DE69403654T2 - Ein verfahren zur erhöhung der produktion von biologisch aktiven rekombinanten proteinen - Google Patents

Ein verfahren zur erhöhung der produktion von biologisch aktiven rekombinanten proteinen

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Description

    GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erhöhung der Produktion biologisch aktiver rekombinanter Proteine in Bakterien. Genauer wird ein Verfahren offenbart, bei dem ein heterologes Protein gleichzeitig mit dem Manipulieren des zentralen Mechanismus überexprimiert wird, welcher die Hitzeschock-Proteinsynthese beherrscht.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Bis jetzt ist von mehreren kommerziell wertvollen, in rekombinanten Bakterien hergestellten Proteinen gefunden worden, daß sie größtenteils vor allem in einer biologisch inaktiven Konformation isolierbar sind. Zum Erhalten einer gewinnbringenden Ausbeute ist es notwendig, diese Proteine in eine biologisch aktive Konformation rückzufalten. Durch die Verwendung rekombinanter DNA-Technologie ist es nun möglich, DNA zwischen unterschiedlichen Organismen zum Zwecke des Exprimierens von Fremdproteinen in eine biologisch aktive Konformation zu überführen. Eine derartige Überführung umfaßt üblicherweise das Verbinden geeigneter DNA-Fragmente mit einem Vektormolekül, das anschließend in einen Empfängerorganismus transformiert wird. Transformanten werden zum Ermitteln des klonierten Fragments durch einen bekannten Marker auf dem Vektor oder durch ein genetisches Muster oder biochemisches Muster selektiert. Vektoren enthalten Sequenzen, die eine autonome Replizierung innerhalb der Wirtszelle ermöglichen oder den Einbau in ein Wirtschromosom erlauben.
  • Falls die klonierte DNA-Sequenz für ein Protein kodiert, muß zum Erreichen einer Synthese dieses Fremdproteins in einer biologisch aktiven Form in der Wirtszelle eine Reihe von Vorgängen erfolgen. Promotorsequenzen müssen zugegen sein, um die Transkription des Gens durch RNA-Polymerase zur erlauben und eine Ribosomenbindungsstelle und ein Startkodon muß in der transkribierten mRNA zur Translation durch Ribosomen zugegen sein. Diese Transkriptions- und Translationserkennungssequenzen werden üblicherweise für eine wirkungsvolle Bindung durch die Wirt-RNA- Polymerase und Ribosomen optimiert und durch sorgfältige Wahl der Vektoren ist es oft möglich, eine wirkungsvolle Exprimierung vieler Fremdgene in einer Wirtszelle zu erhalten.
  • Obschon viele Probleme einer wirkungsvollen Transkription und Translation allgemein erkannt und zum größten Teil überwunden sind, führt die daraus folgende Synthese eines Fremdpolypeptids zu niedrigen oder vernachlässigbaren Ausbeuten an biologisch aktivem Protein. Die überexprimierten Proteine bilden oft Einschlußkörper, die sich aus zusammengeballtem inaktivem Protein zusammensetzen. Die zusammengeballten Proteine müssen anschließend isoliert werden und es müssen Anstrengungen zum Rückfalten des Proteins in vitro unternommen werden. Heterologe Proteine können in vivo löslich bleiben, können aber wegen falschem oder unvollständigem Falten in der unüblichen Zellumgebung der Proteolyse unterliegen (Kane et al., TIBTECH, 6, 95, (1988)). Aus solchen Beobachtungen ist klar geworden, daß Faktoren, die das Falten im Entstehen begriffener Polypeptidketten in vivo beeinflussen, eine beträchtliche Wirkung auf die Ausbeute an Fremdproteinen besitzen können, die aus Expressionsvektoren in transformierten Zellen hergestellt wurden.
  • Der Stand der Technik wird durch das US-Patent 5 158 875 an Miller et al. veranschaulicht. Dieses Patent auf ein Verfahren zum Herstellen insulinartigen Wachstumsfaktors (IGF-1) führt einen auf das Ernten von IGF aus der Wirtszelle folgenden Rückfaltungsschritt an. Dieser Schritt wird wie folgt dargestellt: "[R]ückfalten von Met-Lys-IGF-I in seine biologisch aktive Konformation." Eine kommerziell wichtige Einschränkung im Stand der Technik ist eindeutig das Unvermögen, kommerzielle Ausbeuten an einigen heterologen Proteinen in biologisch aktiver Konformation zu erhalten.
  • Eine als molekulare Chaperone bekannte Gruppe von Hilfsproteinen, von denen viele Hitzeschockproteine (HSP) sind, ist ermittelt worden, die einen großen Einfluß auf das Falten, Rückführen und die Synthese von Proteinen hat. Prokaryontische molekulare Chaperone oder HSP schließen solche Proteine wie SecB, DnaK (hsp70-Homologe in eukaryontischen Zellen), DnaJ, GrpE, GroES (cpn10-Homologe in eukaryontischen Zellen) und GroEL (cpn60 oder hsp60 in eukaryontischen Zellen) ein (Larossa et al., Mol. Microbiol., 5 (3), 529, (1991)). Das für das Induzieren der HSP oder Chaperone verantwortliche Hitzeschockphänomen wurde zuerst als Antwort auf eine Temperaturverschiebung nach oben definiert. Nachfolgende Arbeiten haben gezeigt, daß die Einwirkung einer Reihe von Belastungen einschließlich sowohl der Phageninfektion, Makrophagenentwicklung als auch der Anwesenheit organischer Moleküle und Schwermetalle ebenfalls die Hitzeschockantwort auslösen kann. Wahlweise kann die Hitzeschockantwort durch das Erzeugen verschiedener genetischer Mutanten, welche beständig hohe HSP-Werte exprimieren, einschließlich molekularer Chaperone künstlich aktiviert werden, (Larossa et al., Mol. Microbiol., 5 (3), 529, (1991)). Die am ausführlichsten untersuchten molekularen Chaperone sind die GroES- und GroEL- Proteine und ihre eukaryontischen Homologen, die zusammen als Chaperonine bekannt sind.
  • Der groE-Locus wurde zuerst bei Untersuchungen von Mutationen nachgewiesen, die den Zusammenbau der Köpfe von lambda- und T4- Bakteriophagen und den Zusammenbau des Schwanzes des T5- Bakteriophagen stören. Der groE-Locus enthält zwei Gene, groEL und groES, die beide für die Lebensfähigkeit der Zelle wesentlich sind. Das groEL- und groES-Gen kodiert für Polypeptide mit scheinbaren relativen Molekularmassen von 65 000 beziehungsweise 15 000, die sich unter den in der Zelle am häufigsten vorkommenden Proteinen befinden. Sowohl GroEL- als auch GroES-Polypeptide finden sich in der Zelle als oligomere Strukturen. Das GroEL-Protein ist eine Atpase und das GroEL- und GroES-Protein bilden in Anwesenheit von MgATP und anderen Nukleotiden nicht aber in ihrer Abwesenheit einen Komplex miteinander (Ellis et al., Biochem. Soc. Symp., Kay et al. (Ed.) Nr. 55, 145, (1989)).
  • Aus In-vitro-Untersuchungen ist offensichtlich, daß ein sehr breiter Bereich ungefalteter oder teilweise gefalteter Polypeptide mit dem GroEL-Protein in Wechselwirkung tritt und daß diese Wechselwirkung die nachfolgende Faltungsreaktion beeinflußt. Die meisten Proteine kollabieren rasch zu einer nicht-nativen Struktur, wenn sie aus einer Denaturierungslösung verdünnt werden. Anschließend entwickelt sich in Abhängigkeit vom jeweiligen Protein, seiner Konzentration, der Temperatur und anderen Faktoren der nicht-native Zustand entweder weiter zu einer aktiven gefalteten Spezies oder teilt sich in einen falsch gefalteten oder zusammengeballten Zustand, der unwirksam ist. Falls während des Verdünnens ungefalteter Proteine aus der Denaturierungslösung GroEL zugegen ist, binden die nicht-nativen Proteine an GroEL unter Bilden eines stabilen binären Komplexes. (Goloubinoff et al., Nature, 342, 884, (1989)). Dies hat zwei mögliche Konsequenzen. Bei Proteinen, die sich normalerweise weiter spontan rückfalten, wird die Faltungsreaktion angehalten. Außerdem werden Proteine, die sich unter diesen Bedingungen falsch falten und zusammenballen, nun an GroEL gebunden und bleiben in Lösung. An GroEL gebundene Proteine können nachfolgend durch den Zusatz entweder von ATP oder einer Kombination von ATP und dem Chaperonin GroES freigesetzt werden. Unter diesen Bedingungen können Proteine, die sich ohne GroEL-Zusatz ohnehin gefaltet hätten, dies weiter tun. Proteine, die sich zusammengeballt hätten, werden jetzt jedoch zum produktiven Faltungsweg hingelenkt. Übersichtsversuche zeigen, daß die meisten E. coli-Proteine in einem komplexen Gemisch und viele einzelne gereinigte Proteine mit GroEL in dieser Weise in Wechselwirkung treten (Vutanen et al., Protein Sci., 1, 363, (1992); Gatenby, Plant Mol. Biol., 19, 677, (1992)).
