleotide sequence in which one or more nucleotides have been added or deleted or substituted with other nucleotides or modified bases or (b) A protein, peptide or polypeptide wherein one or more amino acids are added, deleted or substituted with another amino acid. Variants can occur naturally or can be made experimentally by those skilled in the art. Variants may be proteins, peptides, polypeptides or polynucleotides that differ in one or more amino acids or nucleotides from the parent sequence (ie, additions, deletions or substitutions).

용어 '주변세포질'은 세포질 막의 외부 표면과 그람 음성 박테리아의 리포폴리사카라이드 층의 내부 표면 사이의 겔 유사 지역을 의미한다.The term 'peripheral cytoplasm' refers to a gel-like region between the outer surface of the cytoplasmic membrane and the inner surface of the lipopolysaccharide layer of Gram-negative bacteria.

용어 '분비'는 주변세포질 또는 세포외 성장 배지로 박테리아에서 발현되는 재조합 단백질의 배출을 의미한다.The term 'secretion' refers to the release of recombinant proteins expressed in bacteria into the periplasm or extracellular growth medium.

바람직한 실시태양들에 따라, 본 발명은 분비성 신호 서열, 유도성 프로모터 및 관심 유전자를 포함하는 발현 벡터에 관한 것이다. 본 발명은 또한 선택적으로 헬퍼 플라스미드와 함께 상기 벡터를 포함하는 재조합 세포를 의미하며, 재조합 세포는 막 결함 세포이다.According to preferred embodiments, the present invention relates to an expression vector comprising a secretory signal sequence, an inducible promoter and a gene of interest. The invention also means a recombinant cell comprising said vector, optionally with a helper plasmid, wherein the recombinant cell is a membrane defective cell.

본 발명의 다른 바람직한 실시태양은 재조합 세포를 얻는 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 a. 재조합 벡터를 얻는 단계, b. 숙주 세포를 재조합 벡터로 변형하는 단계 및 c. 선택적으로 숙주 세포를 헬퍼 플라스미드로 공동변형하여 재조합 세포를 얻는 단계를 포함한다.Another preferred embodiment of the invention relates to a method of obtaining recombinant cells, said method comprising a. Obtaining a recombinant vector, b. Transforming the host cell with a recombinant vector and c. Optionally co-modifying the host cell with a helper plasmid to obtain recombinant cells.

또 다른 양태는 재조합 펩타이드를 얻는 방법이며, 이 방법은 a. 분비성 신호 서열, 유도성 프로모터 및 관심 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 얻는 단계, b. 숙주 세포를 재조합 벡터로 변형하고 선택적으로 숙주 세포를 헬퍼 플라스미드로 공동변형하는 단계, c. 재조합 벡터를 발현하고 재조합 펩타이드를 세포외 매질 속에 분비하는 단계 및 d. 선택적으로 정제하여 재조합 펩타이드를 얻는 단계를 포함한다.Another embodiment is a method of obtaining a recombinant peptide, the method comprising a. Obtaining a recombinant vector comprising a secretory signal sequence, an inducible promoter and a gene of interest, b. Modifying the host cell with a recombinant vector and optionally co-modifying the host cell with a helper plasmid, c. Expressing the recombinant vector and secreting the recombinant peptide into an extracellular medium, and d. Optionally purifying to obtain a recombinant peptide.

본 발명의 한 실시태양에서, 상기 분비성 신호 서열은 SEQ ID NO 1 내지 SEQ ID NO 7을 포함하는 그룹으로부터 선택된 코돈 최적화 서열이며; 유도성 프로모터는 T5 프로모터이다.In one embodiment of the invention, said secretory signal sequence is a codon optimization sequence selected from the group comprising SEQ ID NO 1 to SEQ ID NO 7; Inducible promoters are T5 promoters.

본 발명의 한 실시태양에서, 상기 관심 유전자는 원핵세포 및 진핵세포 유전자들을 포함하는 그룹으로부터 선택된다.In one embodiment of the invention, the gene of interest is selected from the group comprising prokaryotic and eukaryotic genes.

본 발명의 또 다른 실시태양에서, 상기 세포는 원핵세포, 바람직하게는 대장균 K12이며; 헬퍼 플라스미드는 원핵세포 분비 시스템으로부터의 샤페론 또는 트랜스로콘을 지닌 플라스미드이다.In another embodiment of the invention, said cell is a prokaryotic cell, preferably E. coli K12; Helper plasmids are plasmids with chaperone or transrocon from prokaryotic secretion systems.

본 발명의 다른 실시태양은 재조합 펩타이드를 얻기 위한 키트에 관한 것이며, 이 키트는 발현 벡터, 재조합 세포 또는 이의 조합을 포함한다.Another embodiment of the invention relates to a kit for obtaining a recombinant peptide, the kit comprising an expression vector, a recombinant cell or a combination thereof.

본 발명은 또한 재조합 펩타이드를 얻기 위한 키트를 조립하는 방법에 관한 것이며, 이 방법은 발현 벡터, 재조합 세포 또는 이의 조합을 조합하는 행위를 포함한다.The invention also relates to a method of assembling a kit for obtaining a recombinant peptide, the method comprising the act of combining an expression vector, a recombinant cell or a combination thereof.

