NO870630L - STABILIZATION OF UNTABLY DEDICATED REPLICATIONS. - Google Patents
STABILIZATION OF UNTABLY DEDICATED REPLICATIONS.Info
- Publication number
- NO870630L NO870630L NO870630A NO870630A NO870630L NO 870630 L NO870630 L NO 870630L NO 870630 A NO870630 A NO 870630A NO 870630 A NO870630 A NO 870630A NO 870630 L NO870630 L NO 870630L
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- replicon
- cell
- sequence
- parb
- product
- Prior art date
Links
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 title description 34
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 title description 34
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 claims description 259
- 239000013612 plasmid Substances 0.000 claims description 233
- 101100278012 Escherichia coli (strain K12) dnaG gene Proteins 0.000 claims description 212
- 101100165173 Salmonella typhimurium (strain LT2 / SGSC1412 / ATCC 700720) basS gene Proteins 0.000 claims description 212
- 101100421924 Thermus thermophilus (strain ATCC BAA-163 / DSM 7039 / HB27) spo0C gene Proteins 0.000 claims description 212
- 101150004979 flmA gene Proteins 0.000 claims description 212
- 101150048892 parB gene Proteins 0.000 claims description 212
- 239000012634 fragment Substances 0.000 claims description 158
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 claims description 129
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims description 126
- 108020004999 messenger RNA Proteins 0.000 claims description 79
- 239000005557 antagonist Substances 0.000 claims description 76
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 62
- 101150072105 hok gene Proteins 0.000 claims description 59
- 230000002147 killing effect Effects 0.000 claims description 55
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 48
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 46
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 40
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 claims description 35
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 claims description 34
- 238000013519 translation Methods 0.000 claims description 28
- 108091032973 (ribonucleotides)n+m Proteins 0.000 claims description 27
- 230000002759 chromosomal effect Effects 0.000 claims description 23
- 230000003362 replicative effect Effects 0.000 claims description 22
- 150000007523 nucleic acids Chemical group 0.000 claims description 20
- 239000002773 nucleotide Substances 0.000 claims description 18
- 125000003729 nucleotide group Chemical group 0.000 claims description 18
- 230000022534 cell killing Effects 0.000 claims description 15
- 230000010076 replication Effects 0.000 claims description 15
- 108091028043 Nucleic acid sequence Proteins 0.000 claims description 14
- 108020005544 Antisense RNA Proteins 0.000 claims description 13
- 102000053602 DNA Human genes 0.000 claims description 13
- 241000700605 Viruses Species 0.000 claims description 13
- 239000003184 complementary RNA Substances 0.000 claims description 13
- 230000030833 cell death Effects 0.000 claims description 12
- 210000003763 chloroplast Anatomy 0.000 claims description 12
- 210000000349 chromosome Anatomy 0.000 claims description 12
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 12
- 108020005196 Mitochondrial DNA Proteins 0.000 claims description 10
- 210000003578 bacterial chromosome Anatomy 0.000 claims description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 9
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 claims description 5
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 claims description 5
- 210000004102 animal cell Anatomy 0.000 claims description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 100
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 description 79
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 68
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 54
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 33
- 230000014616 translation Effects 0.000 description 29
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 28
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 27
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 24
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 22
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 description 21
- 101150066555 lacZ gene Proteins 0.000 description 21
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 21
- 235000014680 Saccharomyces cerevisiae Nutrition 0.000 description 20
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 description 20
- JQXXHWHPUNPDRT-WLSIYKJHSA-N rifampicin Chemical compound O([C@](C1=O)(C)O/C=C/[C@@H]([C@H]([C@@H](OC(C)=O)[C@H](C)[C@H](O)[C@H](C)[C@@H](O)[C@@H](C)\C=C\C=C(C)/C(=O)NC=2C(O)=C3C([O-])=C4C)C)OC)C4=C1C3=C(O)C=2\C=N\N1CC[NH+](C)CC1 JQXXHWHPUNPDRT-WLSIYKJHSA-N 0.000 description 18
- 229960001225 rifampicin Drugs 0.000 description 18
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 17
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 17
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 16
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 16
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 16
- 235000001014 amino acid Nutrition 0.000 description 15
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 15
- 235000014469 Bacillus subtilis Nutrition 0.000 description 14
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 14
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 14
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 14
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 14
- 108020003215 DNA Probes Proteins 0.000 description 13
- 239000003298 DNA probe Substances 0.000 description 13
- 241000589776 Pseudomonas putida Species 0.000 description 13
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 description 13
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 13
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 12
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 12
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 12
- 238000013518 transcription Methods 0.000 description 12
- 230000035897 transcription Effects 0.000 description 12
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 11
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 11
- 238000012217 deletion Methods 0.000 description 10
- 230000037430 deletion Effects 0.000 description 10
- 210000003527 eukaryotic cell Anatomy 0.000 description 10
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 10
- BPHPUYQFMNQIOC-NXRLNHOXSA-N isopropyl beta-D-thiogalactopyranoside Chemical compound CC(C)S[C@@H]1O[C@H](CO)[C@H](O)[C@H](O)[C@H]1O BPHPUYQFMNQIOC-NXRLNHOXSA-N 0.000 description 10
- 108091008146 restriction endonucleases Proteins 0.000 description 10
- 108091026890 Coding region Proteins 0.000 description 9
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 9
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 9
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 9
- 210000005253 yeast cell Anatomy 0.000 description 9
- 241000193752 Bacillus circulans Species 0.000 description 8
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 8
- 108700026244 Open Reading Frames Proteins 0.000 description 8
- 101150034459 Parpbp gene Proteins 0.000 description 8
- 241000607715 Serratia marcescens Species 0.000 description 8
- 230000032823 cell division Effects 0.000 description 8
- 239000013611 chromosomal DNA Substances 0.000 description 8
- 210000003463 organelle Anatomy 0.000 description 8
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 8
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 8
- 102100026189 Beta-galactosidase Human genes 0.000 description 7
- 108091033454 Hok/sok system Proteins 0.000 description 7
- 241000248384 Tetrahymena thermophila Species 0.000 description 7
- 238000000246 agarose gel electrophoresis Methods 0.000 description 7
- 108010005774 beta-Galactosidase Proteins 0.000 description 7
- 238000010367 cloning Methods 0.000 description 7
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 7
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 7
- 238000010353 genetic engineering Methods 0.000 description 7
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 7
- 210000003705 ribosome Anatomy 0.000 description 7
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 7
- 101100135641 Caenorhabditis elegans par-3 gene Proteins 0.000 description 6
- 108020004998 Chloroplast DNA Proteins 0.000 description 6
- 108020004705 Codon Proteins 0.000 description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 241000192125 Firmicutes Species 0.000 description 6
- 101100524295 Methanocaldococcus jannaschii (strain ATCC 43067 / DSM 2661 / JAL-1 / JCM 10045 / NBRC 100440) relB3 gene Proteins 0.000 description 6
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 6
- 210000003470 mitochondria Anatomy 0.000 description 6
- 101150023313 relB gene Proteins 0.000 description 6
- 241000894007 species Species 0.000 description 6
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 6
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 5
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 5
- 101710163270 Nuclease Proteins 0.000 description 5
- 108020004511 Recombinant DNA Proteins 0.000 description 5
- 125000003275 alpha amino acid group Chemical group 0.000 description 5
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 5
- 238000000211 autoradiogram Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 238000005315 distribution function Methods 0.000 description 5
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 description 5
- 108020001507 fusion proteins Proteins 0.000 description 5
- 102000037865 fusion proteins Human genes 0.000 description 5
- 210000004962 mammalian cell Anatomy 0.000 description 5
- 229920001184 polypeptide Polymers 0.000 description 5
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 description 5
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 5
- 238000001243 protein synthesis Methods 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 5
- 241000186660 Lactobacillus Species 0.000 description 4
- GUBGYTABKSRVRQ-QKKXKWKRSA-N Lactose Natural products OC[C@H]1O[C@@H](O[C@H]2[C@H](O)[C@@H](O)C(O)O[C@@H]2CO)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-QKKXKWKRSA-N 0.000 description 4
- 206010029260 Neuroblastoma Diseases 0.000 description 4
- 241000276498 Pollachius virens Species 0.000 description 4
- 241000589540 Pseudomonas fluorescens Species 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 4
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 4
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 4
- 239000011543 agarose gel Substances 0.000 description 4
- 108091092356 cellular DNA Proteins 0.000 description 4
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 4
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 4
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 4
- 229930027917 kanamycin Natural products 0.000 description 4
- 229960000318 kanamycin Drugs 0.000 description 4
- SBUJHOSQTJFQJX-NOAMYHISSA-N kanamycin Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CN)O[C@@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O[C@@H]2[C@@H]([C@@H](N)[C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)[C@H](N)C[C@@H]1N SBUJHOSQTJFQJX-NOAMYHISSA-N 0.000 description 4
- 229930182823 kanamycin A Natural products 0.000 description 4
- 239000008101 lactose Substances 0.000 description 4
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 4
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 4
- 241001430294 unidentified retrovirus Species 0.000 description 4
- 108700028369 Alleles Proteins 0.000 description 3
- 244000063299 Bacillus subtilis Species 0.000 description 3
- 101100398597 Botryotinia fuckeliana lcc1 gene Proteins 0.000 description 3
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 101100068374 Gibberella zeae (strain ATCC MYA-4620 / CBS 123657 / FGSC 9075 / NRRL 31084 / PH-1) GIP1 gene Proteins 0.000 description 3
- 238000006143 Gilbert reaction Methods 0.000 description 3
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 3
- 239000000020 Nitrocellulose Substances 0.000 description 3
- 240000004713 Pisum sativum Species 0.000 description 3
- 235000010582 Pisum sativum Nutrition 0.000 description 3
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000007984 Tris EDTA buffer Substances 0.000 description 3
- 229960000723 ampicillin Drugs 0.000 description 3
- AVKUERGKIZMTKX-NJBDSQKTSA-N ampicillin Chemical compound C1([C@@H](N)C(=O)N[C@H]2[C@H]3SC([C@@H](N3C2=O)C(O)=O)(C)C)=CC=CC=C1 AVKUERGKIZMTKX-NJBDSQKTSA-N 0.000 description 3
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 3
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 3
- WIIZWVCIJKGZOK-RKDXNWHRSA-N chloramphenicol Chemical compound ClC(Cl)C(=O)N[C@H](CO)[C@H](O)C1=CC=C([N+]([O-])=O)C=C1 WIIZWVCIJKGZOK-RKDXNWHRSA-N 0.000 description 3
- ZMMJGEGLRURXTF-UHFFFAOYSA-N ethidium bromide Chemical compound [Br-].C12=CC(N)=CC=C2C2=CC=C(N)C=C2[N+](CC)=C1C1=CC=CC=C1 ZMMJGEGLRURXTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229960005542 ethidium bromide Drugs 0.000 description 3
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 3
- 210000004124 hock Anatomy 0.000 description 3
- 229940039696 lactobacillus Drugs 0.000 description 3
- 231100000518 lethal Toxicity 0.000 description 3
- 230000001665 lethal effect Effects 0.000 description 3
- MYWUZJCMWCOHBA-VIFPVBQESA-N methamphetamine Chemical compound CN[C@@H](C)CC1=CC=CC=C1 MYWUZJCMWCOHBA-VIFPVBQESA-N 0.000 description 3
- 230000002438 mitochondrial effect Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229920001220 nitrocellulos Polymers 0.000 description 3
- 210000001938 protoplast Anatomy 0.000 description 3
- 238000010186 staining Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- 239000011534 wash buffer Substances 0.000 description 3
- OPIFSICVWOWJMJ-AEOCFKNESA-N 5-bromo-4-chloro-3-indolyl beta-D-galactoside Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1OC1=CNC2=CC=C(Br)C(Cl)=C12 OPIFSICVWOWJMJ-AEOCFKNESA-N 0.000 description 2
- 241001550224 Apha Species 0.000 description 2
- 101100301559 Bacillus anthracis repS gene Proteins 0.000 description 2
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101100247969 Clostridium saccharobutylicum regA gene Proteins 0.000 description 2
- 102000012410 DNA Ligases Human genes 0.000 description 2
- 108010061982 DNA Ligases Proteins 0.000 description 2
- 241000450599 DNA viruses Species 0.000 description 2
- 241000588921 Enterobacteriaceae Species 0.000 description 2
- 101100412434 Escherichia coli (strain K12) repB gene Proteins 0.000 description 2
- ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N Formamide Chemical compound NC=O ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000829100 Macaca mulatta polyomavirus 1 Species 0.000 description 2
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 2
- 101150073872 ORF3 gene Proteins 0.000 description 2
- 108091034117 Oligonucleotide Proteins 0.000 description 2
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000589516 Pseudomonas Species 0.000 description 2
- 108091081024 Start codon Proteins 0.000 description 2
- 101100114425 Streptococcus agalactiae copG gene Proteins 0.000 description 2
- 108700025695 Suppressor Genes Proteins 0.000 description 2
- 239000004098 Tetracycline Substances 0.000 description 2
- 241000223892 Tetrahymena Species 0.000 description 2
- JZRWCGZRTZMZEH-UHFFFAOYSA-N Thiamine Natural products CC1=C(CCO)SC=[N+]1CC1=CN=C(C)N=C1N JZRWCGZRTZMZEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007983 Tris buffer Substances 0.000 description 2
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 2
- 238000000376 autoradiography Methods 0.000 description 2
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000003915 cell function Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 229960005091 chloramphenicol Drugs 0.000 description 2
- 239000013068 control sample Substances 0.000 description 2
- 230000001472 cytotoxic effect Effects 0.000 description 2
- 230000001687 destabilization Effects 0.000 description 2
- 230000002900 effect on cell Effects 0.000 description 2
- 238000001962 electrophoresis Methods 0.000 description 2
- 108010092809 exonuclease Bal 31 Proteins 0.000 description 2
- 230000009036 growth inhibition Effects 0.000 description 2
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 2
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 2
- 101150001899 lacY gene Proteins 0.000 description 2
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000009630 liquid culture Methods 0.000 description 2
- 210000004185 liver Anatomy 0.000 description 2
- 210000005228 liver tissue Anatomy 0.000 description 2
- 239000006166 lysate Substances 0.000 description 2
- 210000002231 macronucleus Anatomy 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 2
- 238000010369 molecular cloning Methods 0.000 description 2
- 230000009456 molecular mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000027086 plasmid maintenance Effects 0.000 description 2
- 229920002401 polyacrylamide Polymers 0.000 description 2
- 230000004481 post-translational protein modification Effects 0.000 description 2
- 230000001124 posttranscriptional effect Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000002062 proliferating effect Effects 0.000 description 2
- 230000006337 proteolytic cleavage Effects 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 101150044854 repA gene Proteins 0.000 description 2
- 101150098466 rpsL gene Proteins 0.000 description 2
- 239000006152 selective media Substances 0.000 description 2
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 description 2
- 239000001488 sodium phosphate Substances 0.000 description 2
- 229910000162 sodium phosphate Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 2
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 2
- 229960002180 tetracycline Drugs 0.000 description 2
- 229930101283 tetracycline Natural products 0.000 description 2
- 235000019364 tetracycline Nutrition 0.000 description 2
- 150000003522 tetracyclines Chemical class 0.000 description 2
- 235000019157 thiamine Nutrition 0.000 description 2
- KYMBYSLLVAOCFI-UHFFFAOYSA-N thiamine Chemical compound CC1=C(CCO)SCN1CC1=CN=C(C)N=C1N KYMBYSLLVAOCFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229960003495 thiamine Drugs 0.000 description 2
- 239000011721 thiamine Substances 0.000 description 2
- 231100000167 toxic agent Toxicity 0.000 description 2
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 2
- 230000005030 transcription termination Effects 0.000 description 2
- 230000002103 transcriptional effect Effects 0.000 description 2
- LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N tris Chemical compound OCC(N)(CO)CO LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K trisodium phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]P([O-])([O-])=O RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 102000040650 (ribonucleotides)n+m Human genes 0.000 description 1
- 108020003589 5' Untranslated Regions Proteins 0.000 description 1
- 208000030507 AIDS Diseases 0.000 description 1
- 229920001817 Agar Polymers 0.000 description 1
- 101100437895 Alternaria brassicicola bsc3 gene Proteins 0.000 description 1
- 101100290837 Bacillus subtilis (strain 168) metAA gene Proteins 0.000 description 1
- 108091003079 Bovine Serum Albumin Proteins 0.000 description 1
- 241000701822 Bovine papillomavirus Species 0.000 description 1
- 241000195585 Chlamydomonas Species 0.000 description 1
- 241000223782 Ciliophora Species 0.000 description 1
- 108091027551 Cointegrate Proteins 0.000 description 1
- 108020004635 Complementary DNA Proteins 0.000 description 1
- 108091035707 Consensus sequence Proteins 0.000 description 1
- 241000761389 Copa Species 0.000 description 1
- 108010054576 Deoxyribonuclease EcoRI Proteins 0.000 description 1
- 241000255581 Drosophila <fruit fly, genus> Species 0.000 description 1
- 102100030796 E3 ubiquitin-protein ligase rififylin Human genes 0.000 description 1
- 101710128004 E3 ubiquitin-protein ligase rififylin Proteins 0.000 description 1
- 108010067770 Endopeptidase K Proteins 0.000 description 1
- 241001646716 Escherichia coli K-12 Species 0.000 description 1
- 101100126085 Escherichia coli incB gene Proteins 0.000 description 1
- 229920001917 Ficoll Polymers 0.000 description 1
- 108091027305 Heteroduplex Proteins 0.000 description 1
- 241000701044 Human gammaherpesvirus 4 Species 0.000 description 1
- 108010054278 Lac Repressors Proteins 0.000 description 1
- XWOBNBRUDDUEEY-UWVGGRQHSA-N Leu-His Chemical compound CC(C)C[C@H](N)C(=O)N[C@H](C(O)=O)CC1=CNC=N1 XWOBNBRUDDUEEY-UWVGGRQHSA-N 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 102000016943 Muramidase Human genes 0.000 description 1
- 108010014251 Muramidase Proteins 0.000 description 1
- 101100281686 Mus musculus Fstl1 gene Proteins 0.000 description 1
- 241000699670 Mus sp. Species 0.000 description 1
- 108010062010 N-Acetylmuramoyl-L-alanine Amidase Proteins 0.000 description 1
- PYUSHNKNPOHWEZ-YFKPBYRVSA-N N-formyl-L-methionine Chemical compound CSCC[C@@H](C(O)=O)NC=O PYUSHNKNPOHWEZ-YFKPBYRVSA-N 0.000 description 1
- 101710149086 Nuclease S1 Proteins 0.000 description 1
- 241001631646 Papillomaviridae Species 0.000 description 1
- 241001494479 Pecora Species 0.000 description 1
- 244000046052 Phaseolus vulgaris Species 0.000 description 1
- 235000010627 Phaseolus vulgaris Nutrition 0.000 description 1
- 101100226891 Phomopsis amygdali PaP450-1 gene Proteins 0.000 description 1
- 241001505332 Polyomavirus sp. Species 0.000 description 1
- 241000588767 Proteus vulgaris Species 0.000 description 1
- 108700005075 Regulator Genes Proteins 0.000 description 1
- 241000293869 Salmonella enterica subsp. enterica serovar Typhimurium Species 0.000 description 1
- 241000702208 Shigella phage SfX Species 0.000 description 1
- VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M Sodium acetate Chemical compound [Na+].CC([O-])=O VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- 108010033711 Telomeric Repeat Binding Protein 1 Proteins 0.000 description 1
- 102100036497 Telomeric repeat-binding factor 1 Human genes 0.000 description 1
- 108020005038 Terminator Codon Proteins 0.000 description 1
- 240000004922 Vigna radiata Species 0.000 description 1
- 235000010721 Vigna radiata var radiata Nutrition 0.000 description 1
- 235000011469 Vigna radiata var sublobata Nutrition 0.000 description 1
- 108020000999 Viral RNA Proteins 0.000 description 1
- 208000036142 Viral infection Diseases 0.000 description 1
- 241000713325 Visna/maedi virus Species 0.000 description 1
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 1
- 235000007244 Zea mays Nutrition 0.000 description 1
- 206010000210 abortion Diseases 0.000 description 1
- 231100000176 abortion Toxicity 0.000 description 1
- 239000008351 acetate buffer Substances 0.000 description 1
- 239000008272 agar Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 101150118463 argG gene Proteins 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000010310 bacterial transformation Effects 0.000 description 1
- 238000001574 biopsy Methods 0.000 description 1
- 229940098773 bovine serum albumin Drugs 0.000 description 1
- 238000009395 breeding Methods 0.000 description 1
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 description 1
- 238000010804 cDNA synthesis Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000003833 cell viability Effects 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000002144 chemical decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013599 cloning vector Substances 0.000 description 1
- 239000002299 complementary DNA Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 101150023807 copB gene Proteins 0.000 description 1
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 1
- 125000000151 cysteine group Chemical group N[C@@H](CS)C(=O)* 0.000 description 1
- 230000001086 cytosolic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000433 cytotoxic Toxicity 0.000 description 1
- SUYVUBYJARFZHO-RRKCRQDMSA-N dATP Chemical compound C1=NC=2C(N)=NC=NC=2N1[C@H]1C[C@H](O)[C@@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OP(O)(O)=O)O1 SUYVUBYJARFZHO-RRKCRQDMSA-N 0.000 description 1
- SUYVUBYJARFZHO-UHFFFAOYSA-N dATP Natural products C1=NC=2C(N)=NC=NC=2N1C1CC(O)C(COP(O)(=O)OP(O)(=O)OP(O)(O)=O)O1 SUYVUBYJARFZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HAAZLUGHYHWQIW-KVQBGUIXSA-N dGTP Chemical compound C1=NC=2C(=O)NC(N)=NC=2N1[C@H]1C[C@H](O)[C@@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OP(O)(O)=O)O1 HAAZLUGHYHWQIW-KVQBGUIXSA-N 0.000 description 1
- 230000034994 death Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004925 denaturation Methods 0.000 description 1
- 230000036425 denaturation Effects 0.000 description 1
- 238000000432 density-gradient centrifugation Methods 0.000 description 1
- 101150013644 deoC gene Proteins 0.000 description 1
- 230000027832 depurination Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 208000035475 disorder Diseases 0.000 description 1
- 241001493065 dsRNA viruses Species 0.000 description 1
- 238000010828 elution Methods 0.000 description 1
- 238000012869 ethanol precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000013213 extrapolation Methods 0.000 description 1
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 1
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 1
- 150000004665 fatty acids Chemical group 0.000 description 1
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 description 1
- 238000010230 functional analysis Methods 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 230000013595 glycosylation Effects 0.000 description 1
- 238000006206 glycosylation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003102 growth factor Substances 0.000 description 1
- 230000009422 growth inhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000007773 growth pattern Effects 0.000 description 1
- 239000005556 hormone Substances 0.000 description 1
- 229940088597 hormone Drugs 0.000 description 1
- 210000005260 human cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 1
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 1
- 230000002458 infectious effect Effects 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000002372 labelling Methods 0.000 description 1
- 238000012007 large scale cell culture Methods 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000004325 lysozyme Substances 0.000 description 1
- 229960000274 lysozyme Drugs 0.000 description 1
- 235000010335 lysozyme Nutrition 0.000 description 1
- 210000005075 mammary gland Anatomy 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000011070 membrane recovery Methods 0.000 description 1
- 101150003180 metB gene Proteins 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 238000013048 microbiological method Methods 0.000 description 1
- 238000000520 microinjection Methods 0.000 description 1
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000001483 mobilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000021616 negative regulation of cell division Effects 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 238000007899 nucleic acid hybridization Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 239000002504 physiological saline solution Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 1
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 1
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 1
- 230000029279 positive regulation of transcription, DNA-dependent Effects 0.000 description 1
- 238000011533 pre-incubation Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 229940007042 proteus vulgaris Drugs 0.000 description 1
- 108700022487 rRNA Genes Proteins 0.000 description 1
- 238000000163 radioactive labelling Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 101150055347 repA2 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000001177 retroviral effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000013605 shuttle vector Substances 0.000 description 1
- 239000001632 sodium acetate Substances 0.000 description 1
- 235000017281 sodium acetate Nutrition 0.000 description 1
- FQENQNTWSFEDLI-UHFFFAOYSA-J sodium diphosphate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[O-]P([O-])(=O)OP([O-])([O-])=O FQENQNTWSFEDLI-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 229940048086 sodium pyrophosphate Drugs 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000003270 steroid hormone Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 235000019818 tetrasodium diphosphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000001577 tetrasodium phosphonato phosphate Substances 0.000 description 1
- 238000001890 transfection Methods 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
- PIEPQKCYPFFYMG-UHFFFAOYSA-N tris acetate Chemical compound CC(O)=O.OCC(N)(CO)CO PIEPQKCYPFFYMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101150079396 trpC2 gene Proteins 0.000 description 1
- 210000004881 tumor cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000007306 turnover Effects 0.000 description 1
- 241001515965 unidentified phage Species 0.000 description 1
- 230000009385 viral infection Effects 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Electrophonic Musical Instruments (AREA)
- Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
- Executing Machine-Instructions (AREA)
Description
Teknisk introduksjonTechnical introduction
Genetisk stabilitet, på nivået av cellepopulasjoner, samt på nivået av den enkelte celle, er et universalt trekk i cellebio-logi . Genetic stability, at the level of cell populations, as well as at the level of the individual cell, is a universal feature of cell biology.
Et større sett av overveiende ukjente kontrollmekanismer styrer den like fordeling av de cellulære kromosomer til datterceller ved celledeling, da ulik fordeling av kromosomene vil føre til celledød, eller i det minste hva eukaryote celler angår, til en øket mulighet for alvorlige celleforstyrrelser. A larger set of predominantly unknown control mechanisms governs the equal distribution of the cellular chromosomes to daughter cells during cell division, as unequal distribution of the chromosomes will lead to cell death, or at least as far as eukaryotic cells are concerned, to an increased possibility of serious cell disorders.
Det er imidlertid ikke bare fordelingen av cellulære kromosomer som synes å være strengt regulert, da ekstrakromosomale genetiske elementer (som hovedsakelig kan betraktes som minikromosomer) av prokaryote, såvel som eukaryote, celler kan opprettholdes stabilt i cellepopulasjoner. Utviklingen av plasmider gjennom utvekslingen av genetisk informasjon med vertscellegeno-mer kan tyde på en kromosomal opprinnelse av den genetiske informasjon som styrer den like fordeling av fritt replikerende molekyler, særlig de molekyler som foreligger i svært få kopier pr. celle eller pr. seksjon (organell). Slike formodede kromosomale forfedre behøver ikke tjene et lignende formål med hensyn til problemet med kromosomfordeling, skjønt dette er en tanta-lisk mulighet. However, it is not only the distribution of cellular chromosomes that appears to be strictly regulated, as extrachromosomal genetic elements (which can mainly be considered as minichromosomes) of prokaryotic, as well as eukaryotic, cells can be stably maintained in cell populations. The development of plasmids through the exchange of genetic information with host cell genomes may indicate a chromosomal origin of the genetic information that controls the equal distribution of freely replicating molecules, especially those molecules that exist in very few copies per cell. cell or per section (organelle). Such putative chromosomal ancestors need not serve a similar purpose with respect to the problem of chromosome distribution, although this is a tantalizing possibility.
Det skal bemerkes at de naturlig forekommende bakterielle plasmider (f.eks. R1) som foreligger i 1-2 kopier pr. bakterielt genom, står overfor et fordelingsproblem av samme størrelses-orden som det bakterielle kromosom. Dette innebærer at strin-gente kontrollmekanismer må foreligge for å sikre den stabile opprettholdelse av slike plasmider i populasjonen, selv i fravær av et ytre seleksjonstrykk som begunstiger overlevelsen av de celler som bærer plasmidet. It should be noted that the naturally occurring bacterial plasmids (e.g. R1) which exist in 1-2 copies per bacterial genome, faces a distribution problem of the same order of magnitude as the bacterial chromosome. This means that strict control mechanisms must be in place to ensure the stable maintenance of such plasmids in the population, even in the absence of an external selection pressure that favors the survival of the cells carrying the plasmid.
Kontrollmekanismer for plasmidreplikasjon styrer plasmidkonsen-trasjonen i voksende celler, men uten en ordnet fordeling av plasmidmolekylene blant dattercellene ved celledeling vil muligheten for at celledeling skal føre til en plasmidfri celle være svært stor, særlig for plasmider som foreligger i bare 1-2 kopier pr. bakteriegenom. Opprettholdelsesfunksjoner som styrer den ordnede fordeling av replikoner er blitt betegnet forde-lingsfunksj oner. Control mechanisms for plasmid replication control the plasmid concentration in growing cells, but without an orderly distribution of the plasmid molecules among the daughter cells during cell division, the possibility of cell division leading to a plasmid-free cell is very high, especially for plasmids that exist in only 1-2 copies per cell. bacterial genome. Maintenance functions that control the orderly distribution of replicons have been termed distribution functions.
En alternativ replikonstabiliserende funksjon som kodes for av ccd-lokuset av plasmid F (Ogura og Hiraga, Proe. Nati. Acad. Sei., 80, 1983, 4784-4788) ble vist å innbefatte hindring av celledeling i en situasjon hvor bare én kopi av F-plasmidet forelå på tidspunktet for celledelingen. An alternative replicon-stabilizing function encoded by the ccd locus of plasmid F (Ogura and Hiraga, Proe. Nati. Acad. Sei., 80, 1983, 4784-4788) was shown to involve inhibition of cell division in a situation where only one copy of the F plasmid was present at the time of cell division.
I eukaryote celler kan lignende stabilitetsfunksjoner som påvirker fritt replikerende molekyler påtreffes i tre forskjellige situasjoner. For det første har genomene av flere naturlig forekommende vira som er istand til å infisere eukaryote celler potensialet for å eksistere i en plasmid tilstand, skjønt det naturlige forløp for virusinfeksjonen kan hindre at dette finner sted. Plasmide genomer kan finnes i celler infisert med f.eks. Epstein-Barr virus, SV40 og polyomavira, papillomvira og visse retrovira, særlig HTLVTII, som forbindes med det tilegnede immundefektsyndrom og Visnavirus, som skriver seg fra sauer. Flere av disse vira kan brukes som genvektorer i eukaryote celler. In eukaryotic cells, similar stability functions affecting freely replicating molecules can be encountered in three different situations. First, the genomes of several naturally occurring viruses capable of infecting eukaryotic cells have the potential to exist in a plasmid state, although the natural course of viral infection may prevent this from taking place. Plasmid genomes can be found in cells infected with e.g. Epstein-Barr virus, SV40 and polyomaviruses, papillomaviruses and certain retroviruses, particularly HTLVTII, which is associated with acquired immunodeficiency syndrome and Visnavirus, which originates from sheep. Several of these viruses can be used as gene vectors in eukaryotic cells.
For det andre kan spesifikke områder fra eukaryote kromosomer, f.eks. av menneskelig opprinnelse, finnes som naturlig forekommende ekstrakromosomait replikerende mikrokromosomer ("double minutes") som opprettholdes stabilt under vekst, idet antall kopier ligger i området fra noen ganske få til flere hundre. Ved bruk av et gjærplasmid som ikke kunne replikere i Saccharomyces cerevisiae, ble autonomt replikerende sekvenser (ars) identifisert ved innsetting i plasmidet av fragmenter av kromosomalt DNA fra forskjellige kilder, f.eks. gjær, Drosophila og Zea mays (Stinchcomb, D.T. et al, Proe. Nati. Sei., 77. 1930, pp. 4559-4563), og slike autonomt replikerende sekvenser kan brukes til å skape nye replikoner for en rekke forskjellige celler, men det kritiske punkt er graden i hvilken slike replikoner kan opprettholdes stabilt i cellepopulasjonen uten ytre seleksjonstrykk. For det tredje er to typer organeller, mitokondria og plantekloroplaster, stort sett selvfornyende organeller som inneholder sitt eget strengt adskilte genom, og ved organell deling må hver nydannet organell forsynes med minst én kopi av organellgenomet for å fungere. De fleste mitokondriale arter inneholder fra 5-20 genomer, hvilket følgelig representerer et genomfordelingsprob-lem lignende det for bakterielle plasmider med lavt eller mellomliggende kopitall, og tilsynekomsten av genomfrie organeller kan ventes å finne sted ved høy hyppighet, hvilket fører til tilsynekomsten av ikke-funksjonelle organeller dersom fordelingen ikke er strengt regulert. Dette forventede tap av mitokondria ved ulik genomfordeling kan kompenseres for ved det faktum at de fleste celletyper inneholder et stort antall mitokondria. En mekanisme som sikrer den stabile opprettholdelse i populasjonen av mitokondria av genetisk informasjon innført i mitokondria ved en genvektor kan vise seg nyttig i forsøk på å manipulere genetisk visse planteceller (Levings III, C.S. og Fring, D.R., i Genetic Engineering, 1, ed., J.K. Setlow og A. Hollaender, Plenum Press, 1979, pp. 205-222). I plantekloroplaster varierer antallet kloroplastgenomer fra 20-80, det vil si en situasjon som ligner på den for det høye kopiantall plasmider i bakterier, og videre, i de fleste planteceller er antallet kloroplaster høyt. I Chlamydomonas foreligger imidlertid bare to kloroplaster pr. celle, og til tross for nærværet av 80 kopier av kloroplastgenomer i hver, er en høy grad stabilitet nødvendig for å sikre den stabile opprettholdelse av kloroplastgenomet. Genetiske manipulasjoner i høyere planter kan være mulig ved bruk av plantekloroplaster (Bogorad, L., i Genetic Engineering, 1, ed. J.K. Setlow og A. Hollaender, Plenum Press, 1979, pp. 181-204). Second, specific regions from eukaryotic chromosomes, e.g. of human origin, are found as naturally occurring extrachromosomally replicating microchromosomes ("double minutes") which are maintained stably during growth, with the number of copies ranging from a few to several hundreds. Using a yeast plasmid that could not replicate in Saccharomyces cerevisiae, autonomously replicating sequences (ars) were identified by inserting into the plasmid fragments of chromosomal DNA from different sources, e.g. yeast, Drosophila and Zea mays (Stinchcomb, D.T. et al, Proe. Nati. Sei., 77. 1930, pp. 4559-4563), and such autonomously replicating sequences can be used to create new replicons for a variety of different cells, but the critical point is the degree to which such replicons can be stably maintained in the cell population without external selection pressure. Third, two types of organelles, mitochondria and plant chloroplasts, are largely self-renewing organelles that contain their own strictly segregated genome, and by organelle division, each newly formed organelle must be supplied with at least one copy of the organelle genome to function. Most mitochondrial species contain from 5-20 genomes, which consequently represents a genome partitioning problem similar to that of low or intermediate copy number bacterial plasmids, and the appearance of genome-free organelles can be expected to occur at a high frequency, leading to the appearance of non- functional organelles if the distribution is not strictly regulated. This expected loss of mitochondria due to different genome distribution can be compensated for by the fact that most cell types contain a large number of mitochondria. A mechanism that ensures the stable maintenance in the population of mitochondria of genetic information introduced into the mitochondria by a gene vector may prove useful in attempts to genetically manipulate certain plant cells (Levings III, C.S. and Fring, D.R., in Genetic Engineering, 1, ed. , J. K. Setlow and A. Hollaender, Plenum Press, 1979, pp. 205-222). In plant chloroplasts, the number of chloroplast genomes varies from 20-80, that is, a situation similar to that of the high copy number plasmids in bacteria, and further, in most plant cells the number of chloroplasts is high. In Chlamydomonas, however, there are only two chloroplasts per cell, and despite the presence of 80 copies of chloroplast genomes in each, a high degree of stability is necessary to ensure the stable maintenance of the chloroplast genome. Genetic manipulations in higher plants may be possible using plant chloroplasts (Bogorad, L., in Genetic Engineering, 1, ed. J.K. Setlow and A. Hollaender, Plenum Press, 1979, pp. 181-204).
Den økende interesse for vektorer konstruert for å tillate ekspresjon av fremmede gener i eukaryote celler gjør kontroll-mekanismene som inngår i genomopprettholdelse i eukaryote cellepopulasjoner et viktig forskningsmål. The growing interest in vectors engineered to allow the expression of foreign genes in eukaryotic cells makes the control mechanisms involved in genome maintenance in eukaryotic cell populations an important research target.
Den strategi som er utviklet av oppfinnerene har gått ut på å trekke ut den utstrakte kunnskap om de konsepter som inngår i plasmidstabilisering fra et veldefinert system i E. coli, R1-plasmidet og å forsøke ekstrapolering til 1 ) andre replikoner, The strategy developed by the inventors has involved extracting the extensive knowledge of the concepts involved in plasmid stabilization from a well-defined system in E. coli, the R1 plasmid, and attempting extrapolation to 1 ) other replicons,
2) andre ubeslektede bakterier og 3) eukaryote systemer.2) other unrelated bacteria and 3) eukaryotic systems.
Den nåværende interesse for replikonfordelingsfunksjoner har oppstått fra ustabilitetsproblemer som man ofte støter på når rekombinant DNA-teknikker benyttes i industriell målestokk. The current interest in replicon distribution functions has arisen from instability problems that are often encountered when recombinant DNA techniques are used on an industrial scale.
