KR860001230B1

KR860001230B1 - 이중 가닥 dna의 분할 방법

Info

Publication number: KR860001230B1
Application number: KR1019860002404A
Authority: KR
Inventors: 쥐. 클레이드 데니스; 쥐. 얀서라 다니엘; 엘. 헤이네커 허버트; 에프. 미오짜리 쥬세피
Original assignee: 제넨테크 인코포레이티드; 토마스 디. 킬레이
Priority date: 1980-03-24
Filing date: 1986-03-29
Publication date: 1986-08-30
Also published as: IE860657L; FI853489A0; PT72716A; IL71885A; MY8500896A; JPH05211885A; PH20110A; ES8305042A1; DE3153606C2; FR2480781B1; EP0086548A2; AU585832B2; NZ207660A; ATE52802T1; JPH05268962A; JPH0734747B2; NO843718L; FI853488L; GR74818B; ES8304206A1

Abstract

내용 없음.

Description

이중 가닥 DNA의 분할 방법

제1도 및 제2도는 나중에 분열될 수 있는 trp D 폴리펩티드의 일부와의 융합 상태인 이형(異形) 유전자를 표현할 수 있는 플라스미드(plasmid)를 형성하기 위한 바람직한 경로도.

제3도는 동형(同形)(trp D')-이형(소마토스타틴 또는 티모신 α1) 융합 단백직을 함유하는 세포 단백질의 폴리아크릴아미드 겔분리 결과도.

제4도,제5도 및 제6도는 trp 프로모터-오퍼레이터계의 조절하에 이형 유전자(인체 성장 흐르몬)를 직접 표현할 수 있는 플라스미드의 생산을 위한 바람직한 연속 공정도.

제7도는 trp 프로모터-오퍼레이터계의 조절하에 직접 표현한 인체 성장 호르몬을 함유하는 세포 단백질의 폴리아크릴아미드 겔 분리의 결과도.

제8도, 제9(a)도-제9(b)도 및 제10도는 나중에 분열될 수 있는 trp E 폴리펩티드의 일부와의 융합 상태인 이형 유전자(도시된 경우에 있어서는, 소마토스타틴)의 생산을 위한 바람직한 연속 공정도.

제11도는 소마토스타틴, 티모신 알파 1, 인체 프로인슐린 및 인체 인슐린 A 및 B 사슬을 각각 제조하기 위한 동형(trp E)-이형 융합 단백질을 함유하는 세포 단백질의 폴리아크릴아미드 겔 분리의 결과도.

제12도 및 제13도는 다른 이형 유전자 trp E 폴리펩티드 서열과의 융합 상태로 상호 표현될 수 있는 계를 형성하기 위하여 제8도 내지 제10도의 경로도에 따라 생산한 플라스미드를 처리하는 연속 공정도.

재조합 DNA 기술의 출현으로 수많은 유용한 폴리펩티드의 인공적인 박테리아적 생산이 가능하게 되었다. 소마토스타틴[케이, 이타쿠라와 그의 공동 연구자, Scince, 198, 1056 (1977)], 인체 인슐린의 (성분) A 및 B 사슬 [디. 브이. 괴델과 그의 연구자, Proc Nat'l Acad Sci, USA 76, 106(1979)] 및 인체성장 호르몬 [디. 브이. 괴델과 그의 공동 연구자, Nature 281, 544(1979)]과 같은 폴리펩티드 산물의 생산이 가능하도록 이 기술로 개질시킨 박테리아들은 이미 존재하고 있다. 더우기, 근래에 와서 가슴샘에서 생성되는 면역 강화 물질인 티모신 알파 1의 박테리아적 생산을 가능하게 하는 재조합 DNA 기술이 사용되어 왔다(1980년 2월 28일 출원되고, 본 출원의 출원인에게 양도된 로베르토 크레아와 로날드 웨첼의 미국 특허 출원). 그러한 것은 실질적으로 어떤 유용한 폴리펩티드가 박테리아적으로 생산될 수 있으며, 광범위한 여러가지 질병에 대한 호르몬, 효소, 항체 및 백신의 조절된 생산을 가능하게 하는 기술의 힘이다. 저눌한 대표적인 예를 더욱 상세히 기재한 인용 문헌들은 본 발명의 배경을 나타내기 위하여 언급한 기타후술하는 간행물들과 마찬가지로 이 명세서에서 참고 문헌으로 제시되어 있다.

재조합 DNA 기술의 일꾼은 박테이라에 있어서 가끔 단위 박테리아 세포당 다수의 복제물로 발견되는 이중 가닥 DNA의 비(非) 크로머소말 루프(non-chromosomal loop)인 플라스미드(plasmid)이다. 플라스미드 DNA 내에서 암호화된 정보에 포함되어 있는 것은 자세포 [즉,“레플리콘(replicon)”]내에서 플라스미드를 재생시키는 데 필요한 것과, 관련 플라스미드를 함유하는 숙주 세포의 클론들(clones)을 인식하고 선택적 매질 내에서 우세하게 생장되도록 해주는 항생재에 대한 내성과 같은 통상 한 가지 또는 그 이상의 선택적 특성이다. 박테리아 플라스미드들의 용도는 이들이 플라스미드 DNA의 각각 다른 부위라고 인식되는 한 가지 또는 다른 하나의 제한 엔도뉴클라아제 또는“제한 효소”에 의하여 특이적으로 분열될 수 있다는 사실에 있다. 그 후, 이형(異形) 유전자 단편들은 그 분열 부위에서 또는 그 분열 부위에 인접한 재구성 말단에서 말단 결합에 의하여 플라스미드 내에 삽입된다. 이 명세서에서 사용한 “이형(異形)이란 용어는 E. coli에서는 원래 발견되지 않는 유전자 또는 E. coli에 의해서 원래 생성되지 않는 폴리펩티드 서열을 가리키는 것인 반면에,“동형(同形)”이란 용어는 야생형(野生形) E. coli에서 생성되는 유전자 또는 폴리펩티드를 가르키는 것이다. DNA 재조합은 박테리아 외부에서 일어나지만, 그 결과 얻은 재조합”플라스미드는 형질 변환이라고 알려진 방법에 의하여 박테리아에 도입되며, 다량의 이형 유전자를 함유하는 플라스미드는 그 형질 변환주를 성장시킴으로써 얻어진다. 더우기, 유전자가 암호화된 DNA정보의 전사(transcription) 및 번역 (translation)을 지배하는 플라스미드 부분을 참작하여 적절히 삽입시키는 경우, 그 결과 생긴 표현 매체(expression vehicle)는 상기 삽입된 유전자가 암호를 정해주는 폴리펩티드 서열을 실질적으로 생성시키는데 이용될 수 있다. 이 과정을 표현(expression)이라 한다.

표현은 RNA 폴리머라제에 의하여 인식되고 결합되는 프로모터(promotor)로서 알려진 부위에서 시작된다. 어떤 경우에는, 뒤에서 언급한 trp 오페론(operon)에서와 같이, 프로모터 [촉진유전자] 부위는 오퍼레이터(operator) 부위에 의하여 중첩되어 하나의 결합된 프로모터-오퍼레이터를 구성한다. 오퍼레이터[작동 유전자]는 특정의 프로모터에서 전사의 개시 빈도를 조절하는 작용을 하는 이른바 억제 인자 단백질(repressor protein)에 의하여 인식되는 DNA 서열이다.

폴리머라제는 DNA를 따라 움직이며, 그의 제5' 말단에서 제3' 말단까지의 암호 가닥에 포함된 정보를 메신저(messenger) RNA에 전사시키고, 이것은 DNA가 암호를 정한 아미노산 서열을 갖는 폴리펩티드에 번역된다. 각 아미노산은 이러한 목적상“구조 유전자(structural gene)”라고 말할 수 있는 것, 즉 표현된 산물이 아미노산 서열을 암호화해주는 부분내에서 독특한 뉴클레오티드의 삼중체 또는“코돈(Condon)”에 의하여 암호화된다. 프로모터에 결합된 후에, RNA 폴리머라제는 먼저 리보오솜 결합부위, 이어서 전사개시 또는“출발”신호 (보통 ATG 인데, 이것은 그 결과 얻은 메신저 RNA에서는 AUG로 된다), 다음에 구조 유전자 자체내의 뉴클레오티드 코돈을 암호화하는 뉴클레오티드를 전사한다. 소위 종결 코돈(stop codons)은 구조 유전자의 말단에서 전사되며, 그 후에 폴리머라제가 메신저 RNA의 추가 서열을 형성할 수 있는데, 이것은 종결 신호의 존재 때문에 리보오솜에 의하여 번역이 되지 않은 채 잔류하게 된다. 박테리아에서는 동상 mRNA가 형성되고 있으므로, 리보오솜은 메신저 RNA 위에 제공된 결합부위에 결합되고, 그 자신은 번역 출발 신호에서 시작하여 앞에서 언급한 종결 신호에서 종결되는 암호화된 플티펩티드를 생성시킨다. 리보오솜 결합 부위를 암호화하는 서열이 AUG 개시 코돈에 대하여 적절하게 자리잡고 있고, 또 나머지 코돈이 모두 정상 위치에서 개시 코돈의 뒤를 따른는 경우, 그와 같은 목적 산물이 생산된다. 이 결과 얻은 산물은 숙주 세포를 용해시켜서 다른 박테리아 단백질로붙 적절히 정제하여 그산물을 회수함으로써 얻을 수도 있다.

재조합 DNA 기술을 사용하여 표현한 폴리펩티드는, 인체 성장호르몬의 직접 표현의 경우에 있어서와 마찬가지로 완전히 이형일 수가 있거나, 이와는 달리 소마토스타틴의 중간체와 인체 인슐린 성분의 제조 경우와 마찬가지로 이형 폴리펩티드 및 거기에 융합된 최소한 일부의 동형 펩티드의 아미노산 서열로 이루어질 수도 있다. 후자의 경우, 예를들면 융합된 동형 폴리펩티드는 베타 갈락토시다제와 관련된 아미노산 서열의 일부를 포함한다. 이러한 각 경우에 있어서, 소정의 생물학적 활성 산물은 동형 폴리펩티드가 세포 외부 환경에서 분할될 때까지 융합된 동형 폴리펩티드에 의하여 생물학적으로 불활성화된다. 바로 이와 같은 융합 단백질은 메티오닌에 대한 시아노겐브로마이드의 작용에 의한 것과 마찬가지로, 또는 효소적 분열에 의하여 소정 산물로부터의 전구체 단백질의 극히 특이적인 분열을 가능하게 하도록 고안된다(영국특허공고 제2,007,676A 참조).