  • In-vivo-Untersuchungen zeigen ferner, daß Chaperone das erfolgreiche Falten von Proteinen in aktive Moleküle innerhalb von Zellen beeinflussen. Durch Verwenden eines klonierten groE- Operons (das für die Gene für die Proteine GroES und GroEL kodiert) auf einem Mehrkopienplasmid ist es möglich, einen breiten Bereich temperaturempfindlicher Mutationen mit falschem Sinn zu unterdrücken, was anzeigt, daß das erfolgreiche Falten thermolabiler Enzyme durch eine Überexprimierung der groES- und groEL-Gene wiederhergestellt werden kann (Van Dyk et al., Nature, 342, 451, (1989)). Es ist in mehreren Berichten gezeigt worden, daß durch Verwenden von Kombinationen verträglicher Plasmide, wo ein Plasmid für das groE-Operon kodiert und das zweite Plasmid für ein überproduziertes Fremdprotein kodiert, die erhöhten Werte für molekulare Chaperone in der Zelle zu beträchtlichen Ausbeuteverbesserungen an funktionellem rekombinantem Protein führen (Goloubinoff et al., Nature, 337, 44 (1989); Berry-Lowe et al., Plant Physiol., 99, 1597, (1992)).
  • Der Verwendung des Doppelplasmidsystems zur erhöhten Produktion von Fremdproteinen in Bakterien, insbesondere bei Arbeitsvorgängen zur Maßstabsvergrößerung, wohnen jedoch mehrere Probleme inne. Das Klonieren des groE-Operons auf einem Mehrkopienplasmid führt zu sehr hohen Werten bei der Synthese von GroES- und GroEL-Proteinen mit Zellen, die oft 30-50% ihres gesamten Zellproteins als GroEL produzieren. Dies führt zu einem verringerten biosynthetischen Fassungsvermögen in der Zelle für andere Proteine einschließlich des gewünschten Fremdproteins und die Gesamtausbeuten können verglichen mit dem möglichen Höchstwert verringert sein. Diese Produktion auf einem hohen Wert beeinflußt auch die groE-Plasmidstabilität, was zu Plasmiddeletionen führt, die die Exprimierung der groE-Gene verringern. Diese Deletionen sind während der Langzeitlagerung von Stämmen und während der Zellkultur in großem Maßstab im Bereich von 10-200 1 beobachtet worden (Kalbach et al., Enzyme Microbiol. Technol., (im Druck) (1993)). Außerdem ist es offensichtlich, daß das richtige Falten von Proteinen die konzertierte Aktion einer Anzahl unterschiedlicher molekularer Chaperone erfordert und nicht bloß auf GroES und GroEL beschränkt ist (Langer et al., Nature, 356, 683, (1992)). Obschon das Falten einiger Proteine in vivo durch die groE-Überexprimierung erleichtert wird, sprechen andere nicht auf groE an (Gatenby et al., Trends in 354, (1990)). Die Überexprimierung eines Bereiches molekularer Chaperone kann zum Unterstützen des richtigen Faltens von Proteinen erforderlich sein, die auf eine groE-Überexprimierung allein nicht ansprechen. Dies kann durch Klonieren aller Chaperongene auf kompatiblen Plasmiden erreicht werden. Dieses Verfahren führt jedoch vermutlich erneut zu Stäminen, die große, instabile Plasmide beherbergen. Ein bevorzugteres Verfahren kann die allgemeine Aktivierung eines breiten Bereichs nativer Hitzeschockproteine in Verbindung mit der Exprimierung des Fremdproteins umfassen.
  • Es scheint nun, daß die Steuerung der allgemeinen Exprimierung von Hitzeschockproteinen durch einige, Sigmafaktoren genannte Proteine geregelt werden kann. Sigma-32 ist der meistuntersuchte dieser Faktoren. Grossman et al. (Cell, 38, 383, (1984)) offenbaren, daß das htpR-Gen von E. coli für einen positiven Regulator der Hitzeschockantwort kodiert. Die Überexprimierung des htpR-Gens und die nachfolgende Reinigung des Proteinproduktes zeigte ein Sigma-32 genanntes Proteinprodukt mit 32 kDa. Grossman et al. lehren, daß das Sigma-32-Protein für den Transkriptionsstart bei Hitzeschockpromotoren verantwortlich ist. Grossman et al. schlagen außerdem vor, das htpR-Gen in rpoH umzubenennen und derzeit werden die beiden Ausdrücke austauschbar verwendet.
  • Indem sie die allgemeine Funktion des Sigma-32-Faktors bestätigen, lehren Yano et al. (J. Bacteriol., 172, 2124, (1990)) eine rpoH-Mutante, die bei oder über 34ºC nicht wachsen kann, da sie ein verändertes Sigma-32-Protein produziert, dem weitgehend die Transkription der Hitzeschockgene fehlt. Extragene Suppressormutationen statteten den rpoH-Mutantenstamm mit der Fähigkeit aus, bei 40ºC zu wachsen, und erhöhten die Sigma-32-Syntheserate und die Induktion der Hitzeschockproteine deutlich.
  • Das Koppeln der Regelung des Sigma-32-Faktors an die Exprimierung von Fremdproteinen ist in der Technik offenbart. Debouck et al. (EP 216 747) lehren ein Verfahren zum Exprimieren einer Fremdpolypeptid-Kodierungssequenz in einer htpR&supmin;-E.-coli-Mutante, die aufgrund des Abbaus durch Proteasen unter der Kontrolle des htpR&spplus;-Gens in htpR&spplus;-E.-coli-Stämmen nicht stabil exprimiert wird. Es wird weiter offenbart, daß die htpR&supmin;-Mutanten nicht für Wildtyp-Sigma-32 kodieren und somit keine normale Hitzeschockantwort eingehen können. Ähnlich lehrt Haley (WO-8503949) die Entwicklung von htpR&supmin;-Mutanten, die keine La-Protease zur Exprimierung von Fremdpolypeptiden aus E. coli produzieren können. Abrahamsen et al. (EP 225 860) offenbaren ein Verfahren zur Exprimierung und Sekretion von Proteinen in gramnegativen Bakterien durch Einbauen eines DNA-Konstrukts in die Wirtszellen, welches für ein Fremdprotein kodiert, bei dem die Proteinexprimierung von der Induktion des natürlichen htpR-Gens abhängig ist. Das Verfahren von Abrahamsen beruht auf der verallgemeinerten Exprimierung von Hitzeschockproteinen unter Ergeben eines Lecks der periplasmatischen Membran des transformierten Wirtes, was die Ausscheidung des Fremdproteins in das Wachstumsmedium gestattet.
  • Easton et al. (Gene, 101, 291, (1991)) offenbart ein Verfahren zur Herstellung von rinderinsulinähnlichem Wachstumsfaktor 2 (bIGF2) im Cytoplasma von E. coli, das eine rpoH-Mutation enthält. Der bIGF2 wurde in Einschlußkörpern hergestellt und stellte 20-25% des gesamten Zellproteins dar. Ähnlich lehren Obukowicz et al. (Appl. Environ. Microbiol., 58, 1511, (1992)) neue rpoH-Mutanten zu einer erhöhten heterologen Genexprimierung. Expressionsuntersuchungen unter Verwenden des recA- oder araBAD- Promotors und der Ribosomenbindungsstelle des T7-Phagengens 10L zeigten, daß erhöhte Anreicherungswerte einer Anzahl repräsentativer heterologer Proteine in den rpoH-Mutanten erhalten wurden. Beispiele hergestellter heterologer Proteine schlossen die human- und rinderinsulinähnlichen Wachstumsfaktoren 1 und 2 und das Rinderplazentalactogen ein.
  • Die vorstehend angeführten Verfahren sind zum Bewirken der Exprimierung rekombinanter Proteine brauchbar, die für eine Sigma-32-abhängige Proteolyse empfänglich sind oder in das Wachstumsmedium ausgeschieden werden müssen. Mit einer Ausnahme lehrt der gesamte vorstehend zitierte Stand der Technik, daß die Regulierung des Sigma-32-Faktors nach unten zu einer erhöhten Exprimierung von Fremdppolypeptiden führt. Die verbreitetste Erklärung für dieses Phänomen ist die, daß den rpoH&supmin;-Mutanten der Sigma-32-Faktor fehlt, was zu einer verschlechterten Hitzeschockantwort führt. Aufgrund der Abwesenheit von Proteasen, die sich aus der verschlechterten Hitzeschockantwort ergibt, wird bei diesen Mutanten eine höhere Fremdproteinexprimierung erwartet. Obschon das Verfahren von Abrahamsen (EP 225 860) die Induktion des rpoH-Gens und die nachfolgende Zunahme der Hitzeschockproteine lehrt, ist die hauptsächliche Motivierung, die Ausscheidung des Proteins durch Andern der Durchlässigkeit der periplasmatischen Membran zu gestatten, und es wird keine Angabe zum Ausmaß der Fremdproteinexpression durch die Wirtszelle gemacht. Es ist anzumerken, daß in dem Verfahren von Abrahamsen ein voll funktionsfähiges Wildtyp-DnaK-Protein enthalten ist. Außerdem ist in der Technik bekannt, daß Wildtyp-DnaK bei der Erleichterung der natürlichen Proteinsekretion aus E. coli wirksam ist (Wild et al., Genes Dev., 6, 1165, (1992)).