본 발명의 또 다른 실시태양에서, 헬퍼 플라스미드는 박테리아 분비 기구; 예시적으로 SEC 및 TAT로부터 샤페론 또는 트랜스로콘의 임의의 구성요소를 지닌 플라스미드를 포함하는 그룹으로부터 선택된다.In another embodiment of the invention, the helper plasmid comprises a bacterial secretion apparatus; Exemplarily from SEC and TAT is selected from the group comprising plasmids with any component of chaperone or transrocon.

본 발명은 또한 세포외 성장 배지로 재조합 단백질, 폴리펩타이드 또는 펩타이드의 분비를 통한 관심 재조합 단백질, 폴리펩타이드 또는 펩타이드의 생산 방법에 관한 것이다. The invention also relates to a method of producing a recombinant protein, polypeptide or peptide of interest through the secretion of the recombinant protein, polypeptide or peptide into an extracellular growth medium.

본 발명의 한 실시태양에서, 상기 방법은 SEC, TAT 또는 SRP 수송 경로 단독 또는 조합을 통해 재조합 단백질, 폴리펩타이드 또는 펩타이드의 분비를 지휘하도록 천연 대장균 분비성 신호 서열들의 특정 코돈 최적화 변형을 지닌 발현 벡터들을 사용한다(표 1).In one embodiment of the invention, the method comprises expression vectors with specific codon-optimized modifications of native E. coli secretory signal sequences to direct secretion of recombinant proteins, polypeptides or peptides via SEC, TAT or SRP transport pathways alone or in combination. (Table 1).

본 발명의 한 실시태양에서, 발현 벡터는 SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO:4, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6 또는 SEQ ID NO: 7; 유도성 T5 프로모터의 하류(downstream)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 신호 서열을 지닌다(표 2).In one embodiment of the invention, the expression vector is SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6 or SEQ ID NO : 7; Has a signal sequence selected from the group consisting of downstream of the inducible T5 promoter (Table 2).

한 실시태양에서, 발현 벡터는 플라스미드 pAEV01, pAEV02, pAEV03, pAEV04, pAEV05, pAEV06, pAEV07로 이루어진 그룹으로부터 선택된다(표 3).In one embodiment, the expression vector is selected from the group consisting of plasmids pAEV01, pAEV02, pAEV03, pAEV04, pAEV05, pAEV06, pAEV07 (Table 3).

한 실시태양에서, 발현 벡터는 원핵 숙주 세포, 예를 들어, 대장균 또는 이의 균주에서 사용하기 위한 것이다.In one embodiment, the expression vector is for use in prokaryotic host cells, eg, E. coli or strains thereof.

본 발명의 또 다른 실시태양에서, 발현 벡터들 중 임의의 것에 의해 변형된 분리된 숙주 세포가 제공되어, 세포는 핵산에 의해 암호화된 관심 단백질, 폴리펩타이드 또는 펩타이드를 발현하고 분비한다. 한 실시태양에서, 숙주 세포는 원핵 숙주 세포, 예를 들어, 대장균 또는 이의 균주이다.In another embodiment of the present invention, an isolated host cell modified by any of the expression vectors is provided such that the cell expresses and secretes the protein, polypeptide or peptide of interest encoded by the nucleic acid. In one embodiment, the host cell is a prokaryotic host cell, eg, E. coli or strain thereof.

본 발명의 또 다른 실시태양에서, 단일 뉴클레오티드 서열에서 두 주변세포질 분비 신호들의 특징을 이용하는 서열 ID. No. 2, 3 및 5에 상응하는 신호 펩타이드들의 사용이 기술된다. 따라서 상응하는 발현 벡터들의 사용은 특정 분비 경로의 막힘을 피하게 하여 단백질 수율을 향상시킬 수 있다. 본 발명에 기술된 발현 벡터들은 유도성 T5 프로모터의 제어하에서 신호-펩타이드 표적 단백질 융합체를 운반할 것이며 따라서 이형 단백질 발현을 유도하기 위한 대장균 K12 숙주에 사용하는데 적합하게 된다.In another embodiment of the present invention, sequence ID utilizing the characteristics of two periplasmic secretion signals in a single nucleotide sequence. No. The use of signal peptides corresponding to 2, 3 and 5 is described. Thus, the use of corresponding expression vectors can improve protein yield by avoiding blockage of certain secretory pathways. The expression vectors described herein will carry a signal-peptide target protein fusion under the control of an inducible T5 promoter and thus are suitable for use in an E. coli K12 host for inducing heterologous protein expression.

본 발명의 또 다른 실시태양에서, SEC 및 TAT 분비 경로들에 속하는 트랜스로콘들을 공동 발현하기 위한 헬퍼 플라스미드의 사용이 기술된다. 특히 이런 헬퍼 플라스미드들 중 하나는 단일 오페론으로서 유전자 secY, secE 및 secG를 암호화할 것이다. 다른 헬퍼 플라스미드는 단일 오페론으로서 tatA, tatB 및 tatC를 암호화할 것이다. 오페론들을 암호화하는 이런 트랜스로콘은 유도성 T5 프로모터의 제어하에 있을 것이며 따라서 이형 단백질 발현을 유도하기 위한 대장균 K12 숙주에 사용하는데 적합하게 된다.In another embodiment of the present invention, the use of a helper plasmid for coexpressing translocons belonging to SEC and TAT secretion pathways is described. In particular, one of these helper plasmids will encode the genes secY, secE and secG as a single operon. Another helper plasmid will encode tatA, tatB and tatC as a single operon. This transrocon, which encodes operons, will be under the control of an inducible T5 promoter and thus be suitable for use in an E. coli K12 host for inducing heterologous protein expression.