재조합 DNA 기술이 그 기대를 충분히 유지하기 위해서는, 목적하는 폴리펩티드 산물이 높은 수율로 제조될 수 있도록 유전자 삽입물의 표현을 가장 알맞게 해주는 계통이 생각되어야만 한다. 과거에 가장 보편적으로 사용된 베타 락타마제와 락토오스 프로모터-오퍼레이터계는 유용하기는 하였으나, 수율면에서 그 기술의 능력은 충분히 이용하지 못하였다. 보다 높은 수율로 목적하는 폴리펩티드 산물의 조절된 표현을 가능하게 하는 박테리아 표현 매체에 대한 필요성이 생기게 되었다.

트립토판은 다음과 같은 합성 경로, 즉 코리즘산→안트라닐산→포스포리보실 안트라닐산 CDPR'엔올-1-(0-카르복시페닐아미노)-1-데옥시-D-리불로오스-5-포스페이트]→인돌-3-글리세롤]포스페이트, 그리고 궁극적으로는 트립토판 자체에 이르는 합성 경로에 있어서 동형 폴리펩티드의 구성 성분으로 사용하기 위하여 박테리아로 생산시킨 아미노산이다. 이 합성 경로의 효소 반응은 트립토판 또는 trp 프로모터-오퍼레이터계의 지배하에 전사되는 폴리시스트론 DNA 단편인“trp”오페론 산물에 의하여 촉매된다. 그 결과로 얻은 폴리시스트론 메신저 RNA는 이른바 trp 리더 서열(leader sequence)을 암호화하고, 이어서 차례로 trp E, trp D, trp C, trp B 및 trp A라 불리우는 폴리펩티드를 암호화한다. 이들 폴리펩티드는 코리즘산 트립토판 합성 경로에 있어서 각개 공정을 다양하게 촉매하고 조절한다.

야생형 E. coli에 있어서, 트립토판 오페론을 최소한 세 가지의 상이한 형태의 조절하에 있다. 프로모터-오퍼레이터 억제의 경우에, 트립토판은 보조 억제인자 (corepressor)로 작용하며, 그의 아포리프레서(aporepressor)에 결합하여 하나의 활성 억제 인자 착물을 형성하는데, 이것은 다시 오퍼레이터에 결합됨으로써 그 경로가 완전히 종결되는 것이다. 둘째로, 피드백(feedback) 억제 방법에 의하여, 트립토판은 trp E 및 trp D 플리펩티드의 착물에 결합하여 그 합성 경로에 있어서의 이들의 침강을 억제한다. 끝으로, 조절은 trp 리더 서열내부 영역인“감쇠역(attenuator region)”조절하에 감쇠 단계로 알려진 단계에 의하여 일어난다[지. 에프. 이오짜리와 그의 공동 연구자의 논문, J. Bacteriology 133, 1457(1978) ; 오페론(Operon) 263-302, Cold Spring Harbor Laboratory (1978), 밀러 및 레즈코프 편저, 에프. 리와 그의 공동 연구자의 논문, Proc. Nat'l. Acad, Sci, USA 74, 4364(1977) 및 케이. 버트란드와 그의 공동 연구자의 논문, J. Mol. Biol. 103, 319(1976) 참조]. 감쇠도는 트립토판의 세포 내부 농도에 의하여 지배되고, 야생형 E. coli에 있어서는 감쇠 인자는 10개의 경우 중 거의 9개의 경우에 RNA 폴리머라제가 관련된 DNA로부터 미리 결합이 떨어지게하는 메신저 RNA 내에서 가능하게는 이차 구조 또는“종결루프(termination loop)”의 형성에 의하여 표현을 종결시킨다.

다른 연구자들은 이형 폴리펩티드 표현의 어떤 수단을 얻기 위하여 trp 오펜론을 사용한 바 있다. 이 연구는 인돌아크릴산과, trp 억제 인자의 분자에 대하여 트립 판토과 경쟁하는 경쟁적 억제에 의하여 억제를 제거하려는 유도물질(inducer) 및 그의 근사체의 첨가에 의하여 그 억제 및 감쇠의 문제를 다루려고 시도하였던 것으로 믿어진다. 동시에, 그 유도 물질은 인돌의 트립토판으로의 효소 변환을 억제하고 따라서 세포로부터 트립토판을 효과적으로 제거함으로써 감쇠현상을 감소시킨다. 그 결과, 감쇠 인자를 통하여 더 많은 폴리머라제가 성공적으로 번역된다. 그러나, 이러한 접근 방식은 이용 가능한 트립토판의 결핍 때문에 트립토판 함유 단백질 서열들이 합성 중에 일찍 종결되므로, 번역을 계속적으로 완성하는 문제 및 수율의 관점에서 볼 때 문제점이 있는 것 같다. 사실상, 이 접근 방식에 의한 감쇠 현상의 제거 방안은 트립토판의 심한 결핍에 전적으로 달려있다.

본 발명은 상이한 방식의 트립토판 억제 및 감쇠와 관련된 문제들에 관한 것으로, (1) trp 프로모터-오퍼레이티로부터 이형 유전자를 직접 표현하기 위한 표현 매체를 얻는 방법, (2) 트립토판 오퍼레이터-프로모티로부터 동형-이형 유전자 융합에 의하여 암호가 정해진 특이적으로 분열 가능한 폴리펩티드를 표현하기 위한 표현 매체를 얻는 방법. 그리고 (3) 이형 폴리펩티드를 조절 가능하며 효과적으로 그리고 고수율로 표현하는 방법 뿐만 아니라 그에 관련된 수단을 제공한다.

본 발명에 의하면, 박테리아 중에서 이형 폴리펩티드 산물을 제조하기 위한 새로운 플라스미드 표현 매체가 제공되는데, 이 표현매체는 암호 가닥의 첫째 5'로부터 둘째 3'까지의 적당한 위치에 trp프로모터-오퍼레이터, trp리더 리보오솜 결합 부위의 암호를 정하는 뉴클레오티드 및 상기 이형 폴리펩티드의 아미노산 서열을 암호화하는 구조 유전자의 표현을 위한 번역 개시를 암호화하는 뉴클레오티드로 구성된 이중가닥 DNA 서열을 가진 것이 특징이다. 상기 DNA 서열은 trp감쇠 인자는 물론이고 trp 리보오솜 결합부위의 암호를 정하는 뉴클레오티드도 포함하지 않는 것으로 일컬어진다. 그 대신에, 리더 리보오솜 결합부위가 삽입된 유전자에 의하여 암호화된 정보를 표현하는 데 효과적으로 이용된다.

세포들은 본 발명의 trp 프로모터-오퍼레이터를 함유하고 감쇠 인자가 결핍된 플라스미드의 첨가로 형질 변환을 일으키고, 첨가된 트립토판의 존재하에 생장된다. 트립토판이 풍부한 배지는 trp 억제 인자의 상호 작용을 통하여 trp 프로모터-오퍼레이터를 필연적으로 완전히 억제하는 데 충분한 트립토판을 제공하므로, 오히려 trp 프로모터-오퍼레이터계의 조절하의 삽입에 따라 암호화된 다량의 이형 폴리펩티드의 초기 표현에 의하여 세포 생장은 방해를 받는 일이 없이 진행될 수 있다. 한편, 재조합 배양물이 폴리펩티드의 공업적 생산에 적합한 수준으로 생장되었을때, 트립토판의 외부 공급원을 제거하고, 그 세포 자체가 생장할 수 있는 트립토판에만 의존하도록 한다. 그 결과는 은화한 트립토판의 한계이며, 따라서 그 합성 경로는 억제에서 벗어나게 되고 감쇠 현상에 의하여 방해받는 일이 없이 이형 폴리펩티드의 매우 효과적인 표현이 이루어진다. 그 까닭은 감쇠역이 그 계에서 결실(缺失, deletion)되었기 때문이다. 이와 같이, 세포들은 트립토판을 심하게 빼앗기는 것은 결코 아니며, 모든 단백질들은 이들이 트립토판을 함유하고 있는 가의 여부에 관계 없이 상당한 수율로 산출될 수 있다.

본 발명은 제한 효소 부위가 없드라도 임의의 소정위치에서 이중 가닥 DNA를 분열시키는 수단, 즉 돌연변이의 선택에 의하여 종전에 얻었던 것들 이외의 감쇠 인자 결실(attenuator deletions)이 있는 trp오페론의 생성에 무엇보다도 유용한 기술을 더 제공한다.

끝으로, 본 발명은 표현 조건하에서의 변성(變性)에 안정하고 특이적으로 분열 가능한 이형-동형의 융합 단백질을 비롯한 각종 중간 산물 및 최종 산물을 제공한다.

이러한 목적 및 기타의 목적과 효과가 달성되는 방법은 후술하는 본 발명의 상세한 설명 및 첨부 도면으로부터 더욱 명백히 드러나게 될 것이다.

각 도면에 있어서, 대부분의 경우 도시의 명확성을 기하기 위하여 이중 가닥 플라스미드와 선형 DNA의 암호 가닥만을 나타내었다. 항생제 내성을 암호로 한 유전자들은 ap^R(앰피실린) 및 tc^R(테트라사이클린)으로 나타내었다. 리젠드(legend) tc^S는 프로모터-오퍼레이터계의 조절하에 있지 않을 테트라사이클린 내성 유전자를 나타내므로, 이 유전자를 함유하는 플라스미드는 테트라사이클린에 대하여 감수성이 있는 것이다. 리젠드“ap^S”는 앰피실린 감수성을 암호로 한 유전자 부분을 제거하여 얻은 앰피실린 감수성을 나타낸다. 플라스미드 프로모터와 오퍼레이터는“p”및“o”로 나타내었다. 문자 A, T, G 및 C는 각각 염기인 아데닌, 티민, 구아닌 및 시토신을 나타낸다. 다른 도면의 리젠드는 본 명세서에 나타나 있다. 후술하는 본 발명의 바람직한 실시예에는 대응하는 인식서열(화살표로 표시) 및 분열 방식을 가진 아래에 나타낸 통상 이용되는 다수의 제한 엔도뉴클레아제의 사용이 포함된다.