  • Neuere genetische Beweise zeigen, daß es bei einem anderen Hitzeschockprotein, DnaK, Steuerschlüsselfunktionen bei den Werten für die Synthese, Aktivität und den Abbau von Sigma-32 gibt. DnaK (ein Mitglied der Hsp70-Proteinfamilie) ist das 70- kDa-Produkt des dnaK-Hitzeschockgens und von ihm wird angenommen, daß es zusammen mit anderen Hitzeschockproteinen unter Bewirken des Rückfaltens oder der Synthese geschädigter Zellproteine wirkt (LaRossa et al., Mol. Microbiol., 5 (3), 529, (1991)). Von Mutationen bei dnaK, dnaH und grpE ist gezeigt worden, daß sie eine teilweise Stabilisierung von Sigma-32 und einen Verlust der Reprimierung der Hitzeschocktranskription verursachen, die normalerweise bei Wildtypzellen nach einer Temperaturänderung nach unten angetroffen wird (Straus et al., Genes Dev., 4, 2202, (1990), und Straus et al., Genes Dev., 3, 2003, (1989)). Von dem Mechanismus, durch den DnaK, DnaJ und Grpe die Aktivität und Stabilität von Sigma-32 steuern, wird angenommen, daß er auf der konzertierten Aktivität als Chaperone beruht. Diese Aktivität umfaßt die ATP-abhängige Bindung an Substrate von DnaK und die Stimulation der Hydrolyse von DnaK- gebundenem ATP durch DnaJ und GrpE (Gamer et al., Cell, 69, 833 (1992)). Es ist vorgeschlagen worden, daß DnaK mit Sigma-32 in Wechselwirkung tritt und es aus RNA-Polymerase abtrennt und dadurch für Zellproteasen zugänglich macht.
  • Im Gegensatz zu den rpoH-Mutanten sind dnaK-Mutanten bisher nicht zur Exprimierung von Fremdpolypeptiden aus rekombinanten Bakterien verwendet worden. Es scheint tatsächlich, daß die Anwesenheit des DnaK-Proteins für die Exprimierung und Ausscheidung einiger natürlicher und rekombinanter Proteine notwendig sein kann. Wild et al. (Genes Dev., 6, 1165, (1992)) lehren, daß die Translozierung von alkalischer Phosphatase in dnaK-Mutanten von E. coli-Stämmen gehemmt wurde, was nahelegt, daß der Export dieses Proteins wahrscheinlich das Dnak-Protein umfaßt. Murby et al. (Biotechnol. Appl. Biochem., 14, 336, (1991)) offenbaren die gemeinsame Exprimierung dreier rekombinanter Proteine (Human- Promsulin, Ratten-Proteindisulfidisomerase und die alpha.1.2- Kette des Human-T-Zellenrezeptors) als Fusionsproteine. Unerwarteterweise wurde gefunden, daß die Fusionsproteine mit DnaK und GroEL verbunden sind, was für diese HSP eine Funktion beim Exprimieren der Fremdproteine anzeigte. Ähnlich lehren Hellebust et al. (J. Bacteriol., 172, 5030, (1990)), daß durch eine rekombinante E. coli exprimiertes Protein A mit dem DnaK-Protein verbunden ist. Obschon es offensichtlich ist, daß DnaK bei der Steuerung des Sigma-32-Faktors wirksam ist, ist es gleichermaßen offensichtlich, daß es bei der Erleichterung der Exprimierung verschiedener rekombinanter Proteine eine wichtige Rolle spielt.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren. zum Zweck der Erhöhung der Exprimierung biologisch aktiver heterologer Proteine bereit, das auf einer dnaK-Mutation beruht. Das vorliegende Verfahren ist vom Stand der Technik eindeutig verschieden. Der Stamm ohne dnaK produziert ein Protein ohne DnaK. Sigma-32 ist in dieser Mutante in größeren Mengen zugegen. Die vorliegende Erfindung zieht aus diesem Zustand innerhalb der Zelle Vorteil, indem sie die Exprimierung biologisch aktiver heterologer Proteine verstärkt. Der Stand der Technik lehrt eindeutig, daß die Fremdpolypeptidexprimierung durch Erniedrigen der Sigma-32-Werte verstärkt wird, was angeblich auf die niedrigeren Proteasewerte zurückzuführen ist, die durch die verschlechterte Hitzeschockantwort erreicht werden. Die Technik lehrt ferner, daß das Wildtyp-DnaK-Protein bei der Exprimierung und Ausscheidung heterologer Proteine notwendig und nützlich ist.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Mittel zur Verbesserung der Ausbeute in Bakterien produzierter aktiver Fremdproteine bereit, ohne die Kultur einer Temperaturänderung aussetzen zu müssen und ohne die Notwendigkeit eines Doppelplasmidexpressionssystems. Es wird angenommen, daß die Herstellungsausbeute kommerziell wertvoller Proteine, wie etwa Hormone, Enzyme und anderer Proteine verbessert werden kann, wenn die Exprimierung durch das vorliegende Verfahren ausgeführt wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung lehrt eine biologisch reine Kultur einer transformierten dnaK-Mutante von Escherichia coli MF746, die ein Expressionsplasmid beherbergt, das ein heterologes Protein in biologisch aktiver Konformation produzieren kann.
  • Die vorliegende Erfindung lehrt auch ein Verfahren zum Herstellen biologisch aktiver heterologer Proteine in einer transformierten Escherichia coli-dnaK-Mutantenwirtszelle, wobei das Verfahren:
  • a) das Exprimieren des heterologen Proteins in einer biologisch aktiven Konformation in der Wirtszelle und
  • b) das Ernten des heterologen Proteins mit einer biologisch aktiven Konformation aus der Wirtszelle umfaßt.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Figur 1 ist eine Plasmidkarte des Plasmids pANK1, das für hexadekamere Rubisco kodiert.
  • Figur 2 ist eine Plasmidkarte des Plasmids pRR2119, das für dimere Rubisco kodiert.
  • GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die folgenden Ausdrücke können, so wie sie hierin verwendet werden, zur Auslegung der Ansprüche und Beschreibung dienen.
  • Der Ausdruck "gewünschtes Protein" bezieht sich auf jedes Protein, das als aus genetisch veränderten Bakterien zu erhaltendes Wertprodukt angesehen wird.
  • Die Ausdrücke "heterologes Proteinu und "Fremdprötein" beziehen sich auf jedes Protein, das in der Wirtszelle in der Natur nicht anzutreffen ist. Diese Ausdrücke werden austauschbar verwendet.
  • Der Ausdruck "biologisch aktives Protein" oder "biologisch aktive Konformation" bezieht sich auf ein Protein in einer Form, die die Funktion erfüllen kann, die es in der Natur hat. In der vorliegenden Erfindung brauchbare, biologisch aktive Proteine schließen Ribulosebisphosphat-Carboxylase, den insulinähnlichen Faktor-1, Alfalfa-Glutaminsynthetase, Human-Mittelketten-Acyl- CoA-Dehydrogenase, Amphibiensuperoxiddismutase, Dehydrogenase aus Säugern für α-Ketosäuren mit verzweigter Kette und das Brassica-S-Locusrezeptorkinase-Fusionsprotein ein, sind aber nicht darauf beschränkt.
  • Die Ausdrücke "Promotor" und "Promotorregion" beziehen sich auf eine DNA-Sequenz, üblicherweise stromaufwärts der (5' bis zur) Proteinkodierungssequenz eines Strukturgens, welche die Exprimierung der Kodierungsregion durch Bereitstellen der Erkennung für RNA-Polymerase und/oder andere Faktoren steuert, die zum Start der Transkription an der richtigen Stelle erforderlich sind. Promotorsequenzen sind notwendig, aber nicht immer ausreichend, um die Exprimierung des Gens zu lenken.
  • Der Ausdruck "Fragment" oder "DNA-Fragment" bezieht sich auf eine Fraktion der DNA-Sequenz der speziellen Region.
  • Die Ausdrücke "Steuerung" und "steuern" beziehen sich auf die Modulation der Genexprimierung, die durch DNA-Sequenzelemente gesteuert wird, welche hauptsächlich, aber nicht ausschließlich stromaufwärts des (5' bis zum) Transkriptionsstart eines Gens angeordnet sind. Eine Steuerung kann zu einer vollständigen ader überhaupt keiner Antwort auf eine Stimulation führen oder sie kann zu Änderungen des Wertes für die Genexprimierung führen.
  • Der Ausdruck "Konstruktion" oder "Konstrukt" bezieht sich auf ein Plasmid, Virus, eine autonom replizierende Sequenz, Phagen- oder Nukleotidsequenz, linear oder ringförmig, einer einzeloder doppelsträngigen DNA oder RNA, die aus irgendeiner Quelle stammt, bei der eine Anzahl Nukleotidsequenzen zu einer einzelnen Konstruktion verbunden oder rekombiniert worden ist, die ein Promotorfragment und eine DNA-Sequenz für ein ausgewähltes Genprodukt zusammen mit der 3'-nicht-translatierten Sequenz in eine Zelle einführen kann.
  • Der Ausdruck "Transformation" bezieht sich auf den Erwerb neuer Gene in einer Zelle nach dem Einbau von Nukleinsäure
  • Der Ausdruck "funktionsfähig verbunden" bezieht sich auf die Fusion zweier DNA-Fragmente in richtiger Ausrichtung und richtigem Leserahmen, um in eine funktionsfähige RNA transkribiert werden zu können.
  • Der Ausdruck "Exprimierung" bezieht sich auf die Transkription und Translation von einem für die Sequenz des Genproduktes kodierenden Gen zu dem Genprodukt. Bei der Exprimierung wird eine für die Sequenz des Genprodukts kodierende DNA-Kette zuerst zu einer komplementären RNA transkribiert, die oft eine Boten- RNA ist. Die transkribierte Boten-RNA wird zu dem Genprodukt translatiert, falls das Genprodukt ein Protein ist.