본 발명의 또 다른 실시태양에서, 결함 외막을 가진 대장균 균주는 신호 펩타이드-재조합 단백질 융합체 벡터 및 플라스미드를 암호화하는 트랜스로콘으로 공동 변형되었다. 이런 대장균 균주는 재조합 단백질을 주변세포질 공간에 표적화할 뿐만 아니라 외막을 가로질러 세포외 매질 속으로 새기 쉬운 단백질의 수동적 확산을 촉진할 것이다.In another embodiment of the present invention, E. coli strains with defective outer membranes were co-modified with transrocons encoding signal peptide-recombinant protein fusion vectors and plasmids. Such E. coli strains will not only target the recombinant protein to the periplasmic space, but will also promote passive diffusion of leaky proteins across the outer membrane into the extracellular medium.

실시예Example

본 발명이 더욱 완전히 이해되도록 하기 위해서 다음 예비적이고 실험을 위한 실시예들이 기술된다. 이런 실시예들은 단지 설명을 위한 것이며 어떠한 방식으로도 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않는다.In order that the present invention may be more fully understood, the following preliminary and experimental examples are described. These examples are illustrative only and are not to be construed as limiting the scope of the invention in any way.

실시예Example 1 One

말토오스생성Maltose production 아밀라아제의Amylase 복제 a copy

다음 실시예는 말토오스생성 아밀라아제 암호화 유전자를 pET20b+ 속으로의 복제 및 본 발명에 기술된 7개 다른 펩타이드 SEQ ID NO: 1, 2, 3, 4, 5, 6 및 7에 의한 pET20b+말토오스생성 아밀라아제(MA)에서 pelB 신호 펩타이드의 대체를 설명한다. The following example clones the maltose amylase coding gene into pET20b + and the pET20b + maltose amylase (MA) by the seven other peptides SEQ ID NOs: 1, 2, 3, 4, 5, 6 and 7 described herein. The replacement of the pel B signal peptide is described.

Bacillus stearothermophilus로부터의 말토오스생성 아밀라아제 유전자를 NcoI 및 BamHI 부위를 지닌 프라이머들을 사용하여 증폭하였다. 프라이머 서열들은 MANcoI fwd primer: 5'-gatcgtaccatgggaATGAGCAGTTCCGCAAGCGT-3' 및 MABglII rev primer: 5'-gatcgtacagatctTCTAGACTAGTTTTGCCACG-3'이다 Bacillus Maltose-producing amylase genes from stearothermophilus were amplified using primers with NcoI and BamHI sites. Primer sequences are MANcoI fwd primer: 5'-gatcgtaccatgggaATGAGCAGTTCCGCAAGCGT-3 'and MABglII rev primer: 5'-gatcgtacagatctTCTAGACTAGTTTTGCCACG-3'

다음으로, 이 PCR 생성물을 NcoI 및 BalII 효소들로 절단하고 NcoI 및 BamHI 절단된 pET-20b(+) 벡터 속에 복제하였다. 얻은 결찰 혼합물(ligation mix)을 DH5α 대장균 세포들로 변형시켰다. 플라스미드는 정확한 말토오스생성 아밀라아제 암호화 유전자를 확인하도록 입증된 서열이었고 NdeI 및 NcoI로 절단하여 겔 용출에 의해 pelB 신호 펩타이드를 제거하였다. 7개 신호 펩타이드(SEQ. ID. No. 1, 2, 3, 4, 5, 6 및 7)를 NdeI 및 NcoI 오버행(overhangs)으로 합성하고 이 벡터 속에 복제하였다. 얻은 벡터들은 pET-20b(+)로부터의 ATG 출발 코돈에 의해 정의된 리딩 프레임을 보유하였다(도 2). 이런 7개 플라스미드를 DH5α 대장균 세포들로 변형시켰다. 플라스미드를 DH5α 대장균 세포들로부터 분리하고, 확증한 후 BL21 DE3(이형 유전자 발현이 IPTG를 사용하여 유도될 수 있는 생산 균주(producer strain))를 변형시키는데 사용하였다.This PCR product was then cleaved with NcoI and BalII enzymes and replicated into NcoI and BamHI cleaved pET-20b (+) vectors. The resulting ligation mix was modified with DH5α Escherichia coli cells. The plasmid was a sequence proven to identify the correct maltose amylase coding gene and was cleaved with NdeI and NcoI to remove the pelB signal peptide by gel elution. Seven signal peptides (SEQ. ID. No. 1, 2, 3, 4, 5, 6 and 7) were synthesized with NdeI and NcoI overhangs and replicated in this vector. The obtained vectors had a reading frame defined by ATG start codon from pET-20b (+) (FIG. 2). These seven plasmids were transformed into DH5α Escherichia coli cells. Plasmids were isolated from DH5α Escherichia coli cells and confirmed and used to modify BL21 DE3 (producer strains where heterologous gene expression can be induced using IPTG).

