KR20200081339A - Expression vectors for optimal expression of mutated Upc2p and method for overproducing sterol precursors using the same - Google Patents

Expression vectors for optimal expression of mutated Upc2p and method for overproducing sterol precursors using the same Download PDF

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Abstract

The present invention relates to an expression vector for optimizing expression of a mutated transcriptional regulatory factor Upc2p and a sterol precursor overproducing method using the same. More specifically, the method is to produce a recombined enzyme, in which expression of mutated transcriptional regulatory factor (Upc2p) with decreased affinity to ergosterol is optimized to reduce feedback adjustment, such that the entire biosynthesis path of the ergosterol is amplified, thereby enhancing biosynthesis performance of a sterol precursor, such as epoxy squalene and squalene, and a ginsenoside precursor, such as dammarenediol. Accordingly, a mutated Upc2p expression cassette, a replacement cassette using a CRISPR system, and recombined enzyme strains using the cassettes of the present invention can be used for producing massive biosynthesis recombined enzymes for ginsenoside or ursodeoxycholic acid (UDCA) precursor materials through additional metabolic engineering.

Description

변이형 전사조절인자 Upc2p 발현 최적화 벡터 및 이를 이용한 스테롤 전구체 과생산 방법{Expression vectors for optimal expression of mutated Upc2p and method for overproducing sterol precursors using the same}Expression vectors for optimal expression of mutated Upc2p and method for overproducing sterol precursors using the same}

본 발명은 변이형 전사조절인자 Upc2 단백질을 제작하고 발현을 최적화시켜 에르고스테롤 및 관련 전구체 생합성 활성이 증대된 재조합 효모 균주를 제작하는 것으로, 상세하게는 에르고스테롤과의 결합에 중요한 아미노산 부위가 치환된 Upc2 변이 단백질을 코딩하는 UPC2 변이 유전자의 발현을 카피 수 및 프로모터 활성 조절, 발현 숙주로의 대사 흐름 변경을 통해 최적화시켜 에폭시스쿠알렌을 비롯한 스테롤 전구체를 고발현하는 재조합 효모 균주를 제작하는 것이다. 또한, 크리스퍼 시스템을 이용해 에르고스테롤과의 결합에 중요한 아미노산 부위가 치환된 Upc2 변이 단백질을 코딩하도록 UPC2 유전자를 크리스퍼 시스템을 이용해 염색체 상에서 변이형으로 교체시켜 재조합 효모 균주를 제작하는 것이다.The present invention is to produce a recombinant yeast strain having an increased ergosterol and related precursor biosynthesis activity by producing a variant transcription factor Upc2 protein and optimizing expression, and specifically, an amino acid region important for binding to ergosterol is substituted. By optimizing the expression of the UPC2 mutant gene encoding the Upc2 mutant protein through regulation of copy number and promoter activity and alteration of metabolic flow to the expression host, a recombinant yeast strain that highly expresses sterol precursors including epoxy squalene is produced. In addition, the UPC2 gene is replaced with a variant on the chromosome using a CRISPR system to encode the Upc2 mutant protein substituted with an amino acid site important for binding to ergosterol using a CRISPR system to produce a recombinant yeast strain.

전통효모 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae)는 오랜 기간 동안 맥주와 빵 발효에서 사용된 균주로 인체에 대한 안전성이 보증된 GRAS (Generally Recognized as Safe) 미생물로서 안전성이 높다. 특히, 효모는 고등생물과 매우 유사한 유전자 전사 및 번역 시스템과 더불어 단백질 분비기관을 갖추고 있어서 번역 후 수식을 통해 활성화된 단백질들을 생산할 수 있어 대장균에 비해 고등생물 유래의 의약용 단백질 대량생산에 보다 유용한 숙주시스템으로 이용되고 있다. 또한 균주의 배양 및 세포외 분비단백질의 정제가 용이하여 scale-up이 간단하므로 식품 및 재조합 의약용 단백질의 산업적 생산에 유용한 숙주 시스템이다. Saccharomyces of traditional yeast Saccharomyces cerevisiae ) is a strain used in fermentation of beer and bread for a long time, and is a GRAS (Generally Recognized as Safe) microorganism that is guaranteed for human safety. In particular, yeast has a gene transcription and translation system that is very similar to that of higher organisms, and also has a protein secretory, so it can produce activated proteins through post-translational modification, making it a more useful host for mass production of pharmaceutical proteins derived from higher organisms than E. coli. It is used as a system. In addition, it is a host system that is useful for industrial production of food and recombinant pharmaceutical proteins because the scale-up is simple due to easy cultivation of the strain and purification of the extracellular secreted protein.

한편, 효모는 다양한 이차대사산물 생합성 경로를 도입하여 발현시킬 수 있는 숙주로 관심을 받고 있다. 다양한 생명체들이 생산하는 이차대사산물은 고부가가치 화학화합물의 주요 공급처로서 많은 경우 중요한 의약적인 성질을 지니고 있다. 특히 식물의 대사산물들은 항산화제 또는 항생제 기능을 통해 박테리아, 바이러스, 곰팡이 등의 감염을 막아주며, 또한 인체 건강에 유익한 기능성 물질로 치료제로서의 활용도가 높아 미생물을 활용한 대량생산 기술에 대한 수요가 높다. 이차대사 생합성 경로가 자체적으로 제한적인 효모는 유전공학을 통해 도입된 외래 대사 경로를 방해하거나 경쟁하지 않으며, 무엇보다 다양한 오믹스 분석 시스템이 잘 구축되어 있어 전사체와 대사체 분석을 통해 효모 숙주의 생리 상태에 대한 총체적인 정보를 확보할 수 있는 장점이 있다. 또한 대사과정에 대한 상세한 모델이 개발되어 변형된 대사 네트워크의 행동을 예측할 수 있는 인실리코(in silico) 효모가 구축되어 있어 이를 활용한 인공 세포 디자인 및 제작이 더욱 용이한 점이 큰 장점이다. 더 나아가 단세포 진핵 미생물로서 효모는 소포체 및 미토콘드리아 같은 소기관에서 발현되어야만 활성을 갖게 되는 cytochrome P450 같은 외래 효소 발현에 적합한 숙주이며, 식물 및 동물 유래의 효소 활성에 필수적인 단백질 번역 후 변형능이 있는 점도 원핵 미생물 숙주에 비해 갖는 장점이다.Meanwhile, yeast is attracting attention as a host capable of expressing by introducing various secondary metabolism biosynthetic pathways. Secondary metabolites produced by various living organisms are important sources of high value-added chemical compounds and in many cases have important medicinal properties. In particular, metabolites of plants prevent infections such as bacteria, viruses, and fungi through antioxidant or antibiotic functions, and are also useful as a functional substance that is beneficial to human health. . Yeast, whose secondary metabolic biosynthetic pathway is limited by itself, does not interfere with or compete with foreign metabolic pathways introduced through genetic engineering. Above all, various ohmic analysis systems are well-established, so that yeast hosts can be analyzed through transcriptome and metabolite analysis. It has the advantage of being able to secure overall information about the physiological state. In addition, a detailed model of metabolic processes has been developed, and in silico yeast is built to predict the behavior of a modified metabolic network, which makes it easier to design and manufacture artificial cells utilizing it. Furthermore, as a single-cell eukaryotic microorganism, yeast is a host suitable for expression of foreign enzymes such as cytochrome P450, which must be expressed in organelles such as endoplasmic reticulum and mitochondria, and is also a prokaryotic microbial host that has the ability to modify proteins after protein translation necessary for enzyme activity derived from plants and animals It is an advantage compared to

스테롤(sterol)은 유동성과 기능을 조정하는 세포막의 부분을 형성하여 진핵생물체의 생리에 중요한 역할을 하고 있다. 효모에서는 에르고스테롤(ergosterol)이 주요 스테롤이고 세포막 구성요소 이면서 비타민 D2의 전구체로서 상업적으로 중요한 대사산물이다. 뿐만 아니라 그 중간 대사산물인 아이소프레노이드(isoprenoid)는 항산화제(carotenoids), 풍미제(terpens), 기능식품(ubiquinone), 항암 화합물(taxol)로 상업적으로 널리 사용되고 있다. 또 다른 중간 대사산물인 스쿠알렌은 가장 잘 알려진 건강 증진 식품이며, 그 다음 단계의 대사물질인 라노스테롤(lanosterol)과 함께 피부보습제 및 화장품 원료로 유용하게 활용되고 있다. 이와 같이 중간대사산물 그대로를 이용한 산업분야 외에 최근에는 에르고스테롤 합성 과정을 유전공학적 기술로 변경함으로써 더 많은 유용 물질을 효모에서 생산하는 대사공학 분야가 각광 받고 있다. 스쿠알렌 다음 단계 중간대사산물인 에폭시스쿠알렌(epoxysqualene)은 인삼(Panax ginseng)의 담마레네디올 II 합성효소 (dammarenediol Ⅱ synthase)의해 담마레네디올로 전환될 수 있고 두 종류의 cytochrome P450와 여러 종류의 당전이효소(glucosyltransferase)에 의해 다양한 진세노사이드로 만들어진다. 또한 중간대사물질인 자이모스테롤(zymosterol)로부터 에르고스테롤로의 대사경로를 차단하고 새로운 유전자를 외부로부터 도입하여 발현시킴으로써 관절염, 피부병, 부신기능부전증(adrenal insufficiency) 등의 치료에 사용되는 항염 스테로이드 호르몬인 하이드로코티슨(hydrocortisone)이나 간 질환 치료제인 우르소데옥시콜산(UDCA, ursodeoxycholic acid)의 전구체인 콜레스테롤과 같은 의약품 전구물질 생산 재조합 효모를 제작할 수 있다(도 1).Sterol forms part of the cell membrane that regulates fluidity and function, and plays an important role in the physiology of eukaryotic organisms. In yeast, ergosterol is the main sterol, a cell membrane component, and a commercially important metabolite as a precursor to vitamin D2. In addition, its intermediate metabolite, isoprenoid, is widely used commercially as antioxidant (carotenoids), flavors (terpens), nutraceuticals (ubiquinone) and anti-cancer compounds (taxol). Another intermediate metabolite, squalene, is the most well-known health-promoting food, and is usefully used as a skin moisturizer and cosmetic ingredient along with the next level of metabolites, lanosterol. In addition to the industrial fields using intermediate metabolites, the metabolic engineering field in which more useful substances are produced in yeast has been recently spotlighted by changing the process of synthesizing ergosterol to genetic engineering. Next step of squalene, an intermediate metabolite, epoxysqualene, can be converted to dammarenediol by dammarenediol II synthase from Panax ginseng, and two types of cytochrome P450 and several sugar transfers It is made of various ginsenosides by enzymes (glucosyltransferase). In addition, by blocking metabolic pathways from zymosterol, an intermediate metabolite, to ergosterol and introducing and expressing new genes from the outside, anti-inflammatory steroid hormones used in the treatment of arthritis, skin diseases, adrenal insufficiency, etc. Recombinant yeast for the production of pharmaceutical precursors such as cholesterol, which is a precursor of phosphorus hydrocortisone or ursodeoxycholic acid (UDCA), which is a treatment for liver disease, can be produced (FIG. 1).

한편, 효모의 에르고스테롤 생합성 과정에 관여하는 여러 유전자들의 발현을 유도하는 전사조절인자인 Upc2p는 세포막의 주성분인 에르고스테롤을 인지하여 결합한 상태로 세포질에 비활성화 상태로 존재하다가, 에르고스테롤이 부족해지면 결합이 되지 않은 Upc2p가 핵 내부로 들어가 에르고스테롤 합성 관여 유전자들의 프로모터에 이합체 형태로 결합할 수 있게 된다. 이 결합을 통해 스테롤 합성 관여 유전자들의 발현이 유도되고, 결과적으로 에르고스테롤 합성 과정을 촉진시키는 역할을 한다.On the other hand, Upc2p, a transcriptional regulator that induces the expression of several genes involved in the ergosterol biosynthesis process of yeast, recognizes and binds ergosterol, the main component of the cell membrane, and remains inactivated in the cytoplasm and binds when ergosterol is insufficient This non-Upc2p can enter the nucleus and bind to the promoter of genes involved in ergosterol synthesis in a dimeric form. Through this binding, the expression of genes involved in sterol synthesis is induced, and as a result, it plays a role in promoting the ergosterol synthesis process.

한국등록특허 제10-1655696호(2016.09.01 등록)Korean Registered Patent No. 10-1655696 (Registration on September 1, 2016)

본 발명의 목적은 사카로마이세스 세레비시애( Saccharomyces cerevisiae) 유래 Upc2p의 리간드 결합 도메인 부위가 변이된 UPC2 변이 유전자를 포함하는 재조합 발현벡터, 상기 재조합 발현벡터로 형질전환된 사카로마이세스 세레비시애 재조합 균주, 상기 재조합 균주를 이용한 총 콜레스테롤 생산 증진 방법 및 상기 재조합 균주를 이용한 에폭시스쿠알렌 및 담마레네디올 생산 증진 방법을 제공하는 데에 있다. An object of the present invention is saccharide as MY access celebrity bicyclic Ke (Saccharomyces cerevisiae ) derived Upc2p ligand binding domain site, a recombinant expression vector comprising a mutated UPC2 mutation gene, a Saccharomyces cerevisiae recombinant strain transformed with the recombinant expression vector, and a method for enhancing total cholesterol production using the recombinant strain And it is to provide a method for enhancing the production of epoxy squalene and dammarenediol using the recombinant strain.

본 발명의 다른 목적은 UPC2 프로모터 유전자, 서열번호 1로 표시되는 UPC2 변이 유전자, UPC2 종결 유전자, URA3 마커 유전자 및 UPC2 종결 유전자를 순서대로 포함하는 UPC2 변이 유전자 삽입 카세트, 상기 UPC2 변이 유전자 삽입 카세트를 포함하는 재조합 벡터, 상기 재조합 벡터로 형질전환된 사카로마이세스 세레비시애 재조합 균주 및 상기 재조합 균주를 이용한 총 콜레스테롤 생산 증진 방법을 제공하는 데에 있다.Another object of the present invention includes a UPC2 mutation gene insertion cassette, the UPC2 mutation gene insertion cassette, which includes the UPC2 promoter gene, the UPC2 mutation gene represented by SEQ ID NO: 1, the UPC2 termination gene, the URA3 marker gene, and the UPC2 termination gene in sequence. It is to provide a recombinant vector, a recombinant strain of Saccharomyces cerevisiae transformed with the recombinant vector, and a method for enhancing total cholesterol production using the recombinant strain.

본 발명의 또 다른 목적은 Cas9 유전자 및 UPC2 유전자를 표적으로 하는 단일 가이드 RNA(single guide RNA; sgRNA)를 포함하는 크리스퍼-카스9(CRISPR-Cas9) 재조합벡터; 및 UPC2 변이 유전자 도입용 기증자(Donor) DNA로 형질전환된 사카로마이세스 세레비시애 재조합 균주 및 상기 재조합 균주를 이용한 스테롤 생산 증진 방법을 제공하는 데에 있다.Another object of the present invention is a CRISPR-Cas9 recombination vector comprising a single guide RNA (sgRNA) targeting the Cas9 gene and the UPC2 gene; And to provide a method for enhancing Saccharomyces cerevisiae strains transformed with donor DNA for UPC2 mutation gene introduction and sterol production using the recombinant strains.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 사카로마이세스 세레비시애(Saccharomyces cerevisiae) 유래 Upc2p의 리간드 결합 도메인 부위가 변이된 UPC2 변이 유전자를 포함하는 재조합 발현벡터를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a recombinant expression vector comprising a UPC2 mutation gene in which the ligand binding domain region of Upc2p from Saccharomyces cerevisiae is mutated.

또한, 본 발명은 상기 재조합 발현벡터로 형질전환된 사카로마이세스 세레비시애 재조합 균주를 제공한다.In addition, the present invention provides a recombinant strain of Saccharomyces cerevisiae transformed with the recombinant expression vector.

또한, 본 발명은 상기 재조합 발현벡터로 UPC2 유전자가 결손된 사카로마이세스 세레비시애 균주를 형질전환시키는 단계; 및 상기 형질전환된 균주를 배양하는 단계를 포함하는 총 콜레스테롤 생산 증진 방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of transforming the Saccharomyces cerevisiae strain having the UPC2 gene deleted with the recombinant expression vector; And culturing the transformed strain.

또한, 본 발명은 상기 재조합 발현벡터로 에폭시스쿠알렌 및 담마레네디올을 생산하는 사카로마이세스 세레비시애 균주를 형질전환시키는 단계; 및 상기 형질전환된 균주를 배양하는 단계를 포함하는 에폭시스쿠알렌 및 담마레네디올 생산 증진 방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of transforming the Saccharomyces cerevisiae strain producing epoxy squalene and dammarenediol with the recombinant expression vector; And it provides a method for enhancing the production of epoxy squalene and dammarenediol comprising culturing the transformed strain.

또한, 본 발명은 UPC2 프로모터 유전자, 서열번호 1로 표시되는 UPC2 변이 유전자, UPC2 종결 유전자, URA3 마커 유전자 및 UPC2 종결 유전자를 순서대로 포함하는 UPC2 변이 유전자 삽입 카세트를 제공한다.The present invention also provides a UPC2 mutant gene insertion cassette containing a mutant gene UPC2, UPC2 terminator gene, URA3 marker gene and the gene end UPC2 represented by UPC2 promoter gene, SEQ ID NO: 1 sequence.