관련 가닥위에 분열 부위들이 일정한 간격을 두고 있을 경우에는, 절단된 말단들은“접착 말단(stickyends)”즉, 장부 이음식으로 왓트손-크리크(Watson-Crick)의 염기 짝 짓기에 의하여 다른 상보성“접착성”말단을 갖는 DNA를 재어니일링(reannealing) 할 수 있거나 또는 거기에 어니일링시킬 수 있는 접착말단으로 된다. 상기 HpaI 및 HvuⅡ와 같은 제한 효소들은 분열되어“평활”말단(blunt ends)을 남긴다. 상기 뉴클레오티드 서열들은 통상의 관례에 따라 나타낸 것이다. 즉, 상부 가닥은 단백질 암호 가닥이고, 이 가닥 위에서 좌측에서 우측으로 가면서 그의 5' 말단에서 3'말단, 즉“기부(proximal)”부위로부터“원위(遠位, distal)”부위까지의 전사방향으로 이동한다.

끝으로, 관례와 관련하여, 기호“Δ”은 결실을 나타낸다. 따라서, 예컨대 “ΔEcoRI-XbaI”에 수반되는 플라스미드에 대한 뜻은 그 플라스미드로부터 EcoRI 및 XbaI 제한 효소부위들 사이에 뉴클레오티드 서열이 이들 효소에 의한 소화(消化)로 제거되어 있음을 설명하는 것이다. 편의상, 일정의 결실은 번호로 표시한다. 그러므로, 양친 플라스비드 pBR332에 있어서 테트라사이클린 내성에 대한 유전자에 앞서는 EcoRI인식 부위의 염기쌍(“bp”)으로부터 시작할 때, “Δ1”은 bp 1-375(즉, △EcoRI-BamHI)의 결실 및 테트라사이클린 프로모터-오퍼레이티와 테트라사이클린 내성을 암호화하는 구조 유전자 모두의 후속되는 제거를 나타내며,“△3”은 bp 3631-4359 (즉, △PstI-EcoRI)의 결실과 엠피실린 내성의 소거를 나타낸다.“Δ4”trp는 오페론 단편 5(제1도)로 부터의 bp∼900-∼1500의 제거와 trp D 폴리펩티드의 구조 유전자의 소거를 나타낸다.

상기 trp 리더 서열은 trp mRNA의 개시점에서 시작하여 염기쌍(“bp”) 1-162를 구성한다. 열네개의 아미노산으로 추정되는 trp 리더 폴리펩티드는 번역 개시 신호를 암호화하는 ATG 뉴클레오티드에 이어지는 bp 27-71에 의하여 암호화된다. trp 감쇠역은 bp 114 및 156 사이에 놓이는 GC 및 AT가 풍부한 연속 서열로 이루어지며 감쇠 현상은 그 리더 서열의 bp∼134-141에 의하여 암호화된 mRNA상에서 분명하게 일어난다. trp 리더 리보오솜 결합 부위의 지배하에서 이형 뉴클레오티드를 표현함과 동시에, 그감쇠를 피하기 위해서는 다음의 기준들이 준수되어야 한다.

1. 염기쌍 134-141 또는 그 외의 것들은 결실시켜야 한다.

2. 삽입 유전자 ATG 코돈은 알려져 있는 바와 같이 리보오솜 결합 부위와 정확하게 관련된 위치에 있어야 한다[예컨대, 제이. 에이. 스타이츠의 논문,“메신저 RNA에 있어서의 유전 신호와 뉴클레오티드서열“Genetic signals and nucleotide sequences in messenger RNA”in Biological Regulation and Control (편저자 : 아르. 골드버거), Plenum Press N. Y. (1978)을 참조할 것].

3. 동형-이형의 융합 단백질을 산출시켜야 할 경우에는, 동형 폴리펩티드 서열의 번역 개시 신호를 계속 이용하여야 하며, 융합 단백질의 동형 폴리펩티드 서열 코돈은 번역 종결 신호를 간섭함이 없는 상태로 삽입되어야 한다.

예컨대, 리더 서열 원위(遠位)에 있는 모든 염기쌍의 결실은 감쇠 부위를 제거하고, 번역 개시 신호를 암호화하는 ATG 서열을 남기며, A 및 뒤따르는 뉴클레오티드를 제거함으로써 TCA(bp 69-71)에 의하여 암호화된 간섭 번역 종결 신호를 소거한다. 그러한 결실은 리더 폴리펩티드에서 시작하여 임의의 이형삽입물에 의하여 암호화된 리더 폴리펩티드에서 끝나며, 3' 방향에서의 결실 정도에 의하여 결정되는 후(後) 리더(post-leader) trp 오페론 폴리펩티드들 중의 하나의 원위역(distal region)을 포함하는 융합 단백질을 표현하는 결과를 가져온다. 따라서, E 유전자에 미치는 결실은 임의의 후속되는 삽입물 등에 의하여 암호화된 서열에 융합된 E의 L 서열과 원위역(감쇠 종결점 밖의)으로 이루어진 동형 선구체의 표현에 이르게 된다.

감쇠역이 결실된 특히 유용한 두 가지 플라스미드들은 플라스미드 pGM1과 pGM3이다. [지. 에프. 미오짜리 (G. F. Moozzari)와 그의 공동 연구자의 논문, J. Bacteriology, 133, 1457(1978) 참조]. 이들은 각각 감쇠 인자 trp ΔLE 1413 및 trp ΔLE 1417을 운반하며, E 폴리펩티드의 trp 리더와 원위역의 처음 여섯개의 아미노산으로 거의 이루어진 폴리펩티드를 표현한다(trp 프로모터-오퍼레이터의 조절하에). 대부분의 바람직한 경우에, E 폴리펩티드의 거의 마지막 세번째 것만이 표현되는 반면에, pGM3은 E 폴리펩티드 코돈의 원위의 거의 절반을 표현한다. pGM1을 함유하는 E. coli 균주 W3110 tna 2-trp- Δ102는 아메리칸 타입 컬쳐 컬렉션(Americal Type Culture Collection)에 이미 기탁되어져 있다(ATCC 31622). pGM1은 아래에 기재한 공정에서 사용하기 위한 균주로부터 통상의 방법으로 제거될 수 있다.

별법으로서, 결실은 본 발명에 의하여 임의의 목적하는 부위에서 특이적으로 분열시키기 위한 수단에 의해 행해진다. 이 분열 기술 중의 하나에 예는 후술하는“실험”항의 제Ⅳ부에서 명백히 알게 될 것이다. 그러므로, 이중 가닥 DNA는 계획된 분열부위의주연 영역내에서 단일 가닥 DNA로 전환된다. 이어서, 합성된 또는 기타 단일 가닥 DNA 프라이머는 와트슨-크리크 염기 짝짓기에 의하여 이미 형성된 단일 가닥 길이에 대하여 혼성화를 일으키는데, 그 프라이머 서열은 그의 5' 말단이 계획된 분열 지점 직전의 제1 가닥위에 있는 뉴클레오티드와 인접하게되어 있다. 이 프라이머는 이어서 DNA 플리머라제와의 반응에 의하여 방향으로 확장되며 제1공정에서 상실되었던 계획던 분열 전에 원래의 이중가닥 DNA의 부분을 재생한다. 이와 동시에 또는 그 후에, 계획된 분열지점 이외의 제1가닥 부분의 소화에 의하여 소실된다.

요약하여 말하자면“V”는 계획된 분열 지점을 표시한다.

가장 바람직한 실시예에 있어서는, 상기 공정 (d)와 (e)는 3'→5' 방향으로 돌출되는 단일 가닥 말단을 동시에 소화시키며, 또 5'→3' 방향으로 프라이머(dATP, dGTP, dTTP 및 dCTP의 존재하에)를 확장시키는 폴리머라제를 사용함으로써 동시에 수행된다. 이러한 목적에 바람직한 물질은 클레노우 폴리머라제(Klenow Polymerase) I, 즉 5'→3' 엔도뉴클레오 분해 활성이 결핍된 양친 효소의 5'→3' 폴리머라이징 활성과 3'→5' 엔도뉴클레오 분해 활성을 포함하는 DNA 플리머라제의 단백질 분해 절단에 의하여 얻은 단면이다[에이. 코른베르크의 논문, DNA Synthesis, 98, W. H. Freeman and Co., SFO(1974)].

위에 말한 공정을 사용하면, 감쇠역 결실은 예컨대 분자를 평활 말단화시킬(blunt-ended) 지점(상기“V”)으로 부터 제한부위 하단에서의 분열에 의하여 우선 선형화시킨 trp 오페론 함유 플라스미드 내에서 임의의 소정의 방법으로 행해질 수 있다. 감쇠역의 결실에 따른 재순환은 예컨대 이 분야에 숙련된 자들에게 자명한 평활 결찰법(blunt end ligation) 또는 기타의 방법에 의하여 행할 수 있다.

본 발명은 trp 프로모터-오퍼레이터의 지배하에서 이형 폴리펨티드의 직접 표현범을 포함하고 있으나, 바람직한 경우는 동형 및 이형 서열을 둘다 포함하는 융합 단백질의 표면도 포함하는 바, 이형 서열은 세포의 환경에서 동형 서열로부터 특이적으로 분열된다. 특히 바람직한 것들은 동형 부분이 하나 이상의 trp리더 플리펩티드와 약 1/3이상의 trp E 아미노산 서열(원위 말단)로 이루어진 융합 단백질들이다.

이와 같이 하여 얻은 융합 단백질들은 표면 조건하에서의 변성에 대하여 현저히 안정화된다는 것으로 나타난다.

본 발명의 감쇠인자 결핍 trp 프로모터-오퍼레이터계를 구성함에 있어서 바람직하게 사용된 pGM1 플라스미드의 계통(stock)을 증폭시키는 데에는 박테리아 E. coli K-12 균주인 W3110 tna 2-trp-Δ102(pGM1), ATCC 31622를 사용할 수 있다. 이 균주는 안트라닐레이트의 존재하에 표현상(phenotypically) trp⁺이며, 50㎍/ml 안트라닐레이트가 보충된 LB와 같은 최소 배지에서 생장시킬 수 있다.