실시예Example 2 2

이 실시예는 SDS-PAGE 및 말토오스생성 아밀라아제 활성 분석법을 사용하여 다른 말토오스생성 아밀라아제 신호 펩타이드 융합체들에 대한 유도 연구들을 설명한다.This example describes induction studies for other maltose amylase signal peptide fusions using SDS-PAGE and maltose amylase activity assays.

모든 8개 BL21(DE3) 균주들을 탄소 원료로서 글루코오스 및 100ug/ml 암피실린으로 보충된 최소 배지에서 성장시키고 배양 혼합기 37℃, 200rpm에서 밤새 유지하였다. 이런 배양액을 암피실린을 포함하는 50ml 효모 추출물 배지를 가진 새 250ml 플라스크 속에 1:100으로 희석하고 200rpm으로 배양 혼합기에서 37℃로 성장시켰다. 0.1mM IPTG를 600nm에서 OD가 0.6에 도달할 때 배양액에 첨가하였다. 그런 후에 배양액을 200rpm에서 16h 동안 26℃에서 배양하였다. 유도된 배양액 및 유도되지 않은 배양액(IPTG가 첨가되지 않은 것을 제외하고 유도된 배양액과 동일한 방식으로 성장)을 15분 동안 3500rpm으로 펠렛다운하였다(pelleted down). 펠렛을 10mM NaCl, pH 5를 포함하는 샘플 버퍼에 재현탁하였다. 이 펠렛을 초음파처리하여 가용성 단백질을 방출시키고, 세포 단편을 펠렛 아웃하고 상청액을 SDS-PAGE 상에서 분석하였다. 배양액에 1mM IPTG를 첨가함으로써 유사하게 유도를 실행하였고 유도 온도는 30℃로 유지하였다.All eight BL21 (DE3) strains were grown in minimal medium supplemented with glucose and 100 ug / ml ampicillin as the carbon feedstock and maintained overnight at 37 ° C., 200 rpm in a culture mixer. This culture was diluted 1: 100 in a fresh 250 ml flask with 50 ml yeast extract medium containing ampicillin and grown at 37 ° C. in a culture mixer at 200 rpm. 0.1 mM IPTG was added to the culture when the OD reached 0.6 at 600 nm. The culture was then incubated at 26 ° C. for 16 h at 200 rpm. Induced and non-induced cultures (growing in the same manner as induced cultures except that no IPTG was added) were pelleted down at 3500 rpm for 15 minutes. The pellet was resuspended in sample buffer containing 10 mM NaCl, pH 5. This pellet was sonicated to release soluble protein, the cell fragments were pelleted out and the supernatants analyzed on SDS-PAGE. Induction was similarly performed by adding 1 mM IPTG to the culture and the induction temperature was maintained at 30 ° C.

0.1mM IPTG에 의한 유도 및 26℃에서 16h 동안 성장시킨 후 pAEV01, pAEV05, pAEV06 및 pET-20b(+) 구조체를 지닌 균주들은 12% SDS-PAGE 상에서 말토오스생성 아밀라아제의 예상 크기, 70kDa에서 현저한 단백질 밴드를 나타내었다. pAEV06 및 pAEV01에서 말토오스생성 아밀라아제 단백질 수준의 유도는 부모 벡터의 유도에 필적할만하였고 pAEV05의 유도는 부모 벡터보다 높았다(도 3a 및 3b). pAE04 및 pAEV07을 지닌 균주들에서 생산된 말토오스생성 아밀라아제가 없었다.Strains with pAEV01, pAEV05, pAEV06, and pET-20b (+) constructs after induction by 0.1 mM IPTG and grown for 16 h at 26 ° C. had a prominent protein band at 70 kDa, the expected size of maltose amylase on 12% SDS-PAGE Indicated. Induction of maltose amylase protein levels in pAEV06 and pAEV01 was comparable to induction of parental vector and induction of pAEV05 was higher than parental vector (FIGS. 3A and 3B). There was no maltose amylase produced in strains with pAE04 and pAEV07.

pAEV03 플라스미드를 지닌 균주는 절단된 단백질의 유도를 나타내었고 pAEV02 균주는 말토오스생성 아밀라아제의 현저하게 새는 발현(leaky expression)을 나타내었는데, 즉 유도와 함께 및 유도 없이 생산된 말토오스생성 아밀라아제의 양에 차이가 없었다(도 3a 및 3b).Strains with the pAEV03 plasmid showed induction of the truncated protein and pAEV02 strain showed a marked leaky expression of maltose amylase, i.e. the difference in the amount of maltose amylase produced with and without induction None (FIGS. 3A and 3B).

말토오스생성 아밀라아제 단백질의 국소화를 측정하는 실험들이 실행될 것이다. 이것이 신호 펩타이드 융합체들의 분비 특성을 조명할 것이다. 발명자의 데이터는 다른 신호 펩타이드들에 대한 융합체들은 관심 다른 단백질들의 발현 분비에 다르게 영향을 미칠 것을 암시한다. Experiments will be conducted to determine the localization of the maltose-producing amylase protein. This will illuminate the secretion properties of the signal peptide fusions. The inventor's data suggest that fusions to other signal peptides will affect the expression secretion of different proteins of interest differently.