또한, 본 발명은 UPC2 변이 유전자 삽입 카세트를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다.In addition, the present invention provides a recombinant vector comprising a UPC2 mutant gene insertion cassette.

또한, 본 발명은 상기 재조합 벡터로 형질전환된 사카로마이세스 세레비시애 재조합 균주를 제공한다.In addition, the present invention provides a recombinant strain of Saccharomyces cerevisiae transformed with the recombinant vector.

또한, 본 발명은 상기 재조합 균주를 배양하는 단계를 포함하는 총 콜레스테롤 생산 증진 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for enhancing total cholesterol production, comprising culturing the recombinant strain.

또한, 본 발명은 Cas9 유전자 및 UPC2 유전자를 표적으로 하는 단일 가이드 RNA(single guide RNA; sgRNA)를 포함하는 크리스퍼-카스9(CRISPR-Cas9) 재조합벡터; 및 UPC2 변이 유전자 도입용 기증자(Donor) DNA로 형질전환된 사카로마이세스 세레비시애 재조합 균주를 제공한다.In addition, the present invention is a CRISPR-Cas9 recombination vector comprising a single guide RNA (sgRNA) targeting the Cas9 gene and the UPC2 gene; And a Saccharomyces cerevisiae recombinant strain transformed with donor DNA for UPC2 mutation gene introduction.

또한, 본 발명은 상기 재조합 균주를 배양하는 단계를 포함하는 스테롤 생산 증진 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for enhancing sterol production, comprising culturing the recombinant strain.

본 발명은 변이형 전사조절인자 Upc2p 발현 최적화 벡터 및 이를 이용한 스테롤 전구체 과생산 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 C-말단 아미노산 치환 변이형 UPC2 G888D 유전자 발현수준을 UPC2 자체 프로모터를 통해 발현되는 카세트를 제작하고 유전자 카피수를 1~2 카피로 낮게 조절함으로써 에르고스테롤 대사 경로 유전자들의 발현을 증진시켜 에폭시스쿠알렌과 자이모스테롤을 포함하는 진세노사이드 및 콜레스테롤 전구물질들의 생산증대를 유도하였다. 상세하게는 크리스퍼-카스9 발현 벡터를 이용해 내재 UPC2 유전자에서 DNA 이중가닥 절단을 일으키고, 이를 회복시키는 과정에서 기증자 DNA를 이용하여 C-말단 아미노산 치환 변이형 UPC2 G888D (=UPC2-1)로 변이되도록 한다. 이를 통해 에르고스테롤 생합성 대사 경로 유전자들의 발현을 증진시켜 에폭시스쿠알렌을 포함하는 진세노사이드 전구물질들의 생산증대를 유도하였다. 에르고스테롤 결합 부위 치환 Upc2p 변이 단백질을 코딩하는 UPC2 G888D 변이 유전자의 발현이 최적화된 재조합 효모는 에폭시스쿠알렌을 비롯한 스테롤 전구체 생산 효율이 현저하게 증진되어 면역 증가 효과가 탁월한 진세노사이드 전구체인 담마레네디올 또는 간질환 치료제인 UDCA의 전구체인 콜레스테롤을 대량생산하는 숙주로 개발되어 생산품의 안정성 및 가격의 경제성을 높이는 유용한 산업용 숙주로 활용될 수 있다.The present invention relates to a variant transcription control factor Upc2p expression optimization vector and a method for overproduction of a sterol precursor using the same, in detail, to produce a cassette expressing the C-terminal amino acid substitution variant UPC2 G888D gene expression level through the UPC2 promoter itself. And by reducing the gene copy number to 1 to 2 copies, the expression of ergosterol metabolic pathway genes was enhanced to induce production of ginsenosides and cholesterol precursors including epoxy squalene and zymosterol. Specifically, the C-terminal amino acid substitution variant UPC2 G888D (= UPC2-1 ) is used using the donor DNA in the process of inducing and double- stranding the DNA in the intrinsic UPC2 gene using the CRISPR-CAS9 expression vector. As much as possible. Through this, the expression of ergosterol biosynthetic metabolic pathway genes was enhanced to induce production of ginsenoside precursors containing epoxy squalene. UPC2 G888D encoding an ergosterol binding site substitution Upc2p mutant protein Recombinant yeast with optimized expression of the mutant gene has been significantly improved in the production efficiency of sterol precursors including epoxy squalene, thereby producing large amounts of cholesterol, a precursor of ginsenoside precursors, ginsenosides, which are excellent in immunity increase effects, or UDCA, a liver disease treatment agent. Developed as a host, it can be used as a useful industrial host that increases the stability of products and economics of price.

도 1은 효모에서의 에르고스테롤 생합성 경로 활용 유용 대사산물 생산 모식도를 나타낸 것이다.
도 2은 전사조절인자 Upc2p 변이부품 개발을 통한 피드백 조절이 완화된 에르고스테롤 생합성 경로를 지닌 재조합 효모 제작 전략도를 나타낸 것이다.
도 3은 C- 또는 N-말단 도메인 결손 또는 리간드 결합 도메인 치환을 통해 제작된 다양한 변이형 Upc2p의 구조(A) 및 변형된 아미노산 시퀀스(B), 다양한 조합의 발현 벡터(C)의 모식도를 나타낸 것이다. 효모 S. cerevisiae 전사조절인자 Upc2p의 C-말단에 존재하는 아미노산의 변이 G888D(글라이신 -> 아스팔틱 엑시드) 위치는 볼드로 표시, 제거된 양 말단 N-, C- 도메인은 밑줄로 표시되었다.
도 4은 여러 변이형 Upc2p를 TEF1 프로모터(A) 또는 자체 UPC2 프로모터(B), CEN 또는 2μ벡터(C)로 발현하는 조건에 따른 재조합 효모 균주들의 항진균제 플루코나졸(fluconazole) 내성 비교 분석 및 상기 실험에서 효과가 확인된 변이형 Upc2p 도입에 의한 총체적 스테롤 생산량 변화를 분광광도계(spectrometry) 측정으로 비교 분석(D)한 결과이다.
도 5는 에폭시스쿠알렌 및 담마레네디올 생산 재조합 효모 균주를 YCpH-Tp-UPC2-1와 YCpH-np-UPC2-1로 각각 형질전환시킨 후 HPLC를 통해 에폭시스쿠알렌 및 담마레네디올의 생산효율을 비교 분석한 결과이다. 메티오닌이 첨가되지 않은 배지로 배양된 재조합 효모 세포 추출물(A), 메티오닌이 첨가된 배지로 배양된 재조합 효모 세포 추출물(B). 메티오닌 첨가로 MET3 프로모터에 의해 발현이 조절되는 ERG7 유전자를 억제시켜 에폭시스쿠알렌과 담마레네디올의 축적율을 높여주었다.
도 6은 upc2△결손 균주에 Upc2-1p을 발현한 효과를 갖도록, UPC2-1 변이유전자를 야생형 UPC2 유전자를 가지고 있는 사카로마이세스 세레비지애 숙주의 염색체상에서 야생형 UPC2 유전자와 교체할 수 있는 발현 카세트 도면(A), 이를 이용한 Upc2-1 변이주 제작 전략(B) 모식도이다.
도 7은 도 6에서 제작한 발현 카세트를 이용해 얻은 CEN-PK2-1C 기반 Upc2 -1 변이주 확인을 위한 중합효소반응 결과와 총체적 스테롤 생합성 비교를 위한 분광광도계 분석 결과(A)와, URA3 유전자 팝-아웃 후 변이주 확인용 중합효소반응 및 총체적 스테롤 생합성 효율 재확인용 분광광도계 분석 결과(B)이다.
도 8은 UPC2 유전자의 DNA 서열에서 sgRNA가 인식하는 부위, 카스9 효소에 의해 이중 가닥 절단과 변이가 일어나는 부위(A) 및 888번째 아미노산이 달라지는 변이형 UPC2 -1 유전자 교체를 위한 기증자 DNA 서열이다(B). 변이가 일어나는 유전자 서열 GGT는 대문자로, sgRNA가 인식하는 DNA 서열은 밑줄 표시, 카스9 효소의 이중 가닥 절단이 일어나도록 정해주는 PAM 부위는 기울어져있다.
도 9는 Upc2 단백질 변이에 사용되는 카스9 효소와 이 효소를 게놈상의 UPC2 유전자 위치로 인도해주는 sgRNA를 같이 발현하는 벡터 YCpH-SpCas9-sgUPC2의 모식도(A)와 위 벡터가 효모 내에서 발현되었을 때, 게놈상의 내재 UPC2 유전자에 변이가 일어나는 과정을 나타내는 모식도(B)이다.
도 10은 YCpH-SpCas9-sgUPC2 벡터를 이용해 형질전환 시킨 CEN.PK 후보 균주의 세포당 스테롤 생산량 비교를 위한 분광광도계 분석 결과(A) 및 검증을 위한 UPC2 유전자 C-말단 부분의 중합효소연쇄반응 및 시퀀싱 결과(B) 및 YPD 배지에서의 연속적인 배양을 통해 YCpH-SpCas9-sgUPC2 벡터를 제거한 후의 세포당 스테롤 생산량 재 비교를 위한 분광광도계 분석 결과(C)와 C-말단 부분의 중합효소연쇄반응 및 시퀀싱 결과(D)이다. EV는 야생형 CEN.PK 균주에 HIS3 마커를 가지는 공벡터를 넣은 균주이고, #1~6은 YCpH-SpCas9-sgUPC2 벡터 형질전환 후보균주이다.
도 11은 YCpH-SpCas9-sgUPC2 벡터를 이용해 UPC2 -1 변이형 유전자로 교체된 BY4742 균주, Cas9 (A)와 담마레네디올 생산 균주인 EmD/tHle7 (B)의 세포당 스테롤 생산량 비교를 위한 분광광도계 분석 결과와 두 균주의 후보 균주 일부의 UPC2 유전자 C-말단 부분의 중합효소연쇄반응 및 시퀀싱 결과(C)이다. EV는 각각 야생형 BY4742 균주와 EmD/tHle7 균주에 HIS3 마커를 가지는 공벡터를 넣은 균주이고, #1~5는 YCpH-SpCas9-sgUPC2 벡터 형질전환 후보균주이다.
도 12는 UPC2 -1 변이형 유전자로 교체된 BY4742 변이 균주(Cas9), 공벡터를 지닌 야생형(WT+EV), centromere 복제 기작을 가지면서 UPC2 promoter와 UPC2 -1 ORF를 가지는 벡터인 YCpH-npUPC2-1이 들어가 있는 야생형(WT+YCpH-npUPC2-1), 공벡터를 지닌 BY-△upc2 결손(upc2+EV) 및 YCpH-npUPC2-1 벡터를 지닌 BY-△upc2 결손(upc2+npUPC2-1) 균주들에 대한 스테롤 생합성을 저해하는 물질인 Fluconazole 첨가 조건에서 저항성을 관찰하는 스파팅 실험(A)과 위 실험에 사용된 균주들의 세포당 스테롤 생산량 비교를 위한 분광광도계 분석 결과(B)이다.
도 13은 상기 도 12 실험에 사용된 BY4742 변이 균주들의 성장 속도 및 최종 성장 정도 비교를 위한 SC-H 선택배지(A)와 도 11 실험에 사용된 공벡터와 크리스퍼-카스9이 적용된 EmD/tHle7 균주, Centromere 복제 기작을 가지면서 UPC2 promoter와 UPC2-1 ORF를 가지는 벡터인 YCpH-npUPC2-1이 들어 있는 EmD/tHle7 균주간 성장 정도 비교를 위해 HIS3를 마커로 가지는 벡터가 빠질 수 있는 SC-L 선택배지(B)와 벡터가 빠지지 않는 SC-LUTH 선택배지(C) 에서의 OD 측정 결과이다.
Figure 1 shows a schematic diagram of the production of useful metabolites using the ergosterol biosynthetic pathway in yeast.
Figure 2 shows a strategy for producing recombinant yeast with an ergosterol biosynthetic pathway in which feedback regulation is reduced through the development of the transcription factor Upc2p mutant.
Figure 3 shows a schematic diagram of the structure (A) and modified amino acid sequence (B) of various variant Upc2p produced by C- or N-terminal domain deletion or ligand binding domain substitution, and various combinations of expression vectors (C). will be. The mutation G888D (glycine -> asphaltic acid) position of the amino acid present at the C-terminus of the yeast S. cerevisiae transcription regulator Upc2p is shown in bold, and the removed both terminal N- and C- domains are underlined.
Figure 4 is a comparative analysis and analysis of the antifungal agent fluconazole (fluconazole) resistance of recombinant yeast strains according to the condition of expressing various variant Upc2p as TEF1 promoter (A) or its own UPC2 promoter (B), CEN or vector (C) This is the result of comparative analysis (D) of the change in the total sterol production by introducing the mutated Upc2p whose effect has been confirmed by spectrophotometry.
FIG. 5 is a comparison of the production efficiency of epoxy squalene and dammarenediol through HPLC after transforming the recombinant yeast strains producing epoxy squalene and dammarenediol with YCpH-Tp-UPC2-1 and YCpH-np-UPC2-1, respectively. One result. Recombinant yeast cell extract cultured with medium without methionine added (A), and recombinant yeast cell extract cultured with medium with added methionine (B). MET3 by adding methionine By suppressing the ERG7 gene whose expression is regulated by a promoter, the accumulation rate of epoxy squalene and dammarenediol was increased.
6 is wild-type on the upc2 △ deficient Saccharomyces My process three Levy jiae chromosome of a host in which the, UPC2-1 mutant gene so as to have the effect of expressing Upc2-1p the strain has a wild-type gene UPC2 UPC2 It is a schematic diagram of an expression cassette diagram (A) that can be replaced with a gene, and a production strategy (B) of Upc2-1 mutants using the same .
Figure 7 is a spectrophotometric analysis (A) for the polymerase reaction results and the total sterol biosynthesis compared to the CEN-based PK2-1C Upc2 -1 mutant confirmed obtained using the expression cassette produced in Figure 6, URA3 After the gene pop-out, it is the result of the analysis of the spectrophotometer for reconfirming the polymerase reaction for confirming the mutant strain and the overall sterol biosynthesis efficiency.
Figure 8 is UPC2 A donor DNA sequence for a double-stranded cleavage and mutation occurring region (A) and 888 differ second amino acid variants UPC2 -1 gene replacement by site, Kas 9 enzyme sgRNA is recognized by the DNA sequence of the gene (B). Genetic sequence GGT in which mutation occurs is capitalized, the DNA sequence recognized by sgRNA is underlined, and the PAM site that defines the double-stranded cleavage of the Cas9 enzyme is inclined.
Figure 9 is a Cas9 enzyme used for mutation of the Upc2 protein and UPC2 in the genome of this enzyme It is a schematic diagram (A) of the vector YCpH-SpCas9-sgUPC2 expressing sgRNA that leads to the gene position and a schematic diagram (B) showing the process of mutation in the intrinsic UPC2 gene in the genome when the stomach vector is expressed in yeast.
10 is a polymerase chain reaction of the C-terminal portion of the UPC2 gene for verification and the spectrophotometer analysis results (A) for comparison of sterol production per cell of CEN.PK candidate strains transformed with YCpH-SpCas9-sgUPC2 vector The sequencing result (B) and the spectrophotometer analysis result (C) and the polymerase chain reaction of the C-terminal part for re-comparison of sterol production per cell after removing the YCpH-SpCas9-sgUPC2 vector through continuous culture in YPD medium and This is the sequencing result (D). EV is a strain in which a blank vector having a HIS3 marker is put in a wild-type CEN.PK strain, and #1 to 6 are YCpH-SpCas9-sgUPC2 vector transformation candidate strains.
The Figure 11 uses the YCpH SpCas9--vector sgUPC2 replaced by UPC2 -1 mutant gene BY4742 strain, Cas9 (A) and Dhamma Lene diol-producing strain of the spectrophotometer for comparing per cell production of sterol EmD / tHle7 (B) The analysis results and the polymerase chain reaction and sequencing result (C) of the UPC2 gene C-terminal part of some of the candidate strains of the two strains. EV is a strain in which a wild type BY4742 strain and an EmD/tHle7 strain have empty vectors with HIS3 markers, and #1 to 5 are YCpH-SpCas9-sgUPC2 vector transformation candidate strains.
FIG. 12 shows YCpH - npUPC2, a vector having a UPC2 promoter and a UPC2 -1 ORF with a BY4742 mutant strain (Cas9), a wild type with an empty vector (WT+EV), and a centromere replication mechanism replaced with a UPC2 -1 mutant gene. Wild type with -1 (WT+YCpH-npUPC2-1), BY-△ upc2 deletion with an empty vector (upc2+EV) and BY-△ upc2 deletion with an YCpH-npUPC2-1 vector (upc2+npUPC2-1) ) This is the result of spectrophotometer analysis (B) for comparing the production of sterol per cell of the strains used for the above experiment and the spating experiment (A), which observes the resistance under the condition of adding Fluconazole, a substance that inhibits the sterol biosynthesis for the strains.
Figure 13 is the SC-H selection medium (A) for comparing the growth rate and final growth of the BY4742 mutant strains used in the experiment of Figure 12 and the EmD/ of the empty vector and CRISPR-CAS9 used in the experiment of Figure 11 tHle7 strain, Centromere replication mechanism, and the vector having the UPC2 promoter and the UPC2-1 ORF YCpH-npUPC2-1 containing the EmD/tHle7 strain to compare the growth level of the HIS3 marker vector SC- It is the result of OD measurement in the L-selection medium (B) and SC-LUTH selection medium (C) in which the vector is not removed.