본 발명에 따른 표현에 도달되는 프로모터-오페레이터에 사용되는 모든 박테리아 균주는 야생형 E. coli의 경우에서와 마찬가지로 trp 억제 인자(“trp R⁺”)이기 때문에 이형 표현이 시도될 때까지의 억제가 보장된다.

바람진한 실시예에 있어서, DNA 제조합은 세포막 특성이 형질 변환을 촉진시키는 박테리아 균주인 E. coli K-12 균주 294(말단 A, thi^-, hsr^-, hsm⁺ _K), ATCC 31446에서 행한다.

이형 균주 294에서 생장된 폴리펩티드 생성 플라스미드는 공지의 방법으로 추출되고 약 -20℃ 내지 약 4℃에서 용액(예컨대, 10mM tris, 1mM DETA, pH8) 형태로 유지된다. 한편, 공업적 조건하에서의 표현을 위해서는 보다 내성인 균주, 즉 E. coli K^-12 λ^-F^-RV308^-str^-, gal 308^-ATCC 31608이 선택된다. RV 308은 영양학적으로 야생형이며 최소 배지에서 잘 자라서, 암모늄, 포스페이트, 마그네슘염, 미량 금속 및 글루코오스로 이루어진 공지의 혼합물로부터 모든 필요한 거대 분자를 합성한다. 균주 294에서 유도된 플라스미드에 의한 RV 308배지의 형질 변환후, 배지는 그 플라스미드에 의하여 운반되는 표지(내상 균성과 같은)를 위하여 선택성 매질 위에 도말시켜 형질 변환주 콜로니[집락]를 채취하여 플라스크 배지내에서 생장시킨다. 10% DMSO 또는 글리세롤 용액(멸균된 위턴 바이알 중에 들어있음) 중에 상기 클로니의 일부를 에탄올-드라이 아이스 욕조에서 동체 동결시키고 -80℃에서 동결시킨다.

암호화된 이형 폴리펩티드를 얻기 위하여 배양물 시료를 트립토판 함유 배지 중에서 생장시켜야 trp 프로모터-오퍼레이터가 억제되고,이어서 그 계로부터 첨가된 트립토판을 제거하여 표현을 행하여야 한다.

생장의 초기 단계용으로는, 예컨대 수용액 매 리터당 박토 트립톤 10g, 박토 효모 추출액 5g 및 NaCI 10g을 함유하는 LB배지(죤. 에이치. 밀러, Experiments in Molecular Genetics, 433, Cold Spring Harbor Laboratory 1972)를 사용할 수 있다. 바람직하게는, 그 접종물은 10 이상(550mM에서)의 광학밀도(“o. d.”), 보다 바람직하게는 o. d. 20이상, 가장 바람직하게는 o. d. 30이상, 그러나 정상기 (定常期, stationary phase) 미만으로 생장시키는 것이 좋다.

이어서, 그 접종물은, 탈억제 및 표현을 위하여, 세포로부터 추가의 트립토판이 제거된 조건하에 생장시킨다. 이러한 생장에 적합한 배지는 다음과 같이 제조된 M9(제이. 에이치. 밀러, 앞에 인용한 문헌의 제 431페이지)이다(매 리터당).

오토클레이브 내에서 용해시킨 다음 아래 성분을 첨가한다.

이미노산 첨가제는 카제인의 트립토판이 결핍된 산가수 분해물이다.

이형 폴리펩티드의 표현을 시작하기 위하여, 트립토판이 풍부한 배지에서 생장된 접종물은 예컨대 희석(예컨대 2-10배 희석)하여 일정의 수준(바람직하게는 짧은 정상 생장기)까지 생장한 추가 트립토판이 함유되지 않은 다량의 배지를 얻고, 공지의 방법에 따른 용균 분해, 원심 분리 및 정제에 의하여 목적 산물을 얻는다. 트립토판이 제거된 생장 단계에서는, 세포는 그 산물의 회수 전에 o. d. 10이상, 더 바람직하게는 o. d. 20이상, 가장 바람직하게는 o. d. 30이상(모든 경우 550nM에서)으로 생장시키는 것이 좋다.

후술하는 실험항에서 기재한 모든 DNA 재조합 실험들은 재조함 DNA 연구를 위한 국립보건원의 가이드라인(National Institutes of Health Guidelines for Recombinant DNA Research)에 따라 본 발명의 출원인인 제넨테크 인코포레이드에서 실시한 것이다.

[실험]

I. D-폴리펩티드 융합 단백질의 표현 방법

목적하는 폴리펩티드와 여기에 융합된 것으로서 CNBr 분열에 특이적으로 예민한 메티오닌 아미노산에 의하여 시험관 내에서 분리시킬 수 있는 trp 폴리펩티드의 아미노산 서열의 일부로 이루어진 융합 단백질을 표현하는 방법은 제1도-제3도와 관련하여 설명한다.

A. pBRHtrp의 형성

폴라스미드 pGM1(1, 제1도)은 결실 ΔLE 1413(제이. 에프. 미오짜리와 그의 공동 연구자의 논문, (1978) J. Bacteriology 1457-1466)을 함유하는 E. coli 트립토판 오페론을 운반하므로, trp 프로모터-오퍼레이터계의 조절하에 trp 리더의 처음의 6개의 아미노산 및 trp E 폴리펩티드의 거의 마지막 폴리펩티드(이하, LE'라고 부름)와 함께 그 전체의 trp D 폴리펩티드로 이루어진 융합 단백질을 표현한다. 그 플라스미드 20㎍을 이 플라스미드를 5개의 부위에서 분열시키는데 제한 효소에 의하여 대사 분해시켰다. 이어서, 유전자 단편 2는, 후에 콜로닝하여 EcoRI 부위(20)을 함유하는 플라스미드를 얻을 EcoRI 분열 부위를 제공하는 EcoRI 결합 인자(서열 pCATGAATTCATG의 자가 상보적 올리고뉴클레오이드 3으로 구성된다)와 조합시켰다. pGM1로부터 얻은 DNA 단면 2의 20㎍은 200 피코 몰의 5'-포스포릴화 합성 올리고뉴클레오티드 pCATGAATTCATG(3) 존재하에서 20㎍/1의 T₄DNA 리가제 완충액(20mM tris, pH7. 6, 0. 05mM ATP. 10mM MgCI, 5mM) 디티오트레이틀) 중에서 10단위 T₄DNA 리가제로 일주야 동안 4℃에서 처리하였다. 이어서, 이 용액을 70℃에서 10분간 가열하여 결찰(結紮, ligation)을 종지시켰다. 결합 인자를 EcoRI 소화에 의하여 분열시키고, EcoRI 말단을 가진 단면을 5% 폴리아크릴아마이드 겔 전기 영동(이하,“PAGE”라 부름)에 의해 분리시키고, 세 개의 가장 큰 단편들은 우선 이들 단편을 에티듬브로마이드로 염색하여 자외선으로 조사시키고 관련부위를 절단함으로써 그 겔로부터 단리시켰다. 각 겔 단편을 0. 1×TBE 300μl와 함께 투석낭에 넣어 100V에서 1시간 동안 0. 1×TBE 완충액(TBE 완충액 H₂O 1ℓ 중에 tris 염기 10. 8g, 붕산 5.5g, Na₂EDTA 0.09g을 함유한다) 중에서 전기 영동시켰다.

상기 투석낭에서 수용액을 수집하여 폐놀 추출 및 클로로포름 추출을 행하고 0. 2M 염화나트륨 용액으로 만든 다음, 에탄올 침전을 행한 후에 DNA를 회수하였다[후술하는 모든 DNA 단편 단리는 PAGE를 사용하고 이어서 방금 설명한 전기 용출법에 의하여 수행한다]

EcoRI 접착성 말단 5를 가진 trp 프로모터-오퍼레이티 함유 유전자는 다음에 설명하는 방법으로 동정(同定)하였는데, 여기에는 프로모터-오퍼레이티 삽입시 테트라사이클린 내성으로 되는 테트라사이클린 감수성 플라스미드 6의 삽입이 수반된다.

B. trp 포로모티-오퍼레이터 조절하에 테트라사이클린 내성을 표현하는 플라스미드 pBRHtrp의 형성과 상기 A항에서 단리된 DNA 단편 5를 함유하는 trp 프로모터-오퍼레이터의 동정 및 증폭

플라스미드 pBRH1(6)[아르. 아이. 로드리구에즈와 그의 공동 연구자의 논문, (1979)]은 엠피실린 내성을 표현하며 테트라사이클린 내성을 위한 유전자를 포함하지만, 관련된 프로모터가 없으므로, 그 내성을 표현하지는 않는다. 그러므로, 이 플라스미드는 테트라사이클린 감수성이다. EcoRI 부위에 프로모터-오퍼레이터계를 도입시킴으로써, 그 플라스미드는 테트라사이클린 내성으로 만들 수 있다.

pBRH1은 EcoRI에 의해 소화가 일어나며, 이 효소는 페놀 추출에 이은 클로로포름 추출로 제거되고 에탄올 침전 후에 물에서 회수하였다. 그 결과로 얻은 DNA 분자 7은 별도의 반응 혼합물 중에서 상기 A항에서 얻은 세 개의 DNA 단편의 각각과 조합되며, 앞서 말한 T₄DNA 리가제와 결찰시켰다. 그 반응 혼합물 내에 존재하는 DNA는 표준 기법[브이. 허쉬필드와 그의 공동 연구자의 논문, Proc Nat'l Acad Sci USA 71, 3455-3459(1974)]에 의하여 반응성 E. coli K-12 균주 294[케이. 바크만과 그의 공동 연구자의 논문, Proc Nat'l Acad Sci USA, 73, 4174-4198(1976)]를 형질 변환시키는 데 사용하고, 그 박테리아는 20㎍/ml의 염피실린과 5㎍/ml의 테트라사이클린을 함유하는 LB 평판 위에 도말시켰다. 여러 개의 테트라사이클린 내성 콜로니들을 수집하여 플라스미드 DNA를 단리시키고 제한 효소 분석법에 의하여 목적하는 단편의 존재를 확인하였다. 그 결과 얻은 pBRHtrp로 표시되는 플라스미드 8은 앰피실린 내성을 부여하는 β-락타아제를 표현하며, 프로모터-오퍼레이터를 포함하면서 trp 리더의 처음의 6개의 아미노산 및 trp E 폴리펩티드(이 폴리펩티드 LE'로 표시된다)의 거의 마지막 3번째의 폴리펩티드의 융합체로 이루어진 제1단백질과, trp D 폴리펩티드(이 폴리펩티드는 D'로 표시된다)의 거의 처음 절반에 대응하는 제2단백질 및 테트라사이클린 내성 유전자에 의하여 암호가 주어진 제3단백질을 암호화하는 DNA 단편을 함유한다.