  • Der Ausdruck "Translationsstartsignal" bezieht sich auf eine Einheit von drei Nukleotiden (Kodon) in einer Nukleinsäure, die den Start der Proteinsynthese bezeichnet.
  • Der hierin verwendete Ausdruck "Plasmid" bezieht sich auf ein extrachromosomales Element, das oft Gene trägt, die nicht Teil des zentralen Zellstoffwechsels sind, und üblicherweise in Form ringförmiger doppelsträngiger DNA-Moleküle vorliegt. Plasmide können sich autonom replizieren oder zum Einbau in das Wirtsgenom befähigt sein.
  • Der Ausdruck "Restriktionsendonuklease" bezieht sich auf ein Enzym, das innerhalb einer speziellen Nukleotidsequenz innerhalb doppelsträngiger DNA bindet und schneidet.
  • Der Ausdruck "Hitzeschockprotein" bezieht sich auf jedes Protein, das als Ergebnis einer Umweltbelastung wie etwa erhöhter Temperatur oder durch Anwesenheit eines Angriffs aus der Umgebung oder durch die Exprimierung der Sigma-32-Untereinheit der RNA-Polymerase induziert wird. Typische Hitzeschockproteine schließen die durch die Gene groEL, groES, dnaK, dnaJ, grpE, lon, lysU, rpoD, htpG und clpD kodierten ein, sind aber nicht auf diese beschränkt.
  • Der Ausdruck "DnaK" bezieht sich auf ein Hitzeschockprotein mit 70 kDa, das an der Steuerung des Sigma-32-Faktors beteiligt ist.
  • Der Ausdruck "dnaK" bezieht sich auf ein für das DnaK-Protein kodierendes Gen.
  • Der Ausdruck "dnaK-Mutante" bezieht sich auf jede Wirtszelle, prokaryontisch oder eukaryontisch, die eine genetische Mutation beherbergt, die zu einer veränderten Form eines DnaK-Proteins führt und die beständig hohe Werte an Hitzeschockproteinen produziert.
  • Der Ausdruck "Sigma-32" bezieht sich auf eine hitzeschockspezifische Untereinheit von 32 kDa einer RNA-Polymerase, welche der Polymerase die Fähigkeit zum Transkribieren von Hitzeschockproteinen vermittelt.
  • Die Ausdrücke "Peptid", "Polypeptid" und "Protein" werden austauschbar verwendet.
  • Der Ausdruck "molekulares Chaperon" ist eine funktionelle Definition, die sich auf eine Gruppe nicht verwandter Proteine bezieht, die das richtige Falten anderer Polypeptide vermitteln, selbst aber keine Bestandteile der funktionellen Endstrukturen sind. Molekulare Chaperone können an vielen Zellvorgängen wie etwa dem Verhindern eines vorzeitigen Faltens oder einer Aggregation, dem Vermitteln der richtigen Proteinfaltung, dem Erleichtern des Ausscheidens und der Membrantranslozierung, beteiligt sein.
  • Der Ausdruck "Rubisco" bezieht sich auf das Enzym D-Ribulose- 1,5-bisphosphat-Carboxylase, E. C. 4.1.1.39.
  • Hierin verwendet bezieht sich die Bezeichnung "ATCC" auf eine Hinterlegung bei der in Rockville, Maryland, gelegenen American Tissue Culture Collection. Die "ATCC Nr." ist die Zugangsnummer für bei der ATCC hinterlegte Kulturen.
  • Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zur verstärkten Produktion von Fremdproteinen in biologisch aktiver Form in Bakterien. Das Verfahren umfaßt das Transformieren eines für ein Fremdgen kodierenden Vektors in einen Escherichia coli-Stamm, der eine Mutation enthält, so daß der Gehalt der Sigma-32-RNA- Polymeraseuntereinheit erhöht wird, und der Gehalt an Hitzeschockproteinen in der Zelle wird nachfolgend erhöht. Das Kultivieren des transformierten Mutantenwirtes bei verschiedenen Temperaturen und über unterschiedliche Zeiträume führt zur verstärkten Exprimierung des Fremdproteins verglichen mit Wildtyp-Transformanten.
  • Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Zunahme des Wirtszellengehaltes an Hitzeschockproteinen, die gleichzeitig mit der Exprimierung des Fremdproteins stattfindet. Verfahren zum Erhöhen der Zellgehalte an Hitzeschockproteinen können in zwei Kategorien eingeteilt werden, die entweder die direkte Induktion der Hitzeschockantwort durch Faktoren außerhalb der Zelle oder wahlweise genetische Manipulation der Transkriptions- oder Translationswege der Wirtszelle umfassen. Es wird angenommen, daß beide Verfahren für die Zwecke der Erfindung geeignet sind.
  • Die direkte Induktion der Hitzeschockantwort kann durch Belasten der Zelle mit irgendwelchen Umweltangriffen oder -giften bewirkt werden, die zu einer Änderung des normalen Zellstoffwechsels führen. Umweltangriffe können sowohl Chemikalien, Umweltverunreinigungen, Temperaturänderungen, pH-Änderungen als auch Mittel sein, die eine oxidative Schädigung, eine Schädigung der DNA, Anaerobiose, Änderungen der Nitratverfügbarkeit oder eine Pathogenese erzeugen. Obschon die Hitzeschockantwort typischerweise mit Temperaturänderungen verbunden wird, ist von vielen chemischen Substanzen einschließlich sowohl CdCl, HO, Ethanol, Puromycin und Nalidixinsäure (VanBogelen et al., J. Bacteriol., 169 (1), S. 26-32 (1987)) als auch Benzol, Chlorpyrivos, 2,4- Dichloranilin, Dioctylphthalat, Hexachlorbenzol, Pentachlorphenol, Trichlorethylen und Tetrapropylbenzolsulfonat (Blom et al., Appl. Environ. Microbiol., 58 (1), S. 331-334 (1992)), um nur einige zu nennen, gezeigt worden, daß sie die Antwort induzieren. Obschon angenommen wird, daß das Auslösen der Hitzeschockantwort durch eine Umweltbelastung bei dem vorliegenden Verfahren möglich ist, ist es nicht bevorzugt, da es wahrscheinlich ist, daß eine Umweltbelastung auch den Zellstoffwechsel nachteilig beeinflußt und deshalb zu einer schlechten Exprimierung von Fremdproteinen führt.
  • Die genetische Manipulation der Hitzeschockantwort umgeht die Notwendigkeit, die Zelle einer Umweltbelastung auszusetzen, während zur selben Zeit die Gehalte der Hitzeschockproteine in der Zelle geändert werden. Typischerweise umfassen diese Verfahren das Schaffen genetischer Mutanten, denen entweder die Fähigkeit zum Herstellen der Sigma-32-RNA-Polymeraseuntereinheit (z.B. rpoH&supmin;-Mutanten) fehlt, was zu niedrigeren Gehalten an Hitzeschockproteinen in der Zelle führt, oder Mutanten, die defekte Hitzeschockregulierungsproteine produzieren (z. B. dnaK&supmin;- Mutanten), die weder die Synthese noch den Abbau der Sigma-32- Untereinheit hemmen können, was zu hohen Gehalten an Hitzeschockproteinen in der Zelle führt. Das vorliegende Verfahren beharrt darauf, daß die Wirtszellenmutante erhöhte Zellwerte an Hitzeschockproteinen umfaßt, wobei die dnaK-Mutanten bevorzugt sind. Obschon die prinzipiellen Beobachtungen, welche die Wechselwirkung des dnaK-Gens und Sigma-32 betreffen, in E. coli durchgeführt worden sind, sind dnaK und Sigma-32-Homologe aus einer Vielfalt prokaryontischer und eukaryontischer Spezies isoliert worden. Es wird angenommen, daß das vorliegende Verfahren in jeder Spezies ausführbar ist, bei der eine Regulierung von Sigma-32 nach oben zu einer Zunahme der Hitzeschockproteine in der Zelle führt. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung sind dnaK&supmin;-Mutationen beherbergende E. coli-Zellen bevorzugt.
  • dnaK-Mutanten sind in der Technik bekannt. Wild et al. (P.N.A.S. USA, 89, 7139, (1992)) beschreiben einen Satz von 37 E. coli- dnaK-Mutanten, denen die Hitzeschockantwort in einigen Aspekten fehlt. Das vorliegende Verfahren beruht auf der dnaK756 genannten dnaK&supmin;-Mutante, die in einer als MF746 bezeichneten Wirtszelle angetroffen wird, welche durch Georgopoulos in Molec. Gen. Genetic., 151:35 (1977), vollständig beschrieben wird. Diese spezielle Mutante ist ferner als groPAB766, groPC766 und grpC766 beschrieben worden. dnaK756 wurde in Anwesenheit des lambdaartigen Bakteriophagen isoliert und gestattet folglich die lambda-Phagenvermehrung nicht. Von der Blockade, die durch die dnaK756- Mutation auf das lambda-Phagenwachstum ausgeübt wird, ist gezeigt worden, daß sie auf der Höhe der Phagen-DNA-Replizierung erfolgt. Es wird angenommen, daß die dnaK756-Mutation, die von dem MF746-Wirt beherbergt wird, für die Produktion eines veränderten DnaK-Proteins verantwortlich ist, das den Abbau der Sigma-32-Untereinheit hemmt, was zu erhöhten Werten der Hitzeschockproteine und molekularen Chaperone in der Zelle führt.