1mM IPTG에 의한 유도 및 30℃에서 6h 동안 성장시킨 후 pAEV01, pAEV02, pAEV04, pAEV05 및 pET-20b(+) 구조체를 지닌 균주들은 12% SDS-PAGE 상에서 말토오스생성 아밀라아제의 예상 크기, 70kDa에서 현저한 단백질 밴드를 나타내었다. 이 데이터는 다른 IPTG 농도 및 유도 후 온도가 이형 단백질 발현에 중요한 역할을 한다는 것을 나타낸다.Strains with pAEV01, pAEV02, pAEV04, pAEV05, and pET-20b (+) constructs after induction by 1 mM IPTG and grown for 6 h at 30 ° C. showed significant protein at 70 kDa, expected size of maltose amylase on 12% SDS-PAGE The band is shown. This data indicates that different IPTG concentrations and post-induction temperatures play an important role in heterologous protein expression.

초음파처리된 상청액에 대해 글루코오스 옥시다아제 방법을 사용하여 말토오스생성 아밀라아제 활성을 측정하였다. 말토오스생성 아밀라아제 활성의 면에서 더 높은 배수 유도는 배양액들이 0.1mM IPTG로 유도될 때 부모와 비교하여 pAEV01 구조체에서 관찰되었다(도 5a).Maltose-producing amylase activity was measured on the sonicated supernatant using the glucose oxidase method. Higher fold induction in terms of maltose amylase activity was observed in the pAEV01 construct compared to the parent when cultures were induced with 0.1 mM IPTG (FIG. 5A).

두 pAEV05 및 pAEV01 구조체 변형 균주들은 배양액들이 1mM IPTG로 유도될 때 부모와 비교하여 말토오스생성 아밀라아제 활성의 면에서 더 높은 배수 유도를 나타내었다(도 5b). SDS-PAGE 상에서 말토오스생성 아밀라아제 발현을 나타낸 다른 구조체들을 지닌 균주들은 부모와 유사한 기능성 말토오스생성 아밀라아제 활성을 나타내었다(도 5a 및 5b).Both pAEV05 and pAEV01 construct modified strains showed higher fold induction in terms of maltose-producing amylase activity when the cultures were induced with 1 mM IPTG (FIG. 5B). Strains with other constructs showing maltose amylase expression on SDS-PAGE exhibited functional maltose amylase activity similar to parent (FIGS. 5A and 5B).

결과들은 pAEV01 및 pAEV05의 경우에 부모 플라스미드와 비교하여 훨씬 더 많은 양의 기능성 말토오스생성 아밀라아제가 주변세포질 공간 속으로 표적화된다는 것을 나타낸다. MalE 및 FhuD는 대장균 주변세포질 공간으로의 말토오스생성 아밀라아제 국소화에 대해 pelB과 비교하여 개선된 신호 펩타이드들을 나타내는 것으로 보인다.The results indicate that in the case of pAEV01 and pAEV05 a much higher amount of functional maltose amylase is targeted into the periplasmic space compared to the parental plasmid. MalE and FhuD appear to show improved signal peptides compared to pel B for maltose amylase localization into the E. coli periplasmic space.

신호 서열Signal sequence 경로Route 각 신호 서열에 대한 아미노산 서열Amino acid sequence for each signal sequence 얻은 플라스미드Obtained plasmid MalEMalE SECSEC MKIKTGARILALSALTTMMFSASALAMKIKTGARILALSALTTMMFSASALA pAEV01pAEV01 YcdOYcdO TAT+SECTAT + SEC MTINFRRNALQLSVAALFSSAFMANAMTINFRRNALQLSVAALFSSAFMANA pAEV02pAEV02 MdoDMdoD TAT+SECTAT + SEC MDRRRFIKGSMAMAAVCGTSGIASLFSQAAFAMDRRRFIKGSMAMAAVCGTSGIASLFSQAAFA pAEV03pAEV03 TorATorA TATTAT MNNNDLFQASRRRFLAQLGGLTVAGMLGPSLLTPRRATAAQAAMNNNDLFQASRRRFLAQLGGLTVAGMLGPSLLTPRRATAAQAA pAEV04pAEV04 FhuDFhuD TAT+SECTAT + SEC MSGLPLISRRRLLTAMALSPLLWQMNTAHAMSGLPLISRRRLLTAMALSPLLWQMNTAHA pAEV05pAEV05 DsbADsbA SRPSRP MKKIWLALAGLVLAFSASAAQMKKIWLALAGLVLAFSASAAQ pAEV06pAEV06 OmpAOmpA SECSEC MKKTAIAIAVALAGFATVAQAMKKTAIAIAVALAGFATVAQA pAEV07pAEV07