C. 각종 최종 산물인 폴리펩티드를 위한 클로닝 유전자와, 그 최종 산물 및 특이적으로 분열시킬 수 있는 trp D 폴리펩티드 전구체로 이루어진 융합 단백질인 이를 유전자의 표현 방법(제2도).

플라스미드 pBRHtrp로부터 trp 프로모터-오퍼레이터와, LE' 및 D' 폴리펩티드를 위한 코돈으로 이루어진 DNA 단편을 얻고, 이 단편을 목적하는 각종 폴리펩티드를 위한 구조 유전자를 함유하는 플라스미드에 삽입시켰다. 다음은 소마토스타틴의 경우를 예로 든 것이다(제2도).

pBRH trp를 EcoRI 제한 효소로 소화시키고, 그 결과 얻은 단편 5를 PAGE 및 전기 용출법으로 단리시켰다. EcoRI 소화 처리한 플라스미드 pSom 11[케이. 이타구라와 그의 공동연구자의 논문, Science 198, 1056(1977) 및 영국 특허공고 제2,007,676A]을 그 단편 5와 조합시켰다. 이 혼합물을 전술한 T₄DNA 리가제와 결합시켜 얻은 DNA를 앞에서 설명한 방법과 형질 변화시켜 E. coli K-12 균주 294를 얻었다.

형질 변환 박테리아들은 앰피실린 함유 평판 위에서 선택하였다. 이 결과로 얻은 앰피실린 내성 콜로니들은 P³²로 방사능 표시를 붙여 놓은 pBRNtrp로부터 단리시킨 trp 프로모터-오퍼레이터 함유 단편 5를 탐침으로 사용하는 클로니 혼성화법[엠. 그루엔스 타인과 그의 공동연구자의 논문, Proc. Nat'1. Acad,Sci. USA, 72, 3951-3965(1975)]에 의하여 선별시켰다.

콜로니 혼성화에 의하여 양성(陽性)을 나타내는 각종 콜로니들을 선택하여, 플라스미드 DNA를 단리시키고, 증복 소화에서 제한 효소 BglII 및 BamHi를 사용하는 제한 효소 분석법에 의하여 삽입된 단편들의 배향성(配向性)을 측정하였다.

목적하는 배향성의 trp 프로모터-오퍼레이터 단편을 가진 pSOM7 Δ2로 약칭되는 플라스미드를 함유하는 E. coli 294는 10㎍/ml의 앰피실린을 함유하는 LB 배지에서 생장시켰다. 그 세포들은 o. d. 1(550nM에서)까지 생장시키고 원심분리로 수집한 다음, M9 배지에서 10배의 희석률로 재희석하였다. 이들 세포를 2-3시간 동안 다시 o. d. 1까지 생장시킨 다음, 용군시켜서 총세포 단백질을 SDS(도데실 황산나트륨) 요소(15%) 폴리아크릴아미드게루전기영등법[제이. 브이. 마이젤 주니어와 그의 공동 연구자의 논문, Meth Viral 5, 180-246(1971)]에 의하여 분석하였다.

제3도는 각종 배양물로부터의 총 단백질이 크기별로 분리된 단백질 겔 분석치를 나타내고 있다. 각 밴드의 밀도는 각 단백질이 존재하는 함량을 반영하는 것이다. 제3도에 있어서 1열과 7열은 대조열이며 비교 기준으로 삼은 미리 측정된 크기의 다양한 단백질로 이루어져 있다. 2열과 3열은 플라스미드 pSom7 Δ2로 형질 변환시키고 각각 LB(2열) M9(3열) 배지에서 생장시킨 E. coli 294 콜로니로부터의 세포 단백질들을 따로 보여주고 있다. 4열과 5열은 플라스미드 pThα 1으로 부터 시작하여 공지된 방법(1980년 2월 28일자로 출원된“티모신 알파 1 제조 방법”이라는 명칭의 로베르토 크레아와 로날드 비. 웨첼의 미합중국 특허 출원을 참조, 그 내용은 이 명세서에서 참고로 인용하였음)에 의하여 얻은 티모신 표현 플라스미드인 플라스미드 pThα7 Δ2로 형질 변환시킨 유사한 세포들로부터 얻은 세포 단백질을 따로 보여주고 있다.

4열은 LB 배지에서 E. coli 294/pThα7 Δ2에서 얻은 세포 단백질을 분리한 것이고, 5열은 M9 배지에서 자란 동일한 변환주에서 얻은 세포 단백질을 분리한 것이다. 또 다른 대조열인 6열은 LB 배지에서 자란 E. coli 294 pBR322의 단백질 무늬이다.

대조열에 대한 비교 결과는, 3열 및 5열에 있는 두 개의 가장 뚜렷한 밴드의 최상부의 밴드들은 D' 폴리펩티드와, 소마토스타틴 및 티모신 각각으로 구성된 융합 단백질을 표현하는 경우에 예상되는 크기의 단백질이라는 사실을 보여주고 있다(다른“뚜렷한”밴드들은 감쇠인자의 결실에 기인하는 LE' 폴리펩티드를 나타낸다). 제3도는 트립토판이 풍부한 배지에서 표현은 억제되지만, 트립토판이 결핍된 조건하에서는 억제가 제거된다는 사실을 확인하여 주고 있다.

D. 호르몬 산물의 시아노겐 브로마이드 분열 및 방사능 면역 평가법.

티모신과 소마토스타틴의 양자의 경우에, 전체 세포 단백질을 시아노겐 브로마이드로 분열시키고, 그 분열 산물을 회수하여 건조한 후에 완충액에 재현탁시키고 방사능 면역 평가법에 의하여 분석함으로써, 소마토스타틴과 티모신의 각각에 면역학적으로 동일한 산물의 표현을 확인하였다.

시아노겐 브로마이드 분열은 디. 브이. 괴델과 그의 공동 연구자의 논문, Proc. Nat'l Acad. Sci, USA 76. 106-110(1979)에 기재된 바와 같다.

II. trp 프로모터-오퍼레이터계의 조절하에 이형 유전자를 직접 표현하기 위한 플라스미드의 형성

직접 표현법에는 trp 오페론의 모든 조절 요소로부터 먼 거리에 있는 유일한 제한 부위를 갖는 플라스미드의 형성을 수반하는데, 이 오페론 내에 이형 유전자가 trp 리더 서열 대신에 클론되어 들어갈 수 있고, 또 그 trp 리더 플리펩티드의 리보오솜 결합 부위에 대하여 적절히 격리될 수 있다.

플라스미드 pSOM7 Δ2 10㎍을 EcoRI로 분열시켜서, 트립토판 유전요소를 함유하는 DNA단편 5를 PAGE 및 전기 용출법으로 단리시켰다. 이 단편 2㎍을 제한 엔도뉴클리아제 Taq I, 2 단위로 37℃에서 10분간 소화시켜서 각 분자에서 약 5개의 Taq I 부위 중 단지 평균 한의 부위만이 분열되도록 하였다.

이와 같이 부분적으로 소화처리한 단편의 혼합물을 PAGE로 분리하여 하나의 EcoRI 말단과 하나의 Taq I 말단을 갖는 약 300개의 염기쌍 단편 12(제4도)들을 전기 용출법으로 단리시켰다. 대응하는 Taq I 부위는 전사 개시 부위와 번역 새기 부위 사이에 위치하며, trp 리더 펩티드의 ATG 코튼으로부터 상부에 있는 5개의 뉴클레오티드이다. 이 부위 주위의 DNA 서열은 제4도에 나타나 있다. 기재된 절차에 의하여, trp 오페론의 모든 조절 요소, 즉 프로모터-오퍼레이터계, 전사개시 신호, 그리고 trp 리더 리보오솜 결합 부위를 갖는 하나의 단편이 단리될 수 있다.

그 결과 얻은 trp 리더 서열을 위한 번역 개시 신호에 인접하는 단편의 제3말단에 있는 Taq I 잔기는 이어서 제5도에 도시한 바와 같이 XbaI 부위로 전환시켰다. 이것은 위에서 얻은 단편 12를 유일한(즉, 단지 하나뿐인) EcoRI 부위와 유일한 XbaI 부위를 갖는 플라스미드에 결찰시킴으로써 수행된다. 이 목적을 달성하려면, 반드시 법플리콘, 내항균성과 같은 선택 가능한 표지, EcoRI, XbaI 및 BamHI 부위가 차례로 포함된 것이면 어떠한 플라스미드로 사용할 수 있다. 그러므로, 예턴대 플라스미드의 유일한 Hind Ⅲ 부위에서 Hind Ⅲ으로 분열시킨 다음, 그 결과 생기는 접착성 말단들을 단일 가닥의 특이적 뉴클레아제 소화시키고, COTCTAGAGG와 같은 인식 부위가 포함된 자가 어니일링 이중 가닥의 합성 뉴클레오티드의 평활 말단 결찰에 의하여, pBR 322의 EcoRI 부위와 BamHI 부위 사이에 예컨대, XbaI를 도입시킬 수 있다{에프. 볼리바와 그의 공동 연구자의 논문, Gene, 2, 95-119(1977)].

별법으로서는, 이 경우에서와 마찬가지로, EcoRI와 BamHI 분열 잔기 사이에 단일한 Xbal 부위가 들어 있는, 따라서 공지의 방법으로 자연 유도된 DNA단편을 사용하여도 좋다. B형 간염의 비루스성 게놈의 EcoRI 및BamHI 소화산물을 얻고, 이것을 플라스미드 PCH6[디. 브이. 괴델과 그의 공동연구자와의 논문, Nature, 281, 5444(1979)]의 EcoRI 및 BamHI에 클론시켜서 플라스미드 pHS32를 형성시켰다. 플라스미드 pHS32는 Xbal로 분열시켜서 페놀 추출 및 클로로포름 추출시킨 다음, 예탄올 침전시켰다 이어서, 0. 1mM의 dTTP와 0.1mM의 dCTP를 함유하는 30μl의 폴리머타제 완충액(50mM 인산칼륨, pH7.4, 7mM MgCI₂, 1mM -β 메르캅토에탄올)중의 1μl의 E. coli 폴리머라제 I, 클레노우 단편(베링거-만하임)을 사용하여 0℃에서 30분간, 이어서 37℃에서 2시간 처리하였다. 이 처리에 의하여 Xbal 분열 부위의 돌출 말단에 상보성인 4개의 뉴클레오티드 중 2개가 다음과 같이 채워지는 결과를 얻는다.