이에 본 발명자들은 에르고스테롤 생합성 관련 전자조절인자(Upc2p)에 관한 단백질 공학 및 발현 최적화를 통하여 에르고스테롤 생합성 경로가 활성화된 재조합 효모를 제작하여, 본 발명을 완성하였다(도 2).Accordingly, the present inventors produced a recombinant yeast having an ergosterol biosynthetic pathway activated through protein engineering and expression optimization of an ergosterol biosynthesis-related electron regulator (Upc2p), thereby completing the present invention (FIG. 2 ).

본 발명에서 개발된 에르고스테롤 부착 도메인의 아미노산 치환 변이형 UPC2-1 (Upc2pG888D) 발현 최적화 카세트는 에폭시스쿠알렌, 자이모스테롤 등을 포함한 여러 에르고스테롤 생합성 전구체들의 생산 증대를 유도하므로 진세노사이드 전구체 외에도 UDCA의 전구체인 콜레스테롤 대량생산 숙주 개발에 유용하게 활용될 수 있다.Amino acid substitution variant of ergosterol attachment domain developed in the present invention UPC2-1 (Upc2p G888D ) The expression optimization cassette induces an increase in production of several ergosterol biosynthetic precursors, including epoxy squalene and zymosterol, and thus can be usefully used for mass production of cholesterol, a precursor of UDCA, in addition to the ginsenoside precursor.

또한, 본 발명자들은 에르고스테롤에 의한 활성 억제가 되지 않는 변이형 전사조절인자 UPC2 유전자를 제작하기 위해 크리스퍼-카스9 방법을 도입하여 염색체 상에서 야생형 UPC2 유전자를 변이형으로 교체시켜 총체적으로 에르고스테롤 생합성 경로가 활성화된 재조합 효모를 개발하였다. 본 발명에서 제작된 YCpH-SpCas9-sgUPC2 벡터와 기증자 DNA 서열정보는 효율적으로 내재 UPC2 유전자에 변이를 일으킬 수 있으며 게놈 상에 단일염기 다형성만을 일으키며, 벡터를 내보내면 항생제 내성, 영양요구성 표지가 효모 내에 남지 않기 때문에 GRAS 평가에 적합하다. In addition, the present inventors introduced the CRISPR-CAS9 method to produce a variant transcription factor UPC2 gene that is not inhibited by ergosterol activity, thereby replacing the wild-type UPC2 gene on the chromosome with a variant, thereby synthesizing ergosterol biosynthesis in total. Recombinant yeast with an activated pathway was developed. The YCpH-SpCas9-sgUPC2 vector and donor DNA sequence information produced in the present invention is efficiently embedded UPC2 It can cause mutations in the gene and causes only a single-base polymorphism on the genome. When exporting a vector, antibiotic resistance and auxotrophic markers are not left in the yeast, making it suitable for GRAS evaluation.

본 발명은 사카로마이세스 세레비시애(Saccharomyces cerevisiae) 유래 Upc2p의 리간드 결합 도메인 부위가 변이된 UPC2 변이 유전자를 포함하는 재조합 발현벡터를 제공한다.The present invention is Saccharomyces Saccharomyces cerevisiae ) provides a recombinant expression vector comprising a UPC2 mutant gene with a ligand binding domain region of Upc2p derived.

바람직하게는, 상기 UPC2 변이 유전자는 서열번호 1로 표시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 서열번호 1로 표시되는 UPC2 변이 유전자는 서열번호 2의 아미노산 서열로 표시되는 Upc2p 변이 단백질을 코딩한다. 서열번호 2의 888번째 아미노산은 야생형 Upc2p 단백질의 글라이신(glycine; G) 코돈(GGT)이 아스팔틱 엑시드(aspartic acid; D) 코돈(GAT)으로 치환되었다. 본 발명의 명세서에 기재된 UPC2 G888D은 상기 기재된 서열번호 1로 표시되는 UPC2 변이 유전자를 의미한다.Preferably, the UPC2 mutant gene may be represented by SEQ ID NO: 1, but is not limited thereto. The UPC2 variant gene represented by SEQ ID NO: 1 encodes the Upc2p variant protein represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. In amino acid 888 of SEQ ID NO: 2, the glycine (G) codon (GGT) of the wild-type Upc2p protein was replaced with aspartic acid (D) codon (GAT). UPC2 G888D described in the specification of the present invention means a UPC2 mutant gene represented by SEQ ID NO: 1 described above.

UPC2 유전자의 NCBI accession no.는 851799이고, Upc2p 단백질의 NCBI accession no.는 LBMA01000004.1일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The NCBI accession no. of the UPC2 gene is 851799, and the NCBI accession no. of the Upc2p protein may be LBMA01000004.1, but is not limited thereto.

바람직하게는, 상기 재조합 발현벡터는 UPC2 프로모터 유전자, 서열번호 1로 표시되는 UPC2 변이 유전자, GAL7 종결 유전자 및 HIS3 마커 유전자를 순서대로 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Preferably, the recombinant expression vector may include a UPC2 promoter gene, a UPC2 mutant gene represented by SEQ ID NO: 1, a GAL7 termination gene, and a HIS3 marker gene in order, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, "벡터"는 클론유전자(또는 클론 DNA의 다른 조각)를 운반하는데 사용되는 스스로 복제되는 DNA분자를 의미한다.In the present invention, "vector" refers to a self-replicating DNA molecule used to carry a clone gene (or other piece of clone DNA).

본 발명에서 있어서, “발현 벡터”는 목적한 코딩 서열과, 특정 숙주 생물에서 작동 가능하게 연결된 코딩 서열을 발현하는데 필수적인 적정 핵산 서열을 포함하는 재조합 DNA 분자를 의미한다. 발현 벡터는 바람직하게는 하나 이상의 선택성 마커를 포함할 수 있다. 상기 마커는 통상적으로 화학적인 방법으로 선택될 수 있는 특성을 갖는 핵산 서열로, 형질 전환된 세포를 비 형질전환 세포로부터 구별할 수 있는 모든 유전자가 이에 해당된다. 그 예로는 앰피실린(Ampicillin), 카나마이신(Kanamycin), 제네티신(Geneticin; G418), 블레오마이신(Bleomycin), 하이그로마이신(Hygromycin), 클로람페니콜(Chloramphenicol) 과 같은 항생제 내성 유전자가 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 당업자에 의해 적절히 선택 가능하다.In the present invention, “expression vector” refers to a recombinant DNA molecule comprising a desired coding sequence and an appropriate nucleic acid sequence essential for expressing a coding sequence operably linked in a particular host organism. The expression vector may preferably include one or more selectable markers. The marker is a nucleic acid sequence having a property that can be selected by a chemical method, and all genes capable of distinguishing transformed cells from non-transformed cells are included. Examples include, but are not limited to, antibiotic resistance genes such as Ampicillin, Kanamycin, Geneticin (G418), Bleomycin, Hygromycin, Chloramphenicol, etc. It does not become, and can be appropriately selected by those skilled in the art.

또한, 본 발명은 상기 재조합 발현벡터로 형질전환된 사카로마이세스 세레비시애 재조합 균주를 제공한다. In addition, the present invention provides a recombinant strain of Saccharomyces cerevisiae transformed with the recombinant expression vector.

바람직하게는 상기 재조합 균주는 UPC2 유전자가 결손된 사카로마이세스 세레비시애 균주를 상기 재조합 발현벡터로 형질전환시킨 것일 수 있으며, 보다 바람직하게는, 상기 재조합 균주는 KCTC 13401BP로 기탁된 사카로마이세스 세레비시애 BY-upc2Δ/npUPC2-1 균주일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 한편, 상기 KCTC 13401BP로 기탁된 사카로마이세스 세레비시애 BY-upc2Δ/npUPC2-1 균주는 총 콜레스테롤 생산이 증진된 균주이다.Preferably, the recombinant strain is UPC2 A gene-deficient Saccharomyces cerevisiae strain may be transformed with the recombinant expression vector, more preferably, the recombinant strain is Saccharomyces cerevisiae deposited with KCTC 13401BP BY-upc2Δ/ npUPC2-1 may be a strain, but is not limited thereto. On the other hand, the Saccharomyces cerevisiae BY-upc2Δ/npUPC2-1 strain deposited with the KCTC 13401BP is a strain with enhanced total cholesterol production.

바람직하게는 상기 재조합 균주는 에폭시스쿠알렌 및 담마레네디올을 생산하는 사카로마이세스 세레비시애 균주를 상기 재조합 발현벡터로 형질전환시킨 것일 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 에폭시스쿠알렌 및 담마레네디올을 생산하는 사카로마이세스 세레비시애 균주는 KCTC 13399BP로 기탁된 사카로마이세스 세레비시애 EmD/tH1e7 균주일 수 있으며, 상기 재조합 균주는 KCTC 13400BP로 기탁된 사카로마이세스 세레비시애 EmD/tHle7/npUPC2-1 균주일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 한편, 상기 KCTC 13400BP로 기탁된 사카로마이세스 세레비시애 EmD/tHle7/npUPC2-1 균주는 에폭시스쿠알렌 및 담마레네디올 생산이 증진된 균주이다.Preferably, the recombinant strain may be a Saccharomyces cerevisiae strain producing epoxy squalene and dammarenediol transformed with the recombinant expression vector. More preferably, the Saccharomyces cerevisiae strain producing the epoxy squalene and dammarenediol may be the Saccharomyces cerevisiae EmD/tH1e7 strain deposited as KCTC 13399BP, and the recombinant strain is KCTC 13400BP Saccharomyces cerevisiae deposited as may be a strain EmD / tHle7 / npUPC2-1, but is not limited thereto. On the other hand, the Saccharomyces cerevisiae EmD/tHle7/npUPC2-1 strain deposited with the KCTC 13400BP is a strain with enhanced production of epoxy squalene and dammarenediol.

또한, 본 발명은 상기 재조합 발현벡터로 UPC2 유전자가 결손된 사카로마이세스 세레비시애 균주를 형질전환시키는 단계; 및 상기 형질전환된 균주를 배양하는 단계를 포함하는 총 콜레스테롤 생산 증진 방법을 제공한다. 바람직하게는, 상기 형질전환된 균주는 KCTC 13401BP로 기탁된 사카로마이세스 세레비시애 BY-upc2Δ/npUPC2-1 균주일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In addition, the present invention comprises the steps of transforming the Saccharomyces cerevisiae strain having the UPC2 gene deleted with the recombinant expression vector; And culturing the transformed strain. Preferably, the transformed strain may be Saccharomyces cerevisiae BY-upc2Δ/npUPC2-1 strain deposited as KCTC 13401BP, but is not limited thereto.

또한, 본 발명은 상기 재조합 발현벡터로 에폭시스쿠알렌 및 담마레네디올을 생산하는 사카로마이세스 세레비시애 균주를 형질전환시키는 단계; 및 상기 형질전환된 균주를 배양하는 단계를 포함하는 에폭시스쿠알렌 및 담마레네디올 생산 증진 방법을 제공한다. In addition, the present invention comprises the steps of transforming the Saccharomyces cerevisiae strain producing epoxy squalene and dammarenediol with the recombinant expression vector; And it provides a method for enhancing the production of epoxy squalene and dammarenediol comprising culturing the transformed strain.

바람직하게는, 상기 에폭시스쿠알렌 및 담마레네디올을 생산하는 사카로마이세스 세레비시애 균주는 KCTC 13399BP로 기탁된 사카로마이세스 세레비시애 EmD/tH1e7 균주일 수 있으며, 상기 형질전환된 균주는 KCTC 13400BP로 기탁된 사카로마이세스 세레비시애 EmD/tHle7/npUPC2-1 균주일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. Preferably, the Saccharomyces cerevisiae strain producing the epoxy squalene and dammarenediol may be the Saccharomyces cerevisiae EmD/tH1e7 strain deposited as KCTC 13399BP, and the transformed strain is KCTC Saccharomyces cerevisiae deposited as 13400BP may be an EmD/tHle7/npUPC2-1 strain, but is not limited thereto.

본 발명에서 사용된 KCTC 13399BP로 기탁된 사카로마이세스 세레비시애 EmD/tH1e7 균주는 담마레네디올 합성효소(DDS) 발현벡터로 형질전환된 스쿠알렌 과생산 사카로마이세스 세레비시애의 rDNA 상에 서열번호 3으로 표시되는 ERG1 변이 유전자가 삽입된 에폭시스쿠알렌 및 담마레네디올 과생산 사카로마이세스 세레비시애 재조합 균주이다.The Saccharomyces cerevisiae EmD/tH1e7 strain deposited with KCTC 13399BP used in the present invention is on the rDNA of Squalene overproducing Saccharomyces cerevisiae transformed with a dammarenediol synthase (DDS) expression vector. It is a recombinant strain of Saccharomyces cerevisiae overproducing epoxy squalene and dammarenediol in which the ERG1 mutation gene represented by SEQ ID NO: 3 is inserted.

또한, 본 발명은 UPC2 프로모터 유전자, 서열번호 1로 표시되는 UPC2 변이 유전자, UPC2 종결 유전자, URA3 마커 유전자 및 UPC2 종결 유전자를 순서대로 포함하는 UPC2 변이 유전자 삽입 카세트를 제공한다.In addition, the present invention UPC2 promoter gene, UPC2 mutation gene represented by SEQ ID NO: 1, UPC2 termination gene, URA3 Provided is a UPC2 variant gene insertion cassette comprising a marker gene and a UPC2 termination gene in sequence.

또한, 본 발명은 상기 UPC2 변이 유전자 삽입 카세트를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다.In addition, the present invention provides a recombinant vector comprising the UPC2 mutant gene insertion cassette.

또한, 본 발명은 상기 재조합 벡터로 형질전환된 사카로마이세스 세레비시애 재조합 균주를 제공한다. 바람직하게는, 상기 재조합 균주는 KCTC 13404BP로 기탁된 사카로마이세스 세레비시애 CEN.PK-upc2-1 균주일 수 있고, 상기 KCTC 13404BP로 기탁된 사카로마이세스 세레비시애 CEN.PK-upc2-1 균주는 내생(endogenous) UPC2 유전자가 서열번호 1로 표시되는 UPC2 변이 유전자로 치환된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, the present invention provides a recombinant strain of Saccharomyces cerevisiae transformed with the recombinant vector. Preferably, the recombinant strain may be Saccharomyces cerevisiae CEN.PK-upc2-1 strain deposited with KCTC 13404BP, Saccharomyces cerevisiae CEN.PK-upc2 deposited with KCTC 13404BP. The -1 strain may be an endogenous UPC2 gene substituted with the UPC2 mutant gene represented by SEQ ID NO: 1, but is not limited thereto.

상기에서 사용된 사카로마이세스 세레비시애 야생형 균주는 CEN-PK2-1C 균주로서, Entian and Kotter, Methods in Microbiology (2007) 36:629-666에 기재되어 있다.The Saccharomyces cerevisiae wild type strain used above is a CEN-PK2-1C strain, described in Entian and Kotter, Methods in Microbiology (2007) 36:629-666.

또한, 본 발명은 상기 재조합 균주를 배양하는 단계를 포함하는 총 콜레스테롤 생산 증진 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for enhancing total cholesterol production, comprising culturing the recombinant strain.

본 발명에서 사용된 URA3 마커 유전자 및 HIS3 마커 유전자는 영양요구성 선택 표지 마커로서 사용되며, URA3 마커 유전자(NCBI accession no. NM_001178836.3) 또는 HIS3 마커 유전자(GENE ID: 854377)가 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The URA3 marker gene and HIS3 marker gene used in the present invention are used as auxotrophic selection marker markers, and the URA3 marker Gene (NCBI accession no.NM_001178836.3) or HIS3 marker gene (GENE ID: 854377) may be used, but is not limited thereto.

본 발명에서 사용된 UPC2 프로모터 유전자는 서열번호 4로 표시하였으며, GAL7 종결 유전자는 서열번호 5로 표시하였고, UPC2 종결 유전자는 서열번호 6으로 표시하였다.The UPC2 promoter gene used in the present invention was represented by SEQ ID NO: 4, the GAL7 termination gene was represented by SEQ ID NO: 5, and the UPC2 termination gene was represented by SEQ ID NO: 6.

또한, 본 발명은 Cas9 유전자 및 UPC2 유전자를 표적으로 하는 단일 가이드 RNA(single guide RNA; sgRNA)를 포함하는 크리스퍼-카스9(CRISPR-Cas9) 재조합벡터; 및 UPC2 변이 유전자 도입용 기증자(Donor) DNA로 형질전환된 사카로마이세스 세레비시애 재조합 균주를 제공한다.In addition, the present invention is a CRISPR-Cas9 recombination vector comprising a single guide RNA (sgRNA) targeting the Cas9 gene and the UPC2 gene; And a Saccharomyces cerevisiae recombinant strain transformed with donor DNA for UPC2 mutation gene introduction.

바람직하게는, 상기 UPC2 유전자를 표적으로 하는 sgRNA는 서열번호 7로 표시될 수 있고, 상기 UPC2 변이 유전자 도입용 기증자(Donor) DNA는 서열번호 8로 표시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Preferably, the sgRNA targeting the UPC2 gene may be represented by SEQ ID NO: 7, and the donor DNA for introducing the UPC2 mutant gene may be represented by SEQ ID NO: 8, but is not limited thereto.