  • Vom Fachmann auf dem Gebiet der Bakterienmutagenese wird erkannt, daß obschon DnaK756 vom vorliegenden Verfahren bevorzugt wird, jede dnaK-Mutation voller Länge benützt werden kann. Verfahren zur Selektion von DnaK-Mutationen sind bekannt und fallen im allgemeinen unter zwei Verfahren. Bei dem ersten Verfahren (Georgopoulos et al. in "The bacteriophage lambda" (A. D. Hershey, Hrsg.), 553, New York Cold Spring Harbor Laboratory, (1971)) wird eine Population von Wildtyp-E.-coli-Zellen durch Einwirkenlassen von Nitrosoguanin mutagenisiert, in komplettem Medium wachsen gelassen und anschließend auf LB-Platten ausgestrichen, in die zwei verschiedene Phagen, λimmλcIhλ und λimm&sup4;³&sup4;cIh&sup4;³&sup4; eingesät wurden. Große Kolonien, die bei 30ºC oder 37ºC wachsen, werden zur Charakterisierung isoliert. Die Verwendung dieser beiden Phagen erfolgt zum Verringern des Wachstums von Wildtypzellen. Der Fachmann erkennt, daß andere Phagenkombinationen verwendet werden können und andere Mutagenesevorschriften funktionieren könnten. Zellen, die auf den Selektionsplatten wachsen, sind entweder mukoid, unfähig zum Adsorbieren entweder der Phagen (und scheinen deshalb phagenresistent zu sein) oder besitzen eine genetische Blockade, die eine Phagenentwicklung verhindert. Kolonien der letzteren Klasse enthalten mutmaßliche DnaK-Mutanten. Die Natur der Mutation kann auf zwei Wegen bestätigt werden. Obschon eine Mutation in dnaK die Phagen-DNA-Replizierung und das Wachstum unterbricht, wachsen Phagen mit Mutationen im P-Gen (λπ) auf Zellen, denen dnaK fehlt. Zweitens können transduzierende Phagen, die in ihrer DNA das Wirt-wt-dnaK-Gen enthalten, auf der Mutante wachsen.
  • Ein weiteres Verfahren (Itikawa et al., J. Bacteriol., 138, 339 (1979)) zum Selektieren von Mutationen in dnaK beruht auf dem thyminlosen Tod bei nicht erlaubten Temperaturen. Zellen werden zuerst mit Nitrosoguanidin oder einem anderen Mutagen mutagenisiert. Da dnaK-Mutationen bei einer DNA-Synthese bei 43ºC oft temperaturempfindlich sind, kann gegen Wildtypzellen durch Inkubation bei 43ºC in einem Medium ohne Thymin selektiert werden. Überlebende Zellen werden als diejenigen angereichert, die keine DNA-Synthese eingehen und können anschließend durch Wachstum auf Platten bei einer erlaubten Temperatur isoliert werden. Die mutmaßlichen dnaK-Mutanten können anschließend mittels desselben, vorstehend beschriebenen Phagenwachstumspektrums mit λπ- und dnaK&spplus;-transduzierendem Phagen und Wildtypphagen durchmustert werden.
  • Eine Vielfalt gewünschter Fremdproteine einschließlich Proteinen mit industriellen, Forschungs- und pharmazeutischen Anwendungen kann durch das vorliegende Verfahren exprimiert werden. Die am besten auf die vorliegende Erfindung anwendbaren Proteine sind die, von denen gezeigt worden ist, daß sie für eine richtige Struktur auf verschiedenen Hitzeschockproteinen und moleklaren Chaperonen basieren. Zum Beispiel haben Goloubinoff et al. (Nature, 342, 884, (1989)) gezeigt, daß chemisch denaturierte D- Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase (Rubisco) in vitro durch gereinigte E. coli-GroEL und -GroES renaturiert werden kann. Ähnliche Wechselwirkungen mit Chaperonen sind für Prä-β-lactamase, Citratsynthetase, Rhodanase und Maus-Dihydrofolatreduktase (DHFR) (Vutanen et al., Protein Science, 1, 363, (1992)) gezeigt worden. Interessierende Proteine, die durch das Verfahren und den Vektor dieser Erfindung exprimiert werden können, schliesßen sowohl Enzyme wie etwa Carboxylasen, Decarboxylasen, Nitrogenasen, Collagenasen, Aminotransferasen, Reduktasen, Dehydrogenasen, Synthetasen, Oxidasen als auch verschiedene andere Proteine wie etwa Hormone und Antikörperfragmente ein. Von den vorgenannten Enzymen und Proteinen sind diejenigen bevorzugt, von denen bekannt ist, daß sie in Anwesenheit von Hitzeschockproteinen und Chaperonen korrekt gefaltet sind, einschließlich Anacystis nidulans und Rhodospirillum rubrum-Ribulosebisphosphat-Carboxylase, Klebsiella pneumoniae-Nitrogenase, Vibrio fischeri-LuxR-Regulationsprotein, Human-Procollagenase, Gersten- Glutamat-1-semialdehydaminotransferase, Erbsen-Ferredoxin-NADP&spplus;- Oxidoreduktase, Decarboxylase aus Säugern für verzweigtkettige α-Ketosäuren, menschliches Wachstumshormon, Schweine-Citratsynthase, Bacillus stearothermophilus-Lactatdehydrogenase, Thermus thermophilus-Isopropylmalatdehydrogenase und Isocitratdehydrogenase, Bacillus stearothermophilus-Glucose-6-phosphatdehydrogenase, Mitochondrienrhodanase, Hefeglucosidase, Fab-Fragment des monoklonalen Antikörpers aus der Maus, rekombinantes Immunotoxin, Escherichia coli-Glutaminsynthetase, Escherichia coli Tryptophanase, Arthrobacter oxidans-6-Hydroxy-D-nicotinoxidase, Ratten-Ornithintranscarbamoylase und Haferphytochrom. Am meisten bevorzugt sind der Liste entnommene Proteine, welche aus dimerer und hexadekamerer Ribulosebisphosphat-Carboxylase, Alfalfa-Glutaminsynthetase, Human-Mittelketten-Acyl-CoA-Dehydrogenase, Amphibien-Superoxiddismutase, Decarboxylase aus Säugern für verzweigtkettige α-Ketosäuren und Brassica S-Locusrezeptorkinase- Fusionsprotein bestehen.
  • Das aus Pflanzen und Photosynthesebakterien und Algen isolierte Rubiscoenzym katalysiert den Eintritt von CO in den Photosynthesestoffwechsel und liefert Akzeptormoleküle, welche die Produkte der Lichtreaktionen der Photosynthese verbrauchen. Zwei Typen Rubisco mit ganz bestimmten quaternären Strukturen sind bekannt. Die einfacheren Rubiscomoleküle stammen aus dem purpurfarbenen schwefelfreien Photosynthesebaktenum Rhodospirillum rubrum. Das Oligomer ist ein Dimer aus identischen, großen Polypeptiduntereinheiten mit jeweils einer relativen Molmasse von 50 500 Da. Die gebräuchlichere Form von Rubisco in Pflanzen und Bakterien ist das strukturell komplexere Hexadekammer, das acht große Untereinheiten mit jeweils einer Molmasse zwischen 50000 Da und 50500 Da und acht kleine Untereinheiten mit jeweils einer Molmasse zwischen 12000 Da und 18000 Da (Gatenby et al., TIBTECH., 8, 354, (1990)) umfaßt. Es ist anzumerken, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung diese beiden bedeutend unterschiedlichen Formen des Rubiscoenzyms in biologisch aktiver Form exprimieren kann.
  • Das vorliegende Verfahren stellt ferner einen Vektor bereit, der eine Wirtszelle transformieren kann, die ein heterologes DNA- Fragment umfaßt, das für ein exprimierbares, gewünschtes Fremdprotein kodiert. Der Vektor enthält Sequenzen, welche die Transkription und Translation des heterologen DNA-Fragments lenken, einen selektierbaren Marker und Sequenzen, die die autonome Replikation oder den Einbau in Chromosomen gestatten. Geeignete Vektoren umfassen eine 5'-Region des heterologen DNA-Fragments, die Transkriptionsstartkontrollen beherbergt, und eine 3'-Region des DNA-Fragments, welche das Transkriptionsende steuert. Es ist äußerst bevorzugt, daß beide Steuerregionen aus Genen stammen, die zu E. coli homolog sind, obschon es sich versteht, daß derartige Steuerregionen nicht aus den Genen stammen müssen, die für die als Wirte für die Produktion gewählten speziellen Spezies natürlich sind.
  • Startkontrollregionen, die gebräuchlicher als Promotoren bezeichnet werden, welche zum Lenken der Exprimierung homologer DNA-Fragmente in E. coli nützlich sind, sind zahlreich und dem Fachmann vertraut. Praktisch jeder Promotor, der die Transkription des für das gewünschte Protein kodierenden Gens lenken kann, ist für die vorliegende Erfindung geeignet, wobei die lac- Promotoren bevorzugt sind.
  • Regionen zur Terminierungskontrolle können auch aus verschiedenen, gegenüber E. coli natürlichen Wirten oder gegebenenfalls aus anderen bakteriellen oder eukaryontischen Wirten oder Bakteriophagen oder Viren stammen. Gegebenenfalls kann eine E. coli- Terminierungsstelle unnötig sein, sie ist jedoch am bevorzugtesten mit inbegriffen.