두 개의 뉴클레오티드, dC 및 dT는 하나의 말단을 이루면서 두 개의 5' 돌출 뉴클레오티드와 결합하였다. 플라스미드 pHS 32의 이 선형 잔기(페놀 및 클로로포름 추출과 에탄올 침전후의 물에서의 회수후에)는 EcoRI로 분열시켰다. 대형 플라스미드 단편 13은 PAGE에 의하여 보다 작은 EcoRI-XbaI 단편으로부터 분리하여 전기 용출법으로 단리시켰다. (0. 2㎍)으로부터의 이 DNA 단편은 앞에 기재한 것과 유사한 조건하에 제5도에 도시한 바와 같이 트립토판 오페론의 EcoRI TaqI 단편(∼0. 01㎍)에 결찰시켰다. 이 공정에서, TaqI 돌출 말단은 그것이 완전히 와트손-크리크 염기 짝짓기를 이루지 않는다 하드라도 다음과 같이 돌출 말단을 잔류시키는 XbaI에 결찰된다.

이 결찰 반응 혼합물의 일부는 상기 I 항에서와 같이 E. coli 294 세포로 형질 변환시키고, 열처리하여 앰피실린 함유 LB 평판 위에 도말시컸다. 24개의 콜로니들을 선택하여, 3ml의 LB 배지에서 생장시킨 다음, 플라스미드를 단리시켰다. 이 중에서 6개는 E. coli로 촉매된 DNA 수복(修復, repair) 및 복제(replication)를 경유하여 재생된다는 것이 밝혀졌다.

이들 플라스미드는 또한 EcoRI 및 HpaI의 두 가지 모두에 의해 분열되며 기대되는 제한 단편을 산출시킨다는 사실이 밝혀졌다. pTrp 14로 표시된 하나의 플라스미드 14는, 다음에 기재하는 바와 같이, 이형 플라펩티드의 표현에 사용되었다.

플라스미드 pHGH(제6도의 18, 디. 브이. 괴델과 그의 공동 연구자의 논문, Nature, 281, 544, 1979i)는 합성 DNA 단편으로부터 얻은 23개의 아미노산 코돈과 인체성장 호르몬 메신저 RNA의 역전사(reversetranscription)를 통하여 산출시킨 상보성 DNA로부터 얻은 163개의 아미노산 코돈으로 구성된 인체 성장 호르몬 유전자를 포함하고 있다. 이 유전자 12는, 인체 성장 호르몬의“프리(pre)”서열의 코논이 결핍된 것이기는 하지만, 하나의 ATG 번역 개시 코돈을 포함하고 있다.

이 유전자는 앞에서 설명한 바와 같이 EcoRI 처리에 이어 E. coli 플리머라제 I 클레노우 단편과I dTTP및 dATP로 처리한 후에, 10㎍의 pHGH 107로부터 단리시켰다. 페놀 및 클로로 포름 추출에 이어 에탄올 침전을 행한 후에, 그 플라스미드를 BamHI로 처리하였다(제6도 참조). 인체 성장 호르몬("HGH") 유전자 함유 단편 21은 PGA에 이어 전기 융출법으로 단리시켰다.

그 결과 얻은 DNA 단편은 또한 테트라사이클린 내성 구조 유전자의 처음의 350개의 뉴클레오티드를 함유하고 있으나, 테트라사이클린 프로모티-오퍼레이터계가 결핍되어 있으므로, 계속하여 표현 플라스미드내에 콜론시킬 때에는, 삽입물을 함유하는 플라스미드는 테트라사이클린 내성 회복에 의하여 위치시킬 수 있다. 상기 단편 21의 EcoRI 말단은 클레노우 폴리머라제 I 공정에 의하여 채워졌기 때문에 그 단편은 하나의 평활 말단과 하나의 접착 말단을 가지며, 후에 표현 플라스미드 내에 삽입시킬 때 적절한 배향이 보장된다.

다음에, 앞에서 얻은 HGH 유전자 함유 단편을 수용하기 위한 표현 플라스미드 pTrp14를 생산하였다. 따라서, pTrp14는 소화 처리된 XbaI이었으며, 그 결과 얻은 접착 말단들은 dATP, dTTP, dGTP 및 dCTP를 사용하는 클레노우 폴리머라제 I 공정에 의하여 채웠다. 피롤 및 클로로포름 추출과 에탄올 침전후에 얻은 DNA16을 BamHI로 처리하고, 그 결과 생긴 대형의 플라스미드 단편 17은 RAGE와 전기 용출법으로 단리시켰다. 이 pTrp14결핍 단편 17은 하나의 평활 말단과접착 말단을 가지며, 전술한 단편 21을 포함하는 HGH 유전자와 적당한 배향으로 제조합될 수 있다.

이 HGH 유전자 단편 21 및 pTrp14 ΔXba-BamHI단편 17은 앞에 기재하였던 바와 유사한 조건하에 서로 조합하여 결찰시켰다. XbaI와 EcoRI 단부 내에 채워진 것들은 평활말단 결찰에 의하여 서로 결찰시켜서 XbaI 부위와 EcoRI 부위의 두 가지 부위를 재형성시켰다.

또한, 이 구성은 테트라사이클린 내성 유전자를 재형성시킨다.

플라스미드 pHGH 107은 HGH 유전자 [라크 프로모터(lac promotor)]로부터 상단에 놓인 프로모터로부터의 테트라사이클린 내성을 표현하므로, pHGH 207로 나타내는 이 구성 22는 트립토판 프로모터-오퍼레이터의 조절하에 테트라사이클린 내성 유전자의 표현을 가능하게 한다. 그러므로, 그 결찰 혼합물을 E . coli 294로 형질 변환되며 콜로니들은 5㎍/1의 테트라사이클린이 함유된 LB 평판 위에서 선택되었다.

플라스미드 pHGH 207로부터 얻은 인체 성장 호르몬의 직접 표현을 확인하기 위해서는, 10㎍/ml의 앰피실린을 함유하는 LB 배지에서 o. d. 1가지 생장시키고 M9배지에서 1대 10으로 희석하여 다시 o. d. 1까지 생장시킨 E. coli 294/pHGH 207유도한 전체 세포 단백질을 상기 I항의 경우와 같이 SDS 겔전기 영동시키고, 다른 것들에 의하여 이미 표현된 인체 성장 호르몬에 대하여 얻은 유사한 전기 영동 데이타와 비교하였다[디. 브이. 괴델과 그의공동 연구자의 논문, Nature 281,544(1979)]. 제7도는 그 결과 얻은 염색된 겔의 사진으로서, 여기서 1열과 7은 여러 가지 알려진 크기의 단백질 표지를 포함하고, 2열은 E. coli균주 294 pBR322의 전체 세포 단백질을 분리하는 대조 물질이며, 3열은 LB배지에서 생장시킨 E. coli 294/pHGH322의 전체 세포 단백질을 분리하는 대조 물질이며 3열은 LB배지에서 생장시킨 E. coli 294/pHGH 107로부터 얻은 단백질을 분리한 것이고, 4열은 M9 배지에서 생장시킨 E. coli 924/pHGH107로부터 얻은 단백질을 분리한 것이며, 5열은 LB 배지에서 생장시킨 E. coli 294/pHGH 207로부터 얻은 단백질을 분리한 것이고, 6열은 M9 배지에서 생장시킨 E. coli 294/pHGH 207로부터 얻은 단백질을 분리한 것이다. 6열에서 진한 밴드는, 2-4열에서의 유사한 밴드와의 비교에 의하여 알 수 있는 바와 같이, 인체 성장 호르몬이다. 본 발명에 의하여 예상되는 바와 같이, 균주 E. coli 294/pHGH 207은 트립토판이 풍부한 LB배지에서 생장시 트립토판 프로모터-오퍼레이터 상호 작용 때문에 인체 성장 호르몬 생산량이 적으며, M9 배지에서 생장시에는 라크(lac) 프로모티-오퍼레이터계에 대한 보다 강한 트립토판 프로모터-오페레이터계의 유도 때문에 E. coli 294/pHGH 107보다 다량의 HGH를 생산한다.

III. 트립토판 프로모터-오퍼레이터 조절하에 이형 유전자를 직접 표현하기 위한 표현 유전자의 형성.

앞에서의 항에서 형성시킨 플라스미드 pHGH 207을 사용하여 트립토판 오페론(결실된 감쇠 소자를 가짐)의 조절 소자가 함유돈 DNA단편을 얻고, 여러 가지 구조 유전자 삽임루의 직접 표현에 적함한 플라스미드“표현 백터(expression vector)”를 형성하켰다. 일반 표현 플라스미드의 형성 방법에는 앞에 말한 I항에 사용하였던 EcoRI 소화플라스미드 pBRHI에서의 EcoRI소화 및 삽입에 의하여 pHGH 207로보터 트립토란 조절역을 제거하는 과정을 포함시켰다. 앞에서 이미 알 수 있는 바와 같이, pBRHL는 테트라사이 클린 내성 유전자를 함유하는 앰피실린 내성 플라스미드이지만, 적절한 프로모터-오퍼레이터계가 존재하지 않기 때문에 테트라사이클린 감수성이다. 그 결과 얻은 프라스미드 pBRHI는 테트라사이 클린 내성 유전자를 함유하는 앰피실린 감수성이다. 그 결과 얻은 플라스미드 pHKY 1(그 구성 아래에서 더 상세히 설명되고 제8도에 도시되어 있음)은 앰피실린 내성과 테트라사이클린 내성을 모두 가지고 있으며, 오퍼레이터로부터 먼 위치에 단일한 XbaI부위를 가지고 있다. 트립토판 프로모터-오어레이터와 단일한 XbaI 부위는 그 프로코너-오퍼레이터-XbaI 함유 단백질을 제거하여 다른 구조 유전자 함유 플라스미드에 삽입시킬 수 있도록 EcoRI 부위에 의하여 결합된다. 별법으로서는, 이형 구조 유전자들은 XbaI 부위또는(부분적인 EcoRI 소화 후에) 트립토판 조절역으로부터 먼 위치에 있는 EcoRI 부위의 어느 부위에든지 삽입시킬 수 있고, 그 어느 경우에나 트립토판 프로모터-오퍼레이터계의 조절하에 이루어지게 된다.