Seq ID no.1 Seq ID no.1 atgaaaattaaaaccggcgcgcgcattctggcgctgagcgcgctgaccaccatgatgtttagcgctagcgcgctggcc
atgaaaattaaaaccggcgcgcgcattctggcgctgagcgcgctgaccaccatgatgtttagcgctagcgcgctggcc
"" MalEMalE "" Seq ID no.2 Seq ID no.2 atgaccattaactttcgccgcaacgcgctgcagctgagcgtggcggcgctgtttagcagcgcgtttatggcgaacgccatgaccattaactttcgccgcaacgcgctgcagctgagcgtggcggcgctgtttagcagcgcgtttatggcgaacgcc "" YcdOYcdO "" Seq ID no.3 Seq ID no.3 atggatcgccgccgctttattaaaggcagcatggcgatggcggcggtgtgcggcaccagcggcattgctagcctgtttagccaggcggcgtttgcc
atggatcgccgccgctttattaaaggcagcatggcgatggcggcggtgtgcggcaccagcggcattgctagcctgtttagccaggcggcgtttgcc
"" MdoDMdoD "" Seq ID no.4 Seq ID no.4 atgaacaacaacgatctgtttcaggcgagccgccgccgctttctggcgcagctgggcggcctgaccgtggcgggcatgctggggcccagcctgctgaccccgcgccgcgcgaccgcggcgcaggcc
atgaacaacaacgatctgtttcaggcgagccgccgccgctttctggcgcagctgggcggcctgaccgtggcgggcatgctggggcccagcctgctgaccccgcgccgcgcgaccgcggcgcaggcc
"" TorATorA "" Seq ID no.5 Seq ID no.5 atgagcggcctgccgctgattagccgccgccgcctgctgaccgcgatggcgctgagcccgctgctgtggcagatgaacaccgcgcatgcc
atgagcggcctgccgctgattagccgccgccgcctgctgaccgcgatggcgctgagcccgctgctgtggcagatgaacaccgcgcatgcc
"" FhuDFhuD "" Seq ID no.6 Seq ID no.6 atgaaaaaaatttggctggcgctggcgggcctggtgctggcgtttagcgctagcgcc
atgaaaaaaatttggctggcgctggcgggcctggtgctggcgtttagcgctagcgcc
"" DsbADsbA "" Seq ID no.7 Seq ID no.7 atgaaaaaaaccgcgattgcgattgcggtggcgctggcgggctttgcgaccgtggcgcaggcc

atgaaaaaaaccgcgattgcgattgcggtggcgctggcgggctttgcgaccgtggcgcaggcc

"" OmpAOmpA ""

플라스미드Plasmid
이름name
분비 경로Secretory pathway 전체 염기쌍 (Full base pairs ( bpbp )) 신호 서열Signal sequence
pAEV01pAEV01 SECSEC 5,784 5,784 atgaaaattaaaaccggcgcgcgcattctggcgctgagcgcgctgaccaccatgatgtttagcgctagcgcgctggccatgaaaattaaaaccggcgcgcgcattctggcgctgagcgcgctgaccaccatgatgtttagcgctagcgcgctggcc pAEV02pAEV02 TAT+SECTAT + SEC 5,784 5,784 atgaccattaactttcgccgcaacgcgctgcagctgagcgtggcggcgctgtttagcagcgcgtttatggcgaacgccatgaccattaactttcgccgcaacgcgctgcagctgagcgtggcggcgctgtttagcagcgcgtttatggcgaacgcc pAEV03pAEV03 TAT+SECTAT + SEC 5,802 5,802 atggatcgccgccgctttattaaaggcagcatggcgatggcggcggtgtgcggcaccagcggcattgctagcctgtttagccaggcggcgtttgccatggatcgccgccgctttattaaaggcagcatggcgatggcggcggtgtgcggcaccagcggcattgctagcctgtttagccaggcggcgtttgcc pAEV04pAEV04 TATTAT 5,832 5,832 atgaacaacaacgatctgtttcaggcgagccgccgccgctttctggcgcagctgggcggcctgaccgtggcgggcatgctggggcccagcctgctgaccccgcgccgcgcgaccgcggcgcaggccatgaacaacaacgatctgtttcaggcgagccgccgccgctttctggcgcagctgggcggcctgaccgtggcgggcatgctggggcccagcctgctgaccccgcgccgcgcgaccgcggcgcaggcc pAEV05pAEV05 TAT+SECTAT + SEC 5,796 5,796 atgagcggcctgccgctgattagccgccgccgcctgctgaccgcgatggcgctgagcccgctgctgtggcagatgaacaccgcgcatgccatgagcggcctgccgctgattagccgccgccgcctgctgaccgcgatggcgctgagcccgctgctgtggcagatgaacaccgcgcatgcc pAEV06pAEV06 SRPSRP 5,763 5,763 atgaaaaaaatttggctggcgctggcgggcctggtgctggcgtttagcgctagcgccatgaaaaaaatttggctggcgctggcgggcctggtgctggcgtttagcgctagcgcc pAEV07pAEV07 SECSEC 5,769 5,769 atgaaaaaaaccgcgattgcgattgcggtggcgctggcgggctttgcgaccgtggcgcaggccatgaaaaaaaccgcgattgcgattgcggtggcgctggcgggctttgcgaccgtggcgcaggcc

따라서, 본 발명은 뉴클레오티드 서열이 효율적인 번역을 지원하도록 최적화된 새로운 신호 펩타이드들의 능력을 이용한다. 이런 서열들은 대장균 세포의 다른 세포 구획을 향하게 할 수 있도록 선택된다. 한편, 본 발명은 관심 단백질의 분비성 발현에 가능한 최고 조합을 결정하도록 테스트될 수 있는 7개의 다른 신호 펩타이드의 플랫폼을 제공한다.Thus, the present invention exploits the ability of new signal peptides whose nucleotide sequences are optimized to support efficient translation. These sequences are selected to direct other cell compartments of E. coli cells. On the other hand, the present invention provides a platform of seven different signal peptides that can be tested to determine the best possible combination for secretory expression of the protein of interest.