I prokaryote systemer har konstruksjonen av kloningsvektorer fra naturlig forekommende plasmider først og fremst fokusert på oppnåelse av et høyt kopitall som, i en viss utstrekning, også tjener til å opprettholde plasmidet stabilt i en populasjon, da muligheten for at en plasmidfri celle skal dukke opp på grunn av tilfeldig fordeling av plasmidmolekyler er redusert. Det er godt dokumentert i prokaryote, såvel som eukaryote systemer, at innsettingen av fremmed DNA inn i mange ellers stabile kloningsvektorer kan omdanne disse til svært ustabile rekombinante plasmider. Dette kan skyldes en reduksjon i kopitallet, eller vekstinhiberende virkninger av det eller de produkter som kodes for ved det innsatte DNA. Da muligheten for å anvende ytre seleksjonstrykk, det vil si på positiv måte velge plasmidbærende celler, er temmelig begrenset under dyrking i industriell målestokksynes det å være påkrevet å kunne manipulere stabili-tetsfenotypen av vektoren. In prokaryotic systems, the construction of cloning vectors from naturally occurring plasmids has primarily focused on achieving a high copy number which, to some extent, also serves to maintain the plasmid stably in a population, as the possibility of a plasmid-free cell emerging on due to random distribution of plasmid molecules is reduced. It is well documented in prokaryotic, as well as eukaryotic systems, that the insertion of foreign DNA into many otherwise stable cloning vectors can convert these into highly unstable recombinant plasmids. This may be due to a reduction in the copy number, or growth-inhibiting effects of the product(s) coded for by the inserted DNA. Since the possibility of applying external selection pressure, that is to say positively selecting plasmid-carrying cells, is rather limited during cultivation on an industrial scale, it seems to be required to be able to manipulate the stability phenotype of the vector.
Et skritt videre i retning av en forbedret forståelse av den stabile opprettholdelse av plasmider i vertsceller var den oppdagelse at parB-området av plasmidet R1 kan omdanne ustabile rekombinante plasmider som ikke er beslektet med RI til stabilt arvede plasmider som opprettholdes i E. coli-populasjonen i hundrevis av generasjoner uten noe ytre seleksjonstrykk (se internasjonal patentsøknad PCT/DK83/00086, publikasjonsnummer WO84/01172). Stabiliseringen av plasmider ved hjelp av parB-regionen antydet en anvendelighet av de resulterende vektorer i produksjon i stor målestokk som anvender genetisk manipulerte bakterier, da ikke noe ytre seleksjonstrykk er nødvendig for å sikre opprettholdelsen av plasmidet under dyrkingen i stor målestokk. A further step towards an improved understanding of the stable maintenance of plasmids in host cells was the discovery that the parB region of plasmid R1 can convert unstable recombinant plasmids unrelated to RI into stably inherited plasmids that are maintained in the E. coli population for hundreds of generations without any external selection pressure (see international patent application PCT/DK83/00086, publication number WO84/01172). The stabilization of plasmids by means of the parB region suggested an applicability of the resulting vectors in large-scale production using genetically engineered bacteria, as no external selection pressure is required to ensure the maintenance of the plasmid during large-scale cultivation.
Beskrivelse av oppfinnelsenDescription of the invention
Den foreliggende oppfinnelse angår blant annet replikoner som bærer genetisk informasjon som er ansvarlig for den stabile opprettholdelse av replikonet i en cellepopulasjon, hvilken informasjon er enten nativ for et gitt replikon eller bæres på et innsatt fragment eller fragmenter av nukleinsyre, idet replikonene dessuten kan bære ett eller flere innsatte gener som ikke er naturlig beslektet med replikonene. The present invention relates, among other things, to replicons that carry genetic information that is responsible for the stable maintenance of the replicon in a cell population, which information is either native to a given replicon or is carried on an inserted fragment or fragments of nucleic acid, as the replicons can also carry a or multiple inserted genes that are not naturally related to the replicons.
parB-stabiliseringen er en meget virksom replikonstabiliserings-mekanisme som har den fordel at hele mekanismen uttrykkes fra en sekvens som foreligger på ett og samme replikon. Oppfinnerne har derfor søkt etter parB-lignende stabiliserende funksjoner blant plasmider med de samme stabilitetsproblerner som R1 , og for formodede forfedre til R1-plasmidstabilitetssystemene i det kromosomale DNA av S. coli og av andre prokaryote samt eukaryote organismer, idet det endelige mål er å velge eller konstruere fra slik genetisk informasjon, stabilitetsregulerende systemer som er operative i en gitt organisme. Som vist ved de opprinnelige resultater av dette forskningsarbeid som er beskrevet nedenunder, er stabilisering ved parB funnet å være en indika-sjon på en generell og meget effektiv replikonstabiliserings-mekanisme som det kan være mulig å etablere i en rekke forskjellige levende celler. The parB stabilization is a very effective replicon stabilization mechanism which has the advantage that the entire mechanism is expressed from a sequence present on one and the same replicon. The inventors have therefore searched for parB-like stabilizing functions among plasmids with the same stability problems as R1, and for putative ancestors of the R1 plasmid stability systems in the chromosomal DNA of S. coli and of other prokaryotic as well as eukaryotic organisms, the ultimate goal being to select or construct from such genetic information, stability-regulating systems that are operative in a given organism. As shown by the original results of this research work, which are described below, stabilization by parB has been found to be an indication of a general and very effective replicon stabilization mechanism that it may be possible to establish in a number of different living cells.
Oppfinnelsen er basert på disse oppdagelser og angår i ett henseende et replikon som, når det inneholdes i en celle, uttrykker et produkt som kan drepe cellen eller dets avkom (eller en forløper for produktet) og som videre uttrykker en antagonist for det drepende produkt (eller en forløper for antagonisten), idet antagonisten er en som undertrykker det drepende produkt (eller en forløper for det drepende produkt) i celler som inneholder replikonet, mens aritagonistaktiviteten avtar når replikonet tapes fra cellene, slik at antagonisten (eller dens forløper) ikke lenger uttrykkes kontinuerlig, hvilket betyr at det drepende produkt (eller dets forløper) som foreligger i den nå replikonfrie celle ikke lenger undertrykkes av antagonisten, hvilket fører til celledød, med det forbehold at det celledrepende produkt såvel som antagonisten for dette ikke kodes for ved R1 parB-området når replikonet er et plasmid som kan replikere i gramnegative bakterier. The invention is based on these discoveries and relates in one respect to a replicon which, when contained in a cell, expresses a product capable of killing the cell or its progeny (or a precursor of the product) and which further expresses an antagonist to the killing product ( or a precursor of the antagonist), the antagonist being one that suppresses the killing product (or a precursor of the killing product) in cells containing the replicon, while the aritagonist activity decreases when the replicon is lost from the cells, so that the antagonist (or its precursor) no longer is expressed continuously, which means that the killing product (or its precursor) present in the now replicon-free cell is no longer suppressed by the antagonist, which leads to cell death, with the proviso that the killing product as well as the antagonist for this are not coded for by R1 parB -area when the replicon is a plasmid that can replicate in Gram-negative bacteria.
Selve parB-området er tidligere beskrevet i f.eks. internasjonal patentsøknad nummer PCT/DK83/00086, publikasjonsnummer W084/- 01172, i forbindelse med påvisning av den stabile opprettholdelse av en rekke forskjellige plasmider som replikerer i gramnegative bakterier. Som vist i denne patentsøknad antok man at den stabiliserende virkning kunne tilskrives en fordelingsfunksjon uttrykt fra parB-området. Denne fordelingsfunksjon virket tilsynelatende ved en mekanisme som sikret den ordnede fordeling av plasmidmolekylene mellom dattercellene ved celledeling. Nyere forskning har vist at par3-området er meget effektivt med hensyn til å stabilisere mange forskjellige typer ustabilt arvede plasmider som da svært sjelden går tapt fra populasjonen i fravær av seleksjonstrykk. Den stabiliserende virkning ble videre vist å være uavhengig av plasmidreplikasjon, av grunnene for ustabiliteten og, i stor utstrekning, av bakterieverten. The parB area itself has previously been described in e.g. international patent application number PCT/DK83/00086, publication number W084/-01172, in connection with the demonstration of the stable maintenance of a number of different plasmids replicating in Gram-negative bacteria. As shown in this patent application, it was assumed that the stabilizing effect could be attributed to a distribution function expressed from the parB region. This distribution function apparently worked by a mechanism that ensured the orderly distribution of the plasmid molecules between the daughter cells during cell division. Recent research has shown that the par3 region is very effective in stabilizing many different types of unstable inherited plasmids which are then very rarely lost from the population in the absence of selection pressure. The stabilizing effect was further shown to be independent of plasmid replication, of the reasons for the instability and, to a large extent, of the bacterial host.
Ytterligere forskning på strukturen og molekylmekanismen av parB har imidlertid overraskende vist et nytt stabiliseringsprinsipp som, slik det er angitt ovenfor, omfatter en celledrepende funksjon og en antagonist for dette. På basis av hybridiserings-forsøk som beskrevet nedenunder, antas det at det nye stabiliseringsprinsipp er aktivt i de fleste, om ikke alle typer celler, og har den fordel at det er meget allsidig, hvilket betyr at det kan anvendes til å stabilisere mange forskjellige typer replikon som kan være ustabilt opprettholdt av mange forskjellige grunner. However, further research into the structure and molecular mechanism of parB has surprisingly revealed a new stabilization principle which, as indicated above, includes a cell-killing function and an antagonist therefor. On the basis of hybridization experiments as described below, it is believed that the new stabilization principle is active in most, if not all, types of cells, and has the advantage of being very versatile, meaning that it can be used to stabilize many different types replicon that can be unstable maintained for many different reasons.
I den foreliggende sammenheng betegner uttrykket "replikon" et segment av nukleinsyre (DNA eller RNA) som kan replikere autonomt i en gitt vertscelle eller et gitt område av vertsceller. Således kan replikonet f.eks. være et bakterielt plasmid, et bakterielt virus, et bakterielt kromosom, et eukaryot plasmid (RNA eller DNA), et eukaryot virus, en eukaryot autonomt replikerende sekvens som bærer et kromosomalt replikasjonsopprinnelsessted (origin of replication), et eukaryot mitokondrisk In the present context, the term "replicon" denotes a segment of nucleic acid (DNA or RNA) that can replicate autonomously in a given host cell or region of host cells. Thus, the replicon can e.g. be a bacterial plasmid, a bacterial virus, a bacterial chromosome, a eukaryotic plasmid (RNA or DNA), a eukaryotic virus, a eukaryotic autonomously replicating sequence carrying a chromosomal origin of replication, a eukaryotic mitochondrial
DNA-molekyl eller et eukaryot kloroplast DNA-molekyl.DNA molecule or a eukaryotic chloroplast DNA molecule.
For de fleste praktiske formål i den tekniske utnyttelse av oppfinnelsen vil replikonet ikke være et nativt replikon, men vil være et replikon som inneholder én eller flere innsatte nukleotidsekvenser som ikke er naturlig beslektet med replikonet, og som er blitt satt inn i replikonet ved en hvilken som helst rekombinant DNA-teknikk som er nødvendig for det aktuelle replikon og den type nukleotidsekvens som skal innsettes (uttrykket "innsatt" orn et gen eller et fragment av nukleinsyre angir at genet eller fragmentet av nukleinsyre er blitt innført i replikonet på et trinn under konstruksjonen av det endelige replikon). Den innsatte nukleotidsekvens eller -sekvenser kan f.eks. være en DNA-sekvens inneholdende et gen som uttrykket et produkt som det er ønskelig å produsere ved en cellekultur, f.eks. bakterier inneholdende replikonet, f.eks. et plasmid. Slike produkter omfatter en rekke forskjellige produkter for medisinske eller tekniske formål, særlig polypeptider og proteiner eller fragmenter derav, enzymer og ikke-proteinholdige produkter fra reaksjoner av enzymer med en forbindelse i næringsmediet, hormoner og andre lavmolekylære produkter. Produkter av eukaryote gener, særlig pattedyrgener, er av særlig interesse. Replikonet kan imidlertid også være et ikke tidligere isolert replikon i sin naturlige tilstand, forutsatt at replikonet er nyttig enten som en vektor (inn i hvilken et ikke-nativt gen kan være innsatt med henblikk på å høste det aktuelle genprodukt fra en cellekultur som inneholder replikonet inneholdende det innsatte gen), eller som et produksjonsreplikon dersom replikonet selv uttrykket et verdifullt produkt. For most practical purposes in the technical utilization of the invention, the replicon will not be a native replicon, but will be a replicon containing one or more inserted nucleotide sequences that are not naturally related to the replicon, and which have been inserted into the replicon by which any recombinant DNA technique necessary for the particular replicon and the type of nucleotide sequence to be inserted (the term "inserted" or a gene or fragment of nucleic acid indicates that the gene or fragment of nucleic acid has been introduced into the replicon at some stage during its construction of the final replicon). The inserted nucleotide sequence or sequences can e.g. be a DNA sequence containing a gene which expresses a product which it is desirable to produce in a cell culture, e.g. bacteria containing the replicon, e.g. a plasmid. Such products include a number of different products for medical or technical purposes, in particular polypeptides and proteins or fragments thereof, enzymes and non-proteinaceous products from reactions of enzymes with a compound in the nutrient medium, hormones and other low molecular weight products. Products of eukaryotic genes, especially mammalian genes, are of particular interest. However, the replicon may also be a not previously isolated replicon in its natural state, provided that the replicon is useful either as a vector (into which a non-native gene may be inserted for the purpose of harvesting the relevant gene product from a cell culture containing the replicon containing the inserted gene), or as a production replicon if the replicon itself expressed a valuable product.
En søking etter områder analoge med par3 i andre systemer har overraskende bragt på det rene at det eksisterer sekvenser homologe med parB i mange forskjellige plasmider, bakterielle genomer og til og med i eukaryote celler, og den molekylære mekanisme bak den stabiliserende virkning som beskrevet nedenunder danner et solid grunnlag for den antagelse at et sentralt cellulært mål muligens bevart i alle celler, reagerer med et genprodukt fra disse homologe sekvenser (muligens bevart i alle celler) ifølge det samme eller et lignende prinsipp, slik at de parB homologe sekvenser kan benyttes direkte eller etter forholdsvis enkle genetiske manipulasjoner som fører til konstruksjonen av parB-lignende stabiliserende områder, for å stabilisere en hvilken som helst gitt type replikon i mange forskjellige organismer. I de angitte arbeidseksempler er beviset for dette resonnement gitt. A search for regions analogous to par3 in other systems has surprisingly revealed that sequences homologous to parB exist in many different plasmids, bacterial genomes and even in eukaryotic cells, and the molecular mechanism behind the stabilizing effect as described below forms a solid basis for the assumption that a central cellular target, possibly conserved in all cells, reacts with a gene product from these homologous sequences (possibly conserved in all cells) according to the same or a similar principle, so that the parB homologous sequences can be used directly or following relatively simple genetic manipulations leading to the construction of parB-like stabilizing regions, to stabilize any given type of replicon in many different organisms. In the given working examples, the proof for this reasoning is given.
I den foreliggende sammenheng angir uttrykket "forløper" et produkt som, under de betingelser som råder i cellen ved det aktuelle tidspunkt, enten direkte eller indirekte gir opphav til det produkt hvis nærvær fører til den aktuelle funksjon (enten drepefunksjonen eller antagonistfunksjonen). In the present context, the term "precursor" denotes a product which, under the conditions prevailing in the cell at the time in question, either directly or indirectly gives rise to the product whose presence leads to the function in question (either the killing function or the antagonist function).
Den giftige substans kan være et-protein eller en forløper for dette, slik som et pre-protein som må modifiseres enten ved proteolytisk kløyving eller ved tilføyelse av en funksjonell gruppe (innbefattet en fettsyrerest) for å bli giftig, eller et mRNA hvis translasjon fører til et giftig protein. The toxic substance can be a protein or a precursor thereof, such as a pre-protein that must be modified either by proteolytic cleavage or by the addition of a functional group (including a fatty acid residue) to become toxic, or an mRNA whose translation leads to a toxic protein.
Antagonisten kan være et genprodukt, enten RNA eller protein, The antagonist can be a gene product, either RNA or protein,
som undertrykker aktiviteten av den giftige substans ved direkte kombinasjon med denne eller ved å virke forstyrrende inn på dets mål i cellen, eller den kan være en som undertrykker omsettingen av forløpere for det giftige produkt, det vil si pre-protein, which suppresses the activity of the toxic substance by direct combination with it or by interfering with its targets in the cell, or it can be one that suppresses the turnover of precursors for the toxic product, i.e. pre-protein,
eller translasjonen av mRNA i det egentlige giftige produkt.or the translation of mRNA into the actual toxic product.
I de fleste eller alle levende celler er der gener hvis produkter, når de blir betydelig overuttrykt, vil være dødelige eller veksthindrende for cellen, og som derfor kan anvendes til replikonstabilisering på den måte som er beskrevet ovenfor. In most or all living cells, there are genes whose products, when significantly overexpressed, will be lethal or growth-inhibiting for the cell, and which can therefore be used for replicon stabilization in the manner described above.
Den mekanisme som nå er funnet å utøves ved R1 parB-området er en drepe/antagonist-mekanisme av den ovenfor angitte type. Således er mekanismen basert på produkter som uttrykkes fra to gener som foreligger inne i R1 parB-området, et gen (R1 parB hok-genet, som beskrevet nedenunder) uttrykker et produkt som er i stand til å drepe cellen, og et andre gen (R1 parB sok-genet, som beskrevet nedenunder) uttrykker et produkt som motvirker hok-genproduktet i celler som inneholder et replikon fra hvilket R1 par3-genene uttrykkes, mens på den annen side i fravær av fortsatt ekspresjon av antagonisten, f.eks. forårsaket ved tap av replikonet, avtar antagonistaktiviteten slik at det drepende produkt (som har en lengre halveringstid i cellen enn antagonisten) ikke lenger undertrykkes av antagonisten (dvs. translasjonen av det mRNA som koder for det drepende produkt blir ikke lenger hindret). Det er åpenbart at denne type mekanisme fører til død for celler som har tapt det replikon fra hvilket antagonistfunksjonen uttrykkes for å sikre at populasjonen av cellene ikke inneholder formerende celler som ikke har replikonet, hvilket i sin tur medfører at de levende og formerende celler av populasjonen vil være celler som inneholder replikonet; på denne måte sikres den stabile opprettholdelse av replikonet i populasjonen. The mechanism that has now been found to be exerted at the R1 parB region is a killing/antagonist mechanism of the type indicated above. Thus, the mechanism is based on products expressed from two genes present within the R1 parB region, one gene (the R1 parB hok gene, as described below) expresses a product capable of killing the cell, and a second gene ( the R1 parB sok gene, as described below) expresses a product which antagonizes the hok gene product in cells containing a replicon from which the R1 par3 genes are expressed, while on the other hand in the absence of continued expression of the antagonist, e.g. caused by loss of the replicon, the antagonist activity decreases so that the killing product (which has a longer half-life in the cell than the antagonist) is no longer suppressed by the antagonist (ie the translation of the mRNA encoding the killing product is no longer inhibited). It is obvious that this type of mechanism leads to the death of cells that have lost the replicon from which the antagonist function is expressed to ensure that the population of cells does not contain proliferating cells that do not have the replicon, which in turn means that the living and proliferating cells of the population will be cells containing the replicon; in this way, the stable maintenance of the replicon in the population is ensured.
Som et resultat av ytterligere forskning inn i parB-formidlet stabilisering, ble det overraskende funnet at mekanismen som styrer den stabile opprettholdelse av et replikon i en cellepopulasjon innebærer den styrte ekspresjon av en vertscelledrepende funksjon. Stabiliseringsmekanismer som omfatter den styrte ekspresjon av en vertscelledrepende funksjon er blitt beskrevet tidligere, men i alle kjente tilfeller har de omfattet en separasjon av det gen som koder for antagonisten (f.eks. på et plasmid) fra det gen som koder for det giftige produkt (f.eks. på kromosomet), og drepefunksjonen er blitt begrenset til en eller noen meget få organismer (se f.eks. Europapatent-søknad nr. 82306207.0, publikasjonsnr. 0.080.848). As a result of further research into parB-mediated stabilization, it was surprisingly found that the mechanism governing the stable maintenance of a replicon in a cell population involves the directed expression of a host cell killing function. Stabilization mechanisms involving the controlled expression of a host cell killing function have been described previously, but in all known cases they have involved a separation of the gene encoding the antagonist (e.g. on a plasmid) from the gene encoding the toxic product (e.g. on the chromosome), and the killing function has been limited to one or a very few organisms (see e.g. European Patent Application No. 82306207.0, Publication No. 0.080.848).
I henhold til den foreliggende oppfinnelse er det ovenfor angitte prinsipp som ligger til grunn for f.eks. R1 parB-plasmidstabiliseringsfunksjonen anvendelig på et vidt område replikoner og følgelig i et vidt område vertsceller, prokaryote såvel som eukaryote, som en metode til å oppnå stabil opprettholdelse av det aktuelle replikon i en gitt cellepopulasjon. According to the present invention, the above stated principle is the basis for e.g. The R1 parB plasmid stabilization function is applicable to a wide range of replicons and consequently in a wide range of host cells, prokaryotic as well as eukaryotic, as a method to achieve stable maintenance of the relevant replicon in a given cell population.
To sider ved parB-systemet er svært viktige for 1) den generelle anvendelighet av denne type stabiliseringssystem i levende celler og 2) muligheten for å konstruere stabiliseringssystemer svarende til parB-systemet som kan fungere i et vidt spektrum Two aspects of the parB system are very important for 1) the general applicability of this type of stabilization system in living cells and 2) the possibility of constructing stabilization systems corresponding to the parB system that can function in a wide spectrum
organismer:organisms:
1 . Den uventede oppdagelse av homologe sekvenser i de fleste/- alie bakterier, samt i forskjellige eukaryote organismer, som stemmer overens med den antagelse at målet for den dødelige funksjon av hok-produktet er fundamentalt for de fleste, om ikke alle, levende celler. 2. Den unike beskaffenhet av styringsmekanismen som sikrer overlevelsen av alle plasmidbærende celler, og den hurtige dreping av eventuelle plasmidfrie celler som forekommer. Basert på genetisk bevismateriale antas det at den faktiske sok-kodede regulatorsubstans er et RNA-molekyl som hindrer translasjon av hok-kodet mRNA. Dersom man antar at det sok-kodede RNA er mer ustabilt enn hok-kodet mRNA vil inhibi-sjonen av translasjonen av det hok-kodede mRNA gradvis avta i en celle som har tapt parB<+->plasmidet, og det hok-kodede protein vil til slutt drepe cellen. 1. The unexpected discovery of homologous sequences in most/- alie bacteria, as well as in various eukaryotic organisms, which is consistent with the assumption that the target of the lethal function of the hok product is fundamental to most, if not all, living cells. 2. The unique nature of the control mechanism that ensures the survival of all plasmid-bearing cells, and the rapid killing of any plasmid-free cells that occur. Based on genetic evidence, it is believed that the actual sok-encoded regulatory substance is an RNA molecule that prevents translation of hok-encoded mRNA. If one assumes that the sok-encoded RNA is more unstable than the hok-encoded mRNA, the inhibition of the translation of the hok-encoded mRNA will gradually decrease in a cell that has lost the parB<+-> plasmid, and the hok-encoded protein will eventually kill the cell.
På grunnlag av disse antagelser tenker man seg atOn the basis of these assumptions, one thinks that
i) parB-området, eller et hvilket som helst meget likt område som fås fra replikon andre enn R1, som innbefatter både hok- og sok-gener, eller analoger av disse, bør stabilisere opprettholdelsen i alle typer bakterier av alle typer plasmider som det settes inn i. Dette er blitt bekreftet, da mange forskjellige plasmider er blitt stabilisert mer enn hundre ganger i E. coli etter innsettingen av parB, og i en bakterie som fylogenetisk er meget langt fra E. coli, såsom Pseudomonas putida, ble parB-området funnet å være like virkningsfullt som i E. coli. i) the parB region, or any highly similar region obtained from replicon other than R1, which includes both hok and sok genes, or analogs thereof, should stabilize the maintenance in all types of bacteria of all types of plasmids that is inserted in. This has been confirmed, as many different plasmids have been stabilized more than a hundred times in E. coli after the insertion of parB, and in a bacterium that is phylogenetically very far from E. coli, such as Pseudomonas putida, parB- the region found to be as effective as in E. coli.
ii) Plasmider andre enn R1 fra bakterier andre enn E. coli kan bære sekvenser som er stort sett homologe med parB. Det er sannsynlig at slike sekvenser kan benyttes på samme måte for plasmidstabiliseringsformål. Tankegangen bak dette er at hok-genet er homologt med et kromosomalt RelB-orf3-gen som uttrykker et produkt hvis aktivitet er identisk med den for hok-genet, noe som understøtter den teori at genet har ii) Plasmids other than R1 from bacteria other than E. coli may carry sequences largely homologous to parB. It is likely that such sequences can be used in the same way for plasmid stabilization purposes. The thinking behind this is that the hok gene is homologous to a chromosomal RelB-orf3 gene that expresses a product whose activity is identical to that of the hok gene, which supports the theory that the gene has
flyttet over (transposed) fra kromosomet til plasmidet, hvor det til slutt utviklet seg til parB-systemet. Dette gjør det rimelig å anta at den samme prosess også kan ha funnet sted i andre replikon. Hybridiseringsforsøkene tyder sterkt på at dette i virkeligheten er tilfellet, da forskjellige plasmider ubeslektet med R1, samt kromosomalt DNA fra bakterier andre enn E. coli bærer parB-homologe sekvenser. moved over (transposed) from the chromosome to the plasmid, where it eventually evolved into the parB system. This makes it reasonable to assume that the same process may also have taken place in other replicons. The hybridization experiments strongly suggest that this is in fact the case, as various plasmids unrelated to R1, as well as chromosomal DNA from bacteria other than E. coli carry parB-homologous sequences.
Det skal bemerkes at en kromosomal sekvens fra E. coli som er 55 prosent homolog med parB innenfor det hok-kodende område, men likevel upåviselig ved hybridisering med den parB-probe som ble brukt, gir en Hok-fenotype som bekrefter de ovenfor angitte påstander. It should be noted that a chromosomal sequence from E. coli that is 55 percent homologous to parB within the hok coding region, yet undetectable by hybridization with the parB probe used, gives a Hok phenotype confirming the above claims .
iii) Det vil være mulig å konstruere et parB-lignende system ved at man først isolerer hok-gen-analogen fra enten et plasmid eller et kromosom, fulgt av overlegning (superimposing) av en styringsløkke lignende den som er representert ved sok i parB; konstruksjonen kan utføres ved innsetting av en kort syntetisk DNA-sekvens (innbefattende en promotor) som, når den transkriberes, uttrykker en liten antisans-RNA (antisense-RNA) som er komplementær til den del av hok-mRNA eller hok-analogt mRNA som inneholder ribosombindingssetet. Paring av antisans-RNA til mRNA hindrer translasjon av mRNA og følgelig celledød. Flere forskjellige slike naturlige reguleringssystemer (hvor et antisans-RNA hindrer translasjonen av et mRNA) er tidligere blitt beskrevet f.eks. av Light og Molin, The EMBO Journal 2, nr. 1, 1983, pp. 93-98, og kunstige systemer som ligner på det som er foreslått ovenfor er også blitt benyttet med hell. Således er den foreslåtte strategi logisk og realistisk og kan anvendes på f.eks. alle kjente bakterier. iii) It will be possible to construct a parB-like system by first isolating the hok gene analogue from either a plasmid or a chromosome, followed by superimposing a control loop similar to that represented by sok in parB; the construct can be performed by inserting a short synthetic DNA sequence (including a promoter) that, when transcribed, expresses a small antisense RNA (antisense RNA) complementary to the portion of hok mRNA or hok-analog mRNA that contains the ribosome binding site. Pairing of antisense RNA to mRNA prevents translation of the mRNA and consequently cell death. Several different such natural regulatory systems (where an antisense RNA prevents the translation of an mRNA) have previously been described, e.g. by Light and Molin, The EMBO Journal 2, No. 1, 1983, pp. 93-98, and artificial systems similar to those proposed above have also been used successfully. Thus, the proposed strategy is logical and realistic and can be applied to e.g. all known bacteria.
I henhold til den forklaring som er gitt ovenfor kan replikonene ifølge oppfinnelsen være replikoner som vedrører mange forskjellige typer celler, såsom et bakterielt plasmid, et bakterielt virus, et bakterielt kromosom, et eukaryot plasmid (RNA eller DNA), et eukaryot virus, en eukaryot autonomt replikerende sekvens som bærer et kromosomalt replikasjonsopprinnelsessted, et eurkaryot mitokondrisk DNA-molekyl eller et eukaryot kloroplast DNA-molekyl. På samme måte kan sekvensen i replikonet som spesifiserer det drepende produkt passende være en sekvens fra et tilsvarende system, såsom fra et bakterielt plasmid, et bakterielt kromosom, et eukaryot plasmid, et eukaryot virus, en eukaryot autonomt replikerende sekvens som bærer et kromosomalt replikasjonsopprinnelsessted, et eukaryot mitokondrisk DNA-molekyl eller et eukaryot kloroplast DNA-molekyl. According to the explanation given above, the replicons according to the invention can be replicons relating to many different types of cells, such as a bacterial plasmid, a bacterial virus, a bacterial chromosome, a eukaryotic plasmid (RNA or DNA), a eukaryotic virus, a eukaryotic autonomously replicating sequence carrying a chromosomal origin of replication, a eukaryotic mitochondrial DNA molecule or a eukaryotic chloroplast DNA molecule. Similarly, the sequence in the replicon specifying the killing product may conveniently be a sequence from a corresponding system, such as from a bacterial plasmid, a bacterial chromosome, a eukaryotic plasmid, a eukaryotic virus, a eukaryotic autonomously replicating sequence carrying a chromosomal origin of replication, a eukaryotic mitochondrial DNA molecule or a eukaryotic chloroplast DNA molecule.
På samme måte kan sekvensen som koder for antagonisten for det drepende produkt fås fra et bakterielt plasmid, et bakterielt kromosom, et eukaryot plasmid, et eukaryot virus, en eukaryot autonomt replikerende sekvens som bærer et kromosomalt replikasjonsopprinnelsessted, et eukaryot mitokondrisk DNA-molekyl eller et eukaryot kloroplastmolekyl, eller den kan være en syntetisk sekvens. Similarly, the sequence encoding the antagonist of the killing product may be obtained from a bacterial plasmid, a bacterial chromosome, a eukaryotic plasmid, a eukaryotic virus, a eukaryotic autonomously replicating sequence carrying a chromosomal origin of replication, a eukaryotic mitochondrial DNA molecule or a eukaryotic chloroplast molecule, or it may be a synthetic sequence.
Interessante replikoner i henhold til oppfinnelsen er replikoner som bærer sekvenser som opererer analogt med R1 parB-systemet, slik at når de inneholdes i en celle uttrykker de et messenger-RNA som koder for et produkt som kan drepe cellen eller dens avkom og videre uttrykke en antagonist som hindrer translasjonen av messenger-RNA i celler som inneholder replikoner. Når replikonene tapes fra cellen, blir antagonisten (eller dens forløper) ikke lenger kontinuerlig uttrykt, og dens aktivitet avtar, slik at translasjonen av messenger-RNA som foreligger i den nå replikonfrie celle ikke lenger hindres av antagonisten. Blant disse interessante replikoner er replikoner som uttrykker et antisans-RNA-molekyl som virker som antagonisten, hvilket gjennom baseparing til i det minste en del av det messenger-RNA som koder for det celledrepende produkt hindrer translasjon av dette messenger-RNA. Interesting replicons according to the invention are replicons that carry sequences that operate analogously to the R1 parB system, so that when they are contained in a cell they express a messenger RNA that codes for a product that can kill the cell or its progeny and further express a antagonist that prevents the translation of messenger RNA in cells containing replicons. When the replicons are lost from the cell, the antagonist (or its precursor) is no longer continuously expressed, and its activity decreases, so that the translation of the messenger RNA present in the now replicon-free cell is no longer hindered by the antagonist. Among these interesting replicons are replicons that express an antisense RNA molecule that acts as the antagonist, which through base pairing to at least part of the messenger RNA that codes for the cell-killing product prevents translation of this messenger RNA.
I henhold til hva som er angitt ovenfor, er spesielt interessante utførelsesformer for oppfinnelsen replikoner som er DNA-molekyler omfattende en sekvens som koder for et produkt (eller en forløper for produktet) som er i stand til å drepe cellen eller dets avkom på en måte som er identisk med eller analog med den for produktet (eller forløperen) uttrykt ved R1 parB hok-genet. Slike replikon omfatter videre en sekvens som koder for en antagonist som fungerer på en måte som er identisk med eller analog med den antagonist som uttrykkes ved R1 parB sok-genet. Således, i noen replikon i henhold til oppfinnelsen, særlig bakterielle plasmider, kan R1 parB-området anvendes som sådant for å sikre opprettholdelsen av replikonet, eller det kan på passende måte modifiseres for å sikre riktig ekspresjon av dets hok- og sok-gener i den aktuelle vertsbakterie, f.eks. ved passende forandringer i promotorene, fra hvilke disse gener transkriberes. According to what is indicated above, particularly interesting embodiments of the invention are replicons which are DNA molecules comprising a sequence encoding a product (or a precursor of the product) capable of killing the cell or its progeny in a manner which is identical or analogous to that of the product (or precursor) expressed by the R1 parB hok gene. Such replicon further comprises a sequence which codes for an antagonist which functions in a manner which is identical to or analogous to the antagonist expressed by the R1 parB sok gene. Thus, in any replicon of the invention, particularly bacterial plasmids, the R1 parB region may be used as such to ensure the maintenance of the replicon, or it may be suitably modified to ensure proper expression of its hok and sok genes in the relevant host bacteria, e.g. by appropriate changes in the promoters from which these genes are transcribed.
Alternativt kan et fragment av nukleinsyre som uttrykker en mekanisme som sikrer replikonopprettholdelse i en populasjon på en måte som er identisk med eller analog med den ovenfor angitte mekanisme delvis eller fullstendig fås fra DNA eller RNA som er mer nært beslektet med den aktuelle vertscelle. En anbefalt strategi er å velge fra genomet av en gitt vertscelle eller fra DNA eller RNA av replikoner som inneholdes i vertscellen, slike nukleinsyresekvenser som er homologe med R1 hok-genet, eller med et hvilket som helst gen homologt med R1 hok, som når det uttrykkes kan drepe vertscellen fra hvilken genet er blitt isolert. Slike sekvenser kan benyttes i forsøk konstruert for å teste for nærværet av hok- og sok-lignende aktiviteter i den aktuelle vertscelle. Dersom begge aktiviteter blir funnet, antyder dette nærværet av et nyttig replikonstabiliserende område innenfor de isolerte sekvenser, mens dersom bare en hokgen-lignende aktivitet blir funnet, er det mulig å konstruere den nødvendige reguleringsløkke (det vil si antagonisten) i henhold til den strategi som er antydet ovenfor, hvorved en potensiell celledrepende funksjon omdannes til en potensielt nyttig replikonstabiliserende funksjon. Alternatively, a fragment of nucleic acid expressing a mechanism that ensures replicon maintenance in a population in a manner identical to or analogous to the above-mentioned mechanism can be partially or completely obtained from DNA or RNA more closely related to the host cell in question. A recommended strategy is to select from the genome of a given host cell or from the DNA or RNA of replicons contained in the host cell, those nucleic acid sequences homologous to the R1 hok gene, or to any gene homologous to R1 hok, which when expressed can kill the host cell from which the gene has been isolated. Such sequences can be used in experiments designed to test for the presence of hock- and sock-like activities in the relevant host cell. If both activities are found, this suggests the presence of a useful replicon-stabilizing region within the isolated sequences, while if only a hawk gene-like activity is found, it is possible to construct the necessary regulatory loop (that is, the antagonist) according to the strategy that is suggested above, whereby a potential cell-killing function is converted into a potentially useful replicon-stabilizing function.
Den sekvens som uttrykker det produkt som er istand til å drepe cellen eller dets avkom, kan innsettes separat fra den sekvens som uttrykker antagonisten, eller de to sekvenser kan foreligge på ett nukleinsyrefragment, hvilket er tilfelle med f.eks. et DNA-fragment omfattende R1 parB-området. Nukleinsyrefragmentet kan innsettes i replikonet ved en hvilken som helst rekombinant DNA-teknikk som er egnet for den aktuelle type replikon og for den type nukleinsyre som omfatter stabiliseringsfunksjonen. The sequence expressing the product capable of killing the cell or its progeny can be inserted separately from the sequence expressing the antagonist, or the two sequences can be present on one nucleic acid fragment, which is the case with e.g. a DNA fragment comprising the R1 parB region. The nucleic acid fragment can be inserted into the replicon by any recombinant DNA technique suitable for the type of replicon in question and for the type of nucleic acid comprising the stabilization function.