플라스미드 pHGH 207은 소화 처리된 EcoRI이었으며, EcoRI 단편 23을 함유하는 trp 프로모터는 PAGE에 이은 전기 용출법으로 회수하였다.

플라스미드 pHRHI은 소화 처리된 EcoRI이었으며, 그 분열 말단들은 박테리아의 알칼리성 포스파타제("BAP")(1㎍, 50mM t.is pH 8 및 10mM MgCI2 중에서 65℃에서 30분간)로 처리하여 돌출된 EcoRI 단 위에 있는 포스페이트기들을 제거하였다. 과잉량 박테리아의 알칼리성 포스파타제는 페놀 추출, 클로로포름 추출 및 에탄올 침전에 의하여 제거하였다.

이 때 생산된 선형 DNA 7a는, 그의 돌출 말단 위에 포스페이트가 없기 때문에, 상보적 접착 말단들이 포스포릴화 되지만 그 자체가 다시 환상화되지 않게되는 삽입물들만을 결찰시에 수용하게 되며, 그 삽입물들을 함유하는 플라스미들을 더욱 용이하게 선별시켜 준다. pHGH 207로부터 얻은 EcoRI 단편과 pBRHI로부터 얻은 선형 DNA는 앞에서 설명하고 결찰시킨 바와 같이, T4 리가제의 존재하에 조합시켰다. 그 결과 얻은 혼합물의 일부를 앞에서 설명한 바와 같이 E. coli 및 XbaI를 사용하여 제한 엔도뉴클레아제 분석법으로 DNA 삽입물의 존재를 조사하였다. 그 삽입물을 함유하는 하나의 플라스미드를 pHKYI이라 명명하였다.

Ⅳ. trp리터 펩티드의 6개의 아미노산과 마지막 세번째의 trp E 폴리펩티드(LE')로 이루어진 특이적으로 분해 가능한 융합 단백질을 표현할 수 있는 트립토판 오페론이 함유된 플라스미드와 이형 구조 유전자 산물의 형성 LE'융합 단백질 표현 플라스미드의 형성 방법에는 다음의 과정들이 포함되었다.

a). 암호를 정하는 가막의 제5' 및 제3'말단에 각각 BgI II 및 EcoRI 접착 말단을 갖는 LE' 플리펩티드의 원위역 코돈들로 이루어진 유전자 단편의 제공

b). LE' 유전자 단편의 원위역으로부터의 코돈과 플라스미드 SOM 7 L2로부터의 trp 유전자 코돈의 소거와, 소마토스타틴의 이형 유전자 코든 서열로보터 바로 위에 있는 LE'코폰서열을 재고성하는, 제13단계에서 형성된 단편의 삽입.

제9(a)도를 보면, 플라스미드 pSoM 7 Δ2는 Hind III 소화 처리한 다음 LE' 암호화 영역 내에서 BgI II제한 부위를 지나 소화를 일으키도록 선택된 조건하에 람다(λ) 엑소뉴클레아제(5'→3'엑소뉴클레아제)로 소화 처리하였다. Hind III-소화 처리된 pSOM 7 Δ2 20㎍을 완충액 [20mM 글라이신 완충액, pH 9. 6 1mM β-메르캅토에탄올]에 용해시켰다. 그 결과 얻은 반응 혼합물을 람다 엑소뉴클레아제 5단위를 사용하여 실온에서 30분간 처리하였다. 여기서 얻은 반응혼합물을 페놀 추출, 클로로포름 추출시킨 다음, 에탄올로 침전시켰다.

마지막으로, LE' 유전자 단편의 원위 말단에 EcoRI 잔기를 형성하기 위하여 개선된 포스프트리에스테르 법으로 프라이머 32 pCCTGTGEATGAT[아르, 크레아와 그의 공동 연구자와 논문, Proc. Nat'1 Acad, Sci, USA, 25,5765(1978)]를 합성하고, 이것을 람다 엑소뉴클레아제 소화에서 얻은 LE' 유전자 단편의 단일 가닥 말단에 혼성화시켰다.

플라스키드 pSOM 7 _2의 람다 엑소뉴클레아제 처리 Hind III 소화산물 20㎍을 물 20μl에 용해시키고, 앞에 말한 5'-포스포릴화 올리고 뉴클레오티드 약 80피코몰을 함유하는 용액 6㎍과 혼합하였다. 이 합성 단편을 LE' 암호 서열의 3'말단에 혼성화시키고, 그 LE' 단편의 나머지 단일 가닥 부분은 dATP, dTTP, dGTP 및 dCTP를 사용하여 전술한 콜레노우 플리머라제 I로 채웠다.

그 반응 혼합물을 50℃까지 가열하여 10℃로 서서히 냉각시킨 다음, 클레노우 효소 4μl를 첨가하였다. 15분간 실온에서 품온시키고, 이어서 30℃에서 30분간 품온시킨다음, 0. 25몰 EDTA 5μl를 첨가함으로써 반응을 종결시켰다. 이 반응 혼합물을 페놀 추출 및 클로로포름 추출시키고, 에탄올로 침전시켰다. 계속하여 DNA를 제한 효소 Egl II로 분열시켰다. PAGE로 단별들을 분리시켰다. 그 겔로부터 얻은 오토라디오 그램(autoradiogram)은 약 470 bp의 예상된 길이의 32P 표지를 붙인 단편을 나타내었는데, 이것은 전기 용출법으로 분리시켰다. 개략적으로 설명한 바와 같이, 이 단편 LE(d)는 프라이머의 첫 머리와 일치하는 Egl II와 평활 단편을 갖는다.

위의 I(C)항에서 기재한 플라스키드 pThα 1은 5' 암호 가닥 말단에서 EcoRI부위로, 그리고 3'말단에서 EamHI 부위로 클론된 티모신 알파 1의 구조 유전자를 운반한다. 제9도에 도시한 바와 같이, 티모신 유전자에도 마찬가지로 Egl II 부위가 있다. 플라스미드 pThα 1도 역시 앰피실린 내성을 부여하는 유전자를 포함하고 있다. 위에서 얻은 LE(d) 단편을 수용할 수 있는 플라스미드를 형성하기 위하여, pThα 1을 EcoRI 소화 처리한 다음 dTTP 및 dATP를 사용하여 클레노우 폴리머라제 I과 반응시켜서 EcoRI 잔기들을 평활화시켰다. 그 결과로 얻은 산물을 Egl II소화시켜서 앰피실린 내성 유전자가 함유된 선형 DNA 단편 33을 형성시키고, 그 반대쪽 말단에는 접착 말단을 Egl II 잔기 및 평활 말단을 형성시켰다. 그 생성 산물을 T4 리가제의 존재하에 Egl II 접착 말단 및 평활 말단을 함유하는 LE'(d)와 반응시켜서 환상화시킴으로써, 플라스미드 pTrp 24를 얻을 수 있었다.(제9b도). 이와 같이 함에 있어서, EcoRI 부위는 평활 말단에 결찰이 일어나는 위치에서 재형성된다.

제10도에 의하면, Bgl II 및 EcoRI에 의한 pTrp 24의 연속된 대사에 이은 PGA 및 전기 용출에 따라 3' 암호 말단에 인접한 Bgl II 접착 말단과 EcoRI 접착 말단이 있는 LE'(d) 폴리펩티드 코돈을 가진 단편이 산출된다. 이 LE'(d) 단편 38은 플라스미드 pSOM7 Δ2의 Bgl II 부위 내에 클로운되어, 제10도에 도시한 바와 같이 트립토판 프로모터-오퍼레이터의 조절하에 표현된 LE' 폴리펩티드/소마토스타틴 융합 단백질을 형성할 수 있다. 이와 같이 하는 데에는, (1) 제10도에 도시한 바와 같이, 트립토판 프로모터-오퍼레이터에 대하여 먼 쪽의 EcoRI를 분열시키기 위한 pSOM7 Δ2의 부분 소화 및 (2) 코돈 해독 프레임(codon reading frame)을 적절히 유지하고 EcoRI 분열 부위를 재형성하기 위한 프라이며 서열의 적절할 선택(제9도)을 요한다.

그리하여, 플라스미드 pSOM7 _2의 16μl을 완충액 (20mM tris, pH7. 5, 5mM MgCl2, 0. 02NP4O 세정제(detergent) 100mM NaCl) 200μl에 희석하여 EcoRI 0. 5 단위로 처리하였다. 37℃에서 15분 후에, 그 반응 혼합물을 페놀 추출, 클로로포름 추출하여 에탄올에서 침전시킨 다음, Bgl II에서 소화 처리하였다. 그 결과 생산되는 큰 단편 36은 PAGE법에 이어 전지 용출법으로 단리시켰다. 이 단편은 LE'폴리펩티드의 기부(基部, proximal) 말단 코돈들“LE' (p)”, 즉 Bgl II 부위로부터 상단의 코돈들을 포함하고 있다. 단편 36은 T4 리가제의 존재하에 단편 38에 결찰됨으로써, 플라스미드 pSOM7 _2를 형성하며, 이것은 전술한 바와 같이 형질 변환되어 E. coli 균주 294립토판 프로모터-오퍼레이터의 조절하에 충분히 재구성된 LE' 폴리펩티드 및 소마토스타틴으로 이루어진 융합 단백질을 효율적으로 생산하였다. 융합 단백질(이 융합단백질로부터 소마토스타틴이 서열의 5' 말단에서 메티오닌의 존재하에 특이적으로 분할될 수 있다)은 앞에 말한 SDS 폴리아크릴아마이드 겔 전기 영동법에 의하여 분리시켰다. 이 융합 단백질 산물은 후술하는 Ⅴ항에서 더 상세히 논의할 제11도의 6열에서 가장 현저한 밴드로 나타나 있다.