서열 목록Sequence List

Figure pct00001
Figure pct00001

Figure pct00002
Figure pct00002

Figure pct00003
Figure pct00003

SEQUENCE LISTING <110> Anthem Biosciences Pvt Ltd <120> Novel expression and secretion vector systems for heterologous protein production in E.coli <160> 7 <210> 1 <211> 78 <212> DNA <213> <220> <400> 1 atgaaaatta aaaccggcgc gcgcattctg gcgctgagcg cgctgaccac catgatgttt 60 agcgctagcg cgctggcc 78 <210> 2 <211> 78 <212> DNA <213> <220> <400> 2 atgaccatta actttcgccg caacgcgctg cagctgagcg tggcggcgct gtttagcagc 60 gcgtttatgg cgaacgcc 78 <210> 3 <211> 96 <212> DNA <213> <220> <400> 3 atggatcgcc gccgctttat taaaggcagc atggcgatgg cggcggtgtg cggcaccagc 60 ggcattgcta gcctgtttag ccaggcggcg tttgcc 96 <210> 4 <211> 126 <212> DNA <213> <220> <400> 4 atgaacaaca acgatctgtt tcaggcgagc cgccgccgct ttctggcgca gctgggcggc 60 ctgaccgtgg cgggcatgct ggggcccagc ctgctgaccc cgcgccgcgc gaccgcggcg 120 caggcc 126 <210> 5 <211> 90 <212> DNA <213> <220> <400> 5 atgagcggcc tgccgctgat tagccgccgc cgcctgctga ccgcgatggc gctgagcccg 60 ctgctgtggc agatgaacac cgcgcatgcc 90 <210> 6 <211> 67 <212> DNA <213> <220> <400> 6 atgaaaaaaa tttggctggc gctggcgggc ctggtgctgg cgtttagcgc tagcgcc 57 <210> 7 <211> 63 <212> DNA <213> <220> <400> 7 atgaaaaaaa ccgcgattgc gattgcggtg gcgctggcgg gctttgcgac cgtggcgcag 60 gcc 63 SEQUENCE LISTING <110> Anthem Biosciences Pvt Ltd <120> Novel expression and secretion vector systems for heterologous protein production in E. coli <160> 7 <210> 1 <211> 78 <212> DNA <213> <220> <400> 1 atgaaaatta aaaccggcgc gcgcattctg gcgctgagcg cgctgaccac catgatgttt 60 agcgctagcg cgctggcc 78 <210> 2 <211> 78 <212> DNA <213> <220> <400> 2 atgaccatta actttcgccg caacgcgctg cagctgagcg tggcggcgct gtttagcagc 60 gcgtttatgg cgaacgcc 78 <210> 3 <211> 96 <212> DNA <213> <220> <400> 3 atggatcgcc gccgctttat taaaggcagc atggcgatgg cggcggtgtg cggcaccagc 60 ggcattgcta gcctgtttag ccaggcggcg tttgcc 96 <210> 4 <211> 126 <212> DNA <213> <220> <400> 4 atgaacaaca acgatctgtt tcaggcgagc cgccgccgct ttctggcgca gctgggcggc 60 ctgaccgtgg cgggcatgct ggggcccagc ctgctgaccc cgcgccgcgc gaccgcggcg 120 caggcc 126 <210> 5 <211> 90 <212> DNA <213> <220> <400> 5 atgagcggcc tgccgctgat tagccgccgc cgcctgctga ccgcgatggc gctgagcccg 60 ctgctgtggc agatgaacac cgcgcatgcc 90 <210> 6 <211> 67 <212> DNA <213> <220> <400> 6 atgaaaaaaa tttggctggc gctggcgggc ctggtgctgg cgtttagcgc tagcgcc 57 <210> 7 <211> 63 <212> DNA <213> <220> <400> 7 atgaaaaaaa ccgcgattgc gattgcggtg gcgctggcgg gctttgcgac cgtggcgcag 60 gcc 63

Claims (16)