En side ved oppfinnelsen angår således et DNA-fragment omfattende en sekvens som koder for et produkt som kan drepe en celle eller avkommet av en celle som inneholder et replikon som bærer det nevnte fragment (eller koder for en forløper for produktet), og en sekvens som koder for en antagonist for det drepende produkt (eller koder for en forløper for antagonisten), idet antagonisten er en som undertrykker det drepende produkt (eller en forløper for det drepende produkt) i celler som inneholder replikonet, mens antagonistaktiviteten avtar når replikonet tapes fra cellen, slik at antagonisten (eller dens forløper) ikke lenger uttrykkes kontinuerlig, hvilket betyr at det drepende produkt (eller dets forløper) som foreligger i den nå replikonfrie celle ikke lenger undertrykkes av antagonisten, hvilket fører til celledød, med det forbehold at DNA-fragmentet ikke omfatter R1 parB-området når replikonet som bærer fragmentet er et plasmid som kan replikere i gramnegative bakterier. En interessant utførelsesform av denne side utgjøres ved et DNA-fragment som omfatter en sekvens som koder for et messenger-RNA for et produkt som kan drepe cellen eller avkommet av cellen inneholdende det replikon som bærer det nevnte fragment (eller koder for en forløper for produktet), og en sekvens som koder for en antagonist som hindrer translasjonen av messenger-RNA i celler som inneholder replikonet. Når -replikonet tapes fra cellen, blir antagonisten (eller dens forløper) ikke lenger kontinuerlig uttrykt, og dens aktivitet avtar, slik at translasjonen av messenger-RNA som foreligger i den nå replikonfrie celle ikke lenger undertrykkes av antagonisten. One aspect of the invention thus relates to a DNA fragment comprising a sequence that codes for a product that can kill a cell or the progeny of a cell that contains a replicon carrying said fragment (or codes for a precursor of the product), and a sequence which encodes an antagonist of the killing product (or encodes a precursor of the antagonist), the antagonist being one that represses the killing product (or a precursor of the killing product) in cells containing the replicon, while the antagonist activity decreases when the replicon is lost from the cell, so that the antagonist (or its precursor) is no longer continuously expressed, which means that the killing product (or its precursor) present in the now replicon-free cell is no longer suppressed by the antagonist, leading to cell death, with the proviso that DNA the fragment does not comprise the R1 parB region when the replicon carrying the fragment is a plasmid that can replicate in gram-negative bacteria. An interesting embodiment of this page is constituted by a DNA fragment comprising a sequence that codes for a messenger RNA for a product that can kill the cell or the progeny of the cell containing the replicon carrying said fragment (or codes for a precursor of the product ), and a sequence encoding an antagonist that prevents the translation of messenger RNA in cells containing the replicon. When the -replicon is lost from the cell, the antagonist (or its precursor) is no longer continuously expressed, and its activity decreases, so that the translation of the messenger RNA present in the now replicon-free cell is no longer suppressed by the antagonist.
Oppfinnelsen angår også en levende celle inneholdende et replikon som angitt ovenfor, og en cellekultur inneholdende en slik levende celle. Cellen kan være en bakterie, en éncellet eukaryot organisme, en dyrecelle eller en plantecelle. The invention also relates to a living cell containing a replicon as stated above, and a cell culture containing such a living cell. The cell can be a bacterium, a single-celled eukaryotic organism, an animal cell or a plant cell.
Skjønt det i henhold til oppfinnelsen er mest fordelaktig å skaffe drepefunksjonen og antagonisten for denne på det samme replikon, da dette sikrer en lettere anvendelse av stabilise- ringsprinsippet ifølge oppfinnelsen, kan det videre tenkes at de sekvenser som koder for henholdsvis Hok- og Sok-genproduktene eller sekvenser homologe med disse kan innsettes på separate replikon på en slik måte at den stabiliserende funksjon ifølge oppfinnelsen uttrykkes når replikonene innføres i en vertscelle. For å få riktig ekspresjon kan det være nødvendig å modifisere på egnet måte promotorsekvensene av det ene eller begge genene. Således angår en annen side ved oppfinnelsen en levende celle som inneholder et replikon som omfatter R1 parB hok-genet eller en sekvens som er homolog med dette, og et annet replikon som omfatter R1 parB sok-genet eller en sekvens som er homolog med dette. Det skal bemerkes at i den foreliggende sammenheng skal man med uttrykket "sekvens homolog med dette" forstå en sekvens som er enten homolog med et av parB-genene selv eller homolog med en hvilken som helst sekvens som er homolog med et av parB-genene. Although according to the invention it is most advantageous to provide the killing function and the antagonist for this on the same replicon, as this ensures an easier application of the stabilization principle according to the invention, it is also conceivable that the sequences which code for Hok and Sok respectively the gene products or sequences homologous to these can be inserted on separate replicons in such a way that the stabilizing function according to the invention is expressed when the replicons are introduced into a host cell. In order to obtain correct expression, it may be necessary to suitably modify the promoter sequences of one or both genes. Thus, another aspect of the invention relates to a living cell containing a replicon comprising the R1 parB hok gene or a sequence homologous thereto, and another replicon comprising the R1 parB sok gene or a sequence homologous thereto. It should be noted that in the present context the expression "sequence homologous to this" is to be understood as a sequence which is either homologous to one of the parB genes itself or homologous to any sequence which is homologous to one of the parB genes.
I prinsipp kan hok- og sok-genene eller de homologe sekvenser foreligge på hvilke som helst to forskjellige replikon, forutsatt at disse kan eksistere sammen i forenlighet i den samme celle. Hok-genet eller det hok-homologe gen foreligger imidlertid fortrinnsvis på et replikon som i seg selv opprettholdes stabilt i cellen, såsom et kromosom, mens sok-genet eller det sok-homologe gen mest fordelaktig innsettes på det replikon, hvis stabile opprettholdelse ønskes, det vil si typisk det replikon som uttrykker det ønskede genprodukt. Det replikon som bærer sok-genet eller det sok-homologe gen er derfor vanligvis en ekstrakromosomal autonomt replikerende nukleotidsekvens, f.eks. et plasmid. Tap av replikonet som bærer sok-genet eller det sok-homologe gen fra cellen, slik at sok-genprodukteL ikke lenger kontinuerlig uttrykkes, bevirker celledød i henhold til de prinsipper som er beskrevet ovenfor, hvilket betyr at bare celler som inneholder dette replikon er levedyktige. In principle, the hok and sok genes or the homologous sequences can be present on any two different replicons, provided that these can co-exist in compatibility in the same cell. However, the hok gene or the hok-homologous gene is preferably present on a replicon which itself is stably maintained in the cell, such as a chromosome, while the sok gene or the sok-homologous gene is most advantageously inserted on the replicon, whose stable maintenance is desired, that is, typically the replicon that expresses the desired gene product. The replicon carrying the sok gene or the sok homologous gene is therefore usually an extrachromosomal autonomously replicating nucleotide sequence, e.g. a plasmid. Loss of the replicon carrying the sok gene or the sok homologous gene from the cell, so that the sok gene product is no longer continuously expressed, causes cell death according to the principles described above, meaning that only cells containing this replicon are viable .
Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte til fremstilling av et stabilisert replikon som angitt ovenfor, hvilken fremgangsmåte omfatter å innsette i et replikon en sekvens som koder for et produkt som kan drepe en celle som inneholder replikonet eller avkommet av cellen (eller koder for en forløper for det drepende produkt), og en sekvens som koder for en antagonist for det drepende produkt (eller som koder for en forløper for antagonisten), idet antagonisten er en som undertrykker det drepende produkt (eller en forløper for produktet) i celler som inneholder replikonet, mens antagonistaktiviteten avtar når replikonet tapes fra cellen, slik at antagonisten (eller dens forløper) ikke lenger uttrykkes kontinuerlig, hvilket betyr at det drepende produkt (eller dets forløper) som foreligger i den nå replikonfrie celle ikke lenger undertrykkes av antagonisten, hvilket fører til celledød, med det forbehold at det celledrepende produkt, såvel som antagonisten for dette, ikke er kodet for ved R1 parB-området når replikonet er et plasmid som kan replikere i gramnegative bakterier. The invention also relates to a method for producing a stabilized replicon as stated above, which method comprises inserting into a replicon a sequence that codes for a product that can kill a cell containing the replicon or the progeny of the cell (or codes for a precursor of the killing product), and a sequence that codes for an antagonist of the killing product (or that codes for a precursor of the antagonist), the antagonist being one that suppresses the killing product (or a precursor of the product) in cells containing the replicon, while the antagonist activity decreases when the replicon is lost from the cell, so that the antagonist (or its precursor) is no longer continuously expressed, which means that the killing product (or its precursor) present in the now replicon-free cell is no longer suppressed by the antagonist, leading to cell death, with the proviso that the cell-killing product, as well as the antagonist for this, is not coded for wood The R1 parB region when the replicon is a plasmid that can replicate in Gram-negative bacteria.
I henhold til den ovenfor angitte forklaring, kan sekvensen eller sekvensene som innsettes være sekvens eller sekvenser av DNA (eller, der hvor det er aktuelt, RNA) som har sin opprinnelse fra en celle som er beslektet med replikonet, særlig en sekvens eller sekvenser som er homologe med R1 parB-området, eller sekvensen eller sekvensene kan ha sin opprinnelse fra R1 parB-området, muligens med modifiserte promotorfunksjoner for å tilpasse sekvensen den spesielle celletype hvor replikonet skal inneholdes. According to the explanation given above, the sequence or sequences inserted may be a sequence or sequences of DNA (or, where applicable, RNA) originating from a cell related to the replicon, in particular a sequence or sequences which are homologous to the R1 parB region, or the sequence or sequences may originate from the R1 parB region, possibly with modified promoter functions to adapt the sequence to the particular cell type in which the replicon is to be contained.
Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte til fremstilling av et genprodukt som er kodet for ved en nukleinsyresekvens, hvilken fremgangsmåte omfatter å dyrke celler som inneholder et replikon som angitt ovenfor, og høsting av et genprodukt uttrykt fra replikonet. Dyrkingen bør utføres i et næringsmedium som er egnet for den aktuelle celletype, det vil si et medium inneholdende de nødvendige næringsstoffer for denne celletype. Dyringen vil normalt utføres for et stort antall generasjoner, f.eks. mer enn 100, for å oppnå en tilstrekkelig produksjon av det verdi-fulle produkt som kodes for av nukleinsyresekvensen, og under denne dyrking vil tapet av replikonet avta dramatisk på grunn av den replikonstabiliserende funksjon som her er angitt sammenlignet med det tap som finner sted dersom ikke noen replikonstabiliserende mekanisme anvendes. Således er det realistisk å ha et tap av det stabiliserte replikon på mindre enn 10~<4>celler/gene rasjon, normalt mindre enn 10~<5>celler/generasjon, og ofte mindre enn 10~<6>celler/generasjon. The invention also relates to a method for producing a gene product encoded by a nucleic acid sequence, which method comprises growing cells containing a replicon as stated above, and harvesting a gene product expressed from the replicon. Cultivation should be carried out in a nutrient medium that is suitable for the relevant cell type, that is, a medium containing the necessary nutrients for this cell type. Breeding will normally be carried out for a large number of generations, e.g. more than 100, to obtain a sufficient production of the valuable product encoded by the nucleic acid sequence, and during this cultivation the loss of the replicon will decrease dramatically due to the replicon stabilizing function indicated here compared to the loss that takes place if no replicon stabilizing mechanism is used. Thus, it is realistic to have a loss of the stabilized replicon of less than 10~<4>cells/generation, normally less than 10~<5>cells/generation, and often less than 10~<6>cells/generation.
I alle de ovenfor angitte tilfeller er oppfinnelsen basert på evnen til nukleotidsekvenser, såsom parB eller parB-lignende sekvenser, til å formidle en fenotype med stabil opprettholdelse i en cellepopulasjon av et replikon som bærer sekvensene. De stabiliseringsformidlende sekvenser bør settes inn i replikonet på en slik måte at drepefunksjonen og antagonistfunksjonen som kodes for ved f.eks. hok- eller hoklignende og sok- eller soklignende gener uttrykkes. For at de skal være virksomme, kan det være en fordel å velge sekvensene i henhold til den type vertscelle som er involvert, f.eks. bakterier, gjær, mugg, dyreceller eller planteceller, og det kan være nødvendig å modifisere eller på kunstig måte gjenskape den riktige regule-ringsløkke, f.eks. sok-reguleringsløkken eller den soklignende reguleringsløkke. Den resulterende stabiliseringsmekanisme vil operere i henhold til de prinsipper som er beskrevet ovenfor, særlig på en måte som er analog med den mekanisme som er forklart for R1 parB. Da det sentrale punkt i replikonstabili-seringsmekanismen er at celler som har mistet replikonet blir drept av det drepende produkt, det vil si hok-genproduktet, har den foreliggende oppfinnelse den viktige industrielle nytte på grunn av den beskrevne replikonstabiliserende mekanismes uavhengighet overfor noe som helst ytre seleksjonstrykk, det vil si tilsetningen av spesielle næringsmidler, antibiotika eller andre forandringer i celleomgivelsene under dyrking i stor målestokk av celler som omfatter flere generasjoner av cellefor-mering. In all of the above cases, the invention is based on the ability of nucleotide sequences, such as parB or parB-like sequences, to mediate a phenotype with stable maintenance in a cell population of a replicon carrying the sequences. The stabilization mediating sequences should be inserted into the replicon in such a way that the killing function and the antagonist function which are coded for by e.g. hok or hok-like and sock or sock-like genes are expressed. For them to be effective, it may be advantageous to choose the sequences according to the type of host cell involved, e.g. bacteria, yeast, mold, animal cells or plant cells, and it may be necessary to modify or artificially recreate the correct regulatory loop, e.g. the sock regulation loop or the sock-like regulation loop. The resulting stabilization mechanism will operate according to the principles described above, particularly in a manner analogous to the mechanism explained for R1 parB. Since the central point in the replicon stabilization mechanism is that cells that have lost the replicon are killed by the killing product, i.e. the hog gene product, the present invention has the important industrial utility due to the independence of the described replicon stabilizing mechanism from anything external selection pressure, i.e. the addition of special nutrients, antibiotics or other changes in the cell environment during cultivation on a large scale of cells that include several generations of cell reproduction.
En annen viktig fordel ved den foreliggende oppfinnelse er uavhengigheten av den beskrevne replikonstabiliserende mekanisme overfor hvilke som helst spesielle kombinasjoner av vertscelle og replikonvektor som er nødvendig i det system som er beskrevet i Europapatentsøknad nr. 82306207.0, publikasjonsnr. 0.080.848. I den tekniske utnyttelse av den foreliggende oppfinnelse kan derfor et vidt spektrum av replikon/vertscellesystemer betraktes. Den generelle strategi for dannelse av et replikonopprett-holdende system, f.eks. et system som er identisk med eller analogt med R1 parB-systemet, er blitt beskrevet ovenfor og skal eksemplifiseres som følger. Another important advantage of the present invention is the independence of the described replicon stabilizing mechanism from any particular combinations of host cell and replicon vector that are necessary in the system described in European patent application no. 82306207.0, publication no. 0.080.848. In the technical utilization of the present invention, a wide spectrum of replicon/host cell systems can therefore be considered. The general strategy for forming a replicon-maintaining system, e.g. a system identical to or analogous to the R1 parB system has been described above and will be exemplified as follows.
1. Gramnegative og grampositive bakterier1. Gram-negative and gram-positive bacteria
Egnede replikon i bakterielle vertsceller kan f.eks. være plasmider som kan replikere i Enterobacteriaceae, f.eks. pBR322 eller R1 løpske (runaway) replikasjonsplasmider (Europapatent-søknad nr. 83305438.0, publikasjonsnr. 0.109.150), eller som er istand til å replikere i gramnegative bakterier generelt, det vil si plasmider avledet fra RSF1010 (Bagdasarian et al, Gene 16, 1981, pp. 237-242), eller plasmider som kan replikere i grampositive bakterier, såsom B. subtilis, f.eks. pC194 og pUB110 (Lovett and Keggins, Meth. in Enzymol. 68, 1979, pp. 342-357), som alle kan være ustabilt nedarvet når de benyttes som kloningsvektorer. For å stabilisere slike bakterielle plasmider ved en parB-lignende mekanisme, kan et DNA-fragment eller DNA-fragmenter omfattende R1 parB-området innsettes i replikonet på en slik måte at R1 hok- og -sok-ekspresjonen transkriberes fra de native promotorer for R1 parB. Dersom R1 hok- og -sok-genene ikke transkriberes fra disse native promotorer i den aktuelle vertscelle, f.eks. på grunn av forskjeller i promotorsekvens-behov mellom E. coli og andre bakterier, kan de native promotor-sekvenser av R1 parB erstattes av promotorer som er kjent for å kunne gjenkjennes i den aktuelle vertscelle, slike promotorer er enten naturlige promotorer eller syntetiske promotorer, såsom 3P02-fagpromotoren som er aktiv i B. subtilis (Williams et al, Gene 16, 1981, pp. 199-206). Dersom R1 hok-genproduktet ikke er dødelig for den aktuelle vertscelle - et absolutt krav for å etablere replikonstabilisasjonsfunksjonen for R1 parB - kan en R1 hok analog sekvens isoleres fra enten genomet av den aktuelle vertscelle (eller en nær beslektet bakterieart), eller fra et plasmid som forekommer naturlig i den aktuelle vertscelle (eller en nær beslektet bakterieart) og deretter testes for celledrepende aktivitet på en måte lignende den som er beskrevet i eksemplene for en E. coli kromosomal homolog av R1 parB, fulgt av konstruksjonen av en styringsløkke som regulerer ekspresjonen av den nylig isolerte parB-homolog for å danne et replikonstabiliserende system som er spesielt tilpasset den vertscelle som er involvert når det konstruerte stykke (construct) settes inn i det aktuelle replikon. Suitable replicons in bacterial host cells can e.g. be plasmids that can replicate in Enterobacteriaceae, e.g. pBR322 or R1 runaway replication plasmids (European patent application no. 83305438.0, publication no. 0.109.150), or capable of replicating in gram-negative bacteria in general, that is, plasmids derived from RSF1010 (Bagdasarian et al, Gene 16, 1981, pp. 237-242), or plasmids that can replicate in Gram-positive bacteria, such as B. subtilis, e.g. pC194 and pUB110 (Lovett and Keggins, Meth. in Enzymol. 68, 1979, pp. 342-357), all of which can be unstable inherited when used as cloning vectors. To stabilize such bacterial plasmids by a parB-like mechanism, a DNA fragment or DNA fragments comprising the R1 parB region can be inserted into the replicon in such a way that R1 hok and -sok expression is transcribed from the native promoters of R1 coupleB. If the R1 hok and -sok genes are not transcribed from these native promoters in the relevant host cell, e.g. due to differences in promoter sequence requirements between E. coli and other bacteria, the native promoter sequences of R1 parB can be replaced by promoters known to be recognized in the relevant host cell, such promoters being either natural promoters or synthetic promoters, such as the 3P02 phage promoter which is active in B. subtilis (Williams et al, Gene 16, 1981, pp. 199-206). If the R1 hok gene product is not lethal to the host cell in question - an absolute requirement to establish the replicon stabilization function for R1 parB - an R1 hok analog sequence can be isolated from either the genome of the host cell in question (or a closely related bacterial species), or from a plasmid that occurs naturally in the host cell in question (or a closely related bacterial species) and then tested for cytotoxic activity in a manner similar to that described in the examples for an E. coli chromosomal homologue of R1 parB, followed by the construction of a control loop that regulates its expression of the newly isolated parB homologue to form a replicon stabilizing system that is specifically adapted to the host cell involved when the constructed piece (construct) is inserted into the relevant replicon.
Bruken av hok/sok-systemet eller et system analogt med hok/sok-systemet i bakterier omfatter således: en egnet utvelgelse av replikon og vertscelle, innsetting i replikonet av den riktige sekvens omfattende et hok/sok-system eller et system analogt med hok/sok-systemet som uttrykkes i den valgte vertscelle, innsetting i det stabiliserte replikon av et gen eller gener som koder for et eller flere nyttige produkter som skal produseres i stor målestokk, innføring av det stabiliserte rekombinante replikon i den bakterielle vertscelle ved standardteknikker for bakteriell transformasjon, dyrking av de replikonholdige vertsceller i et dyrkingsmedium supplert med de nødvendige næringsstoffer for flere generasjoner, f.eks. mer enn 100 som er nødvendig for oppnåelse av den ønskede celletetthet, og til slutt høsting av cellene og mediet, fra hvilke som helst det resulterende produkt kan isoleres. Det skal understrekes at den mekanisme for replikonstabiliserina som den foreliggende oppfinnelse angår, ikke krever noen manipulering av kulturen under dyrking for å sikre opprettholdelsen av det stabiliserte replikon i populasjonen, da celler fra hvilke replikonet går tapt blir drept av det hok eller hok-lignende produkt uttrykt i den replikonfrie celle. The use of the hok/sok system or a system analogous to the hok/sok system in bacteria thus includes: a suitable selection of replicon and host cell, insertion into the replicon of the correct sequence comprising a hok/sok system or a system analogous to hok /sok system expressed in the selected host cell, insertion into the stabilized replicon of a gene or genes encoding one or more useful products to be produced on a large scale, introduction of the stabilized recombinant replicon into the bacterial host cell by standard techniques for bacterial transformation, cultivation of the replicon-containing host cells in a culture medium supplemented with the necessary nutrients for several generations, e.g. more than 100 as necessary to achieve the desired cell density, and finally harvest the cells and medium from which any resulting product can be isolated. It should be emphasized that the mechanism of replicon stabilization to which the present invention relates does not require any manipulation of the culture during cultivation to ensure the maintenance of the stabilized replicon in the population, as cells from which the replicon is lost are killed by the hok or hok-like product expressed in the replication-free cell.
2. Gjærceller2. Yeast cells
Den tekniske utnyttelse av rekombinante DNA-teknikker i eukaryote systemer kan være ønskelig for oppnåelse av slike post-translasjonelle modifikasjoner (spesifikke proteolytiske kløyvinger, glykosylering etc.) av primære (eukaryote) genpro-dukter, hvilke modifikasjoner enten ikke gjøres i bakterier i det hele tatt eller i beste fall bare gjøres på en suboptimal måte. En meget benyttet eukaryot organisme er gjæren Saccharomyces cerevisiae, hvor et naturlig forekommende plasmid, 2 \ ±-replikonet, er blitt tilpasset som en vektor for ekspresjonen av gener som ikke er naturlig beslektet med 2n-replikonet i Saccharomyces cerevisiae. Rekombinante DNA-molekyler omfattende 2u-replikonet med et eller flere innskudd av ikke-beslektede DNA-fragmenter er ofte funnet å være ustabilt nedarvet i gjærcellene. I henhold til de ovenfor skisserte prinsipper er det mulig å isolere eller konstruere en sekvens som skal innsettes i et gjærreplikon, f.eks. 2y.-replikonet, hvilken sekvens benytter prinsippet for replikonstabilisering ved hjelp av R1 parB for å stabilisere gjærplasmidet. The technical utilization of recombinant DNA techniques in eukaryotic systems may be desirable for achieving such post-translational modifications (specific proteolytic cleavages, glycosylation etc.) of primary (eukaryotic) gene products, which modifications are either not made in bacteria at all taken or at best only done in a suboptimal way. A widely used eukaryotic organism is the yeast Saccharomyces cerevisiae, where a naturally occurring plasmid, the 2 \ ± replicon, has been adapted as a vector for the expression of genes that are not naturally related to the 2n replicon in Saccharomyces cerevisiae. Recombinant DNA molecules comprising the 2u replicon with one or more insertions of unrelated DNA fragments are often found to be unstablely inherited in yeast cells. According to the principles outlined above, it is possible to isolate or construct a sequence to be inserted into a yeast replicon, e.g. The 2y. replicon, which sequence uses the principle of replicon stabilization by R1 parB to stabilize the yeast plasmid.
Skjønt det ikke er sannsynlig at de native promotorer av R1 hok-og -sok-genene vil være virkningsfulle i Saccharomyces cerevisiae-celler, gjør bevaringen av hok-lignende sekvenser over store utviklingsavstander, hvilket er antydet ved oppdagelsen av hok-homologe sekvenser i en rekke forskjellige organismer, at det er realistisk å utprøve produktet av R1 hok-genet og gener beslektet med R1 hok (f.eks. rel3-orf3 eller pari, eller andre gener som har sin opprinnelse fra bakterielle genomer og oppviser en homologi ved sekvensen og det funksjonelle nivå til R1 hok eller lignende gener isolert fra bakterielle plasmider) for dets evne til å drepe gjærceller, såsom Saccharomyces cerevisiae. I praksis vil dette medføre isolering av det kodende område av hok-genet eller hok-lignende gen og kobling (linking) av det kodende område til en egnet gjærcellepromotor, såsom TRF1-promotoren (Dobson et al, Nucleic Acids Res. 11, 1983, pp. 2287-2302), idet det resulterende replikon til slutt innføres i gjærceller i henhold til standardmetoder, og virkningen av ekspresjonen av hok eller hoklignende gen undersøkes. Dersom celledød resulterer, er et nyttig hok eller hok-lignende gen blitt identifisert. Although the native promoters of the R1 hok and sok genes are unlikely to be functional in Saccharomyces cerevisiae cells, the conservation of hok-like sequences over large evolutionary distances, as suggested by the discovery of hok-homologous sequences in a variety of organisms, that it is realistic to test the product of the R1 hok gene and genes related to R1 hok (e.g. rel3-orf3 or pari, or other genes that originate from bacterial genomes and show sequence homology and the functional level of R1 hok or similar genes isolated from bacterial plasmids) for its ability to kill yeast cells, such as Saccharomyces cerevisiae. In practice, this will involve isolating the coding region of the hok gene or hok-like gene and linking the coding region to a suitable yeast cell promoter, such as the TRF1 promoter (Dobson et al, Nucleic Acids Res. 11, 1983, pp. 2287-2302), with the resulting replicon finally introduced into yeast cells according to standard methods, and the effect of the expression of the hok or hok-like gene examined. If cell death results, a useful hok or hok-like gene has been identified.
Alternativt kan sekvenser identifisert i gjær-DNA fra gjær og homologe med parB eller reiB-orf3 isoleres, kobles til en passende gjærcellepromotor, innsettes i 2n-replikonet og, etter at det rekombinante replikon er blitt innført i Saccharomyces cerevisiae, utprøves for deres evne til å drepe cellen. Fra et hok-gen eller et hok-lignende gen som er vist å være giftig for gjær, som f.eks. Saccharomyces cerevisiae når det uttrykkes, kan et replikonstabiliserende system som er identisk eller analogt med R1 parB-systemet genereres, ved påleggelse av en regulerende løkke (f.eks. et sok-gen eller sok-lignende gen styrt av en passende gjærpromotor) som tidligere beskrevet i diskusjonen av den generelle strategi. Den resulterende gjær-hok/sok-sekvens eller hok/sok-lignende sekvens kan innsettes i et hvilket som helst gjærreplikon, f.eks. 2u-replikonet eller derivater derav, inn i hvilke gener som ikke er naturlig beslektet med 2n er blitt innsatt for det formål å oppnå ekspresjon av de innsatte gener for å sikre den stabile opprettholdelse av replikonet eller derivatene derav under dyrking. Det således stabiliserte replikon kan innføres i gjærceller, f.eks. Saccharomyces cerevisiae-celler, ved transformasjon eller protoplastfusjon, og etter seleksjon kan de celler som bærer det stabiliserte replikon dyrkes videre til en kultur i stor målestokk i et passende dyrkingsmedium supplert med de nødvendige næringsmidler. Ikke noe ytre seleksjonstrykk er nødvendig for å sikre replikonstabilisering, da celler fra hvilke replikonet går tapt drepes ved hok-produktet eller det hok-lignende produkt som uttrykkes i den replikonfrie celle. Kulturen som består bare av celler som inneholder replikonet blir deretter høstet, og et eventuelt nyttig produkt uttrykt fra replikonet kan isoleres fra enten gjærcellene eller dyrkingsmediet, avhengig av beskaffen-heten av genet og det aktuelle genprodukt. Alternatively, sequences identified in yeast DNA from yeast and homologous to parB or reiB-orf3 can be isolated, ligated to an appropriate yeast promoter, inserted into the 2n replicon and, after the recombinant replicon has been introduced into Saccharomyces cerevisiae, tested for their ability to to kill the cell. From a hok gene or a hok-like gene that has been shown to be toxic to yeast, such as e.g. Saccharomyces cerevisiae when expressed, a replicon stabilizing system identical or analogous to the R1 parB system can be generated, by imposition of a regulatory loop (eg a sok gene or sok-like gene driven by an appropriate yeast promoter) as previously described in the discussion of the general strategy. The resulting yeast hok/sok or hok/sok-like sequence can be inserted into any yeast replicon, e.g. The 2u replicon or derivatives thereof, into which genes not naturally related to 2n have been inserted for the purpose of achieving expression of the inserted genes to ensure the stable maintenance of the replicon or derivatives thereof during cultivation. The thus stabilized replicon can be introduced into yeast cells, e.g. Saccharomyces cerevisiae cells, by transformation or protoplast fusion, and after selection, the cells carrying the stabilized replicon can be grown further into a culture on a large scale in a suitable culture medium supplemented with the necessary nutrients. No external selection pressure is necessary to ensure replicon stabilization, as cells from which the replicon is lost are killed by the hok product or the hok-like product expressed in the replicon-free cell. The culture consisting only of cells containing the replicon is then harvested, and any useful product expressed from the replicon can be isolated from either the yeast cells or the culture medium, depending on the nature of the gene and the gene product in question.
3. Pattedyrceller3. Mammalian cells
Behovet for spesielle post-translasjonelle modifikasjoner kan nødvendiggjøre ekspresjonen av visse eukaryote gener i pattedyrceller, det vil si av menneskelig eller animalsk opprinnelse, snarere enn i bakterier eller i éncellede eukaryote organismer. Replikoner som kan benyttes som kloningsvektorer i eukaryote celler fås fra kromosomer (ars-replikoner), fra DNA-vira, f.eks. SV40 og papillomavirus fra storfe, eller fra RNA-vira, f.eks. retrovira. De to DNA-vira som er nevnt kan opprettholdes i en plasmid tilstand i infiserte celler, mens de fleste retrovira (RNA-holdige vira) trenger å bli genetisk modifisert for å eksistere som fritt replikerende DNA-molekyler snarere enn kromosomalt integrerte kopier av det virale RNA-genom. Det kan ventes at de samme problemer med stabil opprettholdelse av det replikon som er involvert, slik det er beskrevet ovenfor, vil inntreffe under dyrking i stor målestokk av celler inneholdende de ovenfor nevnte replikoner inn i hvilke gener som ikke er naturlig beslektet med replikonet er blitt innsatt for å oppnå ekspresjon av et nyttig produkt. The need for special post-translational modifications may necessitate the expression of certain eukaryotic genes in mammalian cells, that is, of human or animal origin, rather than in bacteria or unicellular eukaryotic organisms. Replicons that can be used as cloning vectors in eukaryotic cells are obtained from chromosomes (ars replicons), from DNA viruses, e.g. SV40 and bovine papillomavirus, or from RNA viruses, e.g. retroviruses. The two DNA viruses mentioned can be maintained in a plasmid state in infected cells, while most retroviruses (RNA-containing viruses) need to be genetically modified to exist as freely replicating DNA molecules rather than chromosomally integrated copies of the viral RNA genome. It can be expected that the same problems with stable maintenance of the replicon involved, as described above, will occur during large-scale cultivation of cells containing the above-mentioned replicons into which genes not naturally related to the replicon have been inserted to achieve expression of a useful product.
En sekvens inneholdende et hok/sok-system eller et system analogt med hok/sok kan konstrueres på lignende måte som det som er beskrevet for gjærcellesystemet, straks et gen som utøver en hok- eller hoklignende virkning i den valgte vertscelle er blitt identifisert. Et første trinn ville således være å innsette kodingssekvensen av kjente hok- eller hoklignende gener uansett deres opprinnelse fra bakterielle genomer eller gjærcellegenomer i et replikon som kan replikere i vertscellen på en slik måte at ekspresjonen av hok-genet fås ved induksjon av ekspresjon. Dette betyr at sekvensene som koder for hok-produktet eller det hok-lignende produkt bør suppleres med alle nødvendige regulerende sekvenser som er nødvendig for ekspresjon av et gen i vertscellen. En promotorsekvens som er egnet til innsetting på oversiden av hok-genet eller det hok-lignende gen kan være svulstvirus LTR (long terminal repeat sequence) fra melkekjertel hos mus, som er induserbart med steoride hormoner. Dersom celledød finner sted når transkripsjonen induseres, er et hok-gen eller et hok-lignende gen blitt identifisert for den aktuelle vertscelle, og fra dette hok-gen eller hok-lignende gen kan et replikonstabiliserende system konstrueres ved pålegging av en reguleringsløkke, f.eks. sok-løkken eller den sok-lignende løkke som beskrevet ovenfor. A sequence containing a hok/sok system or a system analogous to hok/sok can be constructed in a similar way to that described for the yeast cell system, as soon as a gene that exerts a hok or hok-like effect in the chosen host cell has been identified. A first step would thus be to insert the coding sequence of known hok or hok-like genes regardless of their origin from bacterial genomes or yeast cell genomes into a replicon that can replicate in the host cell in such a way that the expression of the hok gene is obtained by induction of expression. This means that the sequences coding for the hok product or the hok-like product should be supplemented with all necessary regulatory sequences that are necessary for the expression of a gene in the host cell. A promoter sequence suitable for insertion upstream of the hok gene or the hok-like gene can be the tumor virus LTR (long terminal repeat sequence) from the mammary gland of mice, which is inducible with steroid hormones. If cell death takes place when transcription is induced, a hok gene or a hok-like gene has been identified for the relevant host cell, and from this hok gene or hok-like gene a replicon stabilizing system can be constructed by imposing a regulatory loop, e.g. e.g. the sock loop or the sock-like loop as described above.
Dersom ingen av de tilgjengelige hok-gen eller hok-lignende gener av bakterie- eller gjæropprinnelse utøver en giftig virkning i de aktuelle pattedyrceller, kan nye hok-lignende sekvenser isoleres fra et pattedyrgenom (f.eks. de sekvenser som er oppdaget i Tetrahymena mitokondrisk DNA og i menneskelig cellulært DNA) og deretter utprøves for hok-lignende aktivitet når de er riktig uttrykt. Den anbefalte strategi for oppdagelse av nye hok-lignende sekvenser er blitt antydet ovenfor. If none of the available hok genes or hok-like genes of bacterial or yeast origin exert a toxic effect in the relevant mammalian cells, new hok-like sequences can be isolated from a mammalian genome (e.g. the sequences discovered in Tetrahymena mitochondrial DNA and in human cellular DNA) and then tested for hok-like activity when properly expressed. The recommended strategy for the discovery of new hook-like sequences has been suggested above.
Bruken av den hok/sok-lignende stabiliseringsmekanisme i pattedyrceller omfatter således: valg av et egnet replikon, f.eks. en retrovirusvektor som kan eksistere som et fritt replikerende molekyl, slik det er blitt beskrevet for visse retrovira, og valg av vertsceller avhengig av de faktiske sekvenser som styrer ekspresjonen av de innsatte hok/sok-lignende gener; innsetting i det stabiliserte replikon av slike fremmede gener som koder for ett eller flere ønskede produkter som skal produseres inn i replikonet; innføring av det stabiliserte rekombinante replikon i den valgte pattedyr-cellelinje ved standardteknikker for DNA-transfeksjon eller mikroinjeksjon; seleksjon av celler inneholdende replikonet, dyrking av cellene i et dyrkningsmedium tilpasset cellelinjen som er involvert ved tilsetning av nødvendige næringsmidler og vekstfaktorer med henblikk på oppnåelse av en cellekultur i stor målestokk som uttrykker det gen som koder for det nyttige produkt; og til slutt høsting av kulturen og isolering av det ønskede produkt. The use of the hok/sok-like stabilization mechanism in mammalian cells thus includes: selection of a suitable replicon, e.g. a retroviral vector that can exist as a freely replicating molecule, as has been described for certain retroviruses, and host cell selection depending on the actual sequences that direct the expression of the inserted hok/sok-like genes; insertion into the stabilized replicon of such foreign genes which code for one or more desired products to be produced into the replicon; introducing the stabilized recombinant replicon into the selected mammalian cell line by standard techniques of DNA transfection or microinjection; selection of cells containing the replicon, cultivation of the cells in a culture medium adapted to the cell line involved by addition of necessary nutrients and growth factors with a view to obtaining a large-scale cell culture expressing the gene encoding the useful product; and finally harvesting the culture and isolating the desired product.
Det skal bemerkes at for et hvilket som helst gitt fragment som er vist å uttrykke en stabiliserende funksjon når det innsettes i et replikon, er det mulig å teste hvorvidt den resulterende stabile opprettholdelse av replikonet kan tilskrives en stabiliseringsmekanisme i henhold til den foreliggende oppfinnelse på følgende måte: Innsetting av fragmentet som uttrykker den stabiliserende funksjon som skal testes i en på visse betingelser (conditionally) replikerende vektor, såsom en rep(ts) vektor som kan replikere i en gitt type vertscelle, dyrking av cellene som inneholder vektoren under betingelser hvor vektoren ikke lenger replikerer, men hvor celledyrking fortsatt finner sted, slik at vektoren til slutt blir fortynnet ut av cellene, og bestemmelse av antallet levedyktige celler sammenlignet med en kontrollprøve som inneholder den samme vektor, men som imidlertid ikke bærer fragmentet. Dersom levedyktighetstallet er betydelig lavere enn for kontrollprøven, som et resultat av den gradvise avtagning av antagonisten i de vektorfrie celler, er en stabiliseringsmekanisme i henhold til oppfinnelsen blitt identifisert. Et eksempel på denne testfremgangsmåte er beskrevet i Gerdes et al, "Unique type of plasmid maintenance function: Postsegregational killing of plasmid-free cells", Proe. Nati. Acad. Sei. USA 83, 1986, pp. 3116-3120. It should be noted that for any given fragment shown to express a stabilizing function when inserted into a replicon, it is possible to test whether the resulting stable maintenance of the replicon is attributable to a stabilizing mechanism according to the present invention by the following way: Insertion of the fragment expressing the stabilizing function to be tested into a conditionally replicating vector, such as a rep(ts) vector that can replicate in a given type of host cell, culturing the cells containing the vector under conditions where the vector no longer replicating, but where cell cultivation still takes place, so that the vector is eventually diluted out of the cells, and determination of the number of viable cells compared to a control sample containing the same vector, but not carrying the fragment. If the viability number is significantly lower than for the control sample, as a result of the gradual removal of the antagonist in the vector-free cells, a stabilization mechanism according to the invention has been identified. An example of this test procedure is described in Gerdes et al, "Unique type of plasmid maintenance function: Postsegregational killing of plasmid-free cells", Proe. Nati. Acad. Pollock. USA 83, 1986, pp. 3116-3120.