Ⅴ. 트립토판 프로모터-오퍼레이터의 조절하에 테트라사이클린 내성이 부여되어 있는 trp LE' 폴리펩티드 융합체를 위한 표현계의 형성

트립토판 오페론의 조절하여 trp LE' 융합 단백질로서 표현하기 위한 광범위한 이형 폴리펩티드 유전자를 수용할 수 있는 표현 매체의 형성 방법에는 다음의 특징을 갖는 풀라스미드의 형성이 포함된다.

1. 테트라사이클린 내성을 특정하는 유전자를 조절하는 프로모터-오퍼레이터계가 부여된 경우에 상실된 테트라사이클린 내성.

2. 테트라사이클린 내성을 조절하는 프로모터-오퍼레이터계의 제거 및 적합한 해독 단계에서 이형 유전자 및 트립토판 프로모터-오퍼레이터계로의 결찰에 의한 환상화와 그에 따른 테트라사이클린 냇엉의 회복과 그 이형 유전자 삽입물을 함유하는 플라스미드의 동정허용.

간추려 말해서, 그리고 계획된 삽입물의 성질과 일치시켜서, 그 목적은 프로모터-오퍼레이터계의 조절하에 둘때 테트라사이클린 내성을 특정할 수 있는 유전자를 결합시키면서, 3' 말단에는 Pst 잔기, 5' 말단에는 Bgl II 잔기가 있는 선형의 DNA조각을 형성하기 위한 것이었다.

그리하여, 제12도에 의하면, 폴라스미드 pBR 322는 Hind III 소화산물이며, 이어서 돌출 Hind III 말단은 Sl 뉴클레아제 소화산물이었다. Sl 뉴클레아제 소화에는 Sl 완충액(0. 3 M NaCl, 1mM ZnCl2, 25mM 아세트산나트륨, pH4. 5) 30μl 중의 Hind III 분열 pBR322 10㎍을 15℃에서 30분간 300단위의 Sl 뉴클레아제로 처리하는 단계가 포함되어 있다. 그 반응은 30×Sl 뉴클레아제 종결 용액(0. 8M tris 염기, 50mM EDTA) 1μl를 첨가시킴으로써 종결시켰다. 이 반응 혼합물을 페놀 추출, 클로로포름 추출및 에탄올 침전에 이어, 전술한 바와 같이 EcoRI로 소화시키고, PAGE 및 전기 용출법에 의해 큰 단편 46을 얻었다. 이 단편은 첫번째 EcoRI 접착 말단과, 두번째로는 그의 암호 가닥이 뉴클레오티드 티미딘에서 시작되는 평활 말단을 갖는다. 뒤에서 알 수 있는 바와 같이, 티미딘에서 시작하는 Sl 소화산물인 Hind III 잔기는 클레노우폴리머라제 I로 처리한 Bgl II 잔기에 결합될 수 있으므로, 결찰시에 Bgl III 제한 부위를 재구성할 수 있다.

전술한 I항에서 제조한 폴라스미드 pSOM7 Δ2는 Bgl II 소화산물이며, 그 결과 생긴 Bgl II 접착 말단들은 네 개의 데옥시뉴클레오티드 트리코스페이트를 전부 사용하는 클레노우 폴리머라 제1공정에 의해 이중 가닥을 이루게 되었다. 그 결과 얻은 산물을 EcoRI 분열시킨 다음, 작은 단편 42를 RAGE 및 전기 용출시켜 트립토판 프로모터-오퍼레이터와 Bgl II 부위로부터 상단의 LE'“기부”서열[LE'(p)]의 코돈을 갖는 선형의 DNA 조각을 얻었다. 이 산물은 Bgl II 부위를 채움으로써 생긴 하나의 EcoRI 말단과 하나의 평활 말단을 가지고 있다. 그러나, Bgl II 부위는 단편 42의 평활 말단을 단편 46의 평활 말단에 결찰시킴으로써 재구성된다. 따라서, 이들 두 개의 단편들은 T4리가제의 존재하여 결찰되어 재환상화된 플라스미드 pHKY 10을 형성하였는데(제12도 참조), 이것은 관련된 E. coli 균주 294 세포로의 형질 변환에 의하여 전파되었다. 재조합 플라스미드 pHKY 10을 나타내는 테트라사이클린 내성 세포들은 생장시키고, 플라스미드 DNA는 이어서 Bgl II 및 Pst로 추출 및 소화 처리한 다음, PGA는 전기 용출법으로 단리시켜서 Pst와 Bgl II 전착 말단들은 갖는 선형 DNA 조각인 큰 단편을 얻었다. 이 DNA 단편 49는 복제원(複製源)을 포함하고 있으며, trp LE' 폴리펩티드 융합 단백질의 암호를 정하는 유전자와 테트라사이클린 내성 유전자가 모두 trp 프로모터-오퍼레이터에 의하여 조절되는 플라스미드를 형성함에 있어서 1차적 구성 성분으로서 유용하다는 것이 밝혀졌다.

상기 Ⅳ항에서 제조한 플라스미드 pSOM7 Δ2Δ4를 조작하여 광범위한 이형 구조 유전자를 수용할 수 있는 계의 2차 구성 성분을 제공할 수 있다. 제13도에 의하면, 그 플라스미드는 부분적인 EcoRI 소화처리된 다음(Ⅳ항 참조), 이어서 Pst 소화처리하고, trp 프로머터-오퍼레이터를 함유하는 단편 51은 PAGE 및 전기 용출법으로 단리시켰다. 부분적인 EcoRI 소화물은 소마토스타틴 유전자의 5' 말단에 근접하여 분할되지만, 앰피실린 내성 유전자와 trp 프로모터-오퍼레이터 사이에 존재하는 EcoRI 부위에서는 분열 되지 않는 단편을 얻는데 필요하였다. apR유전자 내에서 절단된 Pst I에 의하여 상실된 앰피실린 내성은 단편 51에 의한 결찰시 회복되었다.

제1예에 있어서, 제3구성 성분인 티모신 알파 1의 구조 유전자는 플라스미드 pThα1의 EcoRI 및 BamHI소화에 의하여 생산하였다. 단편 52는 PAGE 및 전기 용출법으로 정제시켰다.

이들 세 가지 유전자 단편, 49, 51 및 52,는, 제13도에 도시한 바와 같이, 서로 적절한 배향 위치로 결찰시켜서 앰피실린 및 테트라사이클린 내성을 회복시킬 이유로 선택될 수 있는 플라스미드 pThα7 Δ1 Δ4 를 형성하였다. 이 플라스미드는 형질 변환되어 EcoRI 및 BamHI 말단을 가진 다른 이형 구조 유전자들을 이와 유사하게 pHKY10에서 유도된 성분 및 pSOM7 Δ2Δ4에서 유도된 성분과 결찰시켰을 때, 마찬가지로 이들 이형 유전자가 암호를 정하는 폴리펩티드가 들어 있는 trp LE' 폴리펩티드 융합 단백질을 효율적으로 얻어졌다. 제11도는 E. coli 균주 294형질 변환체로부터 얻은 전세포 단백질의 SDS 폴리아크릴아마드겔 전기 영동 분리를 나타내고 있는데, 각 경우에 있어서 가장 진한 밴드가 트립토판 프로모터-오퍼레이터계의 조절하에 생산된 융합 단백질 산물을 나타내고 있다. 제11도에서, 제1열은 E. coli 294/pBR 322에서 얻은 전세포 단백질을 분리하는 대조물이다. 2열은 Ⅳ항에서 제조한 플라스미드 pSOM7 Δ2 Δ4에서 얻은 소마토스타틴 융합 산물을 포함하고 있다. 3열은 pSOM7Δ2 Δ4의 소마토스타틴을 함유된 표현 산물이다. 4열은 pTh7 Δ1 Δ4의 표현 산물이고, 한편 5열에는 앞에서 언급한 바있는 pHKY 10에서 유도한 단편 및 pSOM7 Δ2 Δ4에서 유도된 단편을 인체 프로인슐린을 암호화하는 구조 유전자를 말단화시키고, 본 발명자들 중의 몇 사람에 의해 일부 제조된 EcoRI BamHI와 결찰시킬 때 얻은 풀라스미드로부터 표현된 산물이 포함되어 있다. 6열과 7열은 각각 가장 진한 랜드로서 trp LE' 폴리펩티드 융합 단백질을 포함하고 있는데, 이 단백질로부터 인체 인슐린의 B 사슬 및 A사슬이 분열될 수 있다. 인슐린 B 및 A구조 유전자들은 플라스미드 pIBI 및 pIAII을 각각 EcoRI 및 BamHI로 소화처리하여 얻었다. 이들 플라스미드의 구성은 디. 브이. 괴델과 그의 공동 연구자와 논문, Proc. Nat'1. Acd. Sci. USA, 76, 106(1979)에 개시되어 있다. 8열은, 앞에서 이미 설명한 바와 같이, 크기 표지(size marker)를 포함하고 있다.

본 발명은 그 실시예에 있어서, E. coil와 관련하여 기재하였으나, 이와 마찬가지로 다른 장균(entero-bacteriaceae)도 표현용 숙주 세포 및 trp 오페론 공급원으로 삼을 수 있는 데, 그러한 장균의 예로서는 살로넬라 티피무리움(Salmonella typhimurium)과 세라티아 마르세산스(Serratia marcesans)를 들수 있다. 그러므로, 본 발명은 전술한 실시예에만 국한되는 것이 아니며, 본 명세서의 일부로서 첨부된 특허청구의 범위에 한한다.

Claims

(a) 이중 가닥 DNA를 임의의 지정된 지점 주변 영역 내에서 단일가닥 DNA로 변환시키는 공정, (b)5' 말단이 계획된 분열 부위에 인접하는 뉴클레오티드의 정반대 쪽에 놓이는 상보성 프라이머 길이의 단일 가닥 DNA를 상기 (a) 공정에서 형성시킨 단일 가닥 DNA에 혼성화시키는 공정, (c) 아데닌, 티민, 구아닌 및 시토신 함유 데옥시뉴클레오티드 트리포스테이트의 존재하에 DNA 클레노우 폴리머라제 I과의 반응에 의하여 상기 프라이머로부터 3' 방향으로 놓인 상기 (a) 공정에서 제거된 제2 가닥 부분을 회복시키는 공정 및 (d) 계획된 분열 지점에서 벗어나 돌출하는 나머지 단일 가닥 길이의 DNA를 소화처리하는 공정의 결합으로 이루어진 것이 특징인 이중 가닥 DNA를 임의의 지정된 지점에서 분할시키는 방법.