바람직하게는, 상기 크리스퍼-카스9(CRISPR-Cas9) 재조합벡터는 도 9(A)의 개열지도는 갖는 YCpH-SpCas9-sgUPC2 재조합벡터일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Preferably, the CRISPR-Cas9 recombination vector may be a YCpH-SpCas9-sgUPC2 recombination vector having the cleavage map of FIG. 9(A), but is not limited thereto.

바람직하게는, 상기 재조합 균주는 염색체 내 내생(endogenous) UPC2 유전자가 서열번호 1로 표시되는 UPC2 변이 유전자로 치환될 수 있다.Preferably, the recombinant strain may be an endogenous UPC2 gene in a chromosome replaced by a UPC2 mutation gene represented by SEQ ID NO: 1.

또한, 본 발명은 상기 재조합 균주를 배양하는 단계를 포함하는 스테롤 생산 증진 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for enhancing sterol production, comprising culturing the recombinant strain.

본 발명에서 사용된 크리스퍼-카스9(CRISPR-Cas9) 시스템은 박테리아와 진핵생물에 적용시킬 수 있는 유전체 엔지니어링 도구로써 떠오르고 있다. Cas9은 sgRNA에 의해 결정된 타겟 DNA를 절단하는 엔도뉴클라아제(endonuclease) 기능을 가지고 있다. Cas9에 의한 이중나선 절단(double-strand break; DSB)은 sgRNA가 지정하는 protospacer adjacent motif (PAM)의 앞쪽 서열인 특정 서열에 일어난다. 상동성 서열을 지닌 공여 DNA와 함께 가이드 RNA와 Cas9 발현 벡터로 형질전환시키면, 상동성 수리(HR; homologous repair) 기작에 의해 높은 효율로 유전자 교정이 가능하다. The CRISPR-Cas9 system used in the present invention has emerged as a genome engineering tool that can be applied to bacteria and eukaryotes. Cas9 has an endonuclease function that cleaves target DNA determined by sgRNA. Double-strand break (DSB) by Cas9 occurs in a specific sequence, the front sequence of a protospacer adjacent motif (PAM) designated by sgRNA. When transformed with a guide RNA and a Cas9 expression vector together with a donor DNA having a homologous sequence, it is possible to perform gene correction with high efficiency by a homologous repair (HR) mechanism.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only intended to illustrate 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. .

실시예Example 1 : 다양한 1: Various 전사조절인자Transcription regulator Upc2pUpc2p 변이 부품 및 발현 벡터 제작 Production of mutant parts and expression vectors

에르고스테롤 생합성 경로 활성을 조절하는 데 핵심적인 역할을 지닌 Upc2p 전사조절인자의 피드백 조절을 완화시켜 에르고스테롤을 비롯한 총체적인 스테롤 생합성 활성을 증가시키고자 하였다. 일차적으로 야생형 Upc2p 발현벡터인 YCpH-Tp-UPC2는 UPC2-fw, UPC2-bw 프라이머로 중합효소연쇄반응을 진행하여 야생형 UPC2 유전자를 합성한 뒤 YCpH-Tp벡터와 UPC2 유전자를 SpeI/XhoI 으로 절단하여 이어 붙여 제작하였다. 에르코스테롤 결합 부위 변이 Upc2p를 코딩하는 유전자를 합성하기 위해서는 표1에 표시된 프라이머 중 UPC2-fw, UPC2-bw, UPC2-1-F2-fw, UPC2-1-F1-bw를 이용해 각각 N-, C-단편을 얻고 확보한 후 융합 중합효소연쇄반응을 진행하여 888번째 글라이신 코돈(GGT)에 단일염기 변이가 생겨 아스파르트산 코돈(GAT)으로 치환된 UPC2-1 유전자를 제작하였다. 상세하게는 UPC2 유전자의 개시코돈 ATG부터 변이 도입 부위까지 2,673 bp의 N-PCR 절편을 합성하기 위해 UPC2-fw와 UPC2-1-F1-bw를 이용하였고, 변이 위치에서 종결코돈까지 포함된 86 bp C-PCR 절편을 합성하기 위해 UPC2-1-F2-fw와 UPC2-bw를 이용하였다. 확보된 UPC2-1 유전자는 YCpH-Tp-UPC2 벡터와 SpeI/XhoI 으로 절단하여 야생형 UPC2를 대신해 삽입하여 YCpH-Tp-UPC2-1 벡터를 만들었다. 또한 N-도메인 부분을 결손시킨 Upc2p 변이 부품들을 제작하기 위해, UPC2-fw, UPC2-NTT-F1-bw, UPC2-NTT-F2-fw, UPC2-NTT-F2-bw 프라이머를 이용한 융합 중합효소연쇄반응을 진행하여 개시코돈 ATG부터 시작하는 300 bp N-단편과 390 번 아미노산 코돈에서 시작해 300 bp의 길이를 가지는 C-단편을 이용하여 100-390 아미노산 서열 부분이 제거된 UPC2 절편을 합성하였다. 확보된 UPC2 변이 유전자 단편과 YCpH-Tp-UPC2 벡터를 SpeI/SauI 제한효소로 절단하여 야생형 UPC2 유전자가 클로닝된 YCpH-Tp-UPC2에서 UPC2의 개시 코돈에서 390 아미노산 서열이 포함된 SpeI / SauI UPC2 절편과 바꾸는 과정을 진행하여 DNA 결합, 리간드 결합 도메인을 연결해주는 링커(linker) 부분이 제거된 UPC2(N-terminal 100-390 amnio acids truncation)를 코딩하는 유전자를 발현하는 벡터 YCpH-Tp-UPC2를 제작하였다. 또한 UPC2-fw, UPC2-CTT-bw 프라이머로 중합효소연쇄반응을 진행해 UPC2 C-단편 일부(792-913 a.a.)가 제거된 UPC2 유전자를 합성하고 SauI/XhoI 제한효소로 절단하여 SauI / XhoI으로 절단된 YCpH-Tp-UCP2 벡터와 연결하여 792-913 아미노산 서열이 포함된 UPC2 C-절편을 야생형 UPC2와 바꾸는 과정을 진행하여 리간드 결합 도메인(ligand binding domain)이 제거된 UPC2(C-terminal 792-913 amino acids truncation) 발현 벡터 YCpH-Tp-UPC2 제작하였다. 또한 YCpH-Tp-UPC2-1 벡터와 UPC2 절편을 SpeI/SauI 제한효소로 절단하여 야생형 UPC2 유전자의 N-절편과 UPC2 를 교체하여 C-절편에도 UPC2-1 변이를 동시에 가지는 UPC2-1 유전자를 발현하는 벡터 YCpH-Tp-UPC2-1를 제작하였다(도 3).It was intended to increase the overall sterol biosynthetic activity including ergosterol by alleviating the feedback regulation of the Upc2p transcription regulator, which plays a key role in regulating the ergosterol biosynthetic pathway activity. YCpH-Tp-UPC2, a wild-type Upc2p expression vector, is polymerized by UPC2-fw and UPC2-bw primers to synthesize a wild-type UPC2 gene, and then the YCpH-Tp vector and UPC2 gene are cut by SpeI/XhoI . Next, it was produced by pasting. In order to synthesize the gene encoding the ercosterol binding site mutation Upc2p, N-, respectively, using UPC2-fw, UPC2-bw, UPC2-1-F2-fw, and UPC2-1-F1-bw among the primers shown in Table 1 After obtaining and securing the C-fragment, a fusion polymerase chain reaction was performed to produce a single base mutation in the 888th glycine codon (GGT), thereby producing a UPC2-1 gene substituted with aspartic acid codon (GAT). Specifically, UPC2-fw and UPC2-1-F1-bw were used to synthesize the 2,673 bp N-PCR fragment from the start codon ATG of the UPC2 gene to the mutation introduction site, and 86 bp included from the mutation position to the termination codon. UPC2-1-F2-fw and UPC2-bw were used to synthesize C-PCR fragments. The obtained UPC2-1 gene was cut with YCpH-Tp-UPC2 vector and SpeI/XhoI to insert YCpH-Tp-UPC2-1 vector instead of wild type UPC2 . In addition, in order to manufacture Upc2p mutants that deleted the N-domain part, fusion polymerase chaining using UPC2-fw, UPC2-NTT-F1-bw, UPC2-NTT-F2-fw, UPC2-NTT-F2-bw primers A UPC2 fragment with 100-390 amino acid sequence portion removed was synthesized using a 300 bp N-fragment starting from the start codon ATG and a C-fragment having a length of 300 bp starting from amino acid codon 390. The obtained UPC2 mutant gene fragment and YCpH-Tp-UPC2 vector were digested with SpeI/SauI restriction enzymes to obtain wild type UPC2. Gene cloned In the YCpH-Tp-UPC2 it contains the 390 amino acid sequence from the start codon of the SpeI UPC2 / SauI A vector YCpH-Tp expressing a gene encoding UPC2 (N-terminal 100-390 amnio acids truncation), in which the linker portion connecting the DNA binding and ligand binding domains is removed through the process of replacing with the UPC2 fragment. -UPC2 was produced. In addition to UPC2-fw, UPC2-CTT- bw proceed polymerase chain reaction with a primer to synthesize a gene UPC2 UPC2 C- short part (aa 792-913) is removed and cut into SauI / XhoI restriction enzymes SauI / XhoI The UPC2 (C-terminal 792) in which the ligand binding domain was removed by proceeding to replace the UPC2 C-fragment containing the 792-913 amino acid sequence with the wild type UPC2 by linking with the truncated YCpH-Tp-UCP2 vector -913 amino acids truncation) expression vector YCpH-Tp-UPC2 It was produced. Also YCpH-Tp-UPC2-1 vector UPC2 to cut the sections with SpeI / SauI restriction enzyme fragment and replacing the N- UPC2 UPC2 of the wild-type gene having a UPC2-1 UPC2-1 mutations at the same time to C- fragment A vector YCpH-Tp-UPC2-1 expressing the gene was constructed (FIG. 3).

본 발명에 사용된 프라이머 리스트, 본 발명에 사용된 효모 균주 및 본 발명에 사용된 플라스미드는 각각 표 1, 표 2 및 표 3에 나타냈다.The primer list used in the present invention, the yeast strain used in the present invention and the plasmid used in the present invention are shown in Table 1, Table 2 and Table 3, respectively.

유전자gene 프라이머primer 염기서열Sequence 용도purpose HIS3HIS3 ScHIS3-FWScHIS3-FW 5'-catgccatggtaattctcgttttaagagcttg-3'5'-catg ccatgg taattctcgttttaagagcttg-3' 선별표지용
유전자 증폭
Screening
Gene amplification
ScHIS3-BW-ApaIScHIS3-BW-ApaI 5'-gcgcgggcccctcgagttcaagagaaaaaaaaag-3'5'-gcgc gggccc ctcgagttcaagagaaaaaaaaag-3' UPC2UPC2 UPC2-fwUPC2-fw 5'-gcgctctagactagtatgagcgaagtcggtatac-3’5'-gcgc tctagactagt atgagcgaagtcggtatac-3' 변이형
유전자 증폭
Mutant
Gene amplification
UPC2-bwUPC2-bw 5'-gcgcctcgagcccgggctataacgaaaaatcagagaaatttg-3’5'-gcgc ctcgagcccggg ctataacgaaaaatcagagaaatttg-3' UPC2-1-Fu2-fwUPC2-1-Fu2-fw 5'-gaatacagtggaggtggtgata-3’5'-gaatacagtggaggtggt gat a-3' UPC2-1-Fu1-bwUPC2-1-Fu1-bw 5'-ctagcatcatatgcatatcacc-3’5'-ctagcatcatatgcat atc acc-3' UPC2-NTT-F1-bwUPC2-NTT-F1-bw 5'-ctttctcgtgacatacttc-3’5'-ctttctcgtgacatacttc-3’ UPC2-NTT-F2-fwUPC2-NTT-F2-fw 5'-gaagtatgtcacgagaaagttacaagctgatgcattatct-3’5'-gaagtatgtcacgagaaagttacaagctgatgcattatct-3' UPC2-NTT-F2-bwUPC2-NTT-F2-bw 5'-tataggcgccattgtcga-3’5'-tataggcgccattgtcga-3' UPC2-CTT-bwUPC2-CTT-bw 5'-gcgcctcgagaatgacatcgcctaaatc-3’5'-gcgc ctcgag aatgacatcgcctaaatc-3' pUPC2-fwpUPC2-fw 5'-gcgcggatccgcgcgttaacgcgcttactgctaagcc-3’5'-gcgc ggatcc gcgc gttaac gcgcttactgctaagcc-3' pUPC2-FW-BamHI-HpaIpUPC2-FW-BamHI-HpaI 5'-gcgcggatccgcgcgttaacgcgcttactgctaagcc-3’5'-gcgc ggatcc gcgc gttaac gcgcttactgctaagcc-3' Seq-ScUPC2-3BSeq-ScUPC2-3B 5'-tccagaaggcaatggcggt-3’5'-tccagaaggcaatggcggt-3' UPC2tL-FWUPC2tL-FW 5'-gttgacgaatacagtggagg-3'5'-gttgacgaatacagtggagg-3' UPC2tR-FW-SalIUPC2tR-FW-SalI 5'-gcgcgtcgacgcagaatattcgaaatagattccc-3'5'-gcgc gtcgac gcagaatattcgaaatagattccc-3' UPC2tL-BW-NdeIUPC2tL-BW-NdeI 5'-gcgccatatgcttatcgacccagtgccag-3'5'-gcgc catatg cttatcgacccagtgccag-3' UPC2tR-BW-XhoIUPC2tR-BW-XhoI 5'-gcgcctcgagcctgaatgtcattaccatgg-3'5'-gcgc ctcgag cctgaatgtcattaccatgg-3' Upc2-1-int-confirm-fw (2-1)Upc2-1-int-confirm-fw (2-1) 5'-gcattgctagacaagacattc-3'5'-gcattgctagacaagacattc-3' 유전자 교체 및 팝-아웃 확인Gene replacement and pop-out confirmation Upc2-1-int-confirm-bw(ura3)Upc2-1-int-confirm-bw(ura3) 5'-cagtcaagatatccacatgtg-3'5'-cagtcaagatatccacatgtg-3'

1제한효소는 밑줄로 표시하였다. 1 Restriction enzymes are underlined.

2888번 글라이신을 아스팔틱 엑시드로 바꾼 시퀀스는 굵게 표시하였다. 2 The sequence in which glycine #888 was changed to asphaltic acid is shown in bold.

StrainStrain Genotype Genotype Reference Reference CEN-PK2-1CCEN-PK2-1C MATa ura3-52 trp1-289 leu2-3,112 his3-1 MAL2-8C SUC2MATa ura3-52 trp1-289 leu2-3,112 his3-1 MAL2-8C SUC2 Entian and Kotter(2007) Entian and Kotter (2007) EmD/tH1e7E m D/tH1e7 CEN-tH1e7 with an integrated copy of the 403 bp pTEF1-ERG1K311R cassette and harboring YEpL-PgDDSCEN-tH1e7 with an integrated copy of the 403 bp p TEF1 -ERG1 K311R cassette and harboring YEpL-PgDDS KCTC 13399BPKCTC 13399BP BY4742BY4742 MATa his3D1 leu2D0 lys2D0 ura3D0MATa his3D1 leu2D0 lys2D0 ura3D0 Open BiosystemsOpen Biosystems BY-upc2ΔBY-upc2Δ MATα;ura3Δ0MATα;ura3Δ0 ; ; leu2Δ0leu2Δ0 ; ; his3Δ1his3Δ1 ; ; lys2Δ0lys2Δ0 ; upc2::kanMX4; upc2::kanMX4 Open BiosystemsOpen Biosystems BY4742/EVBY4742/EV BY4742 harboring YCpU-Tp or YCpH-TpBY4742 harboring YCpU-Tp or YCpH-Tp 본 발명The present invention BY-upc2Δ/EVBY-upc2Δ/EV BY-upc2Δharboring YCpU-Tp or YCpH-TpBY-upc2Δharboring YCpU-Tp or YCpH-Tp 본 발명The present invention BY/Tp-UPC2BY/Tp-UPC2 BY4742 harboring YCpH-Tp-UPC2BY4742 harboring YCpH-Tp-UPC2 본 발명The present invention BY/Tp-UPC2-1BY/Tp-UPC2-1 BY4742 harboring YCpH-Tp-UPC2-1BY4742 harboring YCpH-Tp-UPC2-1 본 발명The present invention BY/Tp-UPC2 BY/Tp-UPC2 BY4742 harboring YCpH-Tp-UPC2 BY4742 harboring YCpH-Tp-UPC2 본 발명The present invention BY/Tp-UPC2 BY/Tp-UPC2 BY4742 harboring YCpH-Tp-UPC2 BY4742 harboring YCpH-Tp-UPC2 본 발명The present invention BY/Tp-UPC2-1 BY/Tp-UPC2-1 BY4742 harboring YCpU-Tp-UPC2-1 BY4742 harboring YCpU-Tp-UPC2-1 본 발명The present invention BY/npUPC2BY/npUPC2 BY4742 harboring YCpH-np-UPC2BY4742 harboring YCpH-np-UPC2 본 발명The present invention BY/npUPC2-1BY/npUPC2-1 BY4742 harboring YCpH-np-UPC2-1BY4742 harboring YCpH-np-UPC2-1 본 발명The present invention BY-upc2Δ/Tp-UPC2BY-upc2Δ/Tp-UPC2 BY-upc2Δharboring YCpH-Tp-UPC2BY-upc2Δharboring YCpH-Tp-UPC2 본 발명The present invention BY-upc2Δ/Tp-UPC2-1BY-upc2Δ/Tp-UPC2-1 BY-upc2Δharboring YCpH-Tp-UPC2-1BY-upc2Δharboring YCpH-Tp-UPC2-1 본 발명The present invention BY-upc2Δ/npUPC2BY-upc2Δ/npUPC2 BY-upc2Δharboring YCpH-np-UPC2BY-upc2Δharboring YCpH-np-UPC2 본 발명The present invention BY-upc2Δ/npUPC2-1BY-upc2Δ/npUPC2-1 BY-upc2Δharboring YCpH-np-UPC2-1BY-upc2Δharboring YCpH-np-UPC2-1 본 발명The present invention BY-upc2Δ/npUPC2 BY-upc2Δ/npUPC2 BY-upc2Δharboring YCpH-np-UPC2 BY-upc2Δharboring YCpH-np-UPC2 본 발명The present invention BY-upc2Δ/npUPC2 BY-upc2Δ/npUPC2 BY-upc2Δharboring YCpH-np-UPC2 BY-upc2Δharboring YCpH-np-UPC2 본 발명The present invention BY-upc2Δ/npUPC2-1 BY-upc2Δ/npUPC2-1 BY-upc2Δharboring YCpH-np-UPC2-1 BY-upc2Δharboring YCpH-np-UPC2-1 본 발명The present invention BY/YE-np-UPC2-1BY/YE-np-UPC2-1 BY4742 harboring YEpH-np-UPC2-1BY4742 harboring YEpH-np-UPC2-1 본 발명The present invention BY-upc2Δ/YE-npUPC2-1BY-upc2Δ/YE-npUPC2-1 BY-upc2Δharboring YEpH-np-UPC2-1BY-upc2Δharboring YEpH-np-UPC2-1 본 발명The present invention EmD/tH1e7/Tp-UPC2-1E m D/tH1e7/Tp-UPC2-1 Em/D/tH1e7 harboring YCpH-Tp-UPC2-1Em/D/tH1e7 harboring YCpH-Tp-UPC2-1 본 발명The present invention EmD/tH1e7/npUPC2-1E m D/tH1e7/npUPC2-1 Em/D/tH1e7 harboring YCpH-np-UPC2-1Em/D/tH1e7 harboring YCpH-np-UPC2-1 본 발명The present invention CEN.PK-upc2-1CEN.PK-upc2-1 CEN-PK2-1C replaced with UPC2-1 mutant alleleCEN-PK2-1C replaced with UPC2-1 mutant allele 본 발명The present invention