선택적으로 헬퍼 플라스미드와 함께, 발현 벡터를 포함하는 재조합 숙주 세포로서, 상기 재조합 세포는 막 결함 세포인 재조합 숙주 세포.A recombinant host cell, optionally comprising a helper plasmid, comprising an expression vector, wherein said recombinant cell is a membrane defective cell. 제 1 항에 있어서,
발현 벡터는 적절한 숙주 세포에서 단백질, 폴리펩타이드 또는 펩타이드의 발현 및 분비를 지휘할 수 있으며, 분비성 신호 서열, 유도성 프로모터 및 관심 유전자를 더 포함하는 것인 재조합 숙주 세포.
The method of claim 1,
An expression vector can direct the expression and secretion of a protein, polypeptide or peptide in a suitable host cell and further comprises a secretory signal sequence, an inducible promoter and a gene of interest.
제 1 항에 있어서,
헬퍼 플라스미드는 SEC, TAT, SRP 수송 경로 또는 이의 조합에 속하는 트랜스로콘을 공동 발현하는 것인 재조합 숙주 세포.
The method of claim 1,
The helper plasmid is a recombinant host cell that co-expresses a transrocon belonging to the SEC, TAT, SRP transport pathway, or a combination thereof.
제 2 항에 있어서,
관심 유전자는 원핵세포 및 진핵세포 유전자를 포함하는 것인 재조합 숙주 세포.
3. The method of claim 2,
The recombinant host cell of which the gene of interest comprises prokaryotic and eukaryotic genes.
제 2 항에 있어서,
분비성 신호 서열은 SEQ ID NO:1, SEQ ID NO:2, SEQ ID NO:3, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 8 또는 SEQ ID NO: 9로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것인 재조합 숙주 세포.
3. The method of claim 2,
Secretory signal sequences include SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO : 8 or a recombinant host cell selected from the group consisting of SEQ ID NO: 9.
제 2 항에 있어서,
발현 벡터는 진핵세포인 숙주 세포에 사용되는 것인 재조합 숙주 세포.
3. The method of claim 2,
The expression vector is used in a host cell which is a eukaryotic cell.
제 6 항에 있어서,
상기 숙주 세포는 대장균 또는 이의 균주인 재조합 숙주 세포.
The method according to claim 6,
The host cell is E. coli or a strain thereof.
제 2 항에 있어서,
발현 벡터는 pAEV01, pAEV02, pAEV03, pAEV04, pAEV05, pAEV06 또는 pAEV07로 이루어진 그룹으로부터 선택된 플라스미드들 중 적어도 하나를 포함하는 것인 재조합 숙주 세포.
3. The method of claim 2,
The expression vector comprises at least one of the plasmids selected from the group consisting of pAEV01, pAEV02, pAEV03, pAEV04, pAEV05, pAEV06 or pAEV07.
a) 재조합 벡터를 얻는 단계;
b) 숙주 세포를 재조합 벡터로 변형하는 단계; 및
c) 선택적으로 숙주 세포를 헬퍼 플라스미드로 공동변형하여 재조합 세포를 얻는 단계를 포함하여 재조합 세포를 얻는 방법.
a) obtaining a recombinant vector;
b) transforming the host cell into a recombinant vector; And
c) optionally co-modifying the host cell with a helper plasmid to obtain the recombinant cell.
a) 분비성 신호 서열, 유도성 프로모터 및 관심 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 얻는 단계;
b) 숙주 세포를 재조합 벡터로 변형하고 선택적으로 숙주 세포를 헬퍼 플라스미드로 공동변형하는 단계;
c) 재조합 벡터를 발현하고 재조합 펩타이드를 세포외 매질 속에 분비하는 단계; 및
d) 선택적으로 정제하여 재조합 펩타이드를 얻는 단계를 포함하여 재조합 펩타이드를 얻는 방법.
a) obtaining a recombinant vector comprising a secretory signal sequence, an inducible promoter and a gene of interest;
b) modifying the host cell with a recombinant vector and optionally comodifying the host cell with a helper plasmid;
c) expressing the recombinant vector and secreting the recombinant peptide into an extracellular medium; And
d) optionally purifying to obtain a recombinant peptide.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
헬퍼 플라스미드는 SEC, TAT, SRP 수송 경로 또는 이의 조합에 속하는 트랜스로콘을 공동 발현하는 것인 방법.
11. The method according to claim 9 or 10,
The helper plasmid is a coexpression of a transrocon belonging to the SEC, TAT, SRP transport pathway, or a combination thereof.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
발현 벡터는 pAEV01, pAEV02, pAEV03, pAEV04, pAEV05, pAEV06 또는 pAEV07로 이루어진 그룹으로부터 선택된 플라스미드들 중 적어도 하나를 포함하는 것인 방법.
11. The method according to claim 9 or 10,
The expression vector comprises at least one of plasmids selected from the group consisting of pAEV01, pAEV02, pAEV03, pAEV04, pAEV05, pAEV06 or pAEV07.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
발현 벡터는 SEQ ID NO:1, SEQ ID NO:2 SEQ ID NO:3, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 8 또는 SEQ ID NO: 9로 이루어진 그룹으로부터 선택된 코돈 최적화된 분비성 신호 서열을 포함하는 것인 방법.
11. The method according to claim 9 or 10,
The expression vector is SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2 SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 8 or And a codon optimized secretory signal sequence selected from the group consisting of SEQ ID NO: 9.
제 10 항에 있어서,
상기 유도성 프로모터는 T5 프로모터인 방법.
11. The method of claim 10,
Said inducible promoter is a T5 promoter.
제 7 항에 있어서,
숙주 세포는 신호 펩타이드-재조합 단백질 융합체 벡터 및 플라스미드를 암호화하는 트랜스로콘으로 추가로 공동 변형된 결함 외막을 가지는 것인 재조합 숙주 세포.
The method of claim 7, wherein
The host cell is a recombinant host cell having a defective outer membrane co-modified further with a translocone encoding a signal peptide-recombinant protein fusion vector and a plasmid.
발현 벡터, 재조합 세포 또는 이의 조합을 포함하는 재조합 펩타이드를 얻기 위한 키트.A kit for obtaining a recombinant peptide comprising an expression vector, a recombinant cell or a combination thereof.
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