I forbindelse med utførelsen av denne test kan det også være mulig å utføre en hybridiseringstest for en mulig homologi av fragmentet til R1 parB eller en parB-homolog. In connection with the performance of this test, it may also be possible to perform a hybridization test for a possible homology of the fragment to R1 parB or a parB homologue.
Skjønt spesielle typer replikon tilpasset til spesielle celletyper er blitt beskrevet i detalj ovenfor, er det generelle prinsipp for anvendelse av den stabiliserende mekanisme ifølge oppfinnelsen den samme, uansett typen replikon og celle som inneholder replikonet: opprettelsen på det samme replikon av en vertsdrepende funksjon og en antagonistfunksjon balansert slik at den undertrykker den vertsdrepende funksjon i celler som inneholder replikonet, som således sikrer stabiliseringen av replikonet i cellepopulasjonen. Although particular types of replicon adapted to particular cell types have been described in detail above, the general principle of application of the stabilizing mechanism according to the invention is the same, regardless of the type of replicon and cell containing the replicon: the creation on the same replicon of a host-killing function and a antagonist function balanced so that it suppresses the host killing function in cells containing the replicon, thus ensuring the stabilization of the replicon in the cell population.
Beskrivelse av tegningenDescription of the drawing
Oppfinnelsen er ytterligere beskrevet med henvisning til tegningen, hvor The invention is further described with reference to the drawing, where
fig. 1 viser et utslettelseskart for parB-området. Plasseringen av parA-området og parB-området innenfor EcoRI-A-fragmentet av plasmid R1 er vist som sorte striper. Restriksjonsenzymseter i EcoRI-A-fragmentet er beskrevet i internasjonal patentsøknad nr. PCT/DK83/00086, publikasjonsnr. WO 84/01172. parB-området er anordnet inne i 1,9 kb Pstl-fragmentet avgrenset av koordinater 15,0 til 16,9. parB-området ble videre kartlagt til høyre for 580 bp av et 880 bp Rsal-fragment. Det skraverte område angir det minste parB-område. Posisjonen av hok- og sok-genene innenfor det 580 bp parB-område er også vist. Et Bglll-Sall-fragment inneholdende / pR-promotoren og d857-allelen av A. - undertrykningsgenet ble innsatt i pBR322-derivatene bærende forskjellige deler av parB-fragmentet. Posisjonen av de innsatte fragmenter og retningen av transkripsjonen fra ApR er vist nedenfor kartet av parB-området (piler). pR-promotorene i pKG633, pKG634 og pKG341 leser fra venstre til høyre inn i parB-området, mens A. pR-promotoren i pKG171 leser fra høyre til venstre. Restriksjonsenzymseter er vist som E (EcoRI), B (Ball), B2(Bglll), S (Sali), R (Rsal) og P (Fstl). fig. 1 shows a deletion map for the parB region. The location of the parA region and parB region within the EcoRI-A fragment of plasmid R1 is shown as black bars. Restriction enzyme sites in the EcoRI-A fragment are described in International Patent Application No. PCT/DK83/00086, Publication No. WO 84/01172. The parB region is located within the 1.9 kb Pstl fragment bounded by coordinates 15.0 to 16.9. The parB region was further mapped to the right of 580 bp of an 880 bp Rsal fragment. The shaded area indicates the smallest parB area. The position of the hok and sok genes within the 580 bp parB region is also shown. A Bglll-Sall fragment containing the / pR promoter and the d857 allele of the A. - suppressor gene was inserted into the pBR322 derivatives carrying different parts of the parB fragment. The position of the inserted fragments and the direction of transcription from ApR are shown below the map of the parB region (arrows). The pR promoters in pKG633, pKG634 and pKG341 read from left to right into the parB region, while A. The pR promoter in pKG171 reads from right to left. Restriction enzyme sites are shown as E (EcoRI), B (Ball), B2 (Bglll), S (Sali), R (Rsal) and P (Fstl).
Fig. 2 viser et kart av plasmid pPR95 (13 kb). copA, copB representerer replikasjonskontrollgener av plasmid R1, repA representerer et gen som er nødvendig for R1-replikasjon, ori er replikasjonsopprinnelsesstedet, bla angir et gen som meddeler ampicillinmotstand på plasmidbærende celler, parB representerer det R1-avledede område som omfatter hok- og sok-genene som uttrykker en opprettholdelsesfunksjon, deo-lacZ' angir en translasjonen fusjon mellom deoC-genet og lacZ-genet. lacZ,Y,A representerer lac-operonen, c1857 representerer et gen som koder for en temperaturfølsom A-undertrykker som styrer Apr-promotoraktivitet. Filer angir retningen for transkripsjon. De sorte striper angir utstrekningen av de forskjellige gener. Restriksj onsenzymseter er vist som S (Sali), B2(Bglll), B (BamHI) og E (EcoRI). Fig. 2 shows a map of plasmid pPR95 (13 kb). copA, copB represent replication control genes of plasmid R1, repA represents a gene required for R1 replication, ori is the origin of replication, bla indicates a gene that confers ampicillin resistance on plasmid-carrying cells, parB represents the R1-derived region comprising hok- and sok- the genes that express a maintenance function, deo-lacZ' indicates a translational fusion between the deoC gene and the lacZ gene. lacZ,Y,A represents the lac operon, c1857 represents a gene encoding a temperature-sensitive A repressor that controls Apr promoter activity. Files indicate the direction of transcription. The black bars indicate the extent of the different genes. Restriction enzyme sites are shown as S (Sali), B2 (Bglll), B (BamHI) and E (EcoRI).
Fig. 3a og 3b viser nukleotidsekvensen av parB-området. 5<1->enden av den øvre DNA-tråd er anordnet til høyre. Nummereringen av basene er i henhold til koordinatene for parB-området på fig. 1. Ter angir stoppkodonet av den åpne leseramme som foreligger i nukleotidsekvensen bestående av mer enn 50 kodoner. fMet svarer til startkodonet av den åpne leseramme. Aminosyresekvensen av hok-genproduktet som starter ved posisjon +304, er vist nedenfor DNA-sekvensen - aminosyreforkortelsene er standard nomenklatur. Sekvensene betegnet "-10" og "-35" er promotorstrukturene av hok- og sok-genene. phok og psok angir henholdsvis hok- og sok-promotoren. Romertall angir stammeløkkestrukturer (stem-loop structures), idet de horisontale piler på hver side angir sekvensen av stamineløkkestrukturene. Vertikale piler angir avslutningen av hok-mRNA. Fig. 4 viser vertscelledreping etter X. pR-indusert aktivering av hok-genet. Stamme JC411 inneholdende enten pKG634 (igjenfylte symboler) eller pKG171 (åpne symboler) ble dyrket eksponentielt i A+3 minimalt medium supplert med casaminosyrer ved 30°C. Ved 0-tidspunktet ble temperaturen forandret til 42°C og dyrking av kulturene ble fulgt som OD450og levedyktige tellinger på selektivt medium (LB-plater inneholdende 50 ug/ml ampicillin). Fig. 5 er et fotografi av celler tatt ved prøve 1 time etter ombyttingen av stamme JC411 (pKG634) til 42°C. Filene peker på celler med en klart forandret morfologi. Celler med en normal morfologi ble også sett. Forstørrelse 2000 x. Fig. 6 viser undertrykkelsen av vertscelledreping. Stamme JC411 inneholdende enten pF634 alene (igjenfylte symboler) eller pF634 pluss pPR633 (åpne symboler) ble dyrket eksponentielt i A+B minimalt medium supplert med casaminosyrer ved 30°C. Ved 0-tidspunktet ble temperaturen forandret til 42°C, og dyrkning av kulturene ble fulgt ved måling av den optiske densitet (OD450) og levedyktige tellinger på selektivt medium (LB-plater inneholdende 100 y.g/kanamycin) . Fig. 7a er en sammenligning av aminosyresekvensene av hok-genproduktet og relB-orf3-genproduktet. Bevarte aminosyrer er vist ved halvfete skrifttyper, aminosyrer som representerer konservative forandringer er understreket. Fig. 7b viser oppstillingen av nukleotidsekvensene av parB og orf3 av E. coli relB-operonen (Bech et al, The EMBO Journal 4, 1985, pp. 1059-1066). parB-sekvensen er den øvre tråd, relB-orf3 den lavere, koordinater som på fig. 3. Vertikale linjer angir bevarte nukleotider. Tallene i parenteser er koordinatene av relB-nukleotidsekvensen som gitt av Bech et al. De to sekvenser er rettet inn slik at startkodonene av de to leserammene er i samme stilling - dette er angitt med Met ved posisjon +304. Avslutningskodonene av de to leseramrner er angitt med Ter ved posisjon +460. Fig. 8a viser 0,75 ug EcoRI-begrenset samlet DNA fra stammer av E. coli analysert ved filterhybridisering ved bruk av R1 parB-sonden. Felt 1: R1drd-19, felt 2: R100, felt 3: R386. Disse felter ble eksponert i 30 minutter. Felt 4: RP1 , felt 5: R6-K, felt 6: plasmidfritt E. coli. Disse felter ble eksponert i 5 timer. Størrelsen for relevante fragmenter er angitt i kilobaser. Fig. 8b viser 0,75 ug EcoRI-begrenset samlet DNA fra stammer av E. coli analysert ved filterhybridisering ved bruk av relB-orf3-sonden. Felt 1: R100, felt 2: R386, felt 3: plasmidfritt E. coli. Tiden for eksponering: 3,5 timer. Størrelsen av relevante fragmenter er angitt i kilobaser. Fig. 9 viser 0,5-0,75 ug Eco-RI-begrenset samlet DNA fra forskjellige bakterier analysert ved filterhybridisering ved bruk av R1 parB-sonden. Autoradiogrammet ble eksponert i 17 timer. To forskjellige fotografiske eksponeringer av det samme autoradiogram er vist. Felt 1: Salmonella typhimurium (ikke omtalt i teksten), felt 2: Serratia marcescens, felt 3: Pseudomonas fluorescens, felt 4: Pseudomonas putida, felt 5: Proteus vulgaris (ikke omtalt i teksten), felt 6: Escherichia coli, felt 7: Bacillus subtilis, felt 8: Bacillus circulans PL236. Stør-relser av radioaktivt merket markør (/-begrenset med Hindlll) er angitt i kilobaser. Fig. 10 viser 0,5-0,75 ug EcoRI-begrenset samlet DNA fra forskjellige bakterier analysert ved filterhybridisering ved bruk av relB-orf3-sonden. Autoradiogrammet ble eksponert i 17 timer (felt 19) og 72 timer (felter 2-7). Felt 1: Serratia marcescens, felt 2: Pseudomonas fluorescens, felt 3: Pseudomonas putida, felt 4: Bacillus subtilis, felt 5: Bacillus circulans PL236, felter 6, 7: Lactobacillus. Størrelser av radioaktivt merket markør (X-begrenset med Hindlll) er angitt i kilobaser. Fig. 11 viser filterhybridiseringsanalyser av DNA fra eukaryote celler ved bruk av relB-orf3-sonden (felt 1-4), samt R1 parB-sonden (felt 5-6). DNA ble kløyvet med EcoRI (felt 1-3 og 5-6) eller med Pstl (felt 4). Felt 1: 5 ug makronukleært DNA fra Tetrahymena thermophila, felt 2: 5 ug samlet DNA fra Tetrahymena thermophila, felt 3: 0,25 ug kloroplast-DNA fra Pisurn sativum, felt 5: 5 ug samlet cellulært DNA fra neuroblastoma, felt 6: 10 ug samlet cellulært DNA fra embryonisk lever. Størrelser av fragmenter er angitt i kilobaser. Fig. 12 viser et kart av det vide vertsområde plasmid pFNl3 parB<+>. ori angir opprinnelsesstedet for replikasjonen, mob angir den sekvens som tillater plasmidet å overføres ved konjugasjon til de fleste andre gramnegative arter når et konjugativt (det vil si mobiliserende) plasmid foreligger i den samme celle, aphA representerer et gen som meddeler kanamycin-motstand, lacZ er det gen som koder for G-galaktosidase, p symboliserer repA-promotoren fra plasmid R1, parB representerer den R1-avledede plasmidopprettholdelsesfunksjon som koder for hok- og sok-genene. Restriksjonsseter er vist som P (Pstl), E (EcoRI), H (Hindlll), B-| (BarnHI) og B2(Bglll). Fig. 13 er en modell av reguleringen av hok-genet. Ved celledeling mottar en av dattercellene alle de parB<+->plasmider som foreligger. A. Delingssyklus for en celle som bærer et parB<+->plasmid (hok<+>, sok<+>). Både hok- og sok-genproduktene produseres kontinuerlig fra plasmidet. Sok-produktet motvirker hok-produktet, og ingen virkning på cellelevedyktighet observeres (1a+2a). B. Delingssyklus av en plasmidfri celle. I den plasmidfrie celle foreligger hok- og sok-produktene. Sok-produktet nedbrytes hurtigere enn hok-produktet, hvilket fører til aktivering av hok-produktet (3b). Denne aktivering fører til skade av en livsviktig cellefunksjon og celledød (4b). Fig. 14 viser restriksjonskart av translasjonene og transkripsjonene fusjonsvektorer basert på pJEL124 (A) og pJEL126 (B), hvor c1857 angir genet for en temperaturfølsom undertrykker som styrer XpR-promotoraktivitet, oriR1 angir opprinnelsesstedet for replikasjon, bla angir et gen som meddeler ampicillinmotstand på plasmidbærende celler, lacZ,Y,A angir laz-operonen, pilene viser retningen for transkripsjonen, de sorte striper angir utstrekningen av innskuddet fra parB-området, de skraverte områder angir hok-genet eller en del derav, de åpne uskraverte områder angir sok-genet eller en del derav, sokT angir målet for Sok-genproduktet og restriksj onsenzymseter er vist som E-| (EcoRI), B-| (BarnHI) og S (Sali). Fig. 3a and 3b show the nucleotide sequence of the parB region. The 5<1-> end of the upper DNA strand is arranged on the right. The numbering of the bases is according to the coordinates of the parB region in fig. 1. Ter denotes the stop codon of the open reading frame present in the nucleotide sequence consisting of more than 50 codons. fMet corresponds to the start codon of the open reading frame. The amino acid sequence of the hok gene product starting at position +304 is shown below the DNA sequence - the amino acid abbreviations are standard nomenclature. The sequences designated "-10" and "-35" are the promoter structures of the hok and sok genes. phok and psok denote the hok and sok promoter, respectively. Roman numerals indicate stem-loop structures, with the horizontal arrows on each side indicating the sequence of the stem-loop structures. Vertical arrows indicate the termination of hok mRNA. Fig. 4 shows host cell killing after X. pR-induced activation of the hok gene. Strain JC411 containing either pKG634 (filled symbols) or pKG171 (open symbols) was grown exponentially in A+3 minimal medium supplemented with casamino acids at 30°C. At time 0, the temperature was changed to 42°C and growth of the cultures was monitored as OD450 and viable counts on selective medium (LB plates containing 50 µg/ml ampicillin). Fig. 5 is a photograph of cells sampled 1 hour after the shift of strain JC411 (pKG634) to 42°C. The files point to cells with a clearly changed morphology. Cells with a normal morphology were also seen. Magnification 2000 x. Fig. 6 shows the suppression of host cell killing. Strain JC411 containing either pF634 alone (filled symbols) or pF634 plus pPR633 (open symbols) was grown exponentially in A+B minimal medium supplemented with casamino acids at 30°C. At time 0, the temperature was changed to 42°C, and growth of the cultures was followed by measuring the optical density (OD450) and viable counts on selective medium (LB plates containing 100 µg/kanamycin). Fig. 7a is a comparison of the amino acid sequences of the hok gene product and the relB orf3 gene product. Conserved amino acids are shown in bold, amino acids representing conservative changes are underlined. Fig. 7b shows the alignment of the nucleotide sequences of parB and orf3 of the E. coli relB operon (Bech et al, The EMBO Journal 4, 1985, pp. 1059-1066). the parB sequence is the upper strand, relB-orf3 the lower, coordinates as in fig. 3. Vertical lines indicate conserved nucleotides. The numbers in parentheses are the coordinates of the relB nucleotide sequence as given by Bech et al. The two sequences are aligned so that the start codons of the two reading frames are in the same position - this is indicated by Met at position +304. The termination codons of the two reading frames are indicated by Ter at position +460. Fig. 8a shows 0.75 µg of EcoRI-restricted pooled DNA from strains of E. coli analyzed by filter hybridization using the R1 parB probe. Field 1: R1drd-19, Field 2: R100, Field 3: R386. These fields were exposed for 30 minutes. Lane 4: RP1, lane 5: R6-K, lane 6: plasmid-free E. coli. These fields were exposed for 5 hours. The size of relevant fragments is given in kilobases. Fig. 8b shows 0.75 µg of EcoRI-restricted pooled DNA from strains of E. coli analyzed by filter hybridization using the relB-orf3 probe. Lane 1: R100, Lane 2: R386, Lane 3: plasmid-free E. coli. Time of exposure: 3.5 hours. The size of relevant fragments is given in kilobases. Fig. 9 shows 0.5-0.75 µg Eco-RI restricted pooled DNA from various bacteria analyzed by filter hybridization using the R1 parB probe. The autoradiogram was exposed for 17 hours. Two different photographic exposures of the same autoradiogram are shown. Field 1: Salmonella typhimurium (not mentioned in the text), field 2: Serratia marcescens, field 3: Pseudomonas fluorescens, field 4: Pseudomonas putida, field 5: Proteus vulgaris (not mentioned in the text), field 6: Escherichia coli, field 7 : Bacillus subtilis, lane 8: Bacillus circulans PL236. Sizes of radiolabeled marker (/-restricted by HindIII) are indicated in kilobases. Fig. 10 shows 0.5-0.75 µg EcoRI-restricted pooled DNA from various bacteria analyzed by filter hybridization using the relB-orf3 probe. The autoradiogram was exposed for 17 hours (field 19) and 72 hours (fields 2-7). Lane 1: Serratia marcescens, Lane 2: Pseudomonas fluorescens, Lane 3: Pseudomonas putida, Lane 4: Bacillus subtilis, Lane 5: Bacillus circulans PL236, Lanes 6, 7: Lactobacillus. Sizes of radiolabeled marker (X-limited by HindIII) are given in kilobases. Fig. 11 shows filter hybridization analyzes of DNA from eukaryotic cells using the relB-orf3 probe (lanes 1-4), as well as the R1 parB probe (lanes 5-6). DNA was cleaved with EcoRI (lanes 1-3 and 5-6) or with Pstl (lane 4). Lane 1: 5 µg macronuclear DNA from Tetrahymena thermophila, Lane 2: 5 µg total DNA from Tetrahymena thermophila, Lane 3: 0.25 µg chloroplast DNA from Pisurn sativum, Lane 5: 5 µg total cellular DNA from neuroblastoma, Lane 6: 10 µg pooled cellular DNA from embryonic liver. Sizes of fragments are given in kilobases. Fig. 12 shows a map of the wide host range of plasmid pFN13 parB<+>. ori indicates the origin of replication, mob indicates the sequence that allows the plasmid to be transferred by conjugation to most other Gram-negative species when a conjugative (that is, mobilizing) plasmid is present in the same cell, aphA represents a gene that confers kanamycin resistance, lacZ is the gene that codes for G-galactosidase, p symbolizes the repA promoter from plasmid R1, parB represents the R1-derived plasmid maintenance function that codes for the hok and sok genes. Restriction sites are shown as P (Pstl), E (EcoRI), H (Hindlll), B-| (BarnHI) and B2 (Bglll). Fig. 13 is a model of the regulation of the hok gene. During cell division, one of the daughter cells receives all the parB<+->plasmids present. A. Division cycle of a cell carrying a parB<+->plasmid (hok<+>, sok<+>). Both the hok and sok gene products are produced continuously from the plasmid. The sok product counteracts the hok product, and no effect on cell viability is observed (1a+2a). B. Division cycle of a plasmid-free cell. In the plasmid-free cell, the hok and sok products are present. The sok product breaks down faster than the hok product, which leads to activation of the hok product (3b). This activation leads to damage of a vital cell function and cell death (4b). Fig. 14 shows restriction maps of the translation and transcription fusion vectors based on pJEL124 (A) and pJEL126 (B), where c1857 denotes the gene for a temperature-sensitive repressor controlling XpR promoter activity, oriR1 denotes the origin of replication, bla denotes a gene conferring ampicillin resistance on plasmid-bearing cells, lacZ,Y,A indicate the laz operon, the arrows show the direction of transcription, the black bars indicate the extent of the insertion from the parB region, the shaded areas indicate the hok gene or part of it, the open unshaded areas indicate sok- the gene or part thereof, sokT indicates the target of the Sok gene product and restriction enzyme sites are shown as E-| (EcoRI), B-| (BarnHI) and S (Sali).
Materialer og metoderMaterials and methods
Bakteriestammer og plasmiderBacterial strains and plasmids
De følgende E. coli K-12-stammer ble brukt: CSH50 ((lac-pro) rpsL), JC411 (metB leu his argG lacY malA xyl mtl gal rpsL), LE392 (Murray et al, Mol. Gen. Genet. 150, 1S77, p. 53) og HB101 (F. Bolivar og K. Bachman, Methods Enzymol. 68, 1979, p. 245). JC411 ble hovedsakelig brukt i de fysiologiske eksperimenter. CSH50 ble hovedsakelig brukt for de genetiske eksperimenter. Videre ble B. subtilis-stammen BD 224 (trpC2, thr-5, rec-4) The following E. coli K-12 strains were used: CSH50 ((lac-pro) rpsL), JC411 (metB leu his argG lacY malA xyl mtl gal rpsL), LE392 (Murray et al, Mol. Gen. Genet. 150 , 1S77, p. 53) and HB101 (F. Bolivar and K. Bachman, Methods Enzymol. 68, 1979, p. 245). JC411 was mainly used in the physiological experiments. CSH50 was mainly used for the genetic experiments. Furthermore, the B. subtilis strain BD 224 (trpC2, thr-5, rec-4)
(Dubnan & Cirigliano, J. Bact. 117, 1974, p. 488) brukt for (Dubnan & Cirigliano, J. Bact. 117, 1974, p. 488) used for
eksperimenter med grampositive bakterier. De plasmider som ble anvendt er angitt i tabell 1. Bakteriofag X. 47 (W.A.M. Loenen & W.J. Braunner, Gene 8, 1979, pp. 69-80) ble brukt for plaquehybridisering. experiments with gram-positive bacteria. The plasmids used are listed in Table 1. Bacteriophage X. 47 (W.A.M. Loenen & W.J. Braunner, Gene 8, 1979, pp. 69-80) was used for plaque hybridization.
De eksperimentelle teknikker som bie brukt var standardteknikker anvendt innen områdene mikrobiell genetikk (J. Miller: Experi-ments in Molecular Genetics, Cold Spring Karbor, New York, 1972) og genetisk manipulering (Davis, Botstein og Roth: A Manual for Genetic Engineering; Advanced Bacterial Genetics, Cold Spring Karbor, Nev/ York, 1 980, og Maniatis, Fritsch og Sambrook: Molecular Cloning, Cold Spring Harbour, New York, 1982). The experimental techniques used were standard techniques used in the fields of microbial genetics (J. Miller: Experiments in Molecular Genetics, Cold Spring Karbor, New York, 1972) and genetic manipulation (Davis, Botstein and Roth: A Manual for Genetic Engineering; Advanced Bacterial Genetics, Cold Spring Karbor, Nev/ York, 1980, and Maniatis, Fritsch and Sambrook: Molecular Cloning, Cold Spring Harbour, New York, 1982).
Alle celler ble dyrket i LB-medium (Bertani, J. Bact 62, 1951, p. 293) med 0,2 prosent glukose og 1 ug/ml tiamin, eller A+B minimalt medium (Clark og Maaløe, J. Mol. Biol. 23, 1967, p. 99) supplert med 0,2 prosent glukose og 1 prosent casaminosyrer. Platene som ble anvendt var LA-plater inneholdende LB-medium og 1,5 prosent agar. All cells were grown in LB medium (Bertani, J. Bact 62, 1951, p. 293) with 0.2 percent glucose and 1 ug/ml thiamine, or A+B minimal medium (Clark and Maaløe, J. Mol. Biol. 23, 1967, p. 99) supplemented with 0.2 percent glucose and 1 percent casamino acids. The plates used were LA plates containing LB medium and 1.5 percent agar.
McConkey laktose-indikatorplater ble fremstilt som anbefalt av fabrikanten (Difco) og X-gal-plater ble fremstilt ved tilsetning av 20-40 ug/ml 5-brom-4-klor-indolyl-S-D-galaktosid til A+B minimalt medium supplert med 0,2 prosent glukose og 1 ug/ml tiamin. McConkey lactose indicator plates were prepared as recommended by the manufacturer (Difco) and X-gal plates were prepared by adding 20-40 µg/ml 5-bromo-4-chloro-indolyl-S-D-galactoside to A+B minimal medium supplemented with 0.2 percent glucose and 1 ug/ml thiamine.
Fysisk- kjemiske metoderPhysical-chemical methods
Klare lysater ble fremstilt i henhold til fremgangsmåten beskrevet av Clewell og Helinski, Proe. Nati. Acad. Sei. USA 62, 1969, pp. 1159-66. Clear lysates were prepared according to the method described by Clewell and Helinski, Proe. Nati. Acad. Pollock. USA 62, 1969, pp. 1159-66.
Fremstilling i liten målestokk av plasmid DNA ble utført ved fremgangsmåten ifølge Birnboim et al, Nucl. Acids Res. 7, 1979, pp. 1513-23. Small-scale production of plasmid DNA was carried out by the method of Birnboim et al, Nucl. Acids Res. 7, 1979, pp. 1513-23.
Fremstilling i stor målestokk og analyse av plasmid DNA ble utført ved hjelp av densitetsgradientsentrifugering med suspendert farge (dye buoyant uensity gradient centrifugation) i henhold til Stougaard og Molin, Anal. Biochem. 118, 1981, p.181. Restriksjonsendonukleasene bie brukt i henhold til forskriftene gitt av fabrikanten (Boehringer, Mannheim eller Biolabs, New England) ved 37°C. Doble og tredoble digestionsprodukter (digests) ble utført ved at man begynte med det enzym som krevde den laveste saltkonsentrasjon og deretter justerte med ytterligere buffer før tilsetning av det neste enzym. Large-scale production and analysis of plasmid DNA was performed using dye buoyant density gradient centrifugation according to Stougaard and Molin, Anal. Biochem. 118, 1981, p.181. The restriction endonucleases were used according to the instructions provided by the manufacturer (Boehringer, Mannheim or Biolabs, New England) at 37°C. Double and triple digests were performed by starting with the enzyme that required the lowest salt concentration and then adjusting with additional buffer before adding the next enzyme.
Behandling med eksonuklease Bal31 ble utført som følger: 0,1 enhet Bal31 ble satt til 50 ug lineært DNA og prøver ble tatt ut ved 1, 2, 4, 8, 16, 32 og 60 min. til 60 mM EDTA, ekstrahert med fenol, etanolutfelt og resuspendert i 20 ul TE-buffer. Halvpar-ten av de 20 ul ble digestert med det riktige restriksjonsenzym, som var underkastet agarosegelelektroforese for å bestemme den midlere størrelse av de slettete DNA-partier. Til den andre halvpart ble den riktige linker tilsatt og blandingen ligatisert i 48 timer med et overskudd av T4 DNA-ligase. Treatment with exonuclease Bal31 was performed as follows: 0.1 unit of Bal31 was added to 50 µg linear DNA and samples were taken at 1, 2, 4, 8, 16, 32 and 60 min. to 60 mM EDTA, extracted with phenol, ethanol precipitated and resuspended in 20 µl TE buffer. Half of the 20 µl was digested with the appropriate restriction enzyme, which was subjected to agarose gel electrophoresis to determine the average size of the deleted DNA fragments. To the other half, the appropriate linker was added and the mixture ligated for 48 hours with an excess of T4 DNA ligase.
Ligasjon av begrenset plasmid DNA ble utført som anbefalt av fabrikanten, med unntagelse av butt ende-ligasjon, hvor et overskudd av T4 DNA-ligase og ATP ble tilsatt. Ligation of restricted plasmid DNA was performed as recommended by the manufacturer, with the exception of blunt-end ligation, where an excess of T4 DNA ligase and ATP was added.
Målinger av S-galaktosidase uttrykt fra fusjonsplasmider ble gjort fra eksponentielt voksende kulturer, stort sett som beskrevet av Miller, op.eit. Aktivitetsenheter ble uttrykt som OD420 pr. minutt OD450 pr. ml kultur. Rifampicin (Ciba-Geigy) ble tilsatt i høye konsentrasjoner (300 ug/ml) til den ikke-permeable stamme CSH50. Induksjon av lac-operonen ved tilsetning av IPTG (1 mM) til en eksponentielt voksende kultur av CSH50 (F'lac) og samtidig tilsetning av rifampicin (300 ug/ml) viste at LacZ-syntese stoppet innen det første minutt etter at antibiotikumet var blitt tilsatt. Measurements of S-galactosidase expressed from fusion plasmids were made from exponentially growing cultures, largely as described by Miller, op.eit. Activity units were expressed as OD420 per minute OD450 per ml culture. Rifampicin (Ciba-Geigy) was added at high concentrations (300 µg/ml) to the non-permeable strain CSH50. Induction of the lac operon by addition of IPTG (1 mM) to an exponentially growing culture of CSH50 (F'lac) and simultaneous addition of rifampicin (300 µg/ml) showed that LacZ synthesis stopped within the first minute after the antibiotic was been added.
For fremstillingen av RNA ble dyrkningsprøver (10 ml) fjernet og hurtig avkjølt til 0°C, spunnet i en Sorvall SS34-rotor og resuspendert i TE-buffer inneholdende 0,2 prosent SDS, fenol-ekstrahert to ganger, kloroform ekstrahert tre ganger, etanolutfelt og resuspendert i 200 ul TE-buffer. For the preparation of RNA, culture samples (10 ml) were removed and rapidly cooled to 0°C, spun in a Sorvall SS34 rotor and resuspended in TE buffer containing 0.2 percent SDS, phenol-extracted twice, chloroform-extracted three times, ethanol precipitated and resuspended in 200 µl TE buffer.
Kartlegging av RNA-endepunkter ved bruk av Sl-nuklease ble utført stort sett som beskrevet av Maniatis et al, op.eit. DNA-RNA-hybrider ble behandlet med et overskudd av S1-enzym (100 enheter) ved 20°C over natten. Endemerking av DNA ble utført ved standardmetoder (Maniatis et al. op.eit.) Mapping of RNA endpoints using S1 nuclease was performed largely as described by Maniatis et al, op.eit. DNA-RNA hybrids were treated with an excess of S1 enzyme (100 units) at 20°C overnight. End labeling of DNA was performed by standard methods (Maniatis et al. op.eit.)
Beregningen av mRNA-halveringstider fra rifampicin-induksjons-kurvene ble utført i henhold til M.L. Pato, P. Bennett, K. von Meyenburg, J. Bact. 116, 1973, pp. 710-718. Den resterende kapasitet av proteinsyntese (uttrykt i B-galaktosidaseenheter) som er direkte proporsjonal med konsentrasjonen av mRNA, (det vil si hok-lacZ hybrid mNRA) i cellen, ble bestemt som avstanden fra induksjonskurven til endeplatået (som ble nådd etter uendelig lang tid). Disse proteinsyntese-kapasitetsverdier ble plottet på en halvlogaritmisk skale mot tiden. Denne type plotting ga alltid rette linjer, fra hvilke halveringstiden av mRNA kunne avleses. The calculation of mRNA half-lives from the rifampicin induction curves was performed according to M.L. Pato, P. Bennett, K. von Meyenburg, J. Bact. 116, 1973, pp. 710-718. The remaining capacity of protein synthesis (expressed in B-galactosidase units) which is directly proportional to the concentration of mRNA, (that is, hok-lacZ hybrid mNRA) in the cell, was determined as the distance from the induction curve to the terminal plateau (which was reached after an infinite time ). These protein synthesis capacity values were plotted on a semi-logarithmic scale against time. This type of plotting always gave straight lines, from which the half-life of the mRNA could be read.
Konstruksjon av induserbare parB- derivater ( se også talbell 1) pKG633: SalI-BglII-fragmentet av pGU82 inneholdende den cl 857 temperaturføisomme allele av A. -repressorgenet og X pR-promotoren ble innsatt i pPR633 foran parB-området, slik at ApR-promotoren leser inn i området fra venstre mot høyre (fig. 1). På en analog måte ble SalI-BglII-fragmentet av pOU82 innsatt i pPR634 og pPR341, som er Bal31 utslettelsesderivater av pPR633, hvilket førte til pKG634 og pKG341. pKGI71: I pPR171 ble Sall-Bglll-fragmentet av pOU82 innsatt i den motsatte orientering, hvilket førte til pKG171. Posisjonene og orienteringene av de innsatte ApR-promotorer i forhold til hok- og sok-genene er vist på fig. 1. pF634: EcoRI-Sall-fragmentet av pKG634 inneholdende de høyre 390 bp av par3-området og det Xd857-pR induserbare promotorsystem ble innsatt i det unike Sall-sete i kanamycin-motstandsfragmentet (aphA<+>) av pML31 (D.R. Helinski, J. Bact. 127, 1976, pp. 982-937) ved butt ende-ligasjon (S1-nuklease ble brukt til å gjøre endene av de begrensede DNA-fragmenter butte). Construction of inducible parB derivatives (see also number 1) pKG633: The SalI-BglII fragment of pGU82 containing the cl 857 temperature-tolerant allele of the A. repressor gene and the X pR promoter was inserted into pPR633 in front of the parB region, so that ApR- the promoter reads into the region from left to right (Fig. 1). In an analogous manner, the SalI-BglII fragment of pOU82 was inserted into pPR634 and pPR341, which are Bal31 deletion derivatives of pPR633, leading to pKG634 and pKG341. pKGI71: In pPR171, the SalI-Bglll fragment of pOU82 was inserted in the opposite orientation, leading to pKG171. The positions and orientations of the inserted ApR promoters in relation to the hok and sok genes are shown in fig. 1. pF634: The EcoRI-SalI fragment of pKG634 containing the right 390 bp of the par3 region and the Xd857-pR inducible promoter system was inserted into the unique SalI site in the kanamycin resistance fragment (aphA<+>) of pML31 (D.R. Helinski , J. Bact. 127, 1976, pp. 982-937) by blunt-end ligation (S1 nuclease was used to blunt the ends of the restricted DNA fragments).
Den R1-avledede translasjonelle fusjonsvektor pJEL124 (vist på fig. 14) som inneholder en polylinker foran lacZ-genet som mangler det første 7 1/3 kodon (lacZ') ble brukt for alle translasjonelle fusjoner mellom hok-genet og lacZ-genet. Kopitallet for de R1-baserte transkripsjonene og translasjonelle fusjonsvektorer som her er brukt er tilnærmet 1 pr. E. coli-genom. The R1-derived translational fusion vector pJEL124 (shown in Fig. 14) containing a polylinker in front of the lacZ gene lacking the first 7 1/3 codon (lacZ') was used for all translational fusions between the hok gene and the lacZ gene. The copy number for the R1-based transcripts and translational fusion vectors used here is approximately 1 per E. coli genome.
Plasmider pKG733 og pKG732: pKG733 ble konstruert ved innsetting av BamHI-Sau3A-restriksjonsfragmentet av pPR633 (+1 til +342) i BamHI-setet av pJEL124. Sau3A-setet ved +342 er anordnet inne i hok-genet og plassert slik at fusjonen av lacZ til dette sete danner en hybrid leseramme som består av de første 14 aminosyrer av hok-genet, fulgt av det lacZ'-kodende område. Således styres ekspresjonen av fi-galaktosidaseaktivitet fra det translasjonelle fusjonsplasmid pKG733 av signaler som normalt styrer ekspresjonen av hok-genet. Plasmid pKG732 ble konstruert ved innsetting av et 190 bp EcoRI-BamHI-fragment av pSKS106 inneholdende lacUV5-promotoren foran det parB-avledede innskudd av pKG733. Plasmids pKG733 and pKG732: pKG733 was constructed by inserting the BamHI-Sau3A restriction fragment of pPR633 (+1 to +342) into the BamHI site of pJEL124. The Sau3A site at +342 is arranged within the hok gene and positioned so that the fusion of lacZ to this site forms a hybrid reading frame consisting of the first 14 amino acids of the hok gene, followed by the lacZ' coding region. Thus, the expression of β-galactosidase activity from the translational fusion plasmid pKG733 is controlled by signals that normally control the expression of the hok gene. Plasmid pKG732 was constructed by inserting a 190 bp EcoRI-BamHI fragment of pSKS106 containing the lacUV5 promoter in front of the parB-derived insert of pKG733.