PlasmidPlasmid DescriptionDescription ReferenceReference pRE316pRE316 pScGAL1/10-URA3-CEN vectorp ScGAL1/10-URA3-CEN vector Cheon et al, (2010)Cheon et al, (2010) pTcUR190pTcUR190 ScURA3 containing vector without yeast replication origin ScURA3 containing vector without yeast replication origin 본 발명The present invention YCpU-TpYCpU-Tp CEN-based pRE316 derivative containing the TEF1 promoter, the GAL7 terminatoer and the URA3 markerCEN-based pRE316 derivative containing the TEF1 promoter, the GAL7 terminatoer and the URA3 marker 본 발명The present invention YCpH-TpYCpH-Tp YCpU-Tp derivative containing the HIS3 markerYCpU-Tp derivative containing the HIS3 marker 본 발명The present invention YCpH-Tp-UPC2YCpH-Tp-UPC2 YCpH-Tp containing the wild type UPC2 fused to the TEF1 promoterYCpH-Tp containing the wild type UPC2 fused to the TEF1 promoter 본 발명The present invention YCpH-Tp-UPC2-1YCpH-Tp-UPC2-1 YCpH-Tp containing a single amino acid variant UPC2 G888D fused to the TEF1 promoterYCpH-Tp containing a single amino acid variant UPC2 G888D fused to the TEF1 promoter 본 발명The present invention YCpH-Tp-UPC2 YCpH-Tp-UPC2 YCpH-Tp containing a C-terminal truncated UPC2 fused to the TEF1 promoterYCpH-Tp containing a C-terminal truncated UPC2 fused to the TEF1 promoter 본 발명The present invention YCpH-Tp-UPC2 YCpH-Tp-UPC2 YCpH-Tp containing a N-terminal truncated UPC2 fused to the TEF1 promoterYCpH-Tp containing a N-terminal truncated UPC2 fused to the TEF1 promoter 본 발명The present invention YCpH-Tp-UPC2-1 YCpH-Tp-UPC2-1 YCpH-Tp containing the double variant UPC2-1 fused to the TEF1 promoterYCpH-Tp containing the double variant UPC2-1 fused to the TEF1 promoter 본 발명The present invention YCpH-np-UPC2YCpH-np-UPC2 YCpH derivative expressing the wild type UPC2 under the control of its own promoter YCpH derivative expressing the wild type UPC2 under the control of its own promoter 본 발명The present invention YCpH-np-UPC2-1YCpH-np-UPC2-1 YCpH derivative expressing UPC2 -1 under the control of its own promoter YCpH derivative expressing UPC2 -1 under the control of its own promoter 본 발명The present invention YCpH-np-UPC2 YCpH-np-UPC2 YCpH derivative expressing a C-terminal truncated UPC2 under the control of ts own promoter YCpH derivative expressing a C-terminal truncated UPC2 under the control of ts own promoter 본 발명The present invention YCpH-np-UPC2 YCpH-np-UPC2 YCpH derivative expressing a N-terminal truncated UPC2 under the control of its own promoter YCpH derivative expressing a N-terminal truncated UPC2 under the control of its own promoter 본 발명The present invention YCpH-np-UPC2-1 YCpH-np-UPC2-1 YCpH derivative expressing a double variant UPC2-1 under the control of its own promoter YCpH derivative expressing a double variant UPC2-1 under the control of its own promoter 본 발명The present invention YEpH-np-UPC2YEpH-np-UPC2 2μ-based vector expressing UPC2 under the control of its own promoter and carrying HIS3 marker -based vector expressing UPC2 under the control of its own promoter and carrying HIS3 marker 본 발명The present invention YEpH-np-UPC2-1YEpH-np-UPC2-1 2μ-based vector expressing UPC2 -1 under the control of its own promoter and carrying HIS3 marker -based vector expressing UPC2 -1 under the control of its own promoter and carrying HIS3 marker 본 발명
The present invention
NP-UPC2-1-integrationNP-UPC2-1-integration UPC2 promoter, UPC2 -1, UPC2 terminator and URA3 marker UPC2 promoter, UPC2 -1, UPC2 terminator and URA3 marker 본 발명
The present invention

실시예Example 2 : 2 : Upc2pUpc2p 변이 부품 발현 최적화를 통한 에르고스테롤 생산성 증대 Increase ergosterol productivity by optimizing expression of mutated parts

상기 제작된 YCpH-Tp-UPC2 벡터들을 야생형 사카로마이세스 세레비지애 BY4742 균주와 UPC2 유전자가 파쇄된 BY-upc2△변이주에 도입하여 SC-HIS 배지에서 성장하는 HIS+ 형질전환체들을 선별하였다. 이들 재조합 효모 균주들의 에르고스테롤 생합성을 억제하는 항균제인 플루코나졸(fluconazole)에 대한 내성을 측정한 결과, 야생형 균주에서 야생형 Upc2p 과발현은 오히려 플루코나졸 내성의 감소를 유발하였고, 변이형 Upc2p 단백질들의 과발현은 약간 증가된 플루코나졸 내성을 보였다. 그 반면 upc2△결손 변이주에서는 야생형 Upc2p 과발현 경우에만 플루코나졸 내성이 야생형 균주 수준으로 회복되었고 변이형 Upc2p 과발현은 그 회복 수준이 떨어졌다(도 4A). 이는 제작된 Upc2p 변이 단백질들의 전사 활성이 야생형에 비해 상당히 저하되어 있음을 시사한다. The prepared YCpH-Tp-UPC2 vectors were introduced into the wild-type Saccharomyces cerevisiae BY4742 strain and the UPC2 gene crushed BY-upc2 Δ mutant to select HIS+ transformants growing in SC-HIS medium. As a result of measuring the resistance of these recombinant yeast strains to fluconazole, an antimicrobial agent that inhibits ergosterol biosynthesis, wild-type Upc2p overexpression in wild-type strains rather caused a decrease in fluconazole resistance, and the over-expression of mutant Upc2p proteins slightly increased. Showed fluconazole resistance. On the other hand, in the upc2 △defective mutant strain, fluconazole resistance was restored to the level of the wild type strain only when the wild type Upc2p was overexpressed, and the level of recovery of the variant upc2p overexpression was lowered (FIG. 4A). This suggests that the transcriptional activity of the produced Upc2p mutant proteins is significantly lower than that of the wild type.

이에 본 발명자들은 Upc2p 단백질의 발현 수준을 최적화하는 것이 중요함을 인식하고 항상 높은 발현수준을 유지하는 TEF1 프로모터 대신에 UPC2 자체 프로모터에 의해 발현이 되도록 pUPC2-FW-BamHI-HpaI, Seq-ScUPC2-3B 프라이머를 이용하여 사카로마이세스 세레비지애 게놈을 대상으로 중합효소 연쇄반응을 수행하여 UPC2 프로모터(pUPC2, 480 bp)를 지닌 UPC2 N-단편 (658 bp)을 증폭하였다. 상기 확보된 1,138 bp UPC2 프로모터를 지닌 N-단편을 BamHIEcoRI 제한효소로 절단하고 YCpU-Tp-UPC2, YCpU-Tp-UPC2-1, YCpH-Tp-UPC2 벡터들을 EcoRIXhoI 제한효소로 절단하여 확보된 UPC2 C-단편, UPC2 -1 단편, UPC2 단편을 BamHI / XhoI 제한효소로 절단한 pRE316 벡터와 세 조각 연결반응(three-piece ligation)을 수행하여 YCpH-np-UPC2, YCpH-np-UPC2-1, YCpH-np-UPC2를 각각 제작하였다(도 3C). YCpH-np-UPC2 벡터는 YCpH-pT-UPC2 벡터를 만드는 데 이용한 UPC2-fw, UPC2-NTT-F1-bw, UPC2-NTT-F2-fw, UPC2-NTT-F2-bw 프라이머 세트 중 UPC2-fw 대신 pUPC2-FW-BamHI-HpaI 프라이머를 이용해 융합 중합효소 연쇄반응을 진행하여 UPC2 프로모터와 N-절편이 포함된 1,070 bp 유전자 절편과 390 번 아미노산 코돈에서 시작해 300 bp의 길이를 가지는 C-단편을 이어붙은 후 BamHIEco81I 제한효소로 절단한 후 YCpH-np-UPC2 백터의 BamHI/Eco81I UPC2 절편과 교체하여 완성하였다. 이들 YCpH-np-UPC2 벡터들로 upc2△결손 변이주를 형질전환시킨 후 플루코나졸 내성을 비교 분석한 결과 UPC2 자체 프로모터로부터 Upc2-1p 변이 단백질이 적당한 수준으로 발현되는 균주에게 가장 높은 프루코나졸 내성을 보였다(도 4B). 이와 같은 발현 수준의 중요성은 UPC2 자체 프로모터로부터 발현이 되는 경우에도 2μ-기반의 높은 카피 수로 발현되는 경우는 야생형 균주와 변이주 모두에서 오히려 플루코나졸 내성이 현저히 감소되는 결과로 재확인되었다(도 4C). 상기 제작된 Upc2-1p 변이부품을 자체 프로모터로 발현시키는 재조합 효모 균주의 총체적인 콜레스테롤 생산성을 분광광도계(spectrometry)로 측정하여 비교분석한 결과 플루코나졸 내성 증가와 마찬가지로 야생형 균주에 비해서 upc2△결손 균주에 Upc2-1p이 발현된 경우 스테롤 생합성 효율이 더욱 증가됨을 확인하였다(도 4D).The present inventors have recognized that it is important to optimize the expression level of the protein Upc2p always pUPC2-FW-HpaI-BamHI to be expressed by its own promoter UPC2 TEF1 promoter in place of maintaining a high level of expression, Seq-ScUPC2-3B A polymerase chain reaction was performed on the Saccharomyces cerevisiae genome using primers to amplify the UPC2 N-fragment (658 bp) with the UPC2 promoter (p UPC2 , 480 bp). The N-fragment with the secured 1,138 bp UPC2 promoter was cut with BamHI and EcoRI restriction enzymes and YCpU-Tp-UPC2, YCpU-Tp-UPC2-1, YCpH-Tp-UPC2 UPC2 C-fragment, UPC2 -1 fragment, UPC2 obtained by cutting vectors with EcoRI and XhoI restriction enzymes Fragment BamHI / XhoI YCpH-np-UPC2, YCpH-np-UPC2-1, and YCpH-np-UPC2 were prepared by performing a three-piece ligation with pRE316 vector digested with restriction enzymes (FIG. 3C). The YCpH-np-UPC2 vector was used to create the YCpH-pT-UPC2 vector. UPC2-fw, UPC2-NTT-F1-bw, UPC2-NTT-F2-fw, UPC2-NTT-F2-bw primer set using fusion polymerase chain reaction using pUPC2-FW-BamHI-HpaI primer instead of UPC2-fw Proceed with 1,070 bp gene fragment containing UPC2 promoter and N-segment and C-fragment having a length of 300 bp starting from amino acid codon 390, and then cutting with BamHI and Eco81I restriction enzymes, followed by YCpH-np-UPC2 vector It was completed by replacing the BamHI/Eco81I UPC2 fragment of. After transforming the upc2 △defective mutant with these YCpH-np-UPC2 vectors, the comparative analysis of fluconazole resistance showed the highest pruconazole resistance to the strains in which UPc2-1p mutant protein was expressed at an appropriate level from the UPC2 promoter itself. (Figure 4B). The importance of this expression level was reconfirmed as a result of significantly reduced fluconazole resistance in both wild-type strains and mutant strains when expressed with a high copy number of 2 μ-based even when expressed from the UPC2 promoter itself (FIG. 4C ). As a result of comparing and analyzing the total cholesterol productivity of the recombinant yeast strain expressing the produced Upc2-1p mutant as its own promoter by spectrometry, upc2 compared to the wild-type strain and upc2-Δdefective strain compared to the wild-type strain. When 1p was expressed, it was confirmed that the sterol biosynthesis efficiency was further increased (FIG. 4D ).

실시예Example 3 : 발현 최적화된 3: Expression optimized Upc2Upc2 -1p에 도입에 의한 에폭시스쿠알렌 및 Epoxy squalene by introduction to -1p and 담마레네디올Dammarenediol 생산성 증대 Increased productivity

Upc2-1p 발현 최적화를 통한 총제적인 콜레스테롤 생산 증진 효과를 확인한 후, 에폭시스쿠알렌 및 담마레네디올을 생산하는 EmD/tH1e7 재조합 균주를 YCpH-Tp-UPC2-1과 YCpH-np-UPC2-1로 각각 형질전환시킨 후 HPLC를 통해 분석하였다. SC (YNB+amino acid mixture, leucine, uracil, tryptophan, histidine 제외) 배지에 균주 1~2 colony 접종하여 전배양 수행한 후 초기 접종 OD600=0.5가 되게 10 mM 메티오닌이 첨부되거나 또는 되지 않은 SC 배지에서 배양하였다. 24 시간 배양(28℃, 220 rpm)후 효모 세포 OD600=100을 2 ml 튜브에 회수한 후, 70% 에탄올에 KOH를 13%로 녹인 용액 1 ml에 현탁 후 85℃ 인큐베이터에서 1 시간 동안 반응시켜 효모세포를 파쇄하였다. 이후 헵테인 800 ul를 각 샘플에 추가한 뒤 30초 vortexing로 섞어준 후 원심분리(12,000 rpm, 1 min, 25℃)하여 헵테인 상등액(600ul)을 회수한 후 건조하였다. 건조된 샘플에 아세톤 200 ul 첨가하여 녹여낸 샘플을 가지고 HPLC 분석 수행을 수행하였다. HPLC 분석시 컬럼은 Cosmosil C18-PAQ (4.6 mm*250 mm)을 사용하였고 유속(flow rate)은 1 ml/min, 분석 용매는 100% 아세토니트릴(Acetonitrile), 분석 시간 30 min 이었다. 그 결과 TEF1 프로모터에 의한 Upc2-1p 발현 벡터가 도입된 재조합 효모 균주(EmD/tHle7/Tp-UPC2-1)의 경우 별다른 증가 효과가 없는 데 반해, UPC2 프로모터에 의한 Upc2-1p 발현 벡터(YCpH-np-UPC2-1)가 도입된 재조합 효모 균주(EmD/tHle7/npUPC2-1)에서는 에폭시스쿠알렌과 더불어 담마레네디올 생합성 양이 현저하게 증가한 것을 확인할 수 있었다(도 5). MET3 프로모터에 의한 ERG7 발현이 조절되는 EmD/tH1e7 재조합 균주를 10 mM 메티오닌이 첨부되지 않은 SC 배지에서 배양한 경우에는 Upc2-1p 도입에 의해 에폭시스쿠알렌과 담마레네디올 생합성 뿐만 아니라 에르고스테롤 생합성도 눈에 띄게 증가됨이 관찰되었다(도 5A), 메티오닌 첨부로 인해 ERG7 발현이 억제된 배양조건에서는 EmD/tH1e7 재조합 균주에서 생산되는 에폭시스쿠알렌, 담마레네디올 및 스쿠알렌의 전체적인 생산량은 크게 증가된 상태이며 Upc2-1p 도입 후 에르고스테롤 생합성은 크게 증가되지 않지만 에폭시스쿠알렌과 담마레네디올의 생산성은 크게 증가됨이 관찰되었다(도 5B).After confirming the completion of the Executive Producer of promoting cholesterol production effect with Upc2-1p optimize expression, the E m D / tH1e7 recombinant strain producing epoxy squalene and Dhamma Lene diol YCpH-Tp-UPC2-1 and YCpH-np-UPC2-1 After each transformation, it was analyzed by HPLC. SC (except for YNB+amino acid mixture, leucine, uracil, tryptophan, histidine) medium and inoculated with strains 1 to 2 colony, followed by pre-culture, and then in the SC medium with or without 10 mM methionine to make initial inoculation OD600=0.5. Cultured. After incubation for 24 hours (28°C, 220 rpm), the yeast cells OD 600 =100 were recovered in a 2 ml tube, suspended in 1 ml of a solution of KOH in 13% dissolved in 70% ethanol, and reacted in an incubator at 85°C for 1 hour. To crush the yeast cells. Thereafter, 800 ul of heptane was added to each sample, mixed with vortexing for 30 seconds, and centrifuged (12,000 rpm, 1 min, 25°C) to recover the heptane supernatant (600 ul) and dried. HPLC analysis was performed with the sample dissolved by adding 200 ul of acetone to the dried sample. For HPLC analysis, Cosmosil C18-PAQ (4.6 mm*250 mm) was used as the column, the flow rate was 1 ml/min, the analysis solvent was 100% acetonitrile, and the analysis time was 30 min. As a result, the recombinant yeast strain Upc2-1p expression vector is introduced by the TEF1 promoter for (E m D / tHle7 / Tp -UPC2-1) , whereas there is no much increased effect, Upc2-1p expression by UPC2 promoter vector ( In the recombinant yeast strain (E m D/tHle7/npUPC2-1) introduced with YCpH-np-UPC2-1), it was confirmed that the amount of biosynthesis of dammarenediol in addition to epoxy squalene increased significantly (FIG. 5 ). When cultured in SC medium that is not the D E m / tH1e7 recombinant strain of 10 mM methionine ERG7 that expression is controlled by the introduction, the attachment Upc2-1p as well as epoxy squalene and ergosterol biosynthesis Dhamma Lene diol biosynthesis by MET3 promoter Fig. A noticeable increase was observed (FIG. 5A ), ERG7 due to methionine attachment. In the culture conditions where the expression was suppressed, the overall production of epoxy squalene, dammarenediol and squalene produced in the E m D/tH1e7 recombinant strain was greatly increased, and ergosterol biosynthesis was not significantly increased after Upc2-1p introduction, but with epoxy squalene and It was observed that the productivity of dammarenediol increased significantly (FIG. 5B).