  • Zur intrazellulären Produktion des gewünschten Proteins wird für das Protein kodierende DNA über ihr Startkodon mit der zur Expressionskontrolle gewählten Region funktionsfähig verbunden, so daß die Exprimierung zur Bildung der entsprechenden Boten-RNA führt. Falls die Produktion eines Fusionsproteins gewünscht wird, wird wahlweise für das gewünschte Protein kodierende DNA an ihrem 5'-Ende mit dem 3'-Ende des für das Fusionspartnerprotein kodierenden Gens verbunden. Wahlweise kann die umgekehrte Ausrichtung aufgebaut werden, wo für das Fusionspartnerprotein kodierende DNA an ihrem 5'-Ende mit dem 3'-Ende der für das gewünschte Protein kodierenden DNA verbunden wird. Gewünschtenfalls wird auch für ein Enzym oder einen chemisch spaltbaren Linker kodierende DNA ohne Unterbrechung des Leserahmens zwischen der für das gewünschte Protein kodierenden DNA und der für den Fusionspartner kodierenden DNA eingebaut, so daß die Exprimierung ein Fusionsprotein liefert, aus dem das gewünschte Protein durch Enzym- oder chemische Spaltung freigesetzt werden kann. Ein Beispiel des Weges über ein Fusionsprotein wird von Contreras et al., Bio Technology, 9, 378, (1991), gegeben.
  • Der Aufbau eines für die Exprimierung eines gewünschten Proteins in einem Wirt der vorliegenden Erfindung geeigneten Vektors kann mittels dem Fachmann wohlbekannte Mittel bewerkstelligt werden. Die Quelle für das Gen, das für das gewünschte Protein kodiert, kann entweder Chromosomen-DNA oder ein zuvor aufgebauter, das Gen enthaltender Vektor sein.
  • Das vorliegende Verfahren beruht auf zwei pANK1 (Figur 1) und pRR2119 (Figur 2) bezeichneten Plasmiden. pANK1 umfaßt ein DNA- Fragment, das für die großen und kleinen Untereinheiten der hexadekameren Ribulosebisphosphat-Carboxylase-Oxygenase (Rubisco) aus Synechococcus PCC6301 kodiert, und wird bei Newman und Gutteridge, J. Biol. Chem., 265:15154 (1990), vollständig beschrieben. pRR2119 ist ein rekombinantes Plasmid, das ein DNA- Fragment umfaßt, das für das dimere Rubisco aus Rhodospirillum rubrum kodiert, und wird in Somerville, C. R. und Somerville, S. C., Mol. Gen. Genet., 193:214 (1984), vollständig beschrieben.
  • Das rekombinante Plasmid pANK1 stammte aus pUC18 mit einer Inserierung des für die hexadekamere Form des Rubisco-Enzyms kodierenden Gens. Sowohl die Abschnitte der großen als auch der kleinen Untereinheiten der Rubisco-Gene stehen unter der Kontrolle des lacZ-Promotors (Figur 1). Wie in der Technik wohlbekannt ist, wird der lac-Promotor normalerweise in E. coli- Wirten reprimiert und kann durch Zusatz von Isopropyl-β-D-thiogalactosid (IPTG) induziert werden, was zur Exprimierung des Rubisco-Gens führt. Außerdem enthält pANK1 ein für die Ampicillinresistenz kodierendes Gen, das als selektierbarer Marker brauchbar ist.
  • Das rekombinante Plasmid pRR211g ist 6,0 kb groß und wurde aus zwei anderen Plasmiden, pRR116 und pSG21, aufgebaut und enthält das für dimere Rubisco kodierende Gen unter der Transkriptionskontrolle des E. coli-lac-Promotors (Figur 2). Wie pANK1 enthält pRR2119 ein Gen für die Ampicillinresistenz und das Rubisco-Gen ist mit IPTG induzierbar.
  • Wirtszellen, die entweder vom Wildtyp sind oder die dnaK756- Mutation enthalten, können mit den Vektoren der vorliegenden Erfindung durch jedes dem Fachmann bekannte Mittel transformiert werden. Typischerweise wurden Zellen durch Behandlung mit CaCl kompetent gemacht, mit dem gewünschten Vektor transformiert und die sich daraus ergebenden Transformanten wurden durch Standardverfahren für die Ampicillinresistenz auf Ampicillin enthaltenden LB-Platten durchmustert. Der E. coli-Wirt MF746 wurde entweder mit Plasmid oder Plasmid pRR2119 unter Herstellen der Transformantenwirte MF746 (pANK1) beziehungsweise MF746 (pRR2119) transformiert. In ähnlicher Weise wurde der E. coli-Wirt C600, ein Wildtyp für DnaK, ebenfalls mit oder pRR2119 transformiert, was zu den Transformanten C600 (pANK1) und C600 (pRR2119) führte.
  • Zur Exprimierung des Rubisco-Proteins wurden einzelne Kolonien auf eine Dichte von A&sub6;&sub0;&sub0; = 0,3 kultiviert und mit 1 mM Isopropylβ-D-thiogalactosid (IPTG) induziert. Proben wurden in stündlichen Abständen entnommen und auf die Anwesenheit von Rubisco analysiert.
  • Zum Bestimmen der Gehalte an exprimiertem Rubisco-Protein wurden induzierte Zellen aufgebrochen und auf Gesamtprotein und die Anwesenheit des Rubisco-Enzyms analysiert. Das Aufbrechen der Zellen wurde durch Standardverfahren mittels einer French-Presse bewerkstelligt und der Zellextrakt wurde durch Zentrifugieren abgetrennt. Das Gesamtprotein wurde aus dem Überstand durch das Verfahren von Biorad (Bio-Rad Laboratories, Richmond, CA) gemäß der vom Hersteller gelieferten Vorschrift bestimmt.
  • Die Anwesenheit von Rubisco kann durch eine Vielfalt Verfahren einschließlich ELISA-Techniken (Metodiev et al., J. Exp. Bot., 43, 155 (1992)) oder durch spektrophotometrische Verfahren (Lan et al., Plant Physiol., 95:604 (1991)) bestimmt werden. Ein bevorzugtes Verfahren umfaßt den Einbau von radiomarkiertem &sup4;C wie bei (Goloubinoff et al., Nature, 342, 884 (1989)) beschrieben. Kurz gesagt wurden 100 µl Zellextraktüberstand einer Lösung zugesetzt, die 100 mM Bicin-NaOH pH 8,0, 20 mM MgCl, 1 mM Dithiothreit und 50 mM NaH[&sup4;C]O&sub3; (0,22 mCi/mMol) enthielt, und 10 Minuten bei 25ºC inkubiert. 1 mM Ribulosebisphosphat (RuBP) wurde anschließend zugesetzt und das Gemisch wurde weitere 30 Minuten inkubiert; dann wurde die Reaktion mit 10% Essigsäure beendet. Der Zusatz von Essigsäure vertreibt nicht eingebautes &sup4;C und die Rubisco-Aktivität wird als Bildung von säurestabilem &sup4;C in Phosphoglycerinsäure während 30 Minuten bei 25ºC gemessen.
  • In den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden in einen Vektor klonierte Fremdgensequenzen in einen E. coli-Stamm transformiert, der die dnaK756-Mutation trägt. Der Vektor enthält Sequenzen, die die Transkription und Translation des Fremdgens lenken, einen selektierbaren Marker und Sequenzen, die die autonome Replizierung oder den Chromosomeneinbau erlauben. Die Transformierung und das Wachstum von Übernacht-Kulturen wird bei 30ºC durchgeführt, um die Selektion von Revertanten bei höheren Temperaturen zu vermeiden. Die transformierten Wirtszellen werden in einem geeigneten Medium kultiviert, welches das Wachstum nur des transformierten Organismus erlaubt. Die Zellen werden bei konstanter Temperatur innerhalb des Bereichs von 30-42ºC über eine entsprechende Zeit nach der Induktion der Exprimierung des Fremdgens kultiviert. Wenn die Anreicherung an biologisch aktivem Fremdprotein ein Plateau erreicht hat, werden die Zellen geerntet, aufgebrochen und das Fremdprotein wird isoliert. Stämme mit der dnaK756-Mutation enthalten ein verändertes DnaK- Protein, das die Hitzeschockantwort nicht negativ steuert. Selbst bei 30ºC zeigten dnaK756-Zellen erhöhte Werte für die Hitzeschock-Proteinsynthese und -Anreicherung und die Wirkung wird ausgeprägter, wenn die Temperatur des Kulturmediums erhöht wird. Während der Fremdproteinproduktion in dnaK756 bei 30ºC werden verglichen mit Wildtyp-dnaK-Stämmen erhöhte Ausbeuten an funktionellem Protein erhalten. Die Ausbeuten werden weiter erhöht, wenn die Temperatur für das Zellwachstum erhöht wird und die höchste Anreicherung an aktivem Fremdprotein wird im Bereich von 37-42ºC erhalten.
  • Es ist anzumerken, daß diese Erfindung nicht von einer biologischen Erklärung der Beobachtung des Verhaltens dieses Expressionssystems abhängt. Obschon die Erfindung nicht auf eine bestimmte Theorie eingeschränkt ist, haben wir für die angestellten Beobachtungen eine vernünftige Erklärung.