Plasmider pKH734 og pKG735: pKG734 ble konstruert ved innsetting av 3amHI-Sau3A-fragmentet av pPR634 (+194 til +342) inn i BamHI-setet av pJELl24. Plasmid pKG735 ble konstruert ved innsetting av det 190 bp EcoRI-BamHI-fragment av pSK3106 inneholdende lacUVo-promotoren foran det parB-avledede innskudd av pKG734. Plasmids pKH734 and pKG735: pKG734 was constructed by inserting the 3amHI-Sau3A fragment of pPR634 (+194 to +342) into the BamHI site of pJEL124. Plasmid pKG735 was constructed by inserting the 190 bp EcoRI-BamHI fragment of pSK3106 containing the lacUVo promoter in front of the parB-derived insert of pKG734.
Plasmider pKG741 og pKG742: pKG741 ble konstruert ved innsetting av BamHI-Sau3A-fragmentet av pPR341 (+268 til +342) inn i BamHI-setet av pJEL124. Plasmid pKG742 ble konstruert ved innsetting av det 190 bp EcoRI-BamHI-fragment av pSKS106 foran det parB-avledede innskudd av pKG741. Plasmids pKG741 and pKG742: pKG741 was constructed by inserting the BamHI-Sau3A fragment of pPR341 (+268 to +342) into the BamHI site of pJEL124. Plasmid pKG742 was constructed by inserting the 190 bp EcoRI-BamHI fragment of pSKS106 in front of the parB-derived insert of pKG741.
Plasmider pKG780 og pKG782: Et BamHI-BclI-restriksjonsfragment av pKG733 som koder for sok-genet og hok'-genet sammenføyet i ramme til lacZ'-genet ble innsatt i de to mulige orienteringer inn i BamHI-setet av pPR345, et pBR322-plasmidderivat inneholdende parB-området som strekker seg fra +350 til +580 på BamHI-EcoRI-restriksjonsfragmentet (fig. 7). Plasmids pKG780 and pKG782: A BamHI-BclI restriction fragment of pKG733 encoding the sok gene and the hok' gene joined in frame to the lacZ' gene was inserted in the two possible orientations into the BamHI site of pPR345, a pBR322- plasmid derivative containing the parB region extending from +350 to +580 on the BamHI-EcoRI restriction fragment (Fig. 7).
Promotor-fusjonsplasmider: I alle de promotor-fusjonskonstruerte stykker mellom hok- og sok-promotorene og lacZ-genet ble den R1-baserte transkripsjonene f usj onsvektor pJELl26 (se fig. 14), som inneholder EcoRI- og BamHI-restriksjonsseter foran det intakte lacZ-gen benyttet. Promoter-fusion plasmids: In all the promoter-fusion engineered pieces between the hok and sok promoters and the lacZ gene, the R1-based transcripts were inserted into the fusion vector pJEL126 (see Fig. 14), which contains EcoRI and BamHI restriction sites in front of the intact lacZ gene used.
Plasmider pKG730 og pKG736: EcoRI-restriksjonsfragmentene av pKG732 og pKG735 ble innsatt i EcoRI-setet av pJEL126, hvilket førte til henholdsvis pKG730 og pKG736. Plasmids pKG730 and pKG736: The EcoRI restriction fragments of pKG732 and pKG735 were inserted into the EcoRI site of pJEL126, leading to pKG730 and pKG736, respectively.
Plasmid pUC341: BamHI-EcoRI-restriksjonsfragmentet +268 til +580) av pPR341 ble erstattet med det lille EcoRI-BamHI-restriksjonsfragment foran lacZ-genet av pJEL126, hvilket førte til pUC341 . Plasmid pUC341: the BamHI-EcoRI restriction fragment +268 to +580) of pPR341 was replaced with the small EcoRI-BamHI restriction fragment in front of the lacZ gene of pJEL126, leading to pUC341.
Mikrobiologiske metoderMicrobiological methods
Fordelingsforsøk I: Konstruksjonen av Lac<+->vektorer gjorde det mulig å bestemme Par<+->fenotypen av et plasmid ganske enkelt ved utstrykning på ikke-selektive McConkey-laktoseplater eller X-Gal-plater. Bakterier (Alac) som inneholder disse plasmider gir en Lac<+->fenotype som lett kan telles som fargede kolonier på indikatorplatene, mens plasmidfrie celler har en Lac~-fenotype og viser seg som fargeløse kolonier. Distribution Experiment I: The construction of Lac<+->vectors made it possible to determine the Par<+->phenotype of a plasmid simply by plating on non-selective McConkey lactose plates or X-Gal plates. Bacteria (Alac) containing these plasmids give a Lac<+->phenotype which can be easily counted as colored colonies on the indicator plates, while plasmid-free cells have a Lac~ phenotype and appear as colorless colonies.
Fordelingsforsøk II: (Brukt for Lac~-plasmider): En koloni fra en selekterbar plate (en plate inneholdende et antibiotikum) ble strøket ut på en annen selektiv plate. Fra denne plate ble en koloni strøket ut på en LA-plate for å danne enkeltkolonier. Fra LA-platen ble ca. 10 kolonier suspendert i 1 ml 0,9 prosent NaCl til en fortynning på henholdsvis 10~<4>og 10~<5>. o,1 ml av de fortynnede blandinger på 10~<4>og 10"" 5 bie spredt på LA-plater. Fra disse plater ble motstandsmønsteret av 50 kolonier (200 kolonier dersom svak ustabilitet ventes) utprøvet på de riktige selektive plater. Tapshyppigheten (LF-verdien) blir deretter beregnet på grunnlag av formelen Distribution Experiment II: (Used for Lac~ plasmids): A colony from a selectable plate (a plate containing an antibiotic) was streaked onto another selective plate. From this plate, a colony was streaked onto an LA plate to form single colonies. From the LA plate, approx. 10 colonies suspended in 1 ml of 0.9 per cent NaCl to a dilution of 10~<4> and 10~<5> respectively. o.1 ml of the diluted mixtures of 10~<4> and 10"" 5 bee spread on LA plates. From these plates, the resistance pattern of 50 colonies (200 colonies if slight instability is expected) was tested on the correct selective plates. The loss frequency (LF value) is then calculated on the basis of the formula
LF=1-( )<<1>/<27>> LF=1-( )<<1>/<27>>
hvor v er frekvensen av plasmidbærende celler under antagelse av at én koloni dyrkes i 27 generasjoner. I denne fremgangsmåte ligger en stor statistisk svingning. where v is the frequency of plasmid-bearing cells assuming that one colony is grown for 27 generations. There is a large statistical fluctuation in this procedure.
Fordelingsforsøk III: Kvantitative målinger av stabiliteten av Lac<+->og Lac~-plasmider. Én fullstendig koloni ble tatt fra en selektiv plate og resuspendert i 1 ml 0,9 prosent NaCl til en konsentrasjon på 10^ celler/ml. 2 x 0,1 ml av 10~<3->fortynningen ble brukt til å pode 2 x 10 ml LB-medium, og podingen ble utført ved 30°C under risting. Ved en celletetthet på ca. 5x10^ celler/ml ble kulturene fortynnet 10^ og 10^ ganger. 0,1 ml av 10<4->fortynningen (5 x 10<3>celler) ble brukt til å pode 10 ml nytt LB-medium og 0,4 ml av 10^-fortynningen ble spredt på McConkey-laktoseplater, og platene ble podet ved 30°C over natten. Fortynningen fra 5 x 10^/ml til 5 x 10<2>/ml svarer til 20 generasjoners dyrking (2^0), slik at forandringen i hyppigheten av plasmidbærende celler fra én fortynning til den neste svarer til den som finner sted i løpet av 20 generasjoners dyrking. Mer generelt kan LF-verdien beregnes som følger: Distribution experiment III: Quantitative measurements of the stability of Lac<+->and Lac~ plasmids. One complete colony was taken from a selective plate and resuspended in 1 ml of 0.9 percent NaCl to a concentration of 10 3 cells/ml. 2 x 0.1 ml of the 10~<3> dilution was used to inoculate 2 x 10 ml of LB medium, and the inoculation was carried out at 30°C with shaking. At a cell density of approx. 5x10^ cells/ml, the cultures were diluted 10^ and 10^ times. 0.1 ml of the 10<4> dilution (5 x 10<3> cells) was used to inoculate 10 ml of fresh LB medium and 0.4 ml of the 10^ dilution was spread on McConkey lactose plates, and the plates were inoculated at 30°C overnight. The dilution from 5 x 10^/ml to 5 x 10<2>/ml corresponds to 20 generations of cultivation (2^0), so that the change in the frequency of plasmid-bearing cells from one dilution to the next corresponds to that which takes place during of 20 generations of cultivation. More generally, the LF value can be calculated as follows:
1 = (1 - LF)91 og2= C"LF)<g>21 = (1 - LF)91 and2= C"LF)<g>2
hvor1og2er frekvensen av plasmidbærende celler etter henholdsvis g-| og g2generasjoner, og LF er frekvensen av tapet pr. celle pr. generasjon. Følgelig blir where1 and 2 are the frequency of plasmid-bearing cells after g-|, respectively and g2 generations, and LF is the frequency of the loss per cell per generation. Consequently, becomes
-]/20 (1 - LF)S1-92 -]/20 (1 - LF)S1-92
og and
LF = 1 - (v-i/v2) (1/(g1~92) )LF = 1 - (v-i/v2) (1/(g1~92) )
Ved bruk av denne formel unngås feil på grunn av svingninger i tallet podende celler ved tiden null. En mer egnet forenkling av formelen er Using this formula avoids errors due to fluctuations in the number of seeding cells at time zero. A more suitable simplification of the formula is
LF<=><in>( yl 2)/(<g>2-<g>i)LF<=><in>( yl 2)/(<g>2-<g>i)
InkompatibilitetsforsøkIncompatibility attempts
Plasmider som ble formodet å bære et innskutt par-område ble underkastet sortering ved anvendelse av den observasjon at to ellers forenlige replikon som bærer det samme par-område er uforenlige med hverandre, hvilket fører til tapet av den ene eller den andre av de to i fravær av seleksjonstrykk. Forsøket utføres ved transformasjon av det plasmid som skal undersøkes til en bakteriestamme som bærer et annet plasmid, idet man selekterer for begge plasmider på dobbelt-selektive plater. Etter utstrykning på en dobbelt-selektiv plate (en plate inneholdende to forskjellige antibiotika) ble inkompatibiliteten målt enten kvalitativt eller kvantitativt. Plasmids presumed to carry an inserted pair region were subjected to sorting using the observation that two otherwise compatible replicons carrying the same pair region are incompatible with each other, leading to the loss of one or the other of the two in absence of selection pressure. The experiment is carried out by transforming the plasmid to be examined into a bacterial strain carrying another plasmid, selecting for both plasmids on double-selective plates. After plating on a double-selective plate (a plate containing two different antibiotics), the incompatibility was measured either qualitatively or quantitatively.
For det kvalitative inkompatibilitetsforsøk ble en koloni fra den dobbelt-selektive plate strøket ut på en LA-plate for å danne enkeltkolonier. Ca. 10 kolonier fra denne plate ble resuspendert i 1 ml 0,9 prosent NaCl og fortynnet til henholdsvis 10-<4>og 10-<5>. 0,1 ml av 10-<4->og 10_<5->fortynningene ble spredt på LA-plater. Fra disse plater ble 50 kolonier (eller 200 kolonier dersom en svak inkompatibilitet var ventet) testet på de riktige selektive plater. Dersom et Lac<+->plasmid ble innlem-met i forsøket, ble McConkey-laktoseindikatorplater brukt istedenfor replikatplating på selektive plater. I tilfellet for Lac<+->plasmider ble sorteringen således utført ved transformasjon av mistenkte Par<+->plasmider til en stamme som allerede inneholdt et Par<+->hybrid plasmid som ga en Lac<+->fenotype. Plasmidinkompa-tibilitet og følgelig bevis for en spesiell Par<+->fenotype av det innkommende plasmid er lett påviselig ved sortering for Lac~-kolonier på McConkey-plater, noe som viser at det hjemmehørende (resident) Par+-plasmid var blitt destabilisert. Et eksempel på denne sorteringsmåte er beskrevet i eksempel 4. For the qualitative incompatibility assay, a colony from the double-selective plate was streaked onto an LA plate to form single colonies. About. 10 colonies from this plate were resuspended in 1 ml of 0.9 per cent NaCl and diluted to 10-<4> and 10-<5> respectively. 0.1 ml of the 10-<4-> and 10_<5-> dilutions were spread on LA plates. From these plates, 50 colonies (or 200 colonies if a slight incompatibility was expected) were tested on the correct selective plates. If a Lac<+> plasmid was incorporated into the experiment, McConkey lactose indicator plates were used instead of replicate plating on selective plates. In the case of Lac<+->plasmids, the sorting was thus performed by transformation of suspected Par<+->plasmids into a strain that already contained a Par<+->hybrid plasmid that gave a Lac<+->phenotype. Plasmid compatibility and therefore evidence for a particular Par<+> phenotype of the incoming plasmid is readily detectable by sorting for Lac~ colonies on McConkey plates, showing that the resident Par+ plasmid had been destabilized. An example of this sorting method is described in example 4.
Kvantitative inkompatibilitetsmålinger ble utført ved måling av tapsfrekvensene av Lac<+->plasmider etter opprettelse av hetero-plasmid-populasjoner som beskrevet ovenfor. LF-verdiene ble målt som beskrevet under "Fordelingsprøve III". Quantitative incompatibility assays were performed by measuring the loss frequencies of Lac<+> plasmids after establishment of hetero-plasmid populations as described above. The LF values were measured as described under "Distribution test III".
Rensing av kromosomalt DNAPurification of chromosomal DNA
Samlet DNA ble ekstrahert fra bakterier som følger. Celler ble høstet ved sentrifugering, vasket to ganger i 1 x TEN-buffer (TEN = 10 mM Tris (pH 7,5), 1 mM EDTA, 0,1 M NaCl) og resuspendert i 1/10 volum av TEN inneholdende 1 mg/ml lysozym. Etter inkubasjon ved 37°C i 30 minutter ble protoplastene lysert ved tilsetning av natriumdodecylsulfat til en endelig konsentrasjon på 1 prosent, og proteinase K ble tilsatt til 0,25 mg/ml. Lysatet ble inkubert ved 37°C i 2 timer og deretter ekstrahert to ganger med buffret fenol og tre ganger med kloroform. Natriumacetat ble tilsatt til 0,3 M, og DNA ble utfelt ved tilsetning av 1 volum isopropanol. Utfellingen ble vasket flere ganger i 96 prosent og 80 prosent etanol. Til slutt ble DNA oppløst i 1 mM Tris, 1 mM EDTA. Total DNA was extracted from bacteria as follows. Cells were harvested by centrifugation, washed twice in 1x TEN buffer (TEN = 10 mM Tris (pH 7.5), 1 mM EDTA, 0.1 M NaCl) and resuspended in 1/10 volume of TEN containing 1 mg /ml lysozyme. After incubation at 37°C for 30 minutes, the protoplasts were lysed by addition of sodium dodecyl sulfate to a final concentration of 1 percent, and proteinase K was added to 0.25 mg/ml. The lysate was incubated at 37°C for 2 hours and then extracted twice with buffered phenol and three times with chloroform. Sodium acetate was added to 0.3 M, and DNA was precipitated by adding 1 volume of isopropanol. The precipitate was washed several times in 96 percent and 80 percent ethanol. Finally, DNA was dissolved in 1 mM Tris, 1 mM EDTA.
Samlet DNa fra Tetrahymena thermophila BVII ble fremstilt i henhold til Nielsen, H. og Engberg, J.: Biochem. Biophys. Acta 825, 1985, pp. 30-33. Makrokjerner fra Tetrahymena thermophila BVII ble isolert (Cech, T.R. et al: Cell 27, 1981, pp. 478-496) og DNA ekstrahert (Maniatis et al, 1932, op.eit., pp. 280-231). rDNA fra Tetrahymena thermophila BVII ble fremstilt som beskrevet av Engberg, J. et al: J. Mol. Biol. 104, 1976, pp. 455-470. Total DNa from Tetrahymena thermophila BVII was prepared according to Nielsen, H. and Engberg, J.: Biochem. Biophys. Acta 825, 1985, pp. 30-33. Macronuclei from Tetrahymena thermophila BVII were isolated (Cech, T.R. et al: Cell 27, 1981, pp. 478-496) and DNA extracted (Maniatis et al, 1932, op.eit., pp. 280-231). rDNA from Tetrahymena thermophila BVII was prepared as described by Engberg, J. et al: J. Mol. Biol. 104, 1976, pp. 455-470.
Kloroplast DNA fra Pisum sativum ble isolert i henhold til Bookjans, G. et al: Anaiyt. Biochem. 141, 1984, pp. 244-247. Chloroplast DNA from Pisum sativum was isolated according to Bookjans, G. et al: Anaiyt. Biochem. 141, 1984, pp. 244-247.
Embryonisk levervev fra en 7 ukers legal abort ble malt opp i fysiologisk saline, og DNA ble fremstilt i henhold til Maniatis et al, 1982, op.eit., pp. 280-231. På lignende måte ble DNA isolert fra tumorbiopsy fra et tilfelle av neuroblastoma, det isolerte DNA ble funnet å inneholde et flere hundre ganger forstørret kromosomalt område, og tilsvarende ble tumorcellene funnet å inneholde en rekke ekstrakromosomale minikromosomer ved mikroskopi av miotiske celler. Embryonic liver tissue from a 7-week legal abortion was ground up in physiological saline, and DNA was prepared according to Maniatis et al, 1982, op.eit., pp. 280-231. Similarly, DNA was isolated from a tumor biopsy from a case of neuroblastoma, the isolated DNA was found to contain a several hundredfold enlarged chromosomal region, and similarly the tumor cells were found to contain a number of extrachromosomal minichromosomes by microscopy of meiotic cells.
Isolering av DNA- fragmenter for radioaktiv merkingIsolation of DNA fragments for radioactive labeling
100 mikrogram pPR35 og pBD2724 DNA ble digestert med henholdsvis EcoRI og EcoRI og Hindlll. Fragmentene ble separert ved elektroforese gjennom en 1 prosent agarosegel i Tris-borat-buffer ved 5 volt pr. cm i 3 timer. De ønskede fragmenter ble isolert ved 100 micrograms of pPR35 and pBD2724 DNA were digested with EcoRI and EcoRI and HindIII, respectively. The fragments were separated by electrophoresis through a 1 percent agarose gel in Tris-borate buffer at 5 volts per cm for 3 hours. The desired fragments were isolated by
elektroeluering oppå en NA45-membran (Schleicher & Schull) i henhold til fabrikantens retningslinjer. Etter utvinning av fragmentene ved eluering av filteret i 1,5 M NaCl ved 65°C ble fragmentene igjen underkastet rensing ved agarosegelelektroforese og NA45-membrangjenvinning fra gelen. electroelution on top of an NA45 membrane (Schleicher & Schull) according to the manufacturer's guidelines. After recovery of the fragments by elution of the filter in 1.5 M NaCl at 65°C, the fragments were again subjected to purification by agarose gel electrophoresis and NA45 membrane recovery from the gel.
AgaroseqelelektroforeseAgarose gel electrophoresis
DNA ble kløyvet med de passende restriksjonsendonukleaser i henhold til retningslinjer gitt av fabrikantene. For cellulært DNA ble 10 enheter pr. mikrogram DNA benyttet. Inkubasjonstiden var 3 timer ved 37°C. De genererte DNA-fragmenter ble separert ved elektroforese gjennom 0,7 prosent eller 1 prosent agarosegeler i en Tris-acetat-buffer ved 0,8 volt pr. cm i 18 timer og gjort synlige ved farging med etidiumbromid. DNA was cleaved with the appropriate restriction endonucleases according to guidelines provided by the manufacturers. For cellular DNA, 10 units per micrograms of DNA used. The incubation time was 3 hours at 37°C. The generated DNA fragments were separated by electrophoresis through 0.7 percent or 1 percent agarose gels in a Tris-acetate buffer at 0.8 volts per cm for 18 hours and made visible by staining with ethidium bromide.
En molekylvektmarkør ble fremstilt som følger: wt ÅDNA ble begrenset med Hindlll og endemerket ved hjelp av Klenow-polyme-rasen fra Boehringer, Mannheim, som anbefalt av fabrikanten i nærvær av a-32P-dCTP pluss ikke-radioaktivt dATP og dGTP. Når den ble brukt som en molekylvektmarkør, ble mengden av Tetrahymena makronukleært DNA tilsatt, svarende til DNA-belastningen av forsøksfeltene. A molecular weight marker was prepared as follows: wt ΔDNA was restricted with HindIII and end-labeled using the Klenow polymerase from Boehringer, Mannheim, as recommended by the manufacturer in the presence of α-32P-dCTP plus non-radioactive dATP and dGTP. When used as a molecular weight marker, the amount of Tetrahymena macronuclear DNA was added, corresponding to the DNA load of the experimental fields.
Overføring av DNA- fragmentene fra gel til nitroceliulosefilter Etter partiell depurinering i 0,25 N HC1 i 15 minutter ved værelsetemperatur ble denaturering av DNA i gelen, nøytralise-ring og etterfølgende overføring av DNA fra gel til et BA35 (Schleicher & Schull) nitrocellulosefilter utført som beskrevet i Maniatis et al, 1982, op.eit., pp. 280-281. Fullstendigheten av overføringen ble sikret ved farging av gelen med etidiumbromid etter overføring. Transfer of the DNA fragments from gel to nitrocellulose filter After partial depurination in 0.25 N HCl for 15 minutes at room temperature, denaturation of DNA in the gel, neutralization and subsequent transfer of DNA from gel to a BA35 (Schleicher & Schull) nitrocellulose filter was carried out as described in Maniatis et al, 1982, op.eit., pp. 280-281. The completeness of the transfer was ensured by staining the gel with ethidium bromide after transfer.
Fremstilling av radioaktivt merket sondeProduction of radioactively labeled probe
0,3 mikrogram av 900 bp parB-fragmentet og 0,3 mikrogram av 300 bp relB-orf3-fragmentet ble radioaktivt merket ved nick-translasjon (Maniatis et al, 1982, op.eit.) ved anvendelse av 0,25 mikromolar a-32P-deoksycytidintrifosfat (3000 Ci pr. mmol). Den ikke-innlemmede radioaktive forløper ble fjernet ved bruk av gjentatte etanolutfellinger. 0.3 microgram of the 900 bp parB fragment and 0.3 microgram of the 300 bp relB-orf3 fragment were radiolabeled by nick translation (Maniatis et al, 1982, op.eit.) using 0.25 micromolar a -32P-deoxycytidine triphosphate (3000 Ci per mmol). The unincorporated radioactive precursor was removed using repeated ethanol precipitations.
Til hvert preparat ble der tilsatt 100 mikrogram E. coli tRNA som bærer. 100 micrograms of E. coli tRNA was added to each preparation as a carrier.
De spesielle aktiviteter av sondene var henholdsvis 2-3 x 10^ og 4-5 x 10^ dprn pr. mikrogram parB og relB-orf3-fragment. The special activities of the probes were respectively 2-3 x 10^ and 4-5 x 10^ dprn per micrograms of parB and relB-orf3 fragment.
HybridiseringHybridization
Filtre inneholdende DNA overført fra agarosegeler ble preinku-bert i plastposer med hybridiseringsoppløsningen (10 ml pr. 120 cm<2>) i 18 timer ved 37°C ved konstant risting. Hybridiserings-oppløsningen ble modifisert fra Wahl et al, Proe. Nati. Acad. Sei. 76, 1979, pp. 3683-3687 og inneholdt 38 prosent avionisert formamid, 0,75 M NaCl, 50 mM natriumfosfat og 1 0 x Denhardt<1>s oppløsning (50 x Denhardt's oppløsning er 0,2 prosent bovin- serumalbumin, 0,2 prosent polyvinylpyrrolidon og 0,2 prosent Ficoll). Filters containing DNA transferred from agarose gels were pre-incubated in plastic bags with the hybridization solution (10 ml per 120 cm<2>) for 18 hours at 37°C with constant shaking. The hybridization solution was modified from Wahl et al, Proe. Nati. Acad. Pollock. 76, 1979, pp. 3683-3687 and contained 38 percent deionized formamide, 0.75 M NaCl, 50 mM sodium phosphate, and 10x Denhardt<1>'s solution (50x Denhardt's solution is 0.2 percent bovine serum albumin, 0 .2 percent polyvinylpyrrolidone and 0.2 percent Ficoll).
Etter preinkubering ble de denaturerte radioaktivt merkede sonder satt til passende filtre. I forsøk som anvender par3-proben var fragmentkonsentrasjonen under hybridiseringen 3 ng/ml, mens relB-orf3-sonden ble brukt ved en konsentrasjon på 1,3 ng/ml for oppnåelse av ekvimolare konsentrasjoner av komplementære sekvenser i de to situasjoner. After preincubation, the denatured radiolabeled probes were applied to appropriate filters. In experiments using the par3 probe, the fragment concentration during hybridization was 3 ng/ml, while the relB-orf3 probe was used at a concentration of 1.3 ng/ml to obtain equimolar concentrations of complementary sequences in the two situations.
Hybridisering ble utført ved 37°C med forsiktig risting i 19 timer. Hybridization was performed at 37°C with gentle shaking for 19 hours.
De hybridiserte filtre ble vasket én gang i 20 minutter ved værelsetemperatur i 0,4 x vaskebuffer, og tilslutt to ganger i 30 minutter ved 60°C i 4 x vaskebuffer. Vaskebufferen inneholdt 0,6 M NaCl, 0,1 prosent SDS, 0,1 prosent natriumpyrofosfat, 50 mM natriumfosfat, pH 6,5. Autoradiografi ble utført ved bruk av røntgenfilmer og forsterkningsskjermer. Eksponeringstidene er angitt i beskrivelsen av figurene. The hybridized filters were washed once for 20 minutes at room temperature in 0.4 x washing buffer, and finally twice for 30 minutes at 60°C in 4 x washing buffer. The wash buffer contained 0.6 M NaCl, 0.1 percent SDS, 0.1 percent sodium pyrophosphate, 50 mM sodium phosphate, pH 6.5. Autoradiography was performed using X-ray films and intensifier screens. The exposure times are indicated in the description of the figures.
Uttrykket "filterhybridiseringsanalyse" anvendes i eksemplene for å angi den følgende operasjonssekvens: agarosegel-elektroforese av DNA-fragmenter, overføring av fragmentene til nitro-cellulosefiltre, hybridisering med den riktige radioaktivt merkede sonde, filtervasking og autoradiografi av filteret etter vasking. Dataene vist i eksemplene representerer autoradiogram-mer oppnådd ved filterhybridiseringsanalyse. The term "filter hybridization assay" is used in the examples to indicate the following sequence of operations: agarose gel electrophoresis of DNA fragments, transfer of the fragments to nitrocellulose filters, hybridization with the appropriate radiolabeled probe, filter washing, and autoradiography of the filter after washing. The data shown in the examples represent autoradiograms obtained by filter hybridization analysis.
Uttrykket "homologi" er her brukt til å angi nærværet av en hvilken som helst grad av komplementæritet mellom en gitt sonde og de nukleinsyrematerialer som analyseres. The term "homology" is used herein to denote the presence of any degree of complementarity between a given probe and the nucleic acid materials being analyzed.
Graden av homologi er uttrykt som fraksjonen av komplementære baser i et dupleks-nukleinsyremolekyl dannet mellom en gitt sonde og det nukleinsyremateriale som analyseres. The degree of homology is expressed as the fraction of complementary bases in a duplex nucleic acid molecule formed between a given probe and the nucleic acid material being analyzed.
Minimumsgraden av homologi som er påvisbar er en funksjon av forsøksbetingelsene som anvendes under hybridiseringen og egenskapene av sonden og nukleinsyrematerialet som analyseres. The minimum degree of homology detectable is a function of the experimental conditions used during the hybridization and the characteristics of the probe and nucleic acid material being analyzed.
Graden av homologi mellom sonde-DNA og et filterbundet DNA-materiale ble bedømt fra intensiteten av det faktiske hybridiseringssignal sammenlignet med signalintensiteten observert for en 100 prosent homolog filterbundet sekvens under de samme betingelser. The degree of homology between probe DNA and a filter-bound DNA material was judged from the intensity of the actual hybridization signal compared to the signal intensity observed for a 100 percent homologous filter-bound sequence under the same conditions.
Intensiteten av hybridiseringssignalet avhenger hovedsakelig av hybridiseringshastigheten og antallet filterbundne DNA-molekyler som foreligger i det spesielle hybridiseringsbånd. Hybridiseringshastigheten bestemmes stort sett ved konsentrasjonen av de komplementære sekvenser under hybridiseringen, de ioniske betingelser, temperaturen og graden av homologi mellom sonde-DNA og de filterbundne molekyler. Hybridiseringshastigheten øker ved nærværet av ikke-komplementære sekvenser (Bonner, T.I. et al, J.Hol. Biol. 31, 1973, p. 123), hvilket øker den termiske stabilitet av dupleks-DNA, 1 prosent mismatching mellom sonde og filterbundet DNA fører til en reduksjon i termisk stabilitet på 1 grad (Maniatis et al, 1982, op.eit., p. 388). Hybridiserings-betingelsene bestemmer derfor hvilken grad av mismatching som fortsatt vil gi et påvisbart signal. Det skal bemerkes at de betingelser som ble anvendt i det foreliggende arbeid ikke førte til metning av det filterbundne DNA med sonde. The intensity of the hybridization signal depends mainly on the hybridization speed and the number of filter-bound DNA molecules present in the particular hybridization band. The hybridization rate is largely determined by the concentration of the complementary sequences during the hybridization, the ionic conditions, the temperature and the degree of homology between the probe DNA and the filter-bound molecules. Hybridization rate increases in the presence of non-complementary sequences (Bonner, T.I. et al, J.Hol. Biol. 31, 1973, p. 123), which increases the thermal stability of duplex DNA, 1 percent mismatch between probe and filter-bound DNA leads to a reduction in thermal stability of 1 degree (Maniatis et al, 1982, op.eit., p. 388). The hybridization conditions therefore determine the degree of mismatching that will still give a detectable signal. It should be noted that the conditions used in the present work did not lead to saturation of the filter-bound DNA with probe.
De foreliggende sett betingelser for hybridisering og filter underkaster DNA-duplekser for en temperatur som er 40°C under den midlere smeltetemperatur av perfekt matchet dupleks-DNA i det samme ioniske miljø, det vil si betingelsene tillater påvisning av signaler fra dupiekser som inneholder en høy grad ikke-parende baser. Formelen brukt i disse beregninger er diskutert i Beltz, G.A. et al, Meth. Enzymol. 100, 1983, pp. 266-285. The present set of hybridization and filter conditions subject DNA duplexes to a temperature that is 40°C below the mean melting temperature of perfectly matched duplex DNA in the same ionic environment, that is, the conditions allow the detection of signals from duplexes containing a high degree unpaired bases. The formula used in these calculations is discussed in Beltz, G.A. et al., Meth. Enzymol. 100, 1983, pp. 266-285.
Det er anslått at de betingelser som anvendes påviser 100 prosent av det maksimale hybridiseringssignal som fås fra dupiekser med fra 100 prosent ned til 80 prosent homologi, mens signalet fra en 60 prosent homolog dupleks er 50 prosent av den ovenfor angitte maksimale, se ovenfor. Dupiekser med lavere It is estimated that the conditions used detect 100 percent of the maximum hybridization signal obtained from duplicates with from 100 percent down to 80 percent homology, while the signal from a 60 percent homologous duplex is 50 percent of the above stated maximum, see above. Dupeeks with lower
homologi enn 60 prosent gir enda svakere signaler.homology than 60 percent gives even weaker signals.
For dupiekser med stor mismatching kan et signal være påvisbart dersom eksponeringstiden av autoradiogrammet kan forlenges, eller dersom antall kopier av filterbundne komplementærmolekyler kan økes. For duplicates with a large mismatch, a signal can be detectable if the exposure time of the autoradiogram can be extended, or if the number of copies of filter-bound complementary molecules can be increased.
Eksempel 1 Example 1
Utslettelseskartlegging av parB-området (se fig. 1) Konstruksjon av pPR95 (fig. 2) Deletion mapping of the parB region (see Fig. 1) Construction of pPR95 (Fig. 2)
Konstruksjonen av pPR95 ble utført på følgende måte: plasmid pOU93 (Gerdes et al, J. Bacteriol. 161, 1985, pp. 292-98) er et pBR322-derivat inneholdende parB Pstl-fragmentet avledet fra EcoRI-A-fragmentet av plasmid RI (fig. 1). Pstl-fragmentet deles passende opp i mindre fragmenter ved restriksjonsenzymet Rsal, som vist på fig. 1. Ved vanlige kloningsmetoder ble det største Rsal-fragment (830 bp) innsatt i Smal-setet av den pBR322-avledede kloningsvektor pKP34 (Prentki et al, Gene 17, 1982, pp. 189-96), hvilket ga pPR13. Smal-setet av pHP34 er flankert av to EcoRI-seter, og derfor ble innskutte 880 bp Rsal-fragmentet omdannet til et 900 bp EcoRI-fragment. Det således genererte 900 bp EcoRI-fragment av pPR13 ble klonet inn i det unike EcoRI-sete på miniRI-derivatet pOU82 (internasjonal patentsøknad nr. PCT/DK83/00086, publikasjonsnr. WO 84/01172), hvilket ga pPR95. En tegning av pPR95 er vist på fig. 2. Plasmid pOU82 er ustabilt arvet på grunn av mangelen på noen fordelingsfunksjon (internasjonal patentsøknad nr. PCT/DK83/00086, publikasjonsnr. WO 84/01172), og har en tapsfrekvens av størrelsesorden 10~<2>pr. celle pr. generasjon. The construction of pPR95 was carried out as follows: plasmid pOU93 (Gerdes et al, J. Bacteriol. 161, 1985, pp. 292-98) is a pBR322 derivative containing the parB Pstl fragment derived from the EcoRI-A fragment of plasmid RI (Fig. 1). The Pstl fragment is appropriately split into smaller fragments by the restriction enzyme Rsal, as shown in fig. 1. By conventional cloning methods, the largest RsaI fragment (830 bp) was inserted into the SmaI site of the pBR322-derived cloning vector pKP34 (Prentki et al, Gene 17, 1982, pp. 189-96), yielding pPR13. The Smal site of pHP34 is flanked by two EcoRI sites, and therefore the inserted 880 bp RsaI fragment was converted to a 900 bp EcoRI fragment. The thus generated 900 bp EcoRI fragment of pPR13 was cloned into the unique EcoRI site of the miniRI derivative pOU82 (International Patent Application No. PCT/DK83/00086, Publication No. WO 84/01172), yielding pPR95. A drawing of pPR95 is shown in fig. 2. Plasmid pOU82 is unstable inherited due to the lack of any distribution function (International Patent Application No. PCT/DK83/00086, Publication No. WO 84/01172), and has a loss frequency of the order of 10~<2>per. cell per generation.
På den annen side går pPR95 svært sjeldent tapt og er kjenneteg-net ved å ha en tapsfrekvens på mindre enn 10~4 pr. celle pr. generasjon (målt som beskrevet i internasjonal patentsøknad nr. PCT/DK83/00036, publikasjonsnr. WO 84/01172), som er den karakteristiske tapsfrekvens av parB<+>miniRI-derivater. Således kan man trekke den konklusjon at det fullstendige parB-område er anordnet på det 880 bp Rsal-fragment etter fragmentets evne til å stabilisere miniRI-replikoner å dømme. On the other hand, pPR95 is very rarely lost and is characterized by having a loss frequency of less than 10~4 per cell per generation (measured as described in International Patent Application No. PCT/DK83/00036, Publication No. WO 84/01172), which is the characteristic loss frequency of parB<+>miniRI derivatives. Thus, one can draw the conclusion that the complete parB region is arranged on the 880 bp RsaI fragment judging by the ability of the fragment to stabilize miniRI replicons.
Den fine kartlegging av parB-området ble utført som følger: pPR95 ble begrenset med BarnHI, behandlet med eksonuklease Bal31 og ligatisert. Før ligasjonen ble BamHI-oligonukleotidlinkere tilsatt. Denne behandling førte til en rekke utslettelsesderivater som dekket den venstre del av parB-området. Forlengelsen av utslettelsene ble bestemt av størrelsefraksjonering av DNA-fragmentene på agarosegeler etter at DNA var blitt behandlet med restriksjonsenzymene EcoRI og BarnHI. Deretter ble den nøyaktige innsetting av BamHI-oligonukleotidlinkerne bestemt ved nukleo-tidsekvensering, som beskrevet av Maxam og Gilbert (Meth. Enzymol. 65, 1980, pp. 499-566). På denne måte ble en meget detaljert kartlegging av området oppnådd. Videre ble parB-fenotypen (bestemt som beskrevet i Materialer og Metoder) analysert for hvert plasmidderivat. Sletting fra pPR95 av sekvensen som strekker seg fra -320 til 0 (se fig. 1), som fører til pPR311 forandret ikke parB<+->fenotypen. Således må det gjenværende 580 bp BamHI-EcoRI-fragment i pPR311 inneholde det fullstendige parB-område. Sletting fra venstre lengre inn i området opphever fullstendig den stabiliserende aktivitet. The fine mapping of the parB region was performed as follows: pPR95 was restricted with BarnHI, treated with exonuclease Bal31 and ligated. Before ligation, BamHI oligonucleotide linkers were added. This treatment led to a series of deletion derivatives covering the left part of the parB region. The extension of the deletions was determined by size fractionation of the DNA fragments on agarose gels after the DNA had been treated with the restriction enzymes EcoRI and BarnHI. Next, the exact insertion of the BamHI oligonucleotide linkers was determined by nucleotide sequencing, as described by Maxam and Gilbert (Meth. Enzymol. 65, 1980, pp. 499-566). In this way, a very detailed mapping of the area was achieved. Furthermore, the parB phenotype (determined as described in Materials and Methods) was analyzed for each plasmid derivative. Deletion from pPR95 of the sequence extending from -320 to 0 (see Fig. 1), leading to pPR311 did not alter the parB<+> phenotype. Thus, the remaining 580 bp BamHI-EcoRI fragment in pPR311 must contain the complete parB region. Deleting from the left further into the range completely cancels the stabilizing activity.