실시예Example 4 : 발현 최적화된 4: Expression optimized UPC2UPC2 -1-One 유전자 교체용 카세트 제작 및 활용 Generating and utilizing cassettes for gene replacement

Upc2-1p이 upc2 결손 사카로마이세스 세레비지애에서 발현시 항진균제인 플루코나졸에서의 저항성이 가장 높고(도 4C), 가장 많은 양의 스테롤(sterol)을 생산해냄에 따라(도 4D), 진세노사이드, 콜레스테롤 전구체 과생산을 위한 균주 제작에서 더 높은 스테롤 생산을 위해 내생(endogenous) UPC2 유전자를 가지는 사카로마이세스 세레비지애에 내생 UPC2를 없애면서 동시에 UPC2-1 유전자를 삽입하여 교체시킬 수 있는 벡터를 제작하였다. 이를 위해 YCpH-np-UPC2-1 벡터와 pTcUR190 벡터에 BamHI/NdeI 제한효소로 절단한 뒤 YCpH-np-UPC2-1 벡터에서 얻은 UPC2 프로모터-UPC2-1 ORF (1-889 아미노산) 단편을 pTcUR190 벡터에 넣어 NP-UPC2-int. step1 벡터를 만들었다. 이 후 표 1에 표시된 UPC2tL-FW, UPC2tL-BW-NdeI 프라이머를 이용해 야생형 사카로마이세스 세레비지애 균주에서 889-912 아미노산 부위의 ORF와 424bp의 UPC2 고유 터미네이터(terminator)를 포함한 단편을 중합효소연쇄반응으로 얻었다. 앞서 제작한 NP-UPC2-int. step1 벡터와 UPC2 ORF (889-912 아미노산)-UPC2 터미네이터 단편에 NdeI 제한효소를 처리한 뒤 단편을 NP-UPC2-int. step1 벡터에 도입한 뒤 방향성을 확인하여 NP-UPC2-int. step2 벡터를 만들었다. 표 1에 있는 UPC2tR-FW-SalI, UPC2tR-BW-XhoI 프라이머를 이용해 야생형 사카로마이세스 세레비지애 균주에서 상동재조합 작용을 이용해 URA3 유전자를 제거하기 위한 885bp 길이의 UPC2 터미네이터 단편을 한번 더 제작하였다. 이 단편과 NP-UPC2-int. step2 벡터에 SalI/XhoI 제한효소를 처리한 뒤 단편을 벡터에 삽입하여 최종적인 NP-UPC2-1 integration 벡터를 제작하였다(도 6A). Upc2-1p is upc2 When expressed in the defective Saccharomyces cerevisiae, it has the highest resistance to the antifungal agent fluconazole (Figure 4C) and produces the highest amount of sterol (Figure 4D), ginsenoside, cholesterol precursor and while eliminating the endogenous UPC2 Esaka to access My Celebi jiae with endogenous (endogenous) UPC2 genes for higher sterol production strains produced for the production at the same time to prepare a vector that can be replaced by inserting a gene UPC2-1. To this end, the YCpH-np-UPC2-1 vector and the pTcUR190 vector were digested with BamHI/NdeI restriction enzyme and then UPC2 obtained from the YCpH -np-UPC2-1 vector. The promoter -UPC2-1 ORF (1-889 amino acid) fragment was put into the pTcUR190 vector, and NP-UPC2-int. I created the step1 vector. Subsequently, the UPC2tL-FW and UPC2tL-BW-NdeI primers shown in Table 1 were used to polymerize fragments containing the ORF of the 889-912 amino acid region and the UPC2 native terminator of 424bp in the wild-type Saccharomyces cerevisiae strain. Obtained by chain reaction. NP-UPC2-int produced earlier. step1 vector and UPC2 ORF (889-912 amino acid)- The UPC2 terminator fragment was treated with NdeI restriction enzyme, and then the fragment was NP-UPC2-int. After introducing it into the step1 vector, check the directionality to NP-UPC2-int. I created a step2 vector. UPC2tR-FW-SalI and UPC2tR-BW-XhoI primers in Table 1 were used to prepare 885 bp long UPC2 terminator fragments to remove the URA3 gene using homologous recombination in wild-type Saccharomyces cerevisiae strains once more. . This fragment and NP-UPC2-int. After processing the SalI/XhoI restriction enzyme in the step2 vector, a fragment was inserted into the vector to prepare a final NP-UPC2-1 integration vector (FIG. 6A).

제작된 상기 NP-UPC2-1 벡터를 SpeI / XhoI 제한효소로 절단하여 선형화시킨 후 야생형 UPC2 유전자를 가지고 있는 사카로마이세스 세레비지애 CEN-PK2-1C 균주에 형질전환시켜 UPC2 프로모터 및 터미네이터 부분을 통한 이중 상동재조합에 의해 내생 UPC2를 없애면서 동시에 UPC2 -1 유전자가 삽입 교체를 유도하였다(도 6B). Uracil이 제거된 배지에서 일차적으로 URA3 선별표지를 지닌 형질전환체를 얻은 후, UPC2-1 유전자 카세트가 정확하게 내생 UPC2 부위로 삽입 교체된 형질전환체들을 프라이머 Upc2-1-int-confrim-fw(2-1)/ Upc2-1-int-confirm-bw(ura3)를 이용한 중합효소 연쇄반응을 통해 선별해내었다(도 7A, 왼쪽 패널). 또한 URA3 형질전환체들의 콜레스테롤 전구체 생산량 증가능 유지 여부도 분광광도계로 측정로 분석하여 중합효소 연쇄반응 분석 결과와 일치되는 양상을 보이는 형질전환체 #3를 선발하고(도 7A, 오른쪽 패널), 증폭된 PCR 단편을 시퀀싱하여 최종적으로 UPC2 -1 유전자로 교체되어 있음을 검증하였다(도 7A, 아래 패널). UPC2 -1 유전자 삽입 카세트에 포함되어 있는 두 개의 UPC2 터미네이터 서열 간의 상동재조합을 일으켜 삽입되어 있는 URA3 유전자를 팝-아웃시켜 원래 형태의 UPC2 터미네이터로 회복시키기 위해, 플르루오로틱 엑시드 (5-Fluoroorotic Acid)와 Uracil이 첨가된 배지에서 형질전환체 #3을 배양하였다. 두 개의 UPC2 터미네이터 서열간의 상동재조합을 통해 URA3 선별 표지가 정학하게 제거됨을 형질전환체 선별에 사용하였던 Upc2-1-int-confrim-fw(2-1), Upc2-1-int-confirm-bw(ura3) 프라이머를 이용해 중합효소 연쇄반응 분석을 진행하여 URA3가 팝-아웃된 UPC2 -1 변이체들을 얻을 수 있다(도 7B, 왼쪽 패널). 최종적으로 사카로마이세스 세레비지애 야생형 CEN.PK2-1C 균주에 상기 카세트로 형질전환 시킨 뒤 얻은 UPC2-1 변이체(CEN.PK-upc2-1)에서 야생형보다 높은 수준의 스테롤 합성능을 유지하고 있는 지를 분광광도계로 측정 및 분석하여 확인하였다. 그 결과 형질전환체 #3-2이 균주가 URA3 팝-아웃 과정을 거친 뒤에도 스테롤 합성이 야생형에 비해 높은 상태로 유지되고 있는 것을 확인하였다(도 7B, 오른쪽 패널).The produced NP-UPC2-1 vector is SpeI / XhoI Wild type UPC2 after linearization by digestion with restriction enzymes While eliminating the endogenous UPC2 by double homologous recombination with transgenic UPC2 by promoter and terminator part of my process Celebi jiae CEN-PK2-1C Saccharomyces strains into which genes have been inserted to replace UPC2 -1 gene is induced ( Figure 6B). Primers Upc2-1-int-confrim-fw(2) were used to convert transformants whose UPC2-1 gene cassette was inserted into the endogenous UPC2 region precisely after obtaining transformants with the URA3 selection label in the medium from which Uracil was removed. -1)/ was screened through a polymerase chain reaction using Upc2-1-int-confirm-bw (ura3) (FIG. 7A, left panel). In addition, the maintenance of the ability to increase the production of cholesterol precursors of URA3 transformants was also analyzed by measurement with a spectrophotometer to select transformant #3 showing a pattern consistent with the results of polymerase chain reaction analysis (FIG. 7A, right panel), and amplification. the PCR fragment was sequenced to verify that the finally substituted by UPC2 -1 gene (Figure 7A, the panel below). Two UPC2 contained in the UPC2 -1 gene insertion cassette Transformation #3 in a medium supplemented with 5-Fluoroorotic Acid and Uracil in order to homologous recombination between the terminator sequences and pop-out the inserted URA3 gene to restore the original form of UPC2 terminator. Were cultured. Upc2-1-int-confrim-fw(2-1), Upc2-1-int-confirm-bw() used for transformant screening that the URA3 selection marker was removed accurately through homologous recombination between two UPC2 terminator sequences. ura3) using a primer proceeds Polymerase chain reaction analysis by a URA3 pop-out can be obtained of the UPC2 -1 mutant (Fig. 7B, left panel). Finally, the Saccharomyces cerevisiae wild type CEN.PK2-1C strain was transformed with the cassette, and the UPC2-1 variant obtained (CEN.PK-upc2-1) retained a higher level of sterol synthesis ability than the wild type. It was confirmed by measuring and analyzing it with a spectrophotometer. As a result, transformant #3-2 has this strain URA3. After the pop-out process, it was confirmed that sterol synthesis was maintained at a higher level than that of the wild type (FIG. 7B, right panel).

실시예Example 5 : 5: UPC2UPC2 -1-One 유전자 변이 교체용 Genetic mutation replacement 크리스퍼Chrisper -- 카스9CAS 9 기반 base YCpHYCpH -- SpCas9SpCas9 -sgUPC2 벡터 제작-sgUPC2 vector production

야생형 UPC2 유전자를 발현하는 사카로마이세스 세레비지애가 UPC2-1 유전자 변이를 가질 수 있도록 게놈상에 존재하는 UPC2 유전자의 DNA 서열을 보다 효율적으로 바꾸기 위하여 카스9 시스템을 이용하였다. 서울대에서 제공 받은 Coex 413-Cas9-UCC1 gRNA 벡터를 주형으로 사용하여 표 4에 표시된 UPC2-gRNA-L-FW, UPC2-gRNA-L-BW 프라이머를 이용해 얻은 181bp 중합효소 연쇄 반응 생산물과, UPC2-gRNA-R-FW, UPC2-gRNA-R-BW 프라이머를 이용해 얻은 291bp 중합효소 연쇄 반응 생산물 두 개를 주형으로 다시 한 번 UPC2-gRNA-L-FW, UPC2-gRNA-R-BW 두 프라이머를 이용해 혼합 중합효소 연쇄 반응을 일으켜 sgRNA의 구조를 이루는 tracrRNA 부분은 그대로 두고, URA3 유전자의 ORF 일부에 상보적인 염기 서열을 가지고 있던 spacerRNA 부분을 UPC2 유전자의 C-terminal 부분(2,641-2,660bp)에 상보적인 서열을 가지도록 만든 452bp의 단편을 제작하였다. Coex 413-Cas9-UCC1 gRNA 벡터에 XbaI / SalI 제한효소를 처리하여 URA3 유전자의 ORF에 상보적인 서열을 가지는 spacerRNA 부분을 제거한 뒤, 합성된 중합효소 연쇄 반응 단편에 XbaI/SalI 제한효소를 처리하여 라이게이션 과정을 통해 연결함으로서 UPC2 유전자의 C-말단에서 이중 가닥 절단을 일으키는 YCpH-SpCas9-sgUPC2 벡터를 제작하였다(도 9A). UPC2 him do as Saccharomyces expressing the wild-type gene UPC2 Mai Seth Serenity curd present in the genome to have a gene mutation UPC2-1 The Cas9 system was used to more efficiently change the DNA sequence of a gene. Using the Coex 413-Cas9-UCC1 gRNA vector provided by Seoul National University as a template, the 181bp polymerase chain reaction product obtained using UPC2-gRNA-L-FW and UPC2-gRNA-L-BW primers shown in Table 4 and UPC2- Two 291 bp polymerase chain reaction products obtained using gRNA-R-FW and UPC2-gRNA-R-BW primers were used as a template once again using UPC2-gRNA-L-FW and UPC2-gRNA-R-BW primers. The spacerRNA portion that has a base sequence complementary to the ORF portion of the URA3 gene is complementary to the C-terminal portion (2,641-2,660bp) of the UPC2 gene. A fragment of 452 bp made to have a sequence was produced. XbaI / SalI to Coex 413-Cas9-UCC1 gRNA vector Restriction enzyme treatment to URA3 After removing the spacerRNA portion having a sequence complementary to the ORF of the gene, the synthesized polymerase chain reaction fragment is treated with XbaI/SalI restriction enzyme and linked through ligation to UPC2. A YCpH-SpCas9-sgUPC2 vector causing double-strand break at the C-terminus of the gene was constructed (FIG. 9A).

Cas9을 UPC2 유전자 위치로 이끌어주는 sgRNA가 결합하는 부위 및 DNA 절단 위치를 결정하는 일어날 수 있는 PAM 염기서열 부분은 도 8A에 기재하였다. 카스9 효소에 의해 게놈상에 이중 가닥 절단이 발생하면 이를 회복하는 과정에서 기존의 야생형 UPC2 유전자 상태로 회복되거나 비특이적 변이를 일으키는 대신 UPC2-1 유전자가 될 수 있도록 UPC2 -1 유전자에 해당하는 DNA 단편을 의도적으로 넣어 기증자 DNA로서 주형으로서 게놈 회복에 사용되도록, 효모 내에 같이 형질전환 해주어야 한다. 이를 위해, 표 1에 표시된 UPC2-1 donor-DNA-FW, UPC2-1 donor-DNA-BW 두 프라이머를 이용해 주형 없이 중합효소 연쇄 반응을 이용해 UPC2-1 C- 말단에 해당하는 유전자 서열을 가지는 78bp DNA 단편을 얻었다(도 8B). Cas9 UPC2 The site of sgRNA that leads to the gene location and the portion of the PAM sequencing that can occur to determine the DNA cleavage site are described in Figure 8A. By cas9 enzyme When you double-stranded cleavage occurs in the genome so that it can be recovered in the existing state of the wild-type gene or UPC2 UPC2-1 genes instead of causing non-specific variation in the process of recovering them into the donor DNA fragments corresponding to genes intentionally UPC2 -1 As a template as DNA, it must be transformed together in yeast to be used for genome recovery. To this end, the UPC2-1 donor-DNA-FW and UPC2-1 donor-DNA-BW primers shown in Table 1 were used to form a 78 bp gene sequence corresponding to the UPC2-1 C-terminus using a polymerase chain reaction without a template. DNA fragments were obtained (Figure 8B).