  • Es ist bekannt, daß der dnaK756-Stamm eine veränderte Form des DnaK-Proteins synthetisiert, was zu einem hitzeempfindlichen Phänotyp und dem Versagen beim Unterstützen der Replikation von Bakteriophagen-DNA führt. Das Wildtyp-DnaK-Protein steuert die Werte für die Exprimierung der Hitzeschock- oder stressgesteuerten Proteine in E. coli. In den gegenwärtigen Modellen wird dies durch Binden von DnaK an die Sigma-32-Untereinheit der RNA-Polymerase erreicht, was die Empfindlichkeit dieser Untereinheit gegenüber der Proteolyse erhöht und auf diese Weise den Gehalt dieser Untereinheit in der Zelle vermindert. Die Exprimierung der Hitzeschockgene erfordert die Transkription aus speziellen Promotoren, die nur durch RNA-Polymerase erkannt werden, die die Sigma-32-Untereinheit enthält, deshalb wird die Exprimierung in Abwesenheit dieser Untereinheit vermindert. Eine Eigenschaft des DnaK756-Proteins ist, daß es nicht wirksam an die Sigma-32-Untereinheit bindet und die Untereinheit deshalb durch Proteasen nicht so rasch abgebaut wird. Die sich daraus ergebenden höheren Sigma-32-Werte in der Zelle erlauben eine erhöhte Transkription aus den Sigma-32-kontrollierten Promotoren und die Hitzeschockproteine einschließlich der molekularen Chaperone reichem sich auf höhere als übliche Werte im Temperaturbereich von 30-42ºC an. Die Produktion der in dem dnaK756-Stamm exprimierten aktiven Fremdproteine ist verglichen mit Wildtyp-dnaK-Stämmen erhöht.
  • Die folgenden Beispiele sind zum Veranschaulichen der Erfindung bestimmt, sind aber nicht dazu gedacht, sie in irgendeiner Weise zu beschränken. Geeignete, hierin eingesetzte gentechnische Verfahren werden bei Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual - Band 1, 2, 3 (Cold Spring Harbor Laboratory: Cold Spring Harbor, New York, 1989) und in den Anweisungen beschrieben, welche die im Handel erhältlichen gentechnischen Kits begleiten. Bakterienkulturen und Plasmide zum Durchführen der vorliegenden Erfindung sind entweder im Handel erhältlich oder bei der ATCC hinterlegt und sind zusammen mit ihren Quellen im Text und den folgenden Beispielen angegeben. Solange nicht anders angegeben, wurden in den folgenden Beispielen verwendete Standardreagenzien und -lösungen von der Sigma Chemical Co. (St. Louis, MO) geliefert.
  • BEISPIEL 1 Erhöhte Produktion der hexadekameren Form von Rubisco im E. coli-Stamm MF746
  • Die E. coli-Stämme MF746 und C600 wurden mit dem Rubisco-Expressionsplasmid pANK1 gemäß dem nachstehend ausgeführten Verfahren transformiert. Transformanten wurden bei 37ºC in Flüssigkultur in LB-Medium, das 0,2% Glucose und 50 µg Ampicillin je ml enthielt, auf A&sub6;&sub0;&sub0; 0,3 gezüchtet und mit 1 mM IPTG induziert. Proben von 15 ml wurden 1 und 2 h nach der Induktion entnommen und die Zellen wurden wie vorstehend beschrieben aufgebrochen und bestimmt. Die Enzymaktivität für beide Transformanten wird in Tabelle I angegeben und wird als nMol CO, das in säurestabiles Material eingebaut ist, je min je mg Protein ausgedrückt.
  • Wirtsbakterien:
  • Der E. coli-Stamm MF746 (thr-1, dnaK756, tonA21, lacY1, supE44, λ&supmin;) oder der E. coli-Stamm C600 (thr-1, toA21, lacY1, supE44, λ&supmin;) wurden als Transformationsempfänger verwendet. Der E. coli- Stamm MF746 wurde von Dr. Barbara J. Bachmann, E. coli Genetic Stock Center, Department of Biology 255 OML, Yale-Universität, Postfach 6666, New Haven, CT 06511-7444, erhalten. Die Stock Center-Stammnummer ist CGSC 5829. Der Stamm ist auch als CG756 und GR756 beschrieben worden. Die interessierende Mutation in dem Stamm ist dnaK756 (Georgopoulos, C. P., Molec. Gen. Genet. 151:35 (1977)). Der E. coli-Stamm MF746 stammte von dem E. coli- Stamm C600. Der E. coli-Stamm C600 wurde als Wildtyp-dnaK-Kontrolle verwendet. Der E. coli-Stamm C600 wurde von Stratagene, 11099 N. Torrey Pines Road, La Jolla, CA 92037, erhalten.
  • Plasmide:
  • Das rekombinante Plasmid pANK1 wurde von Dr. S. Gutteridge, Central Research and Development, DuPont, erhalten und kodiert für die Gene für die große und kleine Untereinheit der hexadekammeren Ribulosebisphosphat-Carboxylase-Oxygenase (Rubisco) aus Synechococcus PCC6301.
  • E. coli-Transformation und Wachstum:
  • Zellen des E. coli-Stammes MF746 und des E. coli-Stammes C600 wurden durch CaCl-Behandlung kompetent gemacht, mit den Expressionsplasmiden pANK1 transformiert und auf 0,2% Glucose und 50 µg/ml Ampicillin enthaltenden LB-Platten wurden bei 30ºC Transformanten mit Ampicillinresistenz selektiert. Einzelne Kolonien wurden in flüssiges. LB-Medium, das 0,2% Glucose und 50 µg/ml Ampicillin enthielt, eingeimpft und über Nacht unter Schütteln bei 30ºC kultiviert. Die Kulturen in stationärer Phase wurden in frisches Medium 1:50 verdünnt und unter Schütteln bei der konstanten Temperatur von 37ºC kultiviert. Als die Zelldichte eine A&sub6;&sub0;&sub0; von 0,3 erreicht hatte, wurde eine aliquote Menge von 15 ml entnommen, die Zellen wurden durch 10 min Zentrifugieren bei 10000 x g gesammelt und die pelletierten Zellen wurden gefroren aufbewahrt. Auf die Entnahme einer ersten aliquöten Menge folgend wurde 1 mM Isopropyl-β-D-thiogalactosid (IPTG) (BRL, Gaithersburg, MD) dem Rest der Kultur unter Induzieren der Exprimierung des Plasmid-kodierten Fremdproteins zugesetzt. Weitere Proben wurden in Abständen von 1 Stunde entnommen.
  • Aufbrechen der Zellen und Proteinanalyse:
  • Gefrorene Zellpellets wurden aufgetaut und in 3 ml 100 mM Bicin- NaOH pH 8,0, 20 mM MgCl, 1 mM Dithiothreit, 5 µg/ml Desoxyribenuklease I (Sigma Chemical Co. St. Louis, MO) erneut suspendiert, gefolgt vom Aufbrechen durch Durchlaufen einer French- Druckzelle (SLM Instruments Inc.) bei 20000 psi. Der Zellextrakt wurde 30 min bei 40000 x g zentrifugiert und der Überstand zurückbehalten. Das Gesamtprotein wurde an dem Überstand durch das Verfahren von Biorad (Bio-Rad Laboratories, Richmond, CA) gemäß der durch den Hersteller gelieferten Vorschrift bestimmt.
  • Rubisco-Bestimmungen wurden in einem Endvolumen von 300 µl, das 100 mM Bicin-NaOH pH 8,0, 20 mM MgCl, 1 mM Dithiothreit, 50 mM NaH[&sup4;C]O&sub3; (0,22 mCi/mMol), 1 mM Ribulosebisphosphat (RuBP) und 100 µl Zellextrakt enthielt, im wesentlichen wie bei Goloubinoff et al., Nature, 342, 884 (1989) beschrieben, durchgeführt. Alle Bestandteile außer RuBP wurden in einem Volumen von 288 µl gemischt und 10 min bei 25ºC inkubiert. Ribulosebisphosphat wurde von der Sigma Chemical Co. (St. Louis, MO) erhalten und Na-H[&sup4;C]O&sub3; (0,22 mCi/mMol) wurde von New England Nuclear Co. (Boston, Mass.) erhalten.
  • Der Test wurde durch Zugabe von 12 µl 25 mM RuBP gestartet und es wurde 30 min bei 25ºC inkubiert. Die Reaktion wurde durch Zugabe von 700 µl 10% Essigsäure angehalten und der Inhalt der Reaktionsröhrchen wurde bei 85ºC getrocknet. Der getrocknete Rückstand wurde in 500 µl Wasser gelöst, mit 10 ml Ready Safe Szintillationscocktail (Beckman Instruments) gemischt und die eingebaute Radioaktivität wurde durch Flüssigkeitsszintillationszählen bestimmt. Die Proteinprofile in den Zellextrakten wurden durch Elektrophorese auf 6 oder 10% Polyacrylamidgelen in Anwesenheit oder Abwesenheit von Natriumdodecylsulfat untersucht, gefolgt vom Anfärben der Gele mit Coomassiebrillantblau (Bio-Rad Laboratories, Richmond, CA). TABELLE I Rubisco-Aktivität in NANKL-transformierter E. coli
  • Wie aus Tabelle I ersehen werden kann, wird die Expression aktiver hexadekamerer Rubisco in dem dnaK-Mutantenstamm im Gegensatz zum Wildtyp um das 2- bis 3fache verstärkt.
  • Der E. coli-Stamm MF746 wurde am 18. März 1993 bei der ATCC unter den Bestimmungen des Budapester Vertrages hinterlegt und durch die ATCC-Nummer 69267 identifiziert.