Slettinger inn i den høyre del av 580 bp parB-fragmentet av pPR311 (se fig. 1) førte til tap av parB<+->fenotype, slik at parB-området strekker seg til en posisjon i nærheten av denne ende av fragmentet. Deletions into the right part of the 580 bp parB fragment of pPR311 (see Fig. 1) led to loss of the parB<+> phenotype, so that the parB region extends to a position near this end of the fragment.
Eksempel 2Example 2
Nukleotidsekvens av parB-området (se fig. 3)Nucleotide sequence of the parB region (see Fig. 3)
Nukleotidsekvensen av det minimale parB-område som er vist på fig. 3, ble oppnådd ved bruk av den kjemiske nedbrytingsmetode som beskrevet av Maxam og Gilbert (Meth. Enzymol. 65, 1980, pp. 499-566). I det følgende er en detaljert beskrivelse gitt av den essensielle biologiske informasjon i nukleotidsekvensen av parB-området . The nucleotide sequence of the minimal parB region shown in FIG. 3, was obtained using the chemical degradation method described by Maxam and Gilbert (Meth. Enzymol. 65, 1980, pp. 499-566). In the following, a detailed description is given of the essential biological information in the nucleotide sequence of the parB region.
Sekvensen av det minimale parB-område på 580 bp, som definert i eksempel 1 (se fig. 1), er vist på fig. 3. De sentrale og venstre deler av området er meget rike på dyadsymmetrier. 580 bp inneholder tre åpne leserammer bestående av mer enn 50 kodoner. Start- og stoppkodonene av disse leserammer er angitt på fig. 3. Leserammen som starter ved posisjon +304 og slutter ved +460 kommer etter en DNA-sekvens (5'-AGGA-3') som ligner på E. coli ribosombindingssetet (Shine og Dalgarno, Nature (London) 254, 1975, pp. 34-38), som er kjent for å virke som gjenkjennelses-setet for ribosomer som initierer translasjon av mRNA. Polypep-tidproduktet av denne leseramme er vist nedenfor DNA-sekvensen på fig. 3. The sequence of the minimal parB region of 580 bp, as defined in Example 1 (see Fig. 1), is shown in Fig. 3. The central and left parts of the area are very rich in dyad symmetries. 580 bp contains three open reading frames consisting of more than 50 codons. The start and stop codons of these reading frames are indicated in fig. 3. The reading frame starting at position +304 and ending at +460 follows a DNA sequence (5'-AGGA-3') similar to the E. coli ribosome binding site (Shine and Dalgarno, Nature (London) 254, 1975, pp . 34-38), which is known to act as the recognition site for ribosomes that initiate translation of mRNA. The polypeptide product of this reading frame is shown below the DNA sequence in fig. 3.
Eksempel 3Example 3
Funksjoner uttrykt fra parB-området (se fig. 4 og 5)Functions expressed from the parB region (see Figs. 4 and 5)
En serie plasmider ble konstruert fra hvilken kondisjonal ekspresjon av de formodede gener (som antydet fra sekvensen) i parB-området ble oppnådd ved innsetting av et fragment som bærer X pR-promotoren og Ac1857-genet. Posisjonene av disse innskudd er angitt på fig. 1 . Det ApR-temperaturinduserbare prornotorsys-tem ble valgt fordi det regulerende gen for X. pR-promotoren (d 857-genet) , samt Å.pR er anordnet på et enkelt Bglll-Sall-restriksjonsfragment, videre gjør c1357-allelen av A-repressorgenet den innsatte promotor induserbar ved høy temperatur (42°C), men hvilende (silent) eller nær hvilende ved lav temperatur (30°C). BglII-SalI-fragmentet av pOU82 ble innsatt i plasmider pPR634 og pPR341 ved vanlige kloningsfremgangsmåter, hvilket ga henholdsvis plasmider pKG634 og pKG341 (cf. Materia- A series of plasmids were constructed from which conditional expression of the putative genes (as suggested from the sequence) in the parB region was achieved by insertion of a fragment carrying the X pR promoter and the Ac1857 gene. The positions of these deposits are indicated on fig. 1. The ApR temperature-inducible promoter system was chosen because the regulatory gene for the X. pR promoter (d 857 gene), as well as Å.pR is arranged on a single Bglll-Sall restriction fragment, furthermore the c1357 allele of the A repressor gene the inserted promoter is inducible at high temperature (42°C), but quiescent (silent) or near quiescent at low temperature (30°C). The BglII-SalI fragment of pOU82 was inserted into plasmids pPR634 and pPR341 by standard cloning procedures, yielding plasmids pKG634 and pKG341, respectively (cf. Materia-
ler og Metoder).ler and Methods).
Ved 30°C vokser celler som inneholder pKG634 og pKG341 normalt, men induksjon av ApR (ved 42°C) fører til hurtig dreping av vertscellene. At 30°C, cells containing pKG634 and pKG341 grow normally, but induction of ApR (at 42°C) leads to rapid killing of the host cells.
Fig. 4 viser drapskinetikken (levedyktige tellinger) og vekst målt som OD450 etter et ombytting til 42°C av stamme JC411 (pKG634). Levedyktige tellinger synker hurtig (halveringstid på 2,5 minutter), og økningen av OD450 stopper. Nærværet av enApR-promotor som transkriberer parB-området i motsatt retning (pKG171) har ingen virkning på cellevekst og levedyktighet (fig. 4, sammenligning). Fig. 4 shows the killing kinetics (viable counts) and growth measured as OD450 after a shift to 42°C of strain JC411 (pKG634). Viable counts drop rapidly (half-life of 2.5 minutes), and the increase in OD450 stops. The presence of an ApR promoter transcribing the parB region in the opposite direction (pKG171) has no effect on cell growth and viability (Fig. 4, comparison).
Mikroskopisk undersøkelse (fasekontrast) av cellene (JC411/- pKG634) etter varmeindusering av X pR-promotoren viste at cellene forandret morfologi: Mesteparten av materialet kondenserte tilsynelatende i soner og etterlot resten av cellen gjennomsik-tig. En illustrasjon på dette er vist på fig. 5, hvor både normale og forandrede celler foreligger. Cellene som har det karakteristiske parB-induserte utseende er heretter betegnet som "spøkelsesceller" ("ghost" cells). Microscopic examination (phase contrast) of the cells (JC411/- pKG634) after heat induction of the X pR promoter showed that the cells changed morphology: Most of the material apparently condensed in zones and left the rest of the cell transparent. An illustration of this is shown in fig. 5, where both normal and altered cells are present. The cells that have the characteristic parB-induced appearance are hereafter referred to as "ghost" cells.
Da XpR-promotorfragmentet ble innsatt like ovenfor starten av den 52 aminosyre åpne leseramme (se eksempel 2), tyder dette sterkt på at det 52 aminosyre polypeptid som er kodet for av den åpne leseramme som starter ved posisjon +304 (fig. 3) er ansvarlig for celledrepingen, og følgelig er dette gen kalt hok (host killing) i det etterfølgende. As the XpR promoter fragment was inserted just above the start of the 52 amino acid open reading frame (see Example 2), this strongly suggests that the 52 amino acid polypeptide encoded by the open reading frame starting at position +304 (Fig. 3) is responsible for the cell killing, and consequently this gene is called hok (host killing) in what follows.
Eksempel 4Example 4
Undertrykkelse av den vertsdrepende virkning uttrykt ved hok (se fig. 6) Suppression of the host killing effect expressed by hook (see Fig. 6)
Et gen, fra hvilket et meget giftig produkt uttrykkes, må selvsagt reguleres. Det ble derfor antatt at regulatoren for hok også var kodet for ved parB-området. I et første forsøk på å karakterisere denne regulerende løkke, ble fragmentet av pKG634 inneholdende /Cd 857 på oversiden av hok-genet innsatt i et mini- F-plasmid, hvilket ga pF634. Fig. 6 viser induksjonen av dreping av JC411 (pF634) sora viser at drepingen finner sted noe langsom-mere og mindre effektivt enn hva tilfellet er for pKG634 i overensstemmelse med det lave kopitall av F sammenlignet med pBR322. A gene from which a highly toxic product is expressed must of course be regulated. It was therefore assumed that the regulator for hock was also coded for at the parB area. In a first attempt to characterize this regulatory loop, the fragment of pKG634 containing /Cd 857 upstream of the hok gene was inserted into a mini-F plasmid, yielding pF634. Fig. 6 shows the induction of killing by JC411 (pF634) which shows that the killing takes place somewhat slower and less efficiently than is the case for pKG634 in accordance with the low copy number of F compared to pBR322.
Et andre parB<+->plasmid (pPR633) ble deretter transformert inn i stamme JC411 (pF634) og induksjonsforsøket gjentatt med denne dobbelplasmid-stamme. Som det kan ses på fig. 6 undertrykker parB-området som foreligger i trans fullstendig den transkripsjonene aktivering av hok-genet. parB-området koder således for en undertrykker av vertsdreping (sok-genet, suppressor of host killing). A second parB<+->plasmid (pPR633) was then transformed into strain JC411 (pF634) and the induction experiment repeated with this double plasmid strain. As can be seen in fig. 6, the parB region present in trans completely suppresses the transcriptional activation of the hok gene. The parB region thus codes for a suppressor of host killing (the sok gene, suppressor of host killing).
Ved anvendelse av denne eksperimentelle konstruksjon som en prøvemetode, ble sok-genet kartlagt på følgende måte: Dobbeltplasmid-stammer inneholdende pF634 og en av utslettelsesderivatene, henholdsvis pPR634, pPR341, pPR154 eller pPR171 ble konstruert og ved å følge vekstmønsteret av disse stammer ved 42°C ble 3ok-fenotypen av utslettelsesderivatene bestemt ved måling av veksten etter temperaturforandringen. Analysen av disse utslettelsesderivater viste at plasmidene pPR634 og pPR154 uttrykker Sok-aktivitet, mens plasmidene pPR341 og pPR171 uttrykker ikke-påvisbare nivåer av Sok-aktivitet. Using this experimental construction as a test method, the sok gene was mapped as follows: Double plasmid strains containing pF634 and one of the deletion derivatives, respectively pPR634, pPR341, pPR154 or pPR171 were constructed and by following the growth pattern of these strains at 42° C, the 3ok phenotype of the deletion derivatives was determined by measuring the growth after the temperature change. The analysis of these deletion derivatives showed that plasmids pPR634 and pPR154 express Sok activity, while plasmids pPR341 and pPR171 express undetectable levels of Sok activity.
Plasmidene ble også utprøvet for inkompatibilitetfenotype-karakteristikken for par3<+>(se internasjonal patentsøknad nr. PCT/DK83/00086, publikasjonsnr. WO 84/01172), og det ble funnet at plasmider som uttrykker Sok-aktivitet også uttrykker parB spesifikk inkompatibilitet, mens plasmider som er Sok~, som beskrevet ovenfor, ikke uttrykker inkompatibilitet. Således representerer parB-inkompatibilitetsreaksjonen en analysemetode for Sok-aktivitet. The plasmids were also tested for the incompatibility phenotype characteristic of par3<+> (see International Patent Application No. PCT/DK83/00086, Publication No. WO 84/01172), and it was found that plasmids expressing Sok activity also express parB specific incompatibility, while plasmids which are Sok~, as described above, do not express incompatibility. Thus, the parB incompatibility reaction represents an assay method for Sok activity.
På en måte lignende den som er beskrevet for hok-genet, er det område som er nødvendig for sok-genaktivitet blitt snevret inn ytterligere. En av sok~-derivatene brukt i kartleggingsprose-dyren, pPR171, inneholder parB-området som strekker seg fra koordinat -300 til +288 (fig. 1 og 3). Et restriksjonsfragment inneholdende X d 857 ogApR ble innsatt i pPR1 71 på en slik måte at ApR-promotoren leser inn i sok-området av plasmidet, hvilket fører til pKG171 (se Materialer og Metoder). In a manner similar to that described for the hok gene, the region required for sok gene activity has been further narrowed. One of the soc~ derivatives used in the mapping procedure, pPR171, contains the parB region extending from coordinates -300 to +288 (Figs. 1 and 3). A restriction fragment containing X d 857 and ApR was inserted into pPR1 71 in such a way that the ApR promoter reads into the sok region of the plasmid, leading to pKG171 (see Materials and Methods).
Plasmid pKG171 ble transformert til stamme CSH50 inneholdende pOU94. Plasmid pOU94 er et lac<+>parB<+>p15-derivat som er fullstendig stabilt arvet på grunn av nærværet av parB-området på plasmidet. Innføring av andre parB<+->plasmider inn i denne stamme fører til destabilisering av pOU94 på grunn av den inkompatibilitet som uttrykkes fra parB. Ved 30°C førte nærværet av pKG171 ikke til destabilisering av pOU94 i noen betydelig grad, mens en klar destabilisering ble påvist ved 42°C. Derfor fører transkripsjonen fra høyre til venstre inn i parB-området av pKG171 til aktivering av incB-området (dvs. sok-genet). Plasmid pKG171 was transformed into strain CSH50 containing pOU94. Plasmid pOU94 is a lac<+>parB<+>p15 derivative that is fully stably inherited due to the presence of the parB region on the plasmid. Introduction of other parB<+->plasmids into this strain leads to destabilization of pOU94 due to the incompatibility expressed from parB. At 30°C, the presence of pKG171 did not destabilize pOU94 to any significant extent, while a clear destabilization was detected at 42°C. Therefore, the right-to-left transcription into the parB region of pKG171 leads to activation of the incB region (ie the sok gene).
Resultatene som her er beskrevet snevrer ytterligere inn sok-genet, som derfor må være anordnet mellom +194 (pPR634) og +288 (pPR171). Det er også antydet at sok-genpromotoren leser fra høyre til venstre (motsatt av hok-gentranskripsjonen) og er anordnet, i det minste delvis, i området mellom +288 (pPR171) og +336 (pPR154). En formodet -10-sekvens ( TATCCT) er anordnet ved posisjon +262 og en -35-sekvens ( TTGCGG) er anordnet ved posisjon +285 (fig. 3) (Kawley og McClure, Nucleic Acids Res. 11, 1983, pp. 2237-2255). Det antas at disse sekvenser utgjør promotoren for sok-genet. The results described here further narrow down the sok gene, which must therefore be located between +194 (pPR634) and +288 (pPR171). It has also been suggested that the sok gene promoter reads from right to left (opposite to the hok gene transcription) and is located, at least in part, in the region between +288 (pPR171) and +336 (pPR154). A putative -10 sequence (TATCCT) is located at position +262 and a -35 sequence (TTGCGG) is located at position +285 (Fig. 3) (Kawley and McClure, Nucleic Acids Res. 11, 1983, pp. 2237-2255). It is believed that these sequences constitute the promoter for the sok gene.
Eksempel 5Example 5
Ytterligere analyse av hok- og sok-genstrukturen og interaksjo-nen mellom hok- og sok-transkriptene Further analysis of the hok and sok gene structure and the interaction between the hok and sok transcripts
Regulering av hok-genekspresjon på translasjonsnivået ved Sok-genproduktet Regulation of hok gene expression at the translational level by the Sok gene product
For å vinne ytterligere innsikt i reguleringsløkken som styrer ekspresjonen av hok-genet, ble en serie translasjonelle og transkripsjonene fusjoner mellom hok-genet og lacZ-genet konstruert (se fig. 14). Ø-galaktosidaseaktivitetene uttrykt fra de translasjonelle fusjonsplasmider pKG733, pKG734 og pKG741 var meget lave, under én enhet (som definert i Materialer og Meto der). Aktiviteter som er så lave kan ikke måles nøyaktig, og derfor ble et DNA-fragment som koder for den regulerbare iac-promotor innsatt i pKG733, pKG734 og pKG741 på oversiden av de DNA-fragmenter som er avledet fra parB-området, hvilket førte til henholdsvis pKG732, pKG735 og pXG742. Disse plasmider uttrykker lave, men målbare mengder av B-galaktosidase. To gain further insight into the regulatory loop that controls the expression of the hok gene, a series of translational and transcriptional fusions between the hok gene and the lacZ gene were constructed (see Fig. 14). The β-galactosidase activities expressed from the translational fusion plasmids pKG733, pKG734 and pKG741 were very low, below one unit (as defined in Materials and Methods). Activities that low cannot be accurately measured, and therefore a DNA fragment encoding the regulatable iac promoter was inserted into pKG733, pKG734 and pKG741 upstream of the DNA fragments derived from the parB region, leading to pKG732, pKG735 and pXG742 respectively. These plasmids express low but measurable amounts of B-galactosidase.
Plasmider p3R322 og pPR1 3 (pBR322parB<+>) ble transformert hver for seg til stamme CSH50 inneholdende de translasjonene fusjonsplasmider pKG732 (parB avledet innskudd fra +1 til +342) eller pKG735 (parB-innskudd fra +194 til +342). parB-området som forelå i trans, viste seg å redusere B-galaktosidaseaktiviteten uttrykt fra fusjonsplasmidene fra 6,0 til 3,0 enheter i tilfellet for pKG732, og fra 14,0 til 2,5 enheter i tilfellet for pKG735. Det samme eksperiment ble utført med CSK50, som bar pKG730 og pKG736 som er transkripsjonelle fusjonsplasmider som bærer de samme innskudd som pKG732 og pKG735. Ingen undertrykkelse av det B-galaktosidase som var syntetisert fra disse plasmider ble observert. Man kan derfor trekke den konklusjon at den parB-kodede undertrykker av hok-genekspresjon (sok-genproduktet) virker som et post-transkripsjonelt nivå, sannsynligvis på nivået av translasjon (se nedenunder). Plasmids p3R322 and pPR1 3 (pBR322parB<+>) were individually transformed into strain CSH50 containing the translated fusion plasmids pKG732 (parB derived insert from +1 to +342) or pKG735 (parB insert from +194 to +342). The parB region present in trans was found to reduce the β-galactosidase activity expressed from the fusion plasmids from 6.0 to 3.0 units in the case of pKG732, and from 14.0 to 2.5 units in the case of pKG735. The same experiment was performed with CSK50, which carried pKG730 and pKG736 which are transcriptional fusion plasmids carrying the same inserts as pKG732 and pKG735. No suppression of the β-galactosidase synthesized from these plasmids was observed. One can therefore draw the conclusion that the parB-encoded repressor of hok gene expression (the sok gene product) acts at a post-transcriptional level, probably at the level of translation (see below).
Genetisk kartlegging av sok- genetGenetic mapping of the sok gene
Derivater av p3R322 som bærer forskjellige segmenter av parB-området ble transformert til CSH50 som bærer pKG735, og virkningen på hok'-lacZ-fusjonsproteinsyntesen ble målt. Plasmider pPR633 (+1 til +580) og pBR634 (+194 til +580) undertrykket hok<1->lacZ-syntesen fra pKG735, mens pPR341 (+268 til +580) ikke gjorde det. På samme måte undertrykket pPR154 (-300 til +366) hok'-lacZ-syntesen fra pKG735, mens pPR171 (-300 til +283) ikke hadde noen slik virkning. Dette antyder at det aktive undertrykkende gen er anordnet fra +194 (pPR634) til +336 (pPR154). Kartleggingen av sok-genet stemmer overens med kartleggingen av det undertrykkende gen ved bruk av en funksjonell analyse av sok-genets aktivitet (beskrevet i eksempel 4). Derivatives of p3R322 carrying different segments of the parB region were transformed into CSH50 carrying pKG735, and the effect on hok'-lacZ fusion protein synthesis was measured. Plasmids pPR633 (+1 to +580) and pBR634 (+194 to +580) repressed hok<1->lacZ synthesis from pKG735, whereas pPR341 (+268 to +580) did not. Similarly, pPR154 (-300 to +366) repressed hok'-lacZ synthesis from pKG735, whereas pPR171 (-300 to +283) had no such effect. This suggests that the active repressor gene is located from +194 (pPR634) to +336 (pPR154). The mapping of the sok gene is consistent with the mapping of the repressor gene using a functional analysis of the activity of the sok gene (described in Example 4).
Ytterligere karakterisering av sok- qen promotoren For å måle styrken og retningen av sok-promotoren ble forskjel lige Bal31-genererte fragmenter avledet fra parB-området (tabell 1) innsatt foran det intakte lacZ-gen på den transkripsjonene fusjonsvektor pJEL126. Plasmider pPR438 (fusjonspunkt +194) uttrykte høye nivåer av S-galaktosidase, mens pPR341 (fusjonspunkt +268) ikke uttrykte betydelige nivåer av aktivitet, hvilket tydet på at sok-gen promotoren ikke er intakt i PR3 41. Disse resultater viser at sok-promotoren er i det minste delvis lokalisert til området mellom +194 og +268. Plasmid pPR437 (fusjonspunkt på +1) uttrykker en tilnærmet 10 ganger lavere aktivitet enn pPR438, og derfor må man trekke den konklusjon at 90 prosent av sok-gentranskriptene terminerer mellom +1 og +194. Further characterization of the sok promoter To measure the strength and direction of the sok promoter, various Bal31-generated fragments derived from the parB region (Table 1) were inserted in front of the intact lacZ gene on the transcription fusion vector pJEL126. Plasmids pPR438 (fusion point +194) expressed high levels of S-galactosidase, while pPR341 (fusion point +268) did not express significant levels of activity, suggesting that the sok gene promoter is not intact in PR3 41. These results show that soc- the promoter is at least partially localized to the region between +194 and +268. Plasmid pPR437 (fusion point of +1) expresses an approximately 10-fold lower activity than pPR438, and therefore one must draw the conclusion that 90 percent of the sok gene transcripts terminate between +1 and +194.
Et DNA-fragment som strekker seg fra Fokl-setet ved +226 (merket 5'-ende) til 3au96l-setet ved +482 ble hybridisert til RNA-preparert stamme CSH50 inneholdende pPR633 (pBR322-parB). Etter S1-nukleasebehandling av DNA-RNA-hybridet ble prøven kjørt på en denaturerende sekvenserende gel sammen med Maxam-Gilbert reaksjoner av den samme DNA-sonde. Et svakt bånd kom til syne svarende til et transkript som starter ved +258. Denne kartlegging av 5'-enden av sok-transkriptet stemte overens med den genetiske kartlegging av sok-promotoren beskrevet ovenfor. A DNA fragment extending from the Fokl site at +226 (labeled 5' end) to the 3au96l site at +482 was hybridized to RNA-prepared strain CSH50 containing pPR633 (pBR322-parB). After S1 nuclease treatment of the DNA-RNA hybrid, the sample was run on a denaturing sequencing gel together with Maxam-Gilbert reactions of the same DNA probe. A weak band appeared corresponding to a transcript starting at +258. This mapping of the 5' end of the sok transcript was consistent with the genetic mapping of the sok promoter described above.
Nukleotidsekvensen i området ovenfor +260 inneholder en formodet -10-sekvens (5'- TATCCT-3') anordnet fra +267 til +262, og en - 35-sekvens (5'- TTGCGC-3') anordnet fra +290 til +285 (baser som svarer til E. coli-promotorkonsensussekvenser i henhold til Hawley og McClure (op.cit.), er vist med understrekede boksta-ver). Således bekrefter all den informasjon som for tiden er tilgjengelig, både genetisk og fysisk, den antagelse som er gjort i eksempel 4 at disse sekvenser utgjør sok-gen promotoren. Transkripsjonen av B-galaktosidase fra lac-promotoren (pKG736) gir et utbytte på ca. 300 enheter. S-galaktosidasen transkribert fra sok-promotoren (pPR433) gir et utbytte på 1500 enheter. Således er sok-promotoren en sterk promotor med en aktivitet som er tilnærmet 5 ganger større enn for lac-promotoren. The nucleotide sequence in the region above +260 contains a putative -10 sequence (5'- TATCCT-3') arranged from +267 to +262, and a - 35 sequence (5'- TTGCGC-3') arranged from +290 to +285 (bases corresponding to E. coli promoter consensus sequences according to Hawley and McClure (op.cit.) are shown in underlined letters). Thus, all the information that is currently available, both genetic and physical, confirms the assumption made in example 4 that these sequences constitute the sok gene promoter. The transcription of B-galactosidase from the lac promoter (pKG736) gives a yield of approx. 300 units. The S-galactosidase transcribed from the sok promoter (pPR433) gives a yield of 1500 units. Thus, the sok promoter is a strong promoter with an activity that is approximately 5 times greater than that of the lac promoter.
Målet for sok- genproduktet er anordnet inne i sok- genetThe target for the sock product is arranged inside the sock
De translasjonelle fusjonsplasmider vist på fig. 14 ble brukt til å kartlegge målet for sok-genproduktet (sok-T). Tilsetning av sok-genet in trans via pPR13 til pKG732 (innskudd fra +1 til +342) og pKG735 (innskudd fra +134 til +342) undertrykket syntesen av hok 1-lacZ-fusjonsproteinene uttrykt ved disse plasmider, mens ingen slik virkning var åpenbar i tilfellet for pKG742 (innskudd fra +268 til +342, fig. 14). Således trekker man den konklusjon at det genetiske mål for sok-RNA kodes for ved det DNA som strekker sey fra +194 til +268 og nøyaktig overlapper det område som koder for sok-RNA selv. Plasmid pKG742 uttrykker ikke sok-RNA, og dette plasmid var ventet å gi høyere mengder hok<1->lacZ-fusjonsprotein enn observert (se nedenunder). The translational fusion plasmids shown in FIG. 14 was used to map the target of the sok gene product (sok-T). Addition of the sok gene in trans via pPR13 to pKG732 (inserts from +1 to +342) and pKG735 (inserts from +134 to +342) suppressed the synthesis of the hok 1-lacZ fusion proteins expressed by these plasmids, whereas no such effect was evident in the case of pKG742 (insert from +268 to +342, Fig. 14). Thus, the conclusion is drawn that the genetic target for sok-RNA is coded for by the DNA that stretches from +194 to +268 and exactly overlaps the area that codes for sok-RNA itself. Plasmid pKG742 does not express sok RNA, and this plasmid was expected to yield higher amounts of hok<1->lacZ fusion protein than observed (see below).
S1- nuklease- kartleqging av 5'- enden og 3'- enden av hok- mRNAS1 nuclease mapping of the 5'-end and 3'-end of hook mRNA
En åpenbar promotorlignende struktur i DNA-sekvensen på oversiden av hok-genets koderamme er antydet på fig. 3. Denne formodede promotor, phok, har -1O-sekvensen (5'- TATGAT-3') og -35-sekvensen (5'-TGGTCA-3') separert ved 18 bp, ingen andre åpenbare promotorlignende sekvenser finnes på oversiden av hok-genets kodingsområde. An obvious promoter-like structure in the DNA sequence upstream of the hok gene coding frame is indicated in fig. 3. This putative promoter, phok, has the -10 sequence (5'- TATGAT-3') and the -35 sequence (5'-TGGTCA-3') separated by 18 bp, no other obvious promoter-like sequences are found upstream of the coding region of the hok gene.
5<1->enden av hok-gentranskriptet ble identifisert med den 31-nukleasebaserte teknikk som er beskrevet i Materialer og Metoder. Sonden som ble brukt strakte seg fra Fokl-setet ved +229 (merket 5'-ende) til SfaNI-setet ved +13. Sonden ble hybridisert til RNA fremstilt fra stamme CSH50 inneholdende pPR633 (pBR322-par3<+>), behandlet med nuklease-S1 og kjørt på en polyakrylamidgel sammen med Maxam og Gilbert-reaksjonene av den samme DNA-sonue. Videre ble sonden også hybridisert til RNA fremstilt fra kulturprøver som var blitt tatt ut på forskjellige tidspunkt etter tilsetning av rifampicin til kulturen. Før rifampicintilsetning kommer et meget svakt bånd til syne som svarer til et transkript som starter ved +130, hvilket svarer til et transkript som starter ved +130 nøyaktig i overensstemmelse med den promotorstruktur som er antydet ved DNA-sekvensen. Tilsetningen av rifampicin førte til en tidsavhengig forbedring av hybridiseringen mellom DNA-sonden og RNA som starter ved +130: Ved 25 minutter etter tilsetningen av rifampicin var The 5<1-> end of the hok gene transcript was identified with the 31-nuclease-based technique described in Materials and Methods. The probe used extended from the Fokl site at +229 (labeled 5' end) to the SfaNI site at +13. The probe was hybridized to RNA prepared from strain CSH50 containing pPR633 (pBR322-par3<+>), treated with nuclease-S1 and run on a polyacrylamide gel along with the Maxam and Gilbert reactions of the same DNA probe. Furthermore, the probe was also hybridized to RNA prepared from culture samples that had been taken at different times after the addition of rifampicin to the culture. Before rifampicin addition, a very weak band appears corresponding to a transcript starting at +130, which corresponds to a transcript starting at +130 exactly in accordance with the promoter structure suggested by the DNA sequence. The addition of rifampicin led to a time-dependent enhancement of the hybridization between the DNA probe and the RNA starting at +130: At 25 minutes after the addition of rifampicin,
hybridiseringen flere størrelsesordener nier effektiv enn før tilsetningen av rifampicin. Det antas derfor at det viktigste hok-gentranskript starter ved posisjonen +130. Den rifampicininduserte tidsavhengige forbedring av hybridisering mellom transkriptet som starter ved +130 og den DNA-sonde som ble brukt, antas å reflektere svekkelsen av en inhibitor av hybridi-seringsreaksjonen mellom hok-mRNA og DNA-sonden. Denne inhibitor er høyst sannsynlig Sok-RNA som er komplementær til den samme del av hok-mRNA som den DNA-sonde som ble brukt. Det skal bemerkes at der ikke var noen hindring av hybridisering mellom hok-mRNA og DNA-sonden komplementær til 3<1->enden av hok-mRNA. the hybridization is several orders of magnitude more efficient than before the addition of rifampicin. It is therefore assumed that the most important hok gene transcript starts at position +130. The rifampicin-induced time-dependent enhancement of hybridization between the transcript starting at +130 and the DNA probe used is believed to reflect the attenuation by an inhibitor of the hybridization reaction between the hog mRNA and the DNA probe. This inhibitor is most likely Sok RNA which is complementary to the same part of hok mRNA as the DNA probe used. It should be noted that there was no inhibition of hybridization between the hok mRNA and the DNA probe complementary to the 3<1> end of the hok mRNA.
3'-enden av hok-mRNA ble også kartlagt ved 31-nukleaseteknikken. Et DNA-fragment som strekker seg fra +342 (Sau3A-setet) til +580 (EcoRI-setet) ble merket i 3'-enden av Sau3A-setet og hybridisert til RNA fremstilt fra CSH50 (pPR633), behandlet med 31-nuklease og kjørt på en polyakrylamidgel sammen med Maxam-Gilbert-reaksjonene av DNA-sonden. Hoveddelen (80-90 prosent) av hok-gentranskriptene terminerte ved stilling +561, 562 og 563, og mindre transkripsjonsavslutningspunkter på oversiden av disse posisjoner ble også observert. Posisjon +561 følger etter en potensiell stammeløkke-struktur (stem-loop structure) med en GC-rik stamme, fulgt av en serie U'er som ligner på typiske rho-uavhengige transkripsjonsavslutnings-strukturer (Rosenberg og Court, Ann. Rev. Genet. 13, 1979, pp.319-353). The 3' end of hok mRNA was also mapped by the 31 nuclease technique. A DNA fragment extending from +342 (Sau3A site) to +580 (EcoRI site) was labeled at the 3' end of the Sau3A site and hybridized to RNA prepared from CSH50 (pPR633), treated with 31-nuclease and run on a polyacrylamide gel along with the Maxam-Gilbert reactions of the DNA probe. The main part (80-90 percent) of the hok gene transcripts terminated at positions +561, 562 and 563, and smaller transcription termination points upstream of these positions were also observed. Position +561 follows a potential stem-loop structure with a GC-rich stem, followed by a series of U's resembling typical rho-independent transcription termination structures (Rosenberg and Court, Ann. Rev. Genet 13, 1979, pp. 319-353).
Således begynner det viktigste hok-gentranskript ved +131/132 og slutter rundt +562. Thus, the major hok gene transcript begins at +131/132 and ends around +562.
Styrken av hok-promotoren ble bestemt ved det transkripsjonene fusjonsplasmid pKG730 (fig. 14), som inneholder lac-promotoren og hok-promotorene i tandem foran det intakte lacZ-gen. B-galaktosidaseaktiviteten uttrykt fra pKG730 i CSH50 er ca. 300 enheter. For å unngå transkripsjon fra lac-promotoren ble et pBR322-derivat som bærer lacl-genet (pHB4) transformert til CSH50 (pKG730). Denne dobbeltplasmid-stamme uttrykker et B-galaktosidasenivå på 100 enheter (lacl-genet som foreligger i trans på et multikopiplasmid reduserer aktiviteten av lac-promotoren til under 1 prosent av aktiviteten av den ikke- undertrykte tilstand). Således er hok-promotoren forholdsvis svak med en aktivitet på ca. 50 prosent eller mindre i forhold til lac-promotoren. sok-promotoren er ca. 5 ganger sterkere enn lac-promotoren, og sok-promotoren må derfor være minst 10 ganger mer aktiv enn hok-promotoren. The strength of the hok promoter was determined by transcribing fusion plasmid pKG730 (Fig. 14), which contains the lac promoter and the hok promoters in tandem in front of the intact lacZ gene. The β-galactosidase activity expressed from pKG730 in CSH50 is approx. 300 units. To avoid transcription from the lac promoter, a pBR322 derivative carrying the lac1 gene (pHB4) was transformed into CSH50 (pKG730). This double plasmid strain expresses a B-galactosidase level of 100 units (the lac1 gene present in trans on a multicopy plasmid reduces the activity of the lac promoter to less than 1 percent of the activity of the unrepressed state). Thus, the hok promoter is relatively weak with an activity of approx. 50 percent or less relative to the lac promoter. the sok promoter is approx. 5 times stronger than the lac promoter, and the sok promoter must therefore be at least 10 times more active than the hok promoter.
Induksjon av translasjonen av hok- mRNA ved tilsetning av rifampicin Induction of the translation of hok mRNA by the addition of rifampicin
Plasmid pKG780 er et pBR322-derivat som bærer sok-genet, hok<1->lacZ-hybridgenet som fås fra pKG733, en del av lacY-genet og den del av parB-området som koder for hok-mRNA-avslutningen. Plasmid pKG732 er identisk med pKG730, bortsett fra at det på nedsiden anordnede parB-innskudd er erstattet med avslutningsdelen av tetracyklin-genet som fås fra pBR322. Til tross for det høye kopitall av disse plasmider uttrykker de svært lave nivåer av S-galaktosidase (ca. 1 enhet i begge tilfeller), hvilket svarer til svært få 6-galaktosidasemolekyler pr. celle. Plasmid pKG780 is a pBR322 derivative carrying the sok gene, the hok<1->lacZ hybrid gene obtained from pKG733, part of the lacY gene and the part of the parB region that codes for the hok mRNA termination. Plasmid pKG732 is identical to pKG730, except that the downstream parB insert is replaced with the terminal part of the tetracycline gene obtained from pBR322. Despite the high copy number of these plasmids, they express very low levels of S-galactosidase (approx. 1 unit in both cases), which corresponds to very few 6-galactosidase molecules per cell.
Rifampicin ble satt til (300 ug/ml) eksponentielt voksende kulturer av CSK50 inneholdende enten pKG780 eller pKG782, og prøver ble tatt ut for å bestemme B-galaktosidaseaktivitet. Der var ingen økning i aktiviteten i de første 10 minuttene etter tilsetningen av rifampicin, men deretter ble en induksjon av 6-galaktosidaseproduksjon (og følgelig translasjon av hok'-lacZ-mRNA) observert. Syntesen av hok'-lacZ-fusjonsproteinet varer i ca. 80 minutter i begge tilfeller. Halveringstidene for hok'-lacZ-hok<1->og hok'-lacZ-tet'-mRNA ble beregnet til å være henholdsvis ca. 22 og 20 minutter (se Materialer og Metoder). Rifampicin was added (300 µg/ml) to exponentially growing cultures of CSK50 containing either pKG780 or pKG782, and samples were taken to determine β-galactosidase activity. There was no increase in activity in the first 10 minutes after the addition of rifampicin, but thereafter an induction of 6-galactosidase production (and consequently translation of hok'-lacZ mRNA) was observed. The synthesis of the hok'-lacZ fusion protein lasts for approx. 80 minutes in both cases. The half-lives for hok'-lacZ-hok<1-> and hok'-lacZ-tet' mRNA were calculated to be approx. 22 and 20 minutes (see Materials and Methods).
Således bevirket ikke innsettingen av hok-mRNA-avslutningen på nedsiden av LacZ-genet noen betydelig økning i stabilitet av det hok'-lacZ hybride mRNA. Thus, the insertion of the hok mRNA termination downstream of the LacZ gene did not cause any significant increase in stability of the hok'-lacZ hybrid mRNA.
Konklusj onerConclusions
Påvisning av RNA-transkripter syntetisert fra parB-området viser at hok-mRNA begynner ved +131/132 og slutter rundt +562, og at sok-RNA begynner ved +260 og slutter mellom +1 og +194. Følgelig er sok-RNA komplementært til ledersekvensen av hok-mRNA (fig. Detection of RNA transcripts synthesized from the parB region shows that hok mRNA begins at +131/132 and ends around +562, and that sok RNA begins at +260 and ends between +1 and +194. Accordingly, sok RNA is complementary to the leader sequence of hok mRNA (Fig.
3). Analysen av promotor- og gen-fusjoner mellom hok-genet og lacZ-genet viser at sok-genet koder for en undertrykker av hok-genekspresjon, som virker på det post-transkripsjonelle nivå. Området fra +194 til +336 koder for en aktiv undertrykkergen som transkriberes i motsatt retning i forhold til hok-gentranskripsjonen. Ikke noen åpenbar proteinkodende ramme foreligger i sok-genområdet, og man trekker derfor den konklusjon at undertrykke-ren som er kodet for ved sok-genet er et lite antisans-RNA (antisense RNA) som ved hybridisering til det komplementære hok-mRNA hindrer translasjonen av den sistnevnte. Denne observasjon understøttes ved kartleggingen av målet av sok-genproduktet (sok-T), som var lokalisert til området som koder for ledersekvensen av det hok-mRNA som er komplementært til sok-RNA (+194 til +268). 3). The analysis of promoter and gene fusions between the hok gene and the lacZ gene shows that the sok gene encodes a repressor of hok gene expression, which acts at the post-transcriptional level. The region from +194 to +336 codes for an active repressor gene that is transcribed in the opposite direction to the hok gene transcription. No obvious protein-coding frame is present in the sok gene region, and one therefore draws the conclusion that the repressor coded for by the sok gene is a small antisense RNA (antisense RNA) which, when hybridized to the complementary hok mRNA, prevents translation of the latter. This observation is supported by the mapping of the target of the sok gene product (sok-T), which was localized to the region coding for the leader sequence of the hok mRNA that is complementary to sok RNA (+194 to +268).
sok-T-ornrådet er anordnet på oversiden av SD-sekvensen av hok-mRNA, og derfor kan unuertrykningen av translasjon ved sok-RNA ved hybridisering til hok-mRNA høyst sannsynlig forklares ved dens langtidsvirkninger (øyensynlig på den sekundære struktur av mRNA). Det område som koder for ledersekvensen av hok-mRNA (og følgelig sok-T) er rik på dyad-symmetrier. hok-mRNA har poten-siale for å danne tre starnmeløkke-strukturer i området fra +194 til +303, vist som henholdsvis I (AG = -16 kcal/mol), II ( G = - 20 kcal/mol) og III (AG = -26 kcal/mol) på fig. 3. sok-mRNA er komplementært til det område som koder for løkke I, deler av løkke II, men ikke løkke III. Shine-Dalgarno-sekvensen av hok-genet vil, dersom løkke III dannes, bli sekvestrert i stammen av denne energirike løkke. Det er derfor sannsynlig at dannelsen av løkke III er en forutsetning for undertrykkelsen av hok-mRNA-translasj onen. the sok-T motif is arranged upstream of the SD sequence of hok-mRNA, and therefore the derepression of translation by sok-RNA upon hybridization to hok-mRNA can most likely be explained by its long-term effects (obvious to the secondary structure of the mRNA). The region coding for the leader sequence of hok mRNA (and consequently sok-T) is rich in dyad symmetries. hok mRNA has the potential to form three starch loop structures in the range from +194 to +303, shown as I (AG = -16 kcal/mol), II ( G = -20 kcal/mol) and III ( AG = -26 kcal/mol) in fig. 3. sok mRNA is complementary to the region coding for loop I, parts of loop II, but not loop III. The Shine-Dalgarno sequence of the hok gene will, if loop III is formed, be sequestered in the stem of this high-energy loop. It is therefore likely that the formation of loop III is a prerequisite for the suppression of hook mRNA translation.
5tammeløkke-strukturene II og III overlapper og kan derfor ikke dannes samtidig. Dersom løkke II dannes, vil SD-sekvensen sannsynligvis ikke bli sekvestrert i den sekundære struktur av mRNA, og SD-sekvensen vil tilegne seg en "åpen tilstand" fritt tilgjengelig for å translateres av ribosomene. Det antas derfor at hybridiseringen av sok-RNA til hok-mRNA forandrer mønsteret av løkkedannelse av mRNA fra en "åpen tilstand" (dannelse av løkke II) til en "lukket tilstand" (dannelse av løkke III), hvilket gir et aiRNA som ikke kan translateres av ribosomene. The 5-loop structures II and III overlap and therefore cannot be formed simultaneously. If loop II is formed, the SD sequence will probably not be sequestered in the secondary structure of the mRNA, and the SD sequence will acquire an "open state" freely available to be translated by the ribosomes. It is therefore believed that the hybridization of sok RNA to hok mRNA changes the pattern of mRNA looping from an "open state" (formation of loop II) to a "closed state" (formation of loop III), yielding an aiRNA that does not can be translated by the ribosomes.
S-galaktosidaseaktiviteten uttrykt fra pKG472, hvor hok'-lacZ-genet er transkribert fra lacUV5-promotoren var uventet lav (20 enheter), da dette plasmid ikke inneholder sok-genet. Området på oversiden av SD-sekvensen av pKG742 inneholder en intakt løkke III, men ikke løkke I eller II. Følgelig kan løkke III stadig dannes, uten konkurranse fra løkke I eller løkke II, og dette kan være.grunnen til den lave B-galaktosidaseekspresjon fra dette mRNA. The S-galactosidase activity expressed from pKG472, where the hok'-lacZ gene is transcribed from the lacUV5 promoter was unexpectedly low (20 units), as this plasmid does not contain the sok gene. The region upstream of the SD sequence of pKG742 contains an intact loop III, but not loops I or II. Consequently, loop III can constantly form, without competition from loop I or loop II, and this may be the reason for the low β-galactosidase expression from this mRNA.
Tilsetningen av rifampicin til celler inneholdende plasmider pKG780 eller pKG782, induserte syntese av hok'-lacZ hybride mRNA som ble funnet å være meget stabile med en halveringstid på ca. 20 minutter. Det er overraskende at det hybride mNRA inneholdende avslutningen av tetracyklin-gen mRNA (pKG732) er like stabilt som det hybride mRNA som inneholder den native hok-mRNA-avslutning (pKG780). Dette resultat kan ikke lett ekstrapoleres til den ville type hok-mRNA, men man kan trekke den konklusjon at 5'-enden av hok-mRNA ledersekvensen (fra +1 til +342) koder for en determinant som er viktig for stabiliteten av hok-mRNA-molekylet. The addition of rifampicin to cells containing plasmids pKG780 or pKG782 induced synthesis of hok'-lacZ hybrid mRNA which was found to be very stable with a half-life of approx. 20 minutes. Surprisingly, the hybrid mNRA containing the tetracycline gene mRNA termination (pKG732) is as stable as the hybrid mRNA containing the native hok mRNA termination (pKG780). This result cannot be easily extrapolated to the wild-type hok mRNA, but one can draw the conclusion that the 5' end of the hok mRNA leader sequence (from +1 to +342) encodes a determinant important for the stability of the hok- the mRNA molecule.
Den opprinnelige tidsforsinkelse i S-galaktosidasesyntese kan lettest forklares som en refleksjon av nedbrytningstiden for inhibitoren for hok<1->lacZ-proteinsyntese, det vil si sok-RNA. The initial time delay in S-galactosidase synthesis is most easily explained as a reflection of the degradation time of the inhibitor of hok<1->lacZ protein synthesis, that is, sok RNA.
Den rifampicininduserte tidsavhengige forbedring av hybridise-ringsreaksjonen mellom hok-mRNA og DNA-sonden som brukes til kartlegging av 5'-enden av hok-mRNA kan lettest forklares som følger: Det er kjent at RNA hybridiserer flere størrelsesordener hurtigere med RNA enn med DNA (Favaloro et al, i Methods in Enzymology 65, 1983, pp. 718-749). Derfor hindrer nærværet av sok-RNA (før rifampicintilsetning) hybridiseringen mellom 5'-enden av hok-mRNA og den komplementære DNA-sonde, fordi hok-mRNA oppviser en hurtigere hybridiseringsreaksjon med sok-RNA enn med DNA-sonden (sok-RNA og DNA-sonden brukt i dette eksperiment er komplementære til den samme del av hok-mRNA). Etter tilsetning av rifampicin, som hindrer dannelse av nye transkripter, øker hybridiseringen mellom hok-mRNA og DNA-sonden komplementær til 5'-enden av hok-mRNA kraftig med tiden. Denne forbedring av hybridisering gjenspeiler svekkelsen av hybridiseringsinhibito-ren, sok-RNA. Det skal bemerkes at der ikke er noen hindring av hybridiseringen mellom hok-mRNA og en DNA-sonde komplementær til 3<1->enden av hok-mRNA. Betydelige mengder hok-mRNA foreligger i cellene selv 25 minutter etter tilsetningen av rifampicin, hvilket tyder på at hok-mRNA er ualminnelig stabilt. Disse fortolkninger er i full overensstemmelse med kinetikken for hok 1-lacZ-fusjonsproteinsyntese som observeres i rifampicin-induksj ons-forsøkene. The rifampicin-induced time-dependent enhancement of the hybridization reaction between hok mRNA and the DNA probe used for mapping the 5' end of hok mRNA can be most easily explained as follows: It is known that RNA hybridizes several orders of magnitude faster with RNA than with DNA ( Favaloro et al, in Methods in Enzymology 65, 1983, pp. 718-749). Therefore, the presence of sok-RNA (before rifampicin addition) prevents the hybridization between the 5'-end of hok-mRNA and the complementary DNA probe, because hok-mRNA exhibits a faster hybridization reaction with sok-RNA than with the DNA probe (sok-RNA and The DNA probe used in this experiment is complementary to the same part of hok mRNA). After the addition of rifampicin, which prevents the formation of new transcripts, the hybridization between hok mRNA and the DNA probe complementary to the 5' end of hok mRNA increases strongly with time. This enhancement of hybridization reflects the attenuation of the hybridization inhibitor, sok RNA. It should be noted that there is no hindrance of the hybridization between the hok mRNA and a DNA probe complementary to the 3<1> end of the hok mRNA. Significant amounts of hok mRNA are present in the cells even 25 minutes after the addition of rifampicin, suggesting that hok mRNA is unusually stable. These interpretations are in full agreement with the kinetics of hok 1-lacZ fusion protein synthesis observed in the rifampicin induction experiments.
?å fig. 13 er en modell som forklarer drepingen av celler som har tapt et parB-bærende plasmid under den tidligere celledeling vist: Nærværet av et parB-bærende plasmid i cellen gir opphav til cytoplasmiske produkter av hok- og sok-genene, hok-mRNA og Sok-RNZ*. hok-mRNA er stabilt med en halveringstid på 20 minutter eller mer, mens Sok-RNA som hindrer translasjon av hok-mRNA er ustabilt, men foreligger i overskudd. Følgelig, i en plasmidbærende celle, hindrer Sok-RNA syntese av Hok-proteinet, og cellen forblir levedyktig. Når på den annen side en plasmidfri celle fremkommer, f.eks. ved ujevn fordeling av plasmidmolekylene ved celledeling, avtar de ustabile Sok-RNA i denne celle, hvilket etterlater hok-mRNA fritt tilgjengelig til å bli translatert av ribosomene, Hok-proteinet blir syntetisert, og dreping av den plasmidfrie celle følger. ?to fig. 13 is a model explaining the killing of cells that have lost a parB-carrying plasmid during the previous cell division shown: The presence of a parB-carrying plasmid in the cell gives rise to cytoplasmic products of the hok and sok genes, hok mRNA and Sok -RNZ*. hok-mRNA is stable with a half-life of 20 minutes or more, while Sok-RNA, which prevents translation of hok-mRNA, is unstable, but is present in excess. Consequently, in a plasmid-carrying cell, the Sok RNA prevents synthesis of the Hok protein, and the cell remains viable. When, on the other hand, a plasmid-free cell appears, e.g. upon uneven distribution of the plasmid molecules during cell division, the unstable Sok RNA in this cell decreases, leaving the Hok mRNA freely available to be translated by the ribosomes, the Hok protein is synthesized, and killing of the plasmid-free cell follows.
En viktig testbar forutsigelse fremkommer fra den post-segrega-sjonelle depresjonsmodell av hok-genekspresjon foreslått ovenfor: Alle ustabilt arvede plasmider kan stabiliseres ved parB-området, da drepemekanismen er uavhengig av den egentlige grunn til tap av plasmidet. Følgelig er det vist at parB-området stabiliserer mange typer replikon som strekker seg fra plasmider med lavt kopitall (f.eks. R1 (se internasjonal patentsøknad nr. PCT/DK83/00086, publikasjonsnr. WO 84/01172)) til plasmider med høyt kopitall (p15A, pBR322 (se PCT/DK33/00086, publikasjonsnr. WO 84/01172) og RSF1010) - som alle er blitt ustabile etter genetisk manipulering. oriC-minikromosomer kan også stabiliseres ved parB-området. Overraskende nok stabiliserer parB-området et meget ustabilt RSF1010-lacZ<+->derivat i P. putida (se eksempel 12). An important testable prediction emerges from the post-segregational depression model of hok gene expression proposed above: All unstable inherited plasmids can be stabilized at the parB region, as the killing mechanism is independent of the actual reason for loss of the plasmid. Accordingly, the parB region has been shown to stabilize many types of replicon ranging from low copy number plasmids (e.g. R1 (see International Patent Application No. PCT/DK83/00086, Publication No. WO 84/01172)) to high copy number plasmids copy number (p15A, pBR322 (see PCT/DK33/00086, Publication No. WO 84/01172) and RSF1010) - all of which have become unstable after genetic manipulation. oriC minichromosomes can also be stabilized at the parB region. Surprisingly, the parB region stabilizes a highly unstable RSF1010-lacZ<+-> derivative in P. putida (see Example 12).
Lignende regulerende systemer omfattende regulering av translasjonen av et mRNA-materiale ved et antisans-RNA-molekyl er blitt beskrevet tidligere (Light og Molin, The EMBO Journal 2, 19S3, pp.93-98, R.W. Simons og N. Kleckner, Cell 34, 1 983,..pp. 683-691, Mizuno et al, Proe. Nati. Acad. Sei., 1984, pp. 1966-1970), og til og med kunstige systemer hvor syntetiske sekvenser er blitt innsatt som koder for antisens-RNA komplementært til lederregionen av et mRNA er blitt beskrevet (Izant og Weintraub, Cell 36, 1984, pp. 1007-1015). Similar regulatory systems involving regulation of the translation of an mRNA material by an antisense RNA molecule have been described previously (Light and Molin, The EMBO Journal 2, 19S3, pp.93-98, R.W. Simons and N. Kleckner, Cell 34 , 1983,..pp. 683-691, Mizuno et al, Proe. Nati. Acad. Sei., 1984, pp. 1966-1970), and even artificial systems where synthetic sequences have been inserted as codes for antisense -RNA complementary to the leader region of an mRNA has been described (Izant and Weintraub, Cell 36, 1984, pp. 1007-1015).
Eksempel 6Example 6
Oppdagelse av en E. coli kromosomal homolog av R1 parB (se fig. Discovery of an E. coli chromosomal homolog of R1 parB (see Fig.
8a) 8a)
Da plasmidutvikling har omfattet en utstrakt utveksling av genetisk informasjon mellom bakterielle kromosomer og fritt replikerende DNA-molekyler, ble det kromosomale DNA av E. coli analysert for mulige forfedresekvenser for R1 parB-sekvensene. Since plasmid evolution has involved an extensive exchange of genetic information between bacterial chromosomes and freely replicating DNA molecules, the chromosomal DNA of E. coli was analyzed for possible ancestral sequences for the R1 parB sequences.
I felt 6 på fig. 8a ble det samlede EcoRI-begrensede DNA fra plasmidfri E. coli JC411 analysert ved filterhybridisering til en parB-sonde, se Materialer og Metoder. Et fragment på 20 kb kan ses å gi et ganske svakt, men bestemt signal som også kan påvises i andre felter inneholdende E. coli-DNA dersom de er eksponert i den samme tid (felter 4, 5). Den kromosomale sekvens anslås til å være ca. 55 prosent homolog med parB. Den kromosomale sekvens er kalt pari i det etterfølgende. In field 6 on fig. 8a, the total EcoRI-restricted DNA from plasmid-free E. coli JC411 was analyzed by filter hybridization to a parB probe, see Materials and Methods. A fragment of 20 kb can be seen to give a rather weak but definite signal which can also be detected in other fields containing E. coli DNA if they are exposed for the same time (fields 4, 5). The chromosomal sequence is estimated to be approx. 55 percent homologous with parB. The chromosomal sequence is called pari in what follows.
Et stort spørsmål er selvfølgelig i hvilken utstrekning oppdagelsen av homologi på nivået av nukleotidsekvensen også gjenspeiler likhet med hensyn til funksjon av de produkter som er kodet for ved de homologe oiaråder, en side som skal behandles nærmere i eksempel 7. A big question is, of course, to what extent the discovery of homology at the level of the nucleotide sequence also reflects similarity with regard to function of the products coded for by the homologous non-arrays, an aspect that will be dealt with in more detail in example 7.
Eksempel 7Example 7
Genetisk organisasjon av en E. coli kromosoma! homolog av R1 parB og dens funksjonelle forhold til RI parB (se fig. 7) hok-genet av plasmid R1 definert i eksempel 3, koder for et polypeptid av 52 aminosyrer. Aminosyresekvensen av hok-genproduktet ble sammenlignet med et stort antall kjente protein-sekvenser. Det ble overraskende funnet at et polypeptid på 51 aminosyrer kodet for ved relB-orf3-genet av E. coli relB-operonen (Bech et al, The EMBO Journal 4, 1985, pp. 1059-1066) oppviste betydelig homologi med hok-produktet. Aminosyresekvensene av de to homologe proteiner er vist på fig. 7, som viser at 42 prosent (22) av aminosyrene er identiske i de to proteiner. For 17 prosent (9) av aminosyrene er forandringene konservative, hvilket betyr at en aminosyre er blitt erstattet med en aminosyre med lignende kjemiske egenskaper (det vil si hydrofobisi-tet, ladning etc), hvilket fører til en samlet homologi på 61 prosent. Spesielt de ladede aminosyrer er godt bevart i likhet med cysteinrestene i stillinger 16 og 31 (fig. 7). Genetic organization of an E. coli chromosome! homologue of R1 parB and its functional relationship with RI parB (see Fig. 7) the hok gene of plasmid R1 defined in example 3, codes for a polypeptide of 52 amino acids. The amino acid sequence of the hok gene product was compared with a large number of known protein sequences. It was surprisingly found that a 51 amino acid polypeptide encoded by the relB-orf3 gene of the E. coli relB operon (Bech et al, The EMBO Journal 4, 1985, pp. 1059-1066) showed significant homology to the hok product . The amino acid sequences of the two homologous proteins are shown in fig. 7, which shows that 42 percent (22) of the amino acids are identical in the two proteins. For 17 percent (9) of the amino acids, the changes are conservative, which means that an amino acid has been replaced with an amino acid with similar chemical properties (that is, hydrophobicity, charge, etc.), which leads to a total homology of 61 percent. The charged amino acids in particular are well conserved, as are the cysteine residues in positions 16 and 31 (Fig. 7).
DNA-sekvensene av hok-genet og av relB-orf3 ble også sammenlignet som vist på fig. 7. Koordinatene som ble brukt i det etterfølgende er parB<+->sekvenskoordinater som på fig. 3. Fra koordinater +290 til +460 er der 55 prosent homologi mellom de to sekvenser. Det fremgår fra fig. 7 at det bevarte område omfatter nukleotider på oversiden og nedsiden av den proteinkodende sekvens som er anordnet fra +304 til +460. Bevaringen av baser utenfor det kodende område antyder at regulerende trekk av de to gener også er blitt i det minste delvis bevart. The DNA sequences of the hok gene and of relB-orf3 were also compared as shown in fig. 7. The coordinates used in the following are parB<+->sequence coordinates as shown in fig. 3. From coordinates +290 to +460 there is 55 percent homology between the two sequences. It appears from fig. 7 that the conserved region comprises nucleotides on the top and bottom of the protein coding sequence which is arranged from +304 to +460. The conservation of bases outside the coding region suggests that regulatory features of the two genes have also been at least partially conserved.
For å vise at sekvenshomologien gjenspeiler likhet i funksjon, ble et plasmid som bærer A pR-promotorfragmentet på oversiden av rel3-orf3-genet konstruert (se beskrivelsen av en analog type konstruksjon brukt i kartlegging av hok-genet i eksempel 3). To show that sequence homology reflects similarity in function, a plasmid carrying the A pR promoter fragment upstream of the rel3-orf3 gene was constructed (see the description of an analogous type of construct used in mapping the hok gene in Example 3).
Når A pR-formidlet transkripsjon inn i relB-orf3 induseres, observeres en hurtig dreping av cellene med en kinetikk som ligner på den som observeres for bakterier inneholdende plasmid pKG341, som beskrevet i eksempel 3. På samme måte ble alle cellene i kulturen transformert inn i de hok-karakteristiske "spøkelsesceller" (se fig. 5). When A pR-mediated transcription into relB-orf3 is induced, a rapid killing of the cells is observed with kinetics similar to that observed for bacteria containing plasmid pKG341, as described in Example 3. Similarly, all the cells in the culture were transformed into in the hook-characteristic "ghost cells" (see fig. 5).
Der er således en påfallende homologi mellom hok-genet av plasmid R1 og relB-orf3 av E. coli relB-operonen både på det strukturelle og funksjonelle nivå. There is thus a striking homology between the hok gene of plasmid R1 and the relB-orf3 of the E. coli relB operon both at the structural and functional level.
Eksempel 8Example 8
parB-homologe sekvenser på forskjellige plasmider (se fig. 8a) parB homologous sequences on different plasmids (see Fig. 8a)
Filterhybridiseringsanalyse av samlet EcoRI-begrenset DNA fra et antall stammer E. coli inneholdende forskjellige plasmider ble utført ved bruk av parB-sonden (felter 1-5 på fig. 8a). Filter hybridization analysis of pooled EcoRI-restricted DNA from a number of strains of E. coli containing different plasmids was performed using the parB probe (lanes 1-5 of Fig. 8a).
Plasmidet R1drd-19 er et medlem av R1-plasmidfamilien, fra hvilken parB-sonden opprinnelig ble klonet. R1drd-19 foreligger i to kopier pr. bakteriegenom. EcoRI-begrenset samlet DNA fra E. coli 1005/R1drd-19 er analysert i felt 1. Et sterkt hybridiserende fragment på 19,5 kb kan ses, hvis størrelse er i overensstemmelse med den genetiske kartlegging av parB-funksjonen til det 19,5 kb R1-plasmid (internasjonal patentsøknad nr. PCT/- DK83/00086, publikasjonsnr. WO 84/01172). Plasmid R1drd-19 is a member of the R1 plasmid family, from which the parB probe was originally cloned. R1drd-19 is available in two copies per bacterial genome. EcoRI-restricted pooled DNA from E. coli 1005/R1drd-19 is analyzed in lane 1. A strongly hybridizing fragment of 19.5 kb can be seen, the size of which is consistent with the genetic mapping of parB function to the 19.5 kb R1 plasmid (International Patent Application No. PCT/- DK83/00086, Publication No. WO 84/01172).
Plasmidet R100 er nær beslektet med RI som bærer et transponer-bart element Tn10 innenfor det område som er ekvivalent med 19,5 kb EcoRI-A-fragmentet av R1. Transposonen inneholder gjenkjen-ningssekvensen for EcoRI, og følgelig blir et ytterligere EcoRI-sete innført i det R1-lignende EcoRI-A-fragment og splitter dette i de to EcoRI-A- og EcoRI-D-fragmenter av R100 (Miki et al, J. Bacteriol. 144, 1930, pp. 87-99). Disse to EcoRI-fragmenter av R100 inneholder begge sekvenser som ved heterodupleks-kartlegging er funnet å være homologe med sekvenser som foreligger av F-faktoren (Sharp et al, J. Mol. Biol. 75, 1973, p. 235). Et sterkt hybridiserende fragment på 12,8 kb ses i felt 2, fig. 8a, som derved kartlegger parB-området av R100 til EcoRI-D-fragmentet av R100, innenfor senteret av området for homologi mellom R1 og R100 og F. Plasmid R100 is closely related to RI carrying a transposable element Tn10 within the region equivalent to the 19.5 kb EcoRI-A fragment of R1. The transposon contains the recognition sequence for EcoRI, and consequently a further EcoRI site is introduced into the R1-like EcoRI-A fragment and cleaves this into the two EcoRI-A and EcoRI-D fragments of R100 (Miki et al, J. Bacteriol. 144, 1930, pp. 87-99). These two EcoRI fragments of R100 both contain sequences which, by heteroduplex mapping, have been found to be homologous to sequences present in the F factor (Sharp et al, J. Mol. Biol. 75, 1973, p. 235). A strongly hybridizing fragment of 12.8 kb is seen in lane 2, fig. 8a, thereby mapping the parB region of R100 to the EcoRI-D fragment of R100, within the center of the region of homology between R1 and R100 and F.
Denne lokalisering av parB innenfor F-homologi-området av R100 førte til leting etter parB-lignende sekvenser på plasmider som hører til inkompatibilitetsgruppen, IncFI. This localization of parB within the F-homology region of R100 led to the search for parB-like sequences on plasmids belonging to the incompatibility group, IncFI.
EcoRI-begrenset samlet DNA fra B210/R386, en E. coli-stamme som inneholder IncFI-plasmidet R386, ble analysert ved filterhybridisering ved bruk av parB-sonden (felt 3, fig. 8a). EcoRI-restricted pooled DNA from B210/R386, an E. coli strain containing the IncFI plasmid R386, was analyzed by filter hybridization using the parB probe (lane 3, Fig. 8a).
Plasmidet R386, som hører til den samme inkompatibilitetsgruppe som F, ble funnet å gi et parB-hybridiseringssignal svarende til et EcoRI-fragment på 19,5 kb. Da dette plasmid foreligger i 0,5-1 kopier pr. genom, antyder oppdagelsen av et signal på ca. en tredjedel av RI 00-signalet (felt 2, fig. 8a) at graden av homologi mellom R1 parB og de R386 par3-lignende sekvenser er 55-60 prosent. Plasmid R386, which belongs to the same incompatibility group as F, was found to give a parB hybridization signal corresponding to an EcoRI fragment of 19.5 kb. As this plasmid is present in 0.5-1 copies per genome, suggests the discovery of a signal of ca. one third of the RI 00 signal (lane 2, Fig. 8a) that the degree of homology between R1 parB and the R386 par3-like sequences is 55-60 percent.
Letingen etter parB-beslektede sekvenser ble utvidet til andre inkompatibilitetsgrupper. Plasmidet RP1, som hører til inkompatibilitetsgruppen IncP, ble analysert. The search for parB-related sequences was extended to other incompatibility groups. The plasmid RP1, which belongs to the incompatibility group IncP, was analyzed.
Med parB-sonden gir det samlede EcoRI-begrensede DNA fra 1005 (RP1) et hybridiseringssignal svarende til det EcoRI-lineæri-serte plasmid (felt 4, fig. 8a). Videre ses et iiybridiserende bånd på 20 kb svarende til pari, hvilket ble diskutert i eksempel 5. With the parB probe, the total EcoRI-restricted DNA from 1005 (RP1) gives a hybridization signal corresponding to the EcoRI-linearized plasmid (lane 4, Fig. 8a). Furthermore, a hybridizing band of 20 kb is seen corresponding to pari, which was discussed in example 5.
Da RP1 er tilpasset til stabil opprettholdelse i et vidt område gramnegative bakterielle verter, åpner oppdagelsen av parB-beslektede sekvenser på RP1 for muligheten av at oppretthol-delsessystemer analoge med R1 parB-systemet, som er operativt i E. coli såvel som i Pseudomonas putida (eksempel 11), kan fungere i en rekke bakterielle verter. As RP1 is adapted for stable maintenance in a wide range of gram-negative bacterial hosts, the discovery of parB-related sequences on RP1 opens up the possibility of maintenance systems analogous to the R1 parB system, which are operative in E. coli as well as in Pseudomonas putida (Example 11), can function in a variety of bacterial hosts.
Nok et plasmid, R6-K (IncX inkompatibilitetsgruppe), ble funnet å bære sekvenser med tilnærmet samme hybridiseringsegenskaper som RP1, hvilket viser seg ved nærværet av et 25 kb EcoRI-fragment av R6-K, som hybridiserer parB-sonden (felt 5, fig. 8a). Another plasmid, R6-K (IncX incompatibility group), was found to carry sequences with nearly the same hybridization properties as RP1, as evidenced by the presence of a 25 kb EcoRI fragment of R6-K, which hybridizes the parB probe (lane 5, Fig. 8a).
Plasmidet F med lavt kopitall er blitt analysert i detalj for å bestemme hvorvidt nærværet av R1 parB hybridiseringssekvenser gjenspeiler tilstedeværelsen av en stabiliseringsmekanisme beslektet med den for R1 parB. The low copy plasmid F has been analyzed in detail to determine whether the presence of R1 parB hybridization sequences reflects the presence of a stabilization mechanism akin to that of R1 parB.
To plasmid-stabiliseringsfunksjoner er blitt identifisert innenfor genomet av F, og de tilsvarende gener (sop (Ogura og Hiraga, Cell 32, 1983, pp. 351-360) og ccd (Ogura og Hiraga, Proe. Nati. Acad. Sei. USA 30, 1933, pp. 4784-4783)) er blitt lokalisert til EcoRI-fragmentet som spenner over kartposisjonene 40,3 til 49,5. Two plasmid stabilization functions have been identified within the genome of F, and the corresponding genes (sop (Ogura and Hiraga, Cell 32, 1983, pp. 351-360) and ccd (Ogura and Hiraga, Proe. Nati. Acad. Sei. USA 30, 1933, pp. 4784-4783)) has been localized to the EcoRI fragment spanning map positions 40.3 to 49.5.
Filterhybridiseringsanalyse av samlet DNA fra E. coli 1005 inneholdende F viste at R1 parB-beslektede sekvenser forelå på et 10,7 kb EcoRI-fragment av F (kartposisjon 49,5 til 60,2), og ytterligere hybridiseringsanalyser av 1005(F)-DNA digestert med EcoRI og/eller BarnHI kartla disse sekvenser til et 4,5 kb BamHI-EcoRI-fragment som strekker seg fra kartposisjon 55,7 til 60,2. Dette tyder på tilstedeværelsen av en tredje plasmidstabiliserende funksjon innenfor F. Filter hybridization analysis of pooled DNA from E. coli 1005 containing F showed that R1 parB-related sequences were present on a 10.7 kb EcoRI fragment of F (map position 49.5 to 60.2), and additional hybridization analyzes of 1005(F)- DNA digested with EcoRI and/or BarnHI mapped these sequences to a 4.5 kb BamHI-EcoRI fragment extending from map position 55.7 to 60.2. This suggests the presence of a third plasmid stabilizing function within F.
Det område av F som hybridiserer R1 parB-sonden ble deretter klonet inn i en bakteriofag /.-vektor. EcoRI-digestert DNA fra 1005(F) ble størrelsefraksjonert ved preparativ agarosegelelektroforese, og fragmenter på 9,5-12 kb ble utvunnet ved elektroeluering fra gelen. Fragmentene ble ligatisert på EcoRI-setene på de venstre og høyre armer avÅL147 og pakket in vitro for å gi infektiøse fager (se Maniatis et al, Molecular Cloning, Cold Spring Harbor, New York, 1982, p. 256), som deretter ble brukt til å infisere E. coli LE392. Rekombinante fager som bærer R1 parB-beslektede sekvenser ble identifisert ved plaquehybridisering. The region of F hybridizing the R1 parB probe was then cloned into a bacteriophage /. vector. EcoRI-digested DNA from 1005(F) was size fractionated by preparative agarose gel electrophoresis, and fragments of 9.5-12 kb were recovered by electroelution from the gel. The fragments were ligated to the EcoRI sites on the left and right arms of ÅL147 and packaged in vitro to give infectious phages (see Maniatis et al, Molecular Cloning, Cold Spring Harbor, New York, 1982, p. 256), which were then used to infect E. coli LE392. Recombinant phages carrying R1 parB-related sequences were identified by plaque hybridization.
Fra en rekombinant fag som bærer 10,7 kb EcoRI-fragmentet som innbefatter de RI parB-beslektede sekvenser, ble fragmentet isolert og innsatt i pUC8 på EcoRI-setet. I et resulterende plasmid, pNL1, er innskuddet sådant orientert at kløyving av pNLI-DNA iaed BarnHI fører til at der skjæres løs et 4,5 kb fragment som bærer de R1 parB-hybridiserende sekvenser. From a recombinant phage carrying the 10.7 kb EcoRI fragment containing the RI parB-related sequences, the fragment was isolated and inserted into pUC8 at the EcoRI site. In a resulting plasmid, pNL1, the insert is oriented in such a way that cleavage of the pNLI DNA with BarnHI causes a 4.5 kb fragment carrying the R1 parB-hybridizing sequences to be cleaved.
4,5 kb BarnHI-fragmentet fra pNL1 ble isolert, og det område som hybridiserer R1 parB-sonden ble kartlagt på et Rsal-fragment på 870 bp ved filterhybridiseringsanalyse. Det 370 bp Rsal-fragment ble isolert og innsatt i Smal-setet på Ml3mp9. Et antall The 4.5 kb BarnHI fragment from pNL1 was isolated, and the region hybridizing the R1 parB probe was mapped to an 870 bp Rsal fragment by filter hybridization analysis. The 370 bp RsaI fragment was isolated and inserted into the SmaI site of Ml3mp9. A number
rekombinante fager som bærer R1 parB-beslektede sekvenser på et 370 bp innskudd ble identifisert ved plaquehybridisering. Nukleotidsekvensen av det innsatte DNA ble analysert i henhold til Sanger et al, Froc. Nati. Acad. Sei. USA 74, pp. 5463-5467. recombinant phages carrying R1 parB-related sequences on a 370 bp insert were identified by plaque hybridization. The nucleotide sequence of the inserted DNA was analyzed according to Sanger et al, Froc. Nati. Acad. Pollock. USA 74, pp. 5463-5467.
Nukleotidsekvensen fra en del av en av de rekombinante fager, mpNL12, omfatter 402 baser som strekker seg fra Rsal-setet, og denne sekvens er 90 prosent homolog med området fra +178 til +580 avR1 parB-sekvensen (fig. 3). Alle essensielle trekk av R1 parB-området finnes også i den F-avledede sekvens: (1) en åpen leseramme som koder for et protein på 50 aminosyrer foreligger svarende til R1 hok-genet, (2) ribosombindingssetet av R1-hok er bevart, (3) det område som svarer til den 3'-ikke-translaterte del av R1 parB-mRNA, som antas å være nødvendig for hok-mRNA-stabilitet, er godt bevart (90 prosent homologi), og (4) de formodede -10- og -35-områder av R1 sok er også bevart. The nucleotide sequence from part of one of the recombinant phages, mpNL12, comprises 402 bases extending from the RsaI site, and this sequence is 90 percent homologous with the region from +178 to +580 of the R1 parB sequence (Fig. 3). All essential features of the R1 parB region are also found in the F-derived sequence: (1) an open reading frame coding for a protein of 50 amino acids is present corresponding to the R1 hok gene, (2) the ribosome binding site of R1 hok is conserved, (3) the region corresponding to the 3'-untranslated part of R1 parB mRNA, which is thought to be required for hok mRNA stability, is well conserved (90 percent homology), and (4) the putative - 10 and -35 areas of R1 sok are also preserved.
Den åpne leseramme innenfor den F-avledede sekvens koder for et protein av 50 aminosyrer som avviker bare litt fra det R1 spesifiserte hok-protein. For det første er to kodoner i R1-hok blitt slettet, nemlig val-15 og ser-29. For det andre har to konservative substitusjoner funnet sted, nemlig leu-16 til val og his-39 til tyr. The open reading frame within the F-derived sequence encodes a protein of 50 amino acids that differs only slightly from the R1 specified hook protein. Firstly, two codons in R1-hok have been deleted, namely val-15 and ser-29. Second, two conservative substitutions have taken place, namely leu-16 to val and his-39 to tyr.
Det er åpenbart at R1 hok-genet og de beslektede sekvenser på F stammer fra en felles forfedresekvens, og videre, bevaringen av et kodende område svarende til R1-hok tyder sterkt på at det kodede protein er involvert i stabiliseringen av F. It is obvious that the R1 hok gene and the related sequences on F derive from a common ancestral sequence, and furthermore, the conservation of a coding region corresponding to R1 hok strongly suggests that the encoded protein is involved in the stabilization of F.
For å teste for plasmidstabiliserende egenskaper av den F-avledede sekvens, ble 4,5 kb BamKI-fragmentet fra pNL1, som bærer de F hok-lignende sekvenser, innsatt i pJEL82, et plasmid med lavt kopitall med en tapsfrekvens på 10~<2>pr. generasjon (se PCT/DK83/00084, publikasjonsnr. WO 84/01171). Det resulterende plasmid, pJEL82/F, samt pJEL82, ble transformert inn i E. coli H3101. Kulturer av de to stammer ble dyrket i 16 timer uten seleksjonstrykk, og fraksjonen av plasmidholdige celler (Ap<R>) ble bestemt. Resultatet var som følger: To test for plasmid-stabilizing properties of the F-derived sequence, the 4.5 kb BamKI fragment from pNL1, which carries the F hook-like sequences, was inserted into pJEL82, a low-copy plasmid with a loss frequency of 10~<2 > per generation (see PCT/DK83/00084, Publication No. WO 84/01171). The resulting plasmid, pJEL82/F, as well as pJEL82, was transformed into E. coli H3101. Cultures of the two strains were grown for 16 hours without selection pressure, and the fraction of plasmid-containing cells (Ap<R>) was determined. The result was as follows:
Man trakk derfor den konklusjon at 4,5 kb BarnHI-fragmentet som bærer R1 parB-beslektede sekvenser utøver en plasmidstabiliserende virkning. Dersom stabiliseringen skyldes nærværet av det hok-lignende gen inne i F-fragmentet, vil tilsynekomsten av spøkelsesceller ventes i kulturer av celler som inneholder pJEL82/F dyrket uten seleksjonstrykk, se eksempel 3. En over natten-kultur av celler inneholdende pJEL82/F ble funnet å inneholde ca. 5 prosent spøkelsesceller som ikke kunne skjelnes fra R1 hok-induserte spøkelsesceller. It was therefore concluded that the 4.5 kb BarnHI fragment carrying R1 parB-related sequences exerts a plasmid stabilizing effect. If the stabilization is due to the presence of the hook-like gene inside the F fragment, the appearance of ghost cells would be expected in cultures of cells containing pJEL82/F grown without selection pressure, see example 3. An overnight culture of cells containing pJEL82/F was found to contain approx. 5 percent ghost cells that were indistinguishable from R1 hock-induced ghost cells.
Når det gjelder F, gjenspeiler demonstrasjonen av sekvenser beslektet med R1 parB ved filterhybridisering således at der eksisterer en funksjonelt lignende plasmidstabiliseringsmeka-nisme. In the case of F, the demonstration of sequences related to R1 parB by filter hybridization thus reflects the existence of a functionally similar plasmid stabilization mechanism.
Eksempel 9Example 9
Trinnvis hybridisering som en strategi for påvisning av replikonstabiliserende sekvenser homologe med parB-beslektede sekvenser (se fig. 8b) Stepwise hybridization as a strategy for detection of replicon-stabilizing sequences homologous to parB-related sequences (see Fig. 8b)
Forholdende for hybridisering bestemmer graden av homologi mellom en sonde og et filterbundet DNA-materiale som er nødven-dig for å gi et påvisbart signal, se diskusjonen i Materialer og Metoder. Følgelig kan filterbundne sekvenser eksistere som forblir upåvisbare med den gitte sonde under det gitte sett hybridiseringsbetingelser, men som ikke desto mindre kan kode for en hok-lignende aktivitet, se diskusjonen om homologi versus funksjon i Materialer og Metoder. Dette er vist i det følgende eksperiment. Ratio of hybridization determines the degree of homology between a probe and a filter-bound DNA material that is necessary to give a detectable signal, see the discussion in Materials and Methods. Consequently, filter-bound sequences may exist that remain undetectable with the given probe under the given set of hybridization conditions, but may nevertheless encode a hook-like activity, see the discussion of homology versus function in Materials and Methods. This is shown in the following experiment.
Som beskrevet i eksempel 6 representerer relB-orf3 en kromosomal homolog av RI parB basert på sekvenssammenligningsdata og den funksjonelle likhet mellom hok og relB-orf3. relB-orf3- og flankerende sekvenser, slik de foreligger i plasmid pBD2724, ble brukt som sonde i en filterhybridiseringsanalyse av E. coli kromosomalt DNA. As described in Example 6, relB-orf3 represents a chromosomal homologue of RI parB based on sequence comparison data and the functional similarity between hok and relB-orf3. relB-orf3 and flanking sequences, as they are present in plasmid pBD2724, were used as a probe in a filter hybridization analysis of E. coli chromosomal DNA.
Plasmid pBD2724 er et pER322-derivat inneholdende et KincII-Mlul-fragment fra relB-operonen av E. coli omfattende den relB-orf3-kodende sekvens (koordinater 1070-1350 i henhold til Bech et al, op.cit.). Plasmid pBD2724 is a pER322 derivative containing a KincII-MluI fragment from the relB operon of E. coli comprising the relB-orf3 coding sequence (coordinates 1070-1350 according to Bech et al, op.cit.).
I felt 3, fig. 3b, blir det samlede EcoRI-begrensede DNA fra plasmidfri E. coli analysert ved filterhybridisering ved bruk av relB-orf3-sonden. Foruten det 20 kb hybridiserende fragment som sannsynligvis representerer den ovenfor identifiserte pari-sekvens (eksempel 6), påvises nok et hybridiserende fragment på 16 kb. Da intensiteten av det sistnevte er større enn intensiteten av 20 kb-signalet, må det 16 kb EcoRI-fragment strekke seg over E. coli relB-orf3-genet brukt som hybridiseringssonde, det vil si intensiteten av 16 kb-signalet skaffer en referanse, fra hvilken grader av homologi kan anslås. Intensiteten av pari-hybridiseringssignalet, som er ca. 3/4 av relB-orf3-signalet, antyder at pari er ca. 65-70 prosent homolog med relB-orf3. Da det 16 kb relB-orf3-bærende fragment ikke påvises med parB-sonden (felt 6, fig. 8a), er RI parB 50 prosent eller mindre homologt med relB-orf3. In field 3, fig. 3b, the total EcoRI-restricted DNA from plasmid-free E. coli is analyzed by filter hybridization using the relB-orf3 probe. Besides the 20 kb hybridizing fragment which probably represents the above identified pari sequence (Example 6), another hybridizing fragment of 16 kb is detected. Since the intensity of the latter is greater than the intensity of the 20 kb signal, the 16 kb EcoRI fragment must span the E. coli relB-orf3 gene used as a hybridization probe, i.e. the intensity of the 16 kb signal provides a reference, from which degrees of homology can be estimated. The intensity of the pair hybridization signal, which is approx. 3/4 of the relB-orf3 signal, suggesting that pari is ca. 65-70 percent homologous with relB-orf3. Since the 16 kb relB-orf3-carrying fragment is not detected with the parB probe (lane 6, Fig. 8a), RI parB is 50 percent or less homologous to relB-orf3.
I eksempel 5 ble det funnet at parB-sonden påviser den 20 kbp kromosomale homolog, men ikke den 16 kbp homolog som representerer i henhold til de ovenfor angitte data relB-orf3. Da den sistnevnte, som beskrevet i eksempel 6, utøver hok-lignende aktivitet når den uttrykkes, kan det antas at pari også vil uttrykke hok-lignende aktivitet eller sok-lignende aktivitet og/eller begge aktiviteter når den er riktig uttrykt. In Example 5, the parB probe was found to detect the 20 kbp chromosomal homolog, but not the 16 kbp homolog that represents, according to the above data, relB-orf3. As the latter, as described in example 6, exerts hok-like activity when expressed, it can be assumed that pari will also express hok-like activity or sok-like activity and/or both activities when properly expressed.
relB-orf3-fragmentet ble brukt som en sonde i filterhybridiseringsanalyse av E. coli inneholdende plasmid R100 og R386, som begge inneholder R1 parB-lignende sekvenser (fig. 3a, felt 1 og 2). Under det sett hybriuiseringsbetingelser som rådet, påviste ikke relB-orf3-sonden disse sekvenser (fig. 8b, felt 1 og 2), da bare det 20 kb pari-fragment og det 16 kb relB-orf3-bærende fragment kan ses å hybridisere sonden, hvilket antyder at The relB-orf3 fragment was used as a probe in filter hybridization analysis of E. coli containing plasmid R100 and R386, both of which contain R1 parB-like sequences (Fig. 3a, lanes 1 and 2). Under the suggested hybridization conditions, the relB-orf3 probe did not detect these sequences (Fig. 8b, lanes 1 and 2), as only the 20 kb pari fragment and the 16 kb relB-orf3-carrying fragment can be seen to hybridize the probe , which suggests that
fraværet av hybridisering mellom en sonde fra et område som uttrykker hok eller hok-lignende aktivitet og et gitt DNA-materiale ikke utelukker at det aktuelle DNA-materiale kan utøve hok-lignende aktivitet dersom det er riktig uttrykt. Oppdagelsen av homologi mellom det aktuelle DNA-materiale og det område som uttrykker hok eller hok-lignende aktivitet tyder derfor sterkp på at det aktuelle DNA-materiale vil utøve hok- eller hok-lignende aktivitet dersom det uttrykkes riktig. the absence of hybridization between a probe from a region that expresses hok or hok-like activity and a given DNA material does not exclude that the relevant DNA material can exert hok-like activity if it is properly expressed. The discovery of homology between the DNA material in question and the region that expresses hok or hok-like activity therefore strongly suggests that the DNA material in question will exert hok or hok-like activity if it is expressed correctly.
De ovenfor angitte data avslører derfor en nyttig strategi i søkingen etter områder som utøver hok/sok-lignende aktiviteter: En sonde som representerer et område av nukleinsyre omfattende hok eller hok-lignende gener (f.eks. R1 parB) benyttes til å påvise homologe sekvenser (f.eks. pari) innenfor det aktuelle genom (f.eks; kromosomalt eller plasmid DNA) som deretter testes for hok eller hok-lignende aktivitet (slik det ble gjort for relB-orf3-området) i de riktige eksperimentelle omgivelser, og dersom det viser seg å kode for slik aktivitet eller aktiviteter, blir de i neste omgang selv brukt som sonder i en andre runde hybridiseringer for å definere nye homologe sekvenser som eventuelt er beslektet med de sonder som anvendes i den første runde hybridiseringer (f.eks. R1 parB). Denne trinnvise fremgangsmåte som kombinerer nukleinsyrehybridisering og funksjonelle analyser av de isolerte nukleinsyresekvenser kan tilpasses som en generell strategi for å søke etter gener som uttrykker hok eller hok-lignende aktiviteter i genomer som i økende grad er separert fra E. coli på utviklingsskalaen. The above data therefore reveal a useful strategy in the search for regions that exert hok/sok-like activities: A probe representing a region of nucleic acid comprising hok or hok-like genes (e.g. R1 parB) is used to detect homologues sequences (e.g. pari) within the relevant genome (e.g. chromosomal or plasmid DNA) which are then tested for hok or hok-like activity (as was done for the relB-orf3 region) in the appropriate experimental setting, and if it turns out to code for such an activity or activities, they are then themselves used as probes in a second round of hybridisations to define new homologous sequences which are possibly related to the probes used in the first round of hybridisations (e.g. eg R1 parB). This stepwise approach combining nucleic acid hybridization and functional analyzes of the isolated nucleic acid sequences can be adapted as a general strategy to search for genes expressing hok or hok-like activities in genomes that are increasingly separated from E. coli on the evolutionary scale.
Eksempel 10Example 10
Påvisning av parB-beslektede sekvenser i bakterier (se fig. 9 og 10) Detection of parB-related sequences in bacteria (see Figs. 9 and 10)
I de tidligere eksempler bie det vist 1) at sekvenser beslektet med R1 parB er vidt fordelt blant bakterielle plasmider isolert fra gramnegative bakterier, og 2) at sekvenser beslektet med R1 parB foreligger i det kromosomale DNA av E. coli. Disse oppdagelser ga støtet til en leting etter sekvenser beslektet med enten R1 parB eller en av. de kromosomale motstykker (E. coli relB-orf3) i DNA fra en rekke forskjellige bakterier som- en del av enten deres kromosomale DNA eller av plasmider som naturlig foreligger i disse organismer. In the previous examples, it was shown 1) that sequences related to R1 parB are widely distributed among bacterial plasmids isolated from Gram-negative bacteria, and 2) that sequences related to R1 parB are present in the chromosomal DNA of E. coli. These discoveries prompted a search for sequences related to either R1 parB or one of the av. the chromosomal counterparts (E. coli relB-orf3) in DNA from a number of different bacteria as part of either their chromosomal DNA or of plasmids naturally present in these organisms.
Filterhybridiseringsanalyse av EcoRI-begrenset DNA fra Serratia marcescens med R1 parB-sonden viser intens hybridisering til 3 fragmenter på 4,1, 2,9 og 2,5 kb (felt 2, fig. 9). Bare 4,1 kb-fragmentet hybridiserer også relB-orf3-sonden (felt 1, fig. 10). parB-sonden hybridiserer ytterligere 6 fragmenter. To av disse signaler er sterkere enn parB-signalet som fås fra det reiB-orf3-bærende 16 kb fragment i E. coli-DNA (felt 6, fig. 9). Hybridisering av Serratia marcescens-DNA med E. coli relB-orf3-sonden gir et antall svake hybridiserings signaler.■ Det er mulig at de sterke hybridiseringsbånd på 2,5, 2,9 og 4,1 kb er avledet fra plasmid(er), selv om agarosegelelektroforese ikke avslørte noen plasmider med høyt kopitall. Filter hybridization analysis of EcoRI-restricted DNA from Serratia marcescens with the R1 parB probe shows intense hybridization to 3 fragments of 4.1, 2.9 and 2.5 kb (lane 2, Fig. 9). Only the 4.1 kb fragment also hybridizes with the relB-orf3 probe (lane 1, Fig. 10). The parB probe hybridizes an additional 6 fragments. Two of these signals are stronger than the parB signal obtained from the reiB-orf3-carrying 16 kb fragment in E. coli DNA (lane 6, Fig. 9). Hybridization of Serratia marcescens DNA with the E. coli relB-orf3 probe gives a number of weak hybridization signals. It is possible that the strong hybridization bands of 2.5, 2.9 and 4.1 kb are derived from plasmid(s) , although agarose gel electrophoresis did not reveal any high copy number plasmids.
Pseudomonas fluorescens ble analysert som et plasmidfritt medlem av denne art. Hybridisering av DNA fra Pseudomonas fluorescens med R1 parB (felt 3, fig. 9) viser 8-10 hybridiserende fragmenter, av hvilke 4 oppviser signaler med intensiteter på ca. 33 prosent av det kromosomale motstykke til R1 parB (felt 6, fig. 9). Et enkelt av disse fragmenter, på ca. 13 kb, hybridiserer også sannsynligvis E. coli relB-orf3-sonuen (felt 2, fig. 10). Dessuten identifiserer relB-orf3-sonden 5 fragmenter i særdeles-het, skjønt ved lav signalintensitet. To av disse, på 5,5 og 5,6 kb, ses også i DNA fra Pseudomonas putida når dette DNA analyseres ved bruk av relB-orf3-sonden (felt 3, fig. 10). relB-orf3-sonden hybridiserer til ytterligere 5 fragmenter i Pseudomonas putida-DNA, men ingen av disse fragmenter gjenkjennes av R1 parB-sonden (felt 4, fig. 9). I Pseudomonas putida-DNA oppdager parB-sonden ca. 10 fragmenter med lav signalintensitet og et enkelt ganske sterkt hybridiserende fragment på ca. 7,3 kb. Pseudomonas fluorescens was analyzed as a plasmid-free member of this species. Hybridization of DNA from Pseudomonas fluorescens with R1 parB (lane 3, Fig. 9) shows 8-10 hybridizing fragments, of which 4 show signals with intensities of approx. 33 percent of the chromosomal counterpart of R1 parB (field 6, fig. 9). A single one of these fragments, of approx. 13 kb, also probably hybridizes the E. coli relB-orf3 region (lane 2, Fig. 10). Moreover, the relB-orf3 probe identifies 5 fragments in particular, albeit at low signal intensity. Two of these, of 5.5 and 5.6 kb, are also seen in DNA from Pseudomonas putida when this DNA is analyzed using the relB-orf3 probe (lane 3, Fig. 10). The relB-orf3 probe hybridizes to an additional 5 fragments in Pseudomonas putida DNA, but none of these fragments are recognized by the R1 parB probe (lane 4, Fig. 9). In Pseudomonas putida DNA, the parB probe detects approx. 10 fragments with low signal intensity and a single fairly strong hybridizing fragment of approx. 7.3 kb.
Blant grampositive bakterier ble B. subtilis, B. circulans PL236 og to stammer av Lactobacilius analysert for nærværet av sekvenser beslektet med enten R1 parB eller E. coli relB-orf3. Among Gram-positive bacteria, B. subtilis, B. circulans PL236 and two strains of Lactobacillus were analyzed for the presence of sequences related to either R1 parB or E. coli relB-orf3.
I tilfellet for parB-sonden ble et enkelt ganske sterkt hybridiserende fragment på 5.2 kb funnet i DNA fra B. circulans (felt 8, fig. 9). Meget svake signaler ble oppnådd fra noen få In the case of the parB probe, a single rather strongly hybridizing fragment of 5.2 kb was found in DNA from B. circulans (lane 8, Fig. 9). Very weak signals were obtained from a few
ytterligere fragmenter av B. circulans-DNA. Med relB-orf3-sonden ble et begrenset antall hybridiserende fragmenter sett i DNA fra B. subtilis (felt 4, fig. 10), B. circulans (felt 5, fig. 10) og Lactobacillus (felt 6 og 7, fig. 10). Antallet relB-orf3-hybridiserende fragmenter varierte fra 6-11, og alle har tilnærmet samme signalintensitet. I Lactobacilli har agarosegel-eiektroforese vist nærværet av plasmider, hvilket antyder muligheten av at i det minste noen av de hybridiserende sekvenser er av plasmid opprinnelse. En søking etter plasmider i B. cirkulans PL 236 har vært negativ, hvilket tyder på at sekvensen av B. circulans-DNA som hybridiserer R1 parB-sonden (felt 8, fig. 9) kan være av kromosomal opprinnelse. additional fragments of B. circulans DNA. With the relB-orf3 probe, a limited number of hybridizing fragments were seen in DNA from B. subtilis (lane 4, Fig. 10), B. circulans (lane 5, Fig. 10) and Lactobacillus (lanes 6 and 7, Fig. 10 ). The number of relB-orf3 hybridizing fragments varied from 6-11, and all have approximately the same signal intensity. In Lactobacilli, agarose gel electrophoresis has shown the presence of plasmids, suggesting the possibility that at least some of the hybridizing sequences are of plasmid origin. A search for plasmids in B. circulans PL 236 has been negative, suggesting that the sequence of B. circulans DNA hybridizing the R1 parB probe (lane 8, Fig. 9) may be of chromosomal origin.
De ovenfor anyitte forsøk viser at sekvenser beslektet med R1 parB og/eller E. coli relB-orf3 er vidt fordelt blant bakterie-slekter og ikke bare Enterobacteriaceae, fra hvilken sondene ble avledet, men også de grampositive bakterier. The above-mentioned experiments show that sequences related to R1 parB and/or E. coli relB-orf3 are widely distributed among bacterial genera and not only Enterobacteriaceae, from which the probes were derived, but also the Gram-positive bacteria.
Eksempel 11Example 11
Påvisning av parB-beslektede sekvenser i eukaryote celler (se fig. 11) Detection of parB-related sequences in eukaryotic cells (see Fig. 11)
En encellet eukaryot organisme ble undersøkt, nemlig ciliat-protozoaet Tetrahymena thermophila, fig. 11. Denne organisme erkarakterisert ved1) et høyt antall mitokondriske DNA-molekyler pr. celle, og 2) ca. 12.000 kopier av ribosomale RNA-gener anordnet på cellereplikerende rDNA-molekyler. Kverken R1 parB-sonden eller E. coli relB-orf3-sonden påviser noen fragmenter i DNA fremstilt fra isolerte makronuklei (felt 1, fig. 11). Keller ikke hybridiserte sondene til de to EcoRI-fragmenter av isolert rDNA (felt 3, fig. 11). Det samlede EcoRI-begrensede DNA fra Tetrahymena thermophila, som omfatter mitokondrisk DNA, oppviste to hybridiserende fragmenter på 6,6 kb og 3,3 kb (felt 2, fig. 11), med relB-orf3-sonden, mens parB-sonden ikke ga noen signaler. De hybridiserende fragmenter ko-migrerte sammen med to EcoRI-fragmenter av mitokondrisk DNA som var lett påvisbare ved etidiumbromid-farging av gelen før DNA-overføring. A unicellular eukaryotic organism was examined, namely the ciliate protozoan Tetrahymena thermophila, fig. 11. This organism is characterized by 1) a high number of mitochondrial DNA molecules per cell, and 2) approx. 12,000 copies of ribosomal RNA genes arranged on cell replicating rDNA molecules. Neither the R1 parB probe nor the E. coli relB-orf3 probe detect any fragments in DNA prepared from isolated macronuclei (lane 1, Fig. 11). Keller did not hybridize the probes to the two EcoRI fragments of isolated rDNA (lane 3, Fig. 11). The pooled EcoRI-restricted DNA from Tetrahymena thermophila, which includes mitochondrial DNA, showed two hybridizing fragments of 6.6 kb and 3.3 kb (lane 2, Fig. 11), with the relB-orf3 probe, while the parB probe did not gave some signals. The hybridizing fragments co-migrated with two EcoRI fragments of mitochondrial DNA which were readily detectable by ethidium bromide staining of the gel before DNA transfer.
Kloroplast DNA fra erter (Pisum sativum) ble kløyvet med restriksjonsendonukleasen Pstl, og 0,125 ug ble analysert ved filterhybridisering ved bruk av parB- og parB-orf3-sondene (felt 4, fig. 11). Den sistnevnte sonde hybridiserer til et fragment på ca. 16 kb. Pea (Pisum sativum) chloroplast DNA was cleaved with the restriction endonuclease Pstl, and 0.125 µg was analyzed by filter hybridization using the parB and parB-orf3 probes (lane 4, Fig. 11). The latter probe hybridizes to a fragment of approx. 16 kb.
Til slutt ble to prøver av menneskelig celle-DNA analysert ved filterhybridisering etterfølgende EcoRI-begrensning. R1-parB-sonden ga et (svakt) hybridiseringssignai til neuroblastoma-DNA (felt 5, fig. 11), samt til embryonisk lever-DNA (felt 6, fig. 11). Det høye mitokondriske innhold av levervev kan tyde på at det observerte signal i felt 6, fig. 11 fås fra menneskelig mitokondira. Finally, two samples of human cell DNA were analyzed by filter hybridization following EcoRI restriction. The R1-parB probe gave a (weak) hybridization signal to neuroblastoma DNA (lane 5, Fig. 11), as well as to embryonic liver DNA (lane 6, Fig. 11). The high mitochondrial content of liver tissue may indicate that the observed signal in field 6, fig. 11 is obtained from human mitochondria.
Neuroblastoma-DNA ble analysert da andre hybridiseringsanalyser hadde antydet selektiv forstørring av et lite kromosomalt område som fører til nærværet av "dobbeltsmå" ekstrakromosomale minikromosomer ("double minutes"), opprinnelsen av hybridiseringssignalet i felt 5, fig. 11 er ukjent. Neuroblastoma DNA was analyzed as other hybridization analyzes had suggested selective enlargement of a small chromosomal region leading to the presence of "double minute" extrachromosomal minichromosomes ("double minutes"), the origin of the hybridization signal in field 5, Fig. 11 is unknown.
Eksempel 12Example 12
Fullstendig stabilisering av meget ustabile rekombinante plasmider i P. putida og S. marcescens ved parB-området (se fig. Complete stabilization of highly unstable recombinant plasmids in P. putida and S. marcescens at the parB region (see fig.
12) 12)
Ved kloning av fremmed DNA inn i Pseudomonas spp. er det funnet at de innførte plasmider ofte blir meget ustabile. Denne plasmid-ustabilitet ble antatt å være forårsaket ved innføringen av en ukjent vertsceliefunksjon som på en eller annen måte gjenkjenner og eliminerer det fremmede DNA (Kim og Meyer, J. Bacteriol. 159, 1984, pp. 678-682). Da Pseudomonas spp. er svært relevant for industrielle formål, ble det ansett som viktig å teste virkningen av parB på slike svært ustabile rekombinante plasmidderivater. When cloning foreign DNA into Pseudomonas spp., it has been found that the introduced plasmids often become very unstable. This plasmid instability was thought to be caused by the introduction of an unknown host cell function that somehow recognizes and eliminates the foreign DNA (Kim and Meyer, J. Bacteriol. 159, 1984, pp. 678-682). As Pseudomonas spp. are highly relevant for industrial purposes, it was considered important to test the effect of parB on such highly unstable recombinant plasmid derivatives.
Plasmid pKT230 er et kointegrat-plasmid bestående av den vide vertsområdevektor RSF1010 (som kan opprettholdes stabilt i et vidt område gramnegative bakterier) og pACYC177, et derivat av det naturlige p15 plasmid (Bagdasarian et al, Gene 16, 1981, pp. 237-242). Et Bglll restriksjonsfragment av plasmid pJL217 (Light og Molin, Hol. Gen. Genet. 187, 1982, pp. 486-493), som inneholder lac-genene, ble innsatt i det unike BamHI-restriksjonssete på pXT230, hvilket ga pFNl3. Plasmid pFNl3, som har et høyt kopitall, opprettholdes stabilt i E. coli med en tapsfrekvens på mindre enn 10-<4>pr. celle pr. generasjon. I P. putida har imidlertid det samme plasmidderivat en tapsfrekvens på 30 prosent pr. celle pr. generasjon. I S. marcescens er tapsfrekvensen 5 prosent pr. celle pr. generasjon. Plasmid pKT230 is a cointegrate plasmid consisting of the wide host range vector RSF1010 (which can be stably maintained in a wide range of Gram-negative bacteria) and pACYC177, a derivative of the natural p15 plasmid (Bagdasarian et al, Gene 16, 1981, pp. 237-242 ). A BglII restriction fragment of plasmid pJL217 (Light and Molin, Hol. Gen. Genet. 187, 1982, pp. 486-493), containing the lac genes, was inserted into the unique BamHI restriction site of pXT230, yielding pFN13. Plasmid pFNl3, which has a high copy number, is stably maintained in E. coli with a loss frequency of less than 10-<4> per cell per generation. In P. putida, however, the same plasmid derivative has a loss frequency of 30 per cent per cell per generation. In S. marcescens, the loss rate is 5 per cent per cell per generation.
For å undersøke virkningen av parB ble parB EcoRI-fragmentet av pPR95 satt inn i det unike EcoRI-sete på pFN13. Det resulterende plasmid ble betenget pFNl3 parB<+>, og et kart av dette er vist på fig. 12. Plasmid pFNl3 ble mobilisert ved et konjugativt plasmid inn i P. putida og 3. marcescens, selekterende for kanamycinmot-stand i begge tilfeller. Tapsfrekvensen for pFNl 3 parB<+>i både P. putida og S. marcescens var mindre enn 10~° pr. celle pr. generasjon, svarende til en økning i plasmidstabilitet i P. putida på minst 10^ ganger, og i S. marcescens på minst 10<4>ganger. To examine the effect of parB, the parB EcoRI fragment of pPR95 was inserted into the unique EcoRI site of pFN13. The resulting plasmid was conditioned pFN13 parB<+>, and a map of this is shown in fig. 12. Plasmid pFN13 was mobilized by a conjugative plasmid into P. putida and 3. marcescens, selecting for kanamycin resistance in both cases. The loss frequency for pFNl 3 parB<+>in both P. putida and S. marcescens was less than 10~° per cell per generation, corresponding to an increase in plasmid stability in P. putida of at least 10^ times, and in S. marcescens of at least 10<4> times.
Således kan det trekkes den konklusjon at parB<+->området er svært effektivt for å sikre stabilitet av meget ustabile rekombinante plasmider selv i bakteriearter som er fjernt beslektet med E. coli. Thus, it can be concluded that the parB<+->region is very effective in ensuring stability of highly unstable recombinant plasmids even in bacterial species distantly related to E. coli.
Eksempel 13Example 13
For å analysere om R1 hok-genet utøver en celledrepende virkning i grampositive bakterier, f.eks. Bacillus subtilis, dersom det uttrykkes på riktig måte fra en B. subtilis-promotor, blir parB-området isolert fra pPR95 (fig. 2) som et EcoRI-fragment. EcoRI-setene fylles inn ved bruk av Klenow-polymerase for å danne butte ender, og fragmentet digesteres deretter med Fspl. Det 300 bp Fspl-(EcoRI)-fragment (som strekker seg over kartposisjonen +286 til +580 på fig. 3) som mangler hok-promotoren, isoleres og settes inn i pSI-1 (Yansura & Henner, Proe. Nati. Acad. Sei. USA 81, 1984, p. 439), som er blitt digestert med Sali og deretter behandlet med mungobønne-nukiease (rnung bean) (Rosenberg et al, Meth. Enzymol. 101, 1983, p. 123) for å fjerne de 5'-enkelctrå-dede overhengende ender. Ligasjonsblandingen transformeres tii E. coli MC1000 (Casabadan å Cohen, J. Holec. Biol. 133. 1980. To analyze whether the R1 hok gene exerts a cell-killing effect in Gram-positive bacteria, e.g. Bacillus subtilis, if properly expressed from a B. subtilis promoter, the parB region is isolated from pPR95 (Fig. 2) as an EcoRI fragment. The EcoRI sites are filled in using Klenow polymerase to form blunt ends, and the fragment is then digested with FspI. The 300 bp Fspl-(EcoRI) fragment (spanning map position +286 to +580 in Fig. 3) lacking the hok promoter is isolated and inserted into pSI-1 (Yansura & Henner, Proe. Nat. Acad . Sei. USA 81, 1984, p. 439), which has been digested with Sali and then treated with mung bean nukiease (rnung bean) (Rosenberg et al, Meth. Enzymol. 101, 1983, p. 123) to remove the 5' single-stranded overhangs. The ligation mixture is transformed into E. coli MC1000 (Casabadan and Cohen, J. Holec. Biol. 133. 1980.
pp. 179-207). pp. 179-207).
Denne konstruksjon plasserer hok-genet innbefattet det hok-ribosomale bindingssete nær et syntetisk B. subtilis ribosomalt bindingssete som foreligger på pSI-1, en B. subtilis/E. coli-skyttelvektor. Ekspresjonen av det innsatte gen styres av SP01 - promotoren på pSI-1 , hvis aktivitet styres via lac-operatoren som foreligger mellom promotoren og det syntetiske ribosomale bindingssete (spac-I-promotor, Yansura & Henner, op.cit.). pSI-1 uttrykker dessuten lacl-genet som koder for lac-undertrykke-ren. This construct places the hok gene containing the hok ribosomal binding site near a synthetic B. subtilis ribosomal binding site present on pSI-1, a B. subtilis/E. coli shuttle vector. The expression of the inserted gene is controlled by the SP01 promoter on pSI-1, whose activity is controlled via the lac operator which exists between the promoter and the synthetic ribosomal binding site (spac-I promoter, Yansura & Henner, op.cit.). pSI-1 also expresses the lac1 gene which codes for the lac repressor.
E. coli transformanter analyseres for IPTG (isopropyltiogalakto-sid) indusert veksthindring, da SP01-promotoren er aktiv i E. coli. Sorteringen utføres via replikatplating fra plater inneholdende 8 ug/ml kioramfenikol til plater inneholdende kloramfenikol og IPTG (1 mM). Kolonier som vokser dårlig i nærvær av IPTG analyseres videre i flytende kultur for å bekrefte fenotypen. En rekke transformanter som oppviser dannelse av spøkelsesceller (se eksempel 3) når IPTG settes til 1 mM er identifisert. E. coli transformants are analyzed for IPTG (isopropylthiogalactoside) induced growth inhibition, as the SP01 promoter is active in E. coli. Sorting is performed via replicate plating from plates containing 8 µg/ml chioramphenicol to plates containing chloramphenicol and IPTG (1 mM). Colonies that grow poorly in the presence of IPTG are further analyzed in liquid culture to confirm the phenotype. A number of transformants exhibiting ghost cell formation (see Example 3) when IPTG is added to 1 mM have been identified.
Transformanter blir videre dyrket i flytende kultur til OD500= 0,2, på hvilket punkt IPTG settes til 1 mM. Tilsetning av IPTG fører til stans i veksten og dannelse av spøkelsesceller (se eksempel 3) i kulturen. Transformants are further grown in liquid culture to OD500 = 0.2, at which point IPTG is adjusted to 1 mM. Addition of IPTG leads to growth arrest and formation of ghost cells (see example 3) in the culture.
Plasmid DNA isoleres fra slike IFTG-følsomme E. coii-transformanter og innføres i B. subtilis BD224 ved protoplast transformasjon (Chang & Cohen, Molec. Gen. Genet. 168, 1979, p. 111) med etterfølgende utvelgelse for kloramfenikolresistente transformanter . Plasmid DNA is isolated from such IFTG-sensitive E. coii transformants and introduced into B. subtilis BD224 by protoplast transformation (Chang & Cohen, Molec. Gen. Genet. 168, 1979, p. 111) with subsequent selection for chloramphenicol-resistant transformants.
For å analysere for en mulig celledrepende virkning av R1 hok i B. subtilis blir de Cm<R->resistente B. subtilis-transformanter platet i fravær eller nærvær av 1 mM IPTG. Dersom ingen vekst To assay for a possible cytotoxic effect of R1 hok in B. subtilis, the Cm<R->resistant B. subtilis transformants are plated in the absence or presence of 1 mM IPTG. If no growth
eller sterk veksthindring observeres i nærvær av IPTG er RI hok riktig uttrykt. Det er da mulig å påtvinge en sok-lignende antisans-RNA-regulering på translasjonen av hok-mRNA ved riktige konstruksjoner, som antydet ovenfor. or severe growth inhibition is observed in the presence of IPTG, RI hock is correctly expressed. It is then possible to impose a sok-like antisense RNA regulation on the translation of hok mRNA by appropriate constructs, as suggested above.
Claims (35)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DK275685A DK275685D0 (en) | 1985-06-18 | 1985-06-18 | STABILIZATION OF BIOLOGICAL SYSTEMS |
PCT/DK1986/000070 WO1986007608A1 (en) | 1985-06-18 | 1986-06-18 | Stabilization of unstably inherited replicons |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO870630D0 NO870630D0 (en) | 1987-02-17 |
NO870630L true NO870630L (en) | 1987-04-15 |
Family
ID=26066713
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO870630A NO870630L (en) | 1985-06-18 | 1987-02-17 | STABILIZATION OF UNTABLY DEDICATED REPLICATIONS. |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
NO (1) | NO870630L (en) |
-
1987
- 1987-02-17 NO NO870630A patent/NO870630L/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NO870630D0 (en) | 1987-02-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Macrina et al. | A cloning vector able to replicate in Escherichia coli and Streptococcus sanguis | |
Novick et al. | pT181 plasmid replication is regulated by a countertranscript-driven transcriptional attenuator | |
Bravo et al. | Identification of components of a new stability system of plasmid R1, ParD, that is close to the origin of replication of this plasmid | |
Gomelsky et al. | Molecular genetic analysis suggesting interactions between AppA and PpsR in regulation of photosynthesis gene expression in Rhodobacter sphaeroides 2.4. 1 | |
Hübner et al. | Expression of regulatory nif genes in Rhodobacter capsulatus | |
US5300431A (en) | Positive selection vector for the bacteriophage P1 cloning system | |
FI86439B (en) | Stabilized plasmids | |
US5853718A (en) | Method of immunization using biologically contained bacterial cells | |
Smith et al. | The poison–antidote stability system of the broad‐host‐range Thiobacillus ferrooxidans plasmid pTF‐FC2 | |
Ma et al. | Analysis of the promoter and regulatory sequences of an oxygen-regulated bch operon in Rhodobacter capsulatus by site-directed mutagenesis | |
Goncharoff et al. | Structural, molecular, and genetic analysis of the kilA operon of broad-host-range plasmid RK2 | |
Conway et al. | Expression vector for Zymomonas mobilis | |
Berman et al. | Selection of lac gene fusions in vivo: ompR-lacZ fusions that define a functional domain of the ompR gene product | |
US5545541A (en) | Stabilization of unstably inherited replicons | |
FI89941C (en) | PLASMIDER MED VILLKORLIGT REPLIKERINGSUPPFOERANDE | |
Chen et al. | Transcription and expression of the exotoxin A gene of Pseudomonas aeruginosa | |
Goupil-Feuillerat et al. | Transcriptional and translational regulation of α-acetolactate decarboxylase of Lactococcus lactis subsp. lactis | |
Silva et al. | A basic replicon of virulence-associated plasmids of Shigella spp. and enteroinvasive Escherichia coli is homologous with a basic replicon in plasmids of IncF groups | |
Lu et al. | Stimulation of IS1 excision by bacteriophage P1 ref function | |
US5702916A (en) | Biological Containment | |
NO870630L (en) | STABILIZATION OF UNTABLY DEDICATED REPLICATIONS. | |
EP1244799B1 (en) | Methods and materials relating to gene expression | |
Griggs et al. | Activation of expression of the Escherichia coli cir gene by an iron-independent regulatory mechanism involving cyclic AMP-cyclic AMP receptor protein complex | |
DK171215B1 (en) | Plasmids which have a conditionally uncontrolled replication threshold, and a process for preparing a gene product by culturing a microorganism which harbours such a plasmid | |
Weichenhan et al. | Functional analyses of Proteus mirabilis wild‐type and mutant RecBCD enzymes in Escherichia coli reveal a new mutant phenotype |