본 실시예에 사용된 프라이머 목록, 본 발명에 사용된 플라스미드 및 본 발명에 사용된 효모 균주는 각각 표 4, 표 5 및 표 6에 나타냈다.The primer list used in this example, the plasmid used in the present invention and the yeast strain used in the present invention are shown in Table 4, Table 5 and Table 6, respectively.

유전자gene 프라이머primer 염기서열Sequence 용도purpose UPC2UPC2 UPC2-gRNA-L-FWUPC2-gRNA-L-FW 5'-gcgctctagattttgtagtgccctct-3'5'-gcgc tctaga ttttgtagtgccctct-3' UPC2 인식용 sgRNA 내 spacerRNA 교체 단편 증폭 SpacerRNA replacement fragment amplification in UPC2 recognition sgRNA UPC2-gRNA-L-BWUPC2-gRNA-L-BW 5'-ccacctccactgtattcgtcgatcatttatctttcactgcgg-3'5'-ccacctccactgtattcgtcgatcatttatctttcactgcgg-3' UPC2-gRNA-R-FWUPC2-gRNA-R-FW 5'-gacgaatacagtggaggtgggttttagagctagaaatagcaa-3'5'-gacgaatacagtggaggtgggttttagagctagaaatagcaa-3' UPC2-gRNA-R-BWUPC2-gRNA-R-BW 5'-gcgcgtcgacgaataatgtaatcgtg-3’5'-gcgc gtcgac gaataatgtaatcgtg-3' UPC2-1 donor-DNA-FWUPC2-1 donor-DNA-FW 5'-tgctgcctcaagatgttgacgaatacagtggaggtggtgAtatgcatatg-3'5'-tgctgcctcaagatgttgacgaatacagtggaggtggtgAtatgcatatg-3' UPC2 -1 변이 유전자 교체용 기증자 DNA 증폭 UPC2 -1 mutation gene replacement donor DNA amplification UPC2-1 donor-DNA-BWUPC2-1 donor-DNA-BW 5'-gtaatccgccaccgaggaaatctagcatcatatgcataTcaccacctcca-3'5'-gtaatccgccaccgaggaaatctagcatcatatgcataTcaccacctcca-3'

1제한효소 인식 부위는 밑줄로 표시하였다. 1 Restriction enzyme recognition sites are underlined.

2888번 아미노산인 글라이신을 아스팔틱 엑시드로 바꾼 DNA 서열은 대문자로 표시하였다. 2 The DNA sequence in which 888 amino acid glycine was changed to asphaltic acid is capitalized.

PlasmidPlasmid DescriptionDescription ReferenceReference Coex 413-Cas9-UCC1 gRNACoex 413-Cas9-UCC1 gRNA Yeast CEN -HIS3 vector containing Cas9 and UCC1 targeting sgRNA Yeast CEN- HIS3 vector containing Cas9 and UCC1 targeting sgRNA SNU, Hahn J.-S. (unpublished) SNU, Hahn J.-S. (unpublished) YCpH-SpCas9-sgUPC2YCpH-SpCas9-sgUPC2 YCpH-SpCas9-sgURA3 derivative containing sgRNA targeting UPC2 geneYCpH-SpCas9-sgURA3 derivative containing sgRNA targeting UPC2 gene 본 발명The present invention

StrainStrain Genotype Genotype Reference Reference Cas9Cas9 BY4742 replaced with UPC2 -1 mutant alleleBY4742 replaced with UPC2 -1 mutant allele 본 발명The present invention EmD/tHe7-CasEmD/tHe7-Cas EmD/tHe7 replaced with UPC2 -1 mutant alleleEmD/tHe7 replaced with UPC2 -1 mutant allele 본 발명The present invention

실시예Example 6 : 6: 크리스퍼Chrisper 시스템 도입을 통한 게놈 상의 In the genome through system introduction UPC2UPC2 유전자 gene 변이체Variant 확보 및 분석 Acquisition and analysis

상기 제작된 YCpH-SpCas9-sgUPC2 벡터와 UPC2-1 기증자 DNA를 야생형 사카로마이세스 세레비지애 CEN.PK2-1C 균주에 도입하여 SC-HIS 선택 배지에서 성장하는 HIS+ 형질전환체들을 선별하였다. 형질전환에는 소량의 벡터와 3μg 씩의 기증자 DNA가 이용되었다. 게놈 상에 변이가 일어난 균주를 얻기 위하여 선택배지 사용에 이은 2차 선별 과정으로 스테롤 정량 분석을 수행하였다. 얻은 형진전환체들 중 6개를 후보로 이용하여 SC-HIS 액체 배지에서 24시간 배양한 뒤 OD600 10만큼의 효모를 얻었다. 효모를 2ml microtube로 옮긴 뒤 배양액을 제거한 다음, KOH 6.25%, H2O 8.75%가 들어간 에탄올 용액 1ml에 녹여 85℃ 조건에서 1시간 동안 반응시킨다. 반응이 끝나면 heptane을 0.8ml 넣고 잘 섞어준 다음 층 분리가 되어 위 층에 모여 있는 heptane 상층액을 새 튜브에 옮긴다. 얻은 heptane 상층액과 100% 에탄올을 1:5로 섞은 뒤 분광광도계의 스캐닝 기능을 이용해 240-310nm의 파장에서 값을 측정한다. HIS3를 발현하는 공벡터가 들어간 CEN.PK2-1C 효모가 기준 균주로 사용되었으며, 스테롤 정량 분석 컨트롤은 순수한 heptane과 에탄올을 섞은 용액이 사용되었다. 분석 결과, 6개 후보 균주 중에서 5개 균주가 공벡터가 들어간 균주보다 높은 스테롤 합성 수준을 나타내었다(도 10A). 6개 후보 균주들의 gDNA를 얻어 UPC2 유전자 C- 말단 부분을 표 1에 나와 있는 Upc2-1-int-confirm-fw(2-1), Upc2-1-confirm-bw(2-1) 프라이머를 이용한 중합효소 연쇄 반응을 통해 확보하여 시퀀싱 분석도 진행한 결과, 6개 모두에서 크리스퍼 시스템을 통해 의도했던 GGT에서 GAT로의 변이가 일어났으며, 스테롤 합성 수준이 낮게 나타난 5번 후보 균주에서는 추가적으로 2,655nt에서 단일 염기 결손이 일어난 것을 확인하였다(도 10B).The prepared YCpH-SpCas9-sgUPC2 vector and UPC2-1 donor DNA were introduced into the wild-type Saccharomyces cerevisiae CEN.PK2-1C strain to select HIS + transformants growing in SC-HIS selection medium. A small amount of vector and 3 μg donor DNA was used for transformation. In order to obtain a strain having a mutation on the genome, sterol quantitative analysis was performed as a secondary selection process following the use of selective media. Six of the obtained transformants were used as candidates, and cultured in SC-HIS liquid medium for 24 hours to obtain yeast of OD 600 10. After transferring the yeast to a 2 ml microtube, the culture solution was removed, and then dissolved in 1 ml of an ethanol solution containing 6.25% KOH and 8.75% H 2 O and reacted at 85° C. for 1 hour. When the reaction is over, add 0.8 ml of heptane, mix well, and transfer the heptane supernatant collected in the upper layer to a new tube by separating the layers. After mixing the obtained heptane supernatant with 100% ethanol 1:5, the value is measured at a wavelength of 240-310 nm using the scanning function of the spectrophotometer. CEN.PK2-1C yeast containing an empty vector expressing HIS3 was used as a reference strain, and a solution of a mixture of pure heptane and ethanol was used as a control for quantitative analysis of sterol. As a result of the analysis, 5 of the 6 candidate strains showed higher sterol synthesis level than the strain containing the empty vector (FIG. 10A). GDNA of 6 candidate strains was obtained, and the UPC2 gene C-terminal part was used with Upc2-1-int-confirm-fw(2-1) and Upc2-1-confirm-bw(2-1) primers shown in Table 1. As a result of sequencing analysis secured through the polymerase chain reaction, the intended GGT to GAT mutation occurred in all six through the CRISPR system, and additionally 2,655 nt in candidate strain 5, which showed low sterol synthesis level It was confirmed that a single base deletion occurred in (FIG. 10B).

PAM 시퀀스에 의해 카스9 효소가 게놈상에 이중 가닥 절단을 일으키면, UPC2-1 유전자의 시퀀스에 해당하는 기증자 DNA를 주형으로 회복이 일어난다. 이때, 야생형 UPC2 유전자의 PAM 시퀀스인 NGG가 UPC2-1 변이 유전자에서는 NGA 시퀀스로 바뀌면서 카스9 효소가 한 번 변이를 일으킨 게놈 상에서는 더 이상 이중 가닥 절단이 일어나지 않도록 디자인 되어있다(도 9A). 하지만, 낮은 확률이라도 추가적인 이중 가닥 절단이 발생하여 UPC2 유전자 내부에 Non-Homologous-End-Joining을 포함한 비특이적 변이가 발생할 수 있기 때문에 YPD 배지에서 형질 전환체들을 연속적으로 배양하여 벡터가 빠진 것을 확인한 뒤 다시 스테롤 정량과 시퀀싱 분석을 진행하여, 벡터가 효모에서 빠져 나간 뒤 스테롤 생합성 기능이나 유전자 서열에 변화가 없음을 확인하였다(도 10C 및 도 10D).When the Cas9 enzyme causes a double-strand break on the genome by the PAM sequence, the donor DNA corresponding to the sequence of the UPC2-1 gene is recovered as a template. At this time, the PAM sequence of the wild type UPC2 gene, NGG, is changed to an NGA sequence in the UPC2-1 mutant gene, and is designed to prevent double strand breaks from occurring in the genome where the Cas9 enzyme once mutated (FIG. 9A). However, even with a low probability, an additional double-strand break occurs, and UPC2 Since non-Homologous-End-Joining can cause non-specific mutations inside the gene, the transformants are continuously cultivated in YPD medium to confirm that the vector is missing, and then the sterol quantification and sequencing analysis is performed again. After exiting, it was confirmed that there was no change in sterol biosynthesis function or gene sequence (FIGS. 10C and 10D ).

실시예Example 7 : 7: 크리스퍼Chrisper 시스템을 이용한 다른 균주(strain)의 Of other strains using the system 사카로마이세스Saccharomyces 세레비시애에서 In Serbia UPC2UPC2 -1 -One 유전자 교체Gene replacement

사카로마이세스 세레비시애에는 여러 종류의 균주(strain)가 존재하며 조금씩 게놈의 DNA 서열에 차이가 존재한다. 따라서, 본 특허에서 제작한 크리스퍼 시스템이 여러 균주(strain)에 동일하게 적용되는지, 야생형이 아닌 유전적 조작이 일어난 균주에도 적용이 되는지 확인해보기 위한 형질전환을 진행하였다. CEN.PK2-1C와 함께 실험실에서 자주 사용되는 균주인 BY4742와, CEN.PK2-1C에서 유래된 스테롤 합성에 관련된 유전자들 일부에 변이와 외래 유전자를 가지고 있어서 옥시도스쿠알렌과 스쿠알렌이 과생산 및 축적되며 진세노사이드의 전구물질인 담마레네디올을 생산 할 수 있는 EmD/tHle7(표 2) 균주에 형질전환을 시도하였다. 그 결과, 두 균주 모두에서 쉽게 형질전환 후보 균주들을 얻을 수 있었으며 이들 후보 균주들도 스테롤 정량 분석과 시퀀싱을 진행한 결과, 10개 후보 균주 중에 1개를 제외한 9개에서 디자인한대로 UPC2-1 변이 유전자로 교체되어 스테롤을 과생산 시키는 것을 확인하였다(도 11A, 도 11B 및 도 11C). 나머지 1개 균주의 경우 앞선 CEN.PK2-1C 균주와는 또 다른 부위에서 단일 염기 결손이 일어난 것을 확인하였다.There are several types of strains in Saccharomyces cerevisiae and little by little differences in the DNA sequence of the genome. Therefore, transformation was carried out to check whether the chrisper system produced in this patent is applied equally to several strains or to a strain in which genetic manipulation other than wild type has occurred. Oxidosqualene and squalene are over-produced and accumulated because they have mutations and foreign genes in some of the genes commonly used in laboratories, BY4742 and CEN.PK2-1C, and sterol synthesis derived from CEN.PK2-1C. It was transformed into an EmD/tHle7 (Table 2) strain capable of producing dammarenediol, a precursor of ginsenoside. As a result, it was easy to obtain transformable candidate strains in both strains, and these candidate strains were also subjected to quantitative analysis and sequencing of sterols. As a result, 9 out of 10 candidate strains except for 1 were designed as UPC2-1 mutant genes. It was confirmed to over-produce sterol by replacing with (Fig. 11A, Fig. 11B and Fig. 11C). For the other 1 strain, it was confirmed that a single base defect occurred at a different site from the previous CEN.PK2-1C strain.

실시예 8 : Example 8: Upc2-1 Upc2-1 유전자 교체 균주의 스테롤 생합성 억제제 저항성 테스트Test for resistance to sterol biosynthesis inhibitors of gene replacement strains

플루코나졸은 효모의 에르고스테롤 합성 과정에 존재하는 Erg11p의 기능을 억제함으로서 세포의 스테롤 생합성을 억제시킴으로서 항진균제로 사용된다. 스테롤 합성능이 증가한 효모에서는 생장 억제 현상이 약화된다는 점을 이용해 플루코나졸이 0, 8, 15, 20μg/ml의 농도로 들어간 SC-H 배지에 위 실험에서 얻은 크리스퍼 시스템 적용 BY4742 후보 균주와 실시예 2에서 제작한 균주들과 함께 배양한 스파팅 실험을 수행한 결과(도 12A), Upc2-1 유전자로 교체된 Cas9 균주는 YCpH-npUPC2-1이 들어간 BY4742 야생형 균주와 비슷한 수준의 성장을 나타내었다. BY-upc2Δ 돌연변이에 YCpH-npUPC2-1 벡터가 들어간 균주의 경우 좀 더 높은 플루코나졸 저항성을 나타내었으며 야생형 BY4742 균주에 공벡터가 들어간 균주는 약한 저항성을, BY-upc2Δ 돌연변이 균주에 공벡터가 들어간 균주는 저항성이 매우 낮았다. 스파팅 실험에 사용된 균주들을 이용해 실시예 3의 실험과 마찬가지로 스테롤 정량 분석도 진행한 결과(도 12B), 가장 스테롤 생합성 억제제에 가장 저항성이 높았던 BY-upc2Δ 돌연변이에 YCpH-npUPC2-1 벡터를 넣은 균주에서 가장 높은 스테롤 생합성 수준을 나타내었다. 또한, BY4742 야생형과 BY-upc2Δ 돌연변이에 공벡터를 넣은 균주들은 비슷한 수준의 가장 낮은 스테롤 생합성 수치를 나타냈으며, 야생형 UPC2 유전자와 UPC2-1 유전자를 함께 발현하는 WT+YCpH-npUPC2-1 균주와 크리스퍼 시스템을 통해 얻은 UPC2-1 변이 교체 균주(Cas9)의 스테롤 수치가 비슷한 결과를 확인하였다. 추가로, 스파팅 실험을 진행하면서, 야생형, BY-upc2Δ 돌연변이에 YCpH-npUPC2-1 벡터를 가지는 균주(upc2+YCpH-npUPC2-1)들의 경우, 기준 조건인 SC-H 배지에서 공벡터가 들어간 균주들보다도 낮은 성장 정도를 확인하였다. Fluconazole is used as an antifungal agent by inhibiting the sterol biosynthesis of cells by inhibiting the function of Erg11p present in yeast ergosterol synthesis. By using the fact that growth inhibition is weakened in yeast with increased sterol synthesis ability, application of the CRISPR system obtained in the above experiment to SC-H medium containing fluconazole at a concentration of 0, 8, 15, 20 μg/ml BY4742 candidate strain and Example 2 As a result of performing a spatting experiment cultivated with the strains produced in (FIG. 12A), the Cas9 strain replaced with the Upc2-1 gene showed similar growth to the BY4742 wild type strain containing YCpH-npUPC2-1. In the case of a strain containing the YCpH-npUPC2-1 vector in the BY-upc2Δ mutant, it exhibited a higher resistance to fluconazole, and the strain containing the blank vector in the wild type BY4742 strain had weak resistance, and the strain containing the empty vector in the BY-upc2Δ mutant strain Resistance was very low. As in the experiment of Example 3, using the strains used in the spating experiment, a quantitative analysis of sterol was performed (FIG. 12B), and the YCpH-npUPC2-1 vector was added to the BY-upc2Δ mutant, which was the most resistant to the sterol biosynthesis inhibitor. It showed the highest level of sterol biosynthesis in the strain. In addition, the strains that put the vector into the BY4742 wild type and the BY-upc2Δ mutant showed the lowest level of sterol biosynthesis at a similar level, and the WT+YCpH-npUPC2-1 strain and Chris expressing the wild type UPC2 gene and UPC2-1 gene together. The results of the similar sterol levels of the UPC2-1 mutant replacement strain ( Cas9 ) obtained through the fur system were confirmed. In addition, while conducting a spating experiment, in the case of strains (upc2+YCpH-npUPC2-1) having a YCpH-npUPC2-1 vector in a wild-type, BY-upc2Δ mutant, an empty vector was added to the reference condition SC-H medium. It was confirmed that the growth level lower than the strains.