  • BEISPIEL 2 Verstärkte Produktion der hexadekameren Form von Rubisco im E. coli-Stamm MF746 in einem Temperaturbereich
  • Die E. coli-Stämme MF746 und C600 wurden mit dem Rubisco-Expressionsplasmid pANK1 wie zuvor beschrieben transformiert. Transformanten wurden bei 30, 37 oder 42ºC in Flüssigkultur in LB-Medium, das 0,2% Glucose und 50 µg je ml Ampicillin enthielt, auf A&sub6;&sub0;&sub0; 0,3 kultiviert. Die Rubisco-Exprimierung wurde 1 h mit 1 mM IPTG induziert, wonach Proben von 15 ml entnommen wurden und die Zellen wie zuvor beschrieben aufgebrochen und bestimmt wurden. Die Enzymaktivität für beide Transformanten wird in Tabelle II angegeben und wird als nMol CO, das in säurestabiles Material eingebaut ist, je min je mg Protein ausgedrückt.
  • Wirtsbakterien:
  • Der E. coli-Stamm MF746 (thr-1, dnaK756, tonA21, lacY1, supE44, λ&supmin;) oder der E. coli-Stamm C600 (thr-1, Lona21, lacY1, supE44, λ&supmin;) wurden als Transformationsempfänger verwendet.
  • Plasmide:
  • Das rekombinante Plasmid pANK1 wurde von Dr. S. Gutteridge, Central Research and Development, DuPont, erhalten und kodiert für die Gene für die große und kleine Untereinheit der hexadekameren Ribulosebisphosphat-Carboxylase-Oxygenase (Rubisco) aus Synechococcus PCC6301. Plasmid pANK1 wird bei Newman, J. und Gutteridge, S., J. Biol. Chem. 265:15154 (1990), beschrieben.
  • E. coli-Transformation und Wachstum:
  • Zellen des E. coli-Stammes MF746 und des E. coli-Stammes C600 wurden durch CaCl-Behandlung kompetent gemacht, mit den Expressionsplasmiden pANK1 transformiert und auf 0,2% Glucose und 50 µg/ml Ampicillin enthaltenden LB-Platten wurden bei 30ºC Transformanten mit Ampicillinresistenz selektiert. Einzelne Kolonien wurden in flüssiges LB-Medium, das 0,2% Glucose und 50 µg/ml Ampicillin enthielt, eingeimpft und über Nacht unter Schütteln bei 30ºC kultiviert. Die Kulturen in stationärer Phase wurden in frisches Medium 1:50 verdünnt und unter Schütteln bei einer aus 30, 37 und 42ºC gewählten konstanten Temperatur in getrennten Kulturkolben kultiviert. Als die Zelldichte eine A&sub6;&sub0;&sub0; von 0,3 erreicht hatte, wurde eine aliquete Menge von 15 ml entnommen, die Zellen wurden durch 10 min Zentrifugieren bei 10000 x g gesammelt und die pelletierten Zellen wurden gefroren aufbewahrt. Auf die Entnahme einer ersten aliqueten Menge folgend wurde 1 mM Isopropyl-β-D-thiogalactosid (IPTG) (BRL, Gaithersburg, MD) dem Rest der Kultur unter Induzieren der Exprimierung des Plasmidkodierten Fremdproteins zugesetzt. Weitere Proben wurden in Abständen von 1 Stunde entnommen.
  • Aufbrechen der Zellen und Proteinanalyse:
  • Gefrorene Zellpellets wurden aufgetaut und in 3 ml 100 mM Bicin- NaOH pH 8,0, 20 mM MgCl, 1 mM Dithiothreit, 5 µg/ml Desoxyribenuklease I erneut suspendiert. Das Aufbrechen der Zellen, die Gesamtproteinbestimmung und die Rubisco-Bestimmung wurden wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführt. TABELLE II Rubisco-Aktivität in DANKI-transformierter E. coli
  • Wie aus Tabelle II ersehen werden kann, wird die Expression von aktiver hexadekamerer Rubisco in dem dnaK-Mutantenstamm im Gegensatz zum Wildtyp um das 3- bis 4fache verstärkt.
  • Der das Rubisco-Expressionsplasmid pANK1 enthaltende E. coli- Stamm MF746 wurde am 18. März 1993 bei der ATCC unter den Bestimmungen des Budapester Vertrages hinterlegt und durch die ATCC-Nummer 69268 identifiziert.
  • BEISPIEL 3 Erhöhte Produktion der dimeren Form von Rubisco im E. coli-Stamm MF746
  • Die E. coli-Stämme MF746 und C600 wurden mit dem dimeren Rubisco-Expressionsplasmid pRR2119 transformiert. Transformanten wurden bei 37ºC in Flüssigkultur in LB-Medium, das 0,2% Glucose und 50 µg je ml Ampicillin enthielt, auf A&sub6;&sub0;&sub0; 0,3 kultiviert. Eine Probe von 15 ml wurde entnommen, 1 mM IPTG wurde zur Induktion zugesetzt und eine zweite Probe von 15 ml wurde 1 h nach der Induktion entnommen. Die Zellen wurden wie zuvor beschrieben aufgebrochen und bestimmt. Die Enzymaktivität für beide Transformanten wird in Tabelle III angegeben und wird als nMol CO, das in säurestabiles Material eingebaut ist, je min je mg Protein ausgedrückt.
  • Wirtsbakterien:
  • Der E. coli-Stamm MF746 (thr-1, dnaK756, toA21, lacY1, supE44, λ&supmin;) oder der E. coli-Stamm C600 (thr-1, toA21, lacY1, sup444, λ&supmin;) wurden als Transformationsempfänger verwendet.
  • Plasmide:
  • Das rekombinante Plasmid pRR2119 wurde von Dr. C. R. Somerville (DOE Plant Research Laboratory, Michigan State University, East Lansing, MI 48824) erhalten und kodiert für die Gene der dimeren Rubisco aus Rhodospirillum rubrum. Plasmid pRR2119 wird bei Somerville, C. R. und Somerville, S. C., Mol. Gen. Genet. 193:214 (1984) beschrieben.
  • E. coli-Transformation und Wachstum:
  • Der E. coli-Stamm MF746 (thr-1, dnaK756, toA21, lacY1, supE44, λ&supmin;) oder C600 (thr-1, toA21, lacY1, supE44, λ&supmin;) wurden als Transformationsempfänger verwendet. Unter Verwenden dem Fachmann wohlbekannter Techniken wurden die Zellen durch CaCl-Behandlung kompetent gemacht, mit dem Expressionsplasmid pRR2119 transformiert und auf 0,2% Glucose und 50 µg/ml Ampicillin enthaltenden LB-Platten wurden bei 30ºC Transformanten mit Ampicillinresistenz selektiert. Einzelne Kolonien wurden in flüssiges LB- Medium, das 0,2% Glucose und 50 µg/ml Ampicillin enthielt, eingeimpft und über Nacht unter Schütteln bei 30ºC kultiviert. Die Kulturen in stationärer Phase wurden in frisches Medium 1:50 verdünnt und unter Schütteln bei einer konstanten Temperatur von 37ºC kultiviert. Als die Zelldichte eine A&sub6;&sub0;&sub0; von 0,3 erreicht hatte, wurde eine aliquote Menge von 15 ml entnommen, die Zellen wurden durch 10 min Zentrifugieren bei 10000 x g gesammelt und die pelletierten Zellen wurden gefroren aufbewahrt. Auf die Entnahme der ersten aliqueten Menge folgend wurde 1 mM Isoprepyl-β-D-thiogalactosid (IPTG) (BRL, Gaithersburg, MD) dem Rest der Kultur unter Induzieren der Exprimierung des Plasmid-kodierten Fremdproteins zugesetzt. Weitere Proben wurden in Abständen von 1 Stunde entnommen.
  • Aufbrechen der Zellen und Proteinanalyse:
  • Gefrorene Zellpellets wurden aufgetaut und in 3 ml 100 mM Bicin- NaOH pH 8,0, 20 mM MgCl, 1 mM Dithiothreit, 5 µg/ml Desoxyribenuklease 1 (Sigma Chemical Co. St. Louis, MO) erneut suspendiert. Das Aufbrechen der Zellen, die Gesamtproteinbestimmung und die Rubisco-Bestimmung wurden wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführt. TABELLE III Rubisco-Aktivität in pRR2119-transformierter E. coli
  • Wie aus den Daten von Tabelle III ersehen werden kann, wird die Expression von dimerer Rubisco in den dnaK756-Mutanten im Gegensatz zum Wildtypwirt um das 1,5- bis 2,5fache verstärkt.
  • Der das Rubisco-Expressionsplasmid pRR2119 enthaltende E. coli- Stamm MF746 wurde am 18. März 1993 bei der ATCC unter den Bestimmungen des Budapester Vertrages hinterlegt und durch die ATCC-Nummer 69266 identifiziert.

Claims (5)

1. Verfahren zum Herstellen eines heterologen Proteins in biologisch aktiver Konformation in einer transformierten Escherichia coli-dnaK-Mutanten-Wirtszelle, wobei das Verfahren:
a) das Exprimieren des heterologen Proteins in einer biologisch aktiven Konformation in der Wirtszelle und
b) das Ernten des heterologen Proteins mit einer biologisch aktiven Konformation aus der Wirtszelle umfaßt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das heterologe Protein der Gruppe entnommen wird, die aus dimerer D-Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase, hexadekamerer D-Ribulose-1,5-bisphosphat- Carboxylase, insulinähnlichem Wachstumsfaktor (IGF-1), Alfalfa- Glutamin-Synthetase, Human-Mittelkettenacyl-CoA-Dehydrogenase, Amphibien-Superoxid-Dismutase, verzweigtkettiger alpha-Ketosäuren-Dehydrogenase aus Säugern und Brassica S-Locusrezeptor- Kinase