실시예 9 : Example 9: UPC2-1 UPC2-1 유전자gene 교체 균주의 성장 억제 현상 유무 확인Confirmation of growth inhibition phenomenon of replacement strain

야생형 균주에 크리스퍼 시스템을 적용하여 제작된 UPC2-1 변이 교체 균주(Cas9)의 경우, YCpH-npUPC2-1 벡터를 가진 야생형(WT+2-1) 및 upc2Δ 돌연변이(upc2+2-1) 균주들이 보여준 SC-H 배지에서 성장이 억제되는 현상이 나타나지 않았다. 이를 확인하고자 SC-H 배지에서의 성장 곡선 및 최종 성장 정도를 확인하였다(도 13A). 결과, 스파팅 실험과 마찬가지로 야생형, upc2Δ 돌연변이 균주에 YCpH-npUPC2-1 벡터를 가지는 균주(upc2+YCpH-npUPC2-1)들은 SC-H 배지에서 성장 정도가 공벡터가 들어간 기준 균주들보다 약 10-30%까지 낮게 나타났다. 반면에 UPC2-1 변이 유전자 교체 균주의 경우 오히려 공벡터가 들어간 기준 균주들보다 비슷하거나 더 높은 성장정도를 나타내는 것을 확인하였다. For the UPC2-1 mutant replacement strain ( Cas9 ) produced by applying the CRISPR system to the wild type strain, the wild type (WT+2-1) and upc2Δ mutant (upc2+2-1) strains with the YCpH-npUPC2-1 vector Growth inhibition was not observed in the SC-H medium. To confirm this, a growth curve and a final growth degree in SC-H medium were confirmed (FIG. 13A). As a result, as in the sputtering experiment, the strains having the YCpH-npUPC2-1 vector (upc2+YCpH-npUPC2-1) in the wild type, upc2Δ mutant strains are about 10 higher than the reference strains containing the growth vector in SC-H medium. It appeared as low as -30%. On the other hand, it was confirmed that the UPC2-1 mutant gene replacement strain showed a similar or higher growth degree than the reference strains containing the empty vector.

담마레네디올을 생산 균주인 EmD/tHle7에서도 성장 정도를 비교해본 결과, YCpH-npUPC2-1 벡터가 빠져나올 수 있는 조건인 SC-L 배지에서는 공벡터가 들어간 균주(Em+EV)가 가장 높은 성장을 보였으며, 벡터가 배양 중간에 빠져나가 기능을 하지 못함으로서 YCpH-npUPC2-1 벡터를 가지는 균주(Em+2-1)가 그 다음 성장 정도를, UPC2-1 변이 유전자 교체 균주(Em+Cas)가 가장 낮은 성장을 보였다(도 13B). 다만 OD 값 1 내로 큰 차이는 나지 않았다. 벡터가 빠져나오지 않는 조건인 SC-LUTH 배지에서의 성장 결과, 공벡터를 가지는 균주가 여전히 가장 높은 성장을 나타내었으며, UPC2-1 변이 유전자 교체 균주가 그 다음 순서, YCpH-npUPC2-1 벡터를 가지는 균주가 가장 낮은 성장을 나타내었다(도 13C). 이 결과를 통해, 세포당 스테롤 생합성은 YCpH-npUPC2-1 벡터를 가지는 균주들이 높지만 성장억제 현상이 나타나며, UPC2 -1 변이 유전자 교체 균주는 스테롤 생합성 효과도 존재하면서 성장에서 억제 효과가 거의 발견되지 않는 장점이 있음을 알 수 있다. As a result of comparing the growth degree of Dhammarenediol in the production strain EmD/tHle7, the strain containing the empty vector (Em+EV) has the highest growth in SC-L medium, which is a condition where YCpH-npUPC2-1 vector can escape. As shown in Fig. 5, the strain having the YCpH-npUPC2-1 vector (Em+2-1) was grown next, and the UPC2-1 mutant gene replacement strain (Em+Cas) ) Showed the lowest growth (FIG. 13B ). However, there was no significant difference within the OD value of 1. As a result of growth in SC-LUTH medium, which is a condition in which the vector does not escape, the strain having the empty vector still showed the highest growth, and the UPC2-1 mutant gene replacement strain had the next sequence, the YCpH-npUPC2-1 vector. The strain showed the lowest growth (Fig. 13C). With this result, the high, but are sterol biosynthesis per cell strain having a YCpH-npUPC2-1 vector appears the growth inhibition, UPC2 -1 gene mutation that replaced strain is not an inhibitory effect on the growth, while there is found little effect sterol biosynthesis It can be seen that there are advantages.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Since the specific parts of the present invention have been described above in detail, it is clear that for those skilled in the art, these specific techniques are only preferred embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereto. Accordingly, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

한국생명공학연구원Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology KCTC13399BPKCTC13399BP 2017112020171120 한국생명공학연구원Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology KCTC13400BPKCTC13400BP 2017112020171120 한국생명공학연구원Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology KCTC13401BPKCTC13401BP 2017112020171120 한국생명공학연구원Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology KCTC13404BPKCTC13404BP 2017112420171124

<110> Chung-Ang University Industry-Academy Cooperation Foundation Intelligent Synthetic Biology Center <120> Expression vectors for optimal expression of mutated Upc2p and method for overproducing sterol precursors using the same <130> ADP-2020-0092 <150> KR 10-2017-0182422 <151> 2017-12-28 <160> 8 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 2739 <212> DNA <213> Saccharomyces cerevisiae <400> 1 atgagcgaag tcggtataca gaatcacaag aaagcggtga caaaacccag aagaagagaa 60 aaagtcatcg agctaattga agtggacggc aaaaaggtga gtacgacttc aaccggtaaa 120 cgtaaattcc ataacaaatc aaagaatggg tgcgataact gtaaaagaag aagagttaag 180 tgtgatgaag ggaagccagc ctgtaggaag tgcacaaata tgaagttgga atgtcagtat 240 acaccaatcc atttaaggaa aggtagagga gcaacagtag tgaagtatgt cacgagaaag 300 gcagacggta gcgtggagtc tgattcatcg gtagatttac ctcctacgat caagaaggag 360 cagacaccgt tcaatgatat ccaatcagcg gtaaaagctt caggctcatc caatgattcc 420 tttccatcaa gcgcctctac aactaagagt gagagcgagg aaaagtcatc ggcccctata 480 gaggacaaaa acaatatgac tcctctaagt atgggcctcc 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Ala Lys Leu Leu Asp Leu Ser Thr Lys Gly Asn Leu Asn Leu Ile 595 600 605 Asp Met Lys Leu Phe His His Tyr Cys Thr Lys Val Trp Pro Thr Ile 610 615 620 Thr Ala Ala Lys Val Ser Gly Pro Glu Ile Trp Arg Asp Tyr Ile Pro 625 630 635 640 Glu Leu Ala Phe Asp Tyr Pro Phe Leu Met His Ala Leu Leu Ala Phe 645 650 655 Ser Ala Thr His Leu Ser Arg Thr Glu Thr Gly Leu Glu Gln Tyr Val 660 665 670 Ser Ser His Arg Leu Asp Ala Leu Arg Leu Leu Arg Glu Ala Val Leu 675 680 685 Glu Ile Ser Glu Asn Asn Thr Asp Ala Leu Val Ala Ser Ala Leu Ile 690 695 700 Leu Ile Met Asp Ser Leu Ala Asn Ala Ser Gly Asn Gly Thr Val Gly 705 710 715 720 Asn Gln Ser Leu Asn Ser Met Ser Pro Ser Ala Trp Ile Phe His Val 725 730 735 Lys Gly Ala Ala Thr Ile Leu Thr Ala Val Trp Pro Leu Ser Glu Arg 740 745 750 Ser Lys Phe His Asn Ile Ile Ser Val Asp Leu Ser Asp Leu Gly Asp 755 760 765 Val Ile Asn Pro Asp Val Gly Thr Ile Thr Glu Leu Val Cys Phe Asp 770 775 780 Glu Ser Ile Ala Asp Leu Tyr Pro Val Gly Leu Asp Ser Pro Tyr Leu 785 790 795 800 Ile Thr Leu Ala Tyr Leu Asp Lys Leu His Arg Glu Lys Asn Gln Gly 805 810 815 Asp Phe Ile Leu Arg Val Phe Thr Phe Pro Ala Leu Leu Asp Lys Thr 820 825 830 Phe Leu Ala Leu Leu Met Thr Gly Asp Leu Gly Ala Met Arg Ile Met 835 840 845 Arg Ser Tyr Tyr Lys Leu Leu Arg Gly Phe Ala Thr Glu Val Lys Asp 850 855 860 Lys Val Trp Phe Leu Glu Gly Val Thr Gln Val Leu Pro Gln Asp Val 865 870 875 880 Asp Glu Tyr Ser Gly Gly Gly Asp Met His Met Met Leu Asp Phe Leu 885 890 895 Gly Gly Gly Leu Pro Ser Met Thr Thr Thr Asn Phe Ser Asp Phe Ser 900 905 910 Leu <210> 3 <211> 1488 <212> DNA <213> Saccharomyces cerevisiae <400> 3 atgtctgctg ttaacgttgc acctgaattg attaatgccg acaacacaat tacctacgat 60 gcgattgtca tcggtgctgg tgttatcggt ccatgtgttg ctactggtct agcaagaaag 120 ggtaagaaag ttcttatcgt agaacgtgac tgggctatgc ctgatagaat tgttggtgaa 180 ttgatgcaac caggtggtgt tagagcattg agaagtctgg gtatgattca atctatcaac 240 aacatcgaag catatcctgt taccggttat accgtctttt tcaacggcga acaagttgat 300 attccatacc cttacaaggc cgatatccct aaagttgaaa aattgaagga cttggtcaaa 360 gatggtaatg acaaggtctt ggaagacagc actattcaca tcaaggatta cgaagatgat 420 gaaagagaaa ggggtgttgc ttttgttcat ggtagattct tgaacaactt gagaaacatt 480 actgctcaag agccaaatgt tactagagtg caaggtaact gtattgagat attgaaggat 540 gaaaagaatg aggttgttgg tgccaaggtt gacattgatg gccgtggcaa ggtggaattc 600 aaagcccact tgacatttat ctgtgacggt atcttttcac gtttcagaaa ggaattgcac 660 ccagaccatg ttccaactgt cggttcttcg tttgtcggta tgtctttgtt caatgctaag 720 aatcctgctc ctatgcacgg tcacgttatt cttggtagtg atcatatgcc aatcttggtt 780 taccaaatca gtccagaaga aacaagaatc ctttgtgctt acaactctcc aaaggtccca 840 gctgatatca agagttggat gattaaggat gtccaacctt tcattccaaa gagtctacgt 900 ccttcatttg atgaagccgt cagccaaggt agatttagag ctatgccaaa ctcctacttg 960 ccagctagac aaaacgacgt cactggtatg tgtgttatcg gtgacgctct aaatatgaga 1020 catccattga ctggtggtgg tatgactgtc ggtttgcatg atgttgtctt gttgattaag 1080 aaaataggtg acctagactt cagcgaccgt gaaaaggttt tggatgaatt actagactac 1140 catttcgaaa gaaagagtta cgattccgtt attaacgttt tgtcagtggc tttgtattct 1200 ttgttcgctg ctgacagcga taacttgaag gcattacaaa aaggttgttt caaatatttc 1260 caaagaggtg gcgattgtgt caacaaaccc gttgaatttc tgtctggtgt cttgccaaag 1320 cctttgcaat tgaccagggt tttcttcgct gtcgcttttt acaccattta cttgaacatg 1380 gaagaacgtg gtttcttggg attaccaatg gctttattgg aaggtattat gattttgatc 1440 acagctatta gagtattcac cccatttttg tttggtgagt tgattggt 1488 <210> 4 <211> 490 <212> DNA <213> Saccharomyces cerevisiae <400> 4 gcgcgttaac gcgcttactg ctaagcctgt ttctaaacat gatccccagg gtgaatatct 60 cccatagtgg ctgtgttatt ctgtctaaat gtggcagcta aataaggttt tttccaagct 120 atttttttct ctaaacgagc gcaccttagc gggatcgcgt caaattttcg cccaacgaat 180 attattctat tgtcttcagt gaatgtgctt gtcgaaatct atatatgcgc cgccctggca 240 ggatcagcaa atacaagtta cttggaaagt cgcggcatag aaagtagaca cttcttttgt 300 caaagattga tattgctttc agggtgcgat agtgctgact gttcctctaa acagcgattt 360 tttacataca ttaacttttt gaagttgtag gaactatctt ttctcattta tccaacacta 420 aaacaaaatt gagctttcca gaaatagtga atcaaaaaaa gttaagtaca aatatttaca 480 gttcagcagt 490 <210> 5 <211> 434 <212> DNA <213> Saccharomyces cerevisiae <400> 5 ttgaacggag tgacaatata tatatatata tatttaataa tgacatcatt atctgtaaat 60 ctgattctta atgctattct agttatgtaa gagtggtcct ttccataaaa aaaaaaaaaa 120 agaaaaaaga attttaggaa tacaatgcag cttgtaagta aaatctggaa tattcatatc 180 gccacaactt cttatgctta taaaagcact aatgcctgaa tttatgttga aaatatgtgt 240 cacaaataaa gaaactgtga catctgacac atttccactt tattgacaag aatagaattt 300 ctttaagttt cccctctaga ttatttattt tcaaatttta ggctctgttg aagtttatta 360 cgtagaaatt cctacgatag ttattagtcc taattggatg ttgcagcaag gctcattgtc 420 ggtgtcgtta tcga 434 <210> 6 <211> 885 <212> DNA <213> Saccharomyces cerevisiae <400> 6 tgatagaaaa tttaaaagtg cagaatattc gaaatagatt cccaaaaaaa aaaaaaggga 60 tattgtgtta cccagttcac aatggaattt tctagaagaa aaaacaaaga agcctcgcaa 120 caaaccaaga tggattcaaa atgcctactt accgcattgt atgtgggaga atgaacatat 180 ctgtaattgt attatataaa agtagttagt tttttttttt tttttttttt tttttttttt 240 ttatgtgtaa tgcaaataca aaaagaactg caggcatttt gaaagttcac tcgtatagga 300 aactttgata gagaggcaat tccttacttt cgttattcct ttcagtctta ttcttaatcg 360 tttatagtag caacaatata tcaatatggt cgtgaataac ccaaataact ggcactgggt 420 cgataagaac tgcatcggat gggccaagga gtatttcaaa cagaaactgg ttggagtgga 480 ggccggttcg gtgaaggata aaaagtatgc caaaatcaag tctgtttcgt ccattgaagg 540 tgattgtgaa gttaatcagc gtaaggggaa ggttatatct ttgtttgatt tgaaaatcac 600 ggtgttaata gagggacacg tggactctaa ggacggatcg gcattgccat tcgagggtag 660 cattaacgtt cctgaagttg ccttcgatag cgaggcctca agctatcaat ttgacatatc 720 tatatttaag gagactagcg aattgagtga agccaagcca ctaattagat ccgagttatt 780 gcccaagttg agacaaattt tccaacaatt tggcaaggat ttgctggcca cccatggtaa 840 tgacattcag gtgcccgaat ctcaggtgaa atctaactac acaag 885 <210> 7 <211> 20 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> sgRNA <400> 7 gacgaataca gtggaggtgg 20 <210> 8 <211> 78 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Donor DNA <400> 8 tgctgcctca agatgttgac gaatacagtg gaggtggtga tatgcatatg atgctagatt 60 tcctcggtgg cggattac 78

Claims (5)

Cas9 유전자 및 UPC2 유전자를 표적으로 하는 단일 가이드 RNA(single guide RNA; sgRNA)를 포함하는 크리스퍼-카스9(CRISPR-Cas9) 재조합벡터; 및 서열번호 8로 표시되는 UPC2 변이 유전자 도입용 기증자(Donor) DNA로 형질전환된 사카로마이세스 세레비시애 재조합 균주. CRISPR-Cas9 recombination vector comprising a single guide RNA (sgRNA) targeting the Cas9 gene and UPC2 gene; And Saccharomyces cerevisiae recombinant strain transformed with donor DNA for introduction of the UPC2 mutant gene represented by SEQ ID NO: 8. 제1항에 있어서, 상기 UPC2 유전자를 표적으로 하는 sgRNA는 서열번호 7로 표시되는 것을 특징으로 하는 재조합 균주.The recombinant strain of claim 1, wherein the sgRNA targeting the UPC2 gene is represented by SEQ ID NO: 7. 제1항에 있어서, 상기 크리스퍼-카스9(CRISPR-Cas9) 재조합벡터는 도 9(A)의 개열지도는 갖는 YCpH-SpCas9-sgUPC2 재조합벡터인 것을 특징으로 하는 재조합 균주.The recombinant strain of claim 1, wherein the CRISPR-Cas9 recombination vector is a YCpH-SpCas9-sgUPC2 recombination vector having a cleavage map of FIG. 9(A). 제1항에 있어서, 상기 재조합 균주는 염색체 내 내생(endogenous) UPC2 유전자가 서열번호 1로 표시되는 UPC2 변이 유전자로 치환된 것을 특징으로 하는 재조합 균주.According to claim 1, wherein the recombinant strain is a recombinant strain characterized in that the endogenous (endogenous) UPC2 gene in the chromosome is replaced with the UPC2 mutation gene represented by SEQ ID NO: 1. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 재조합 균주를 배양하는 단계를 포함하는 스테롤 생산 증진 방법.A method for enhancing sterol production, comprising culturing the recombinant strain according to any one of claims 1 to 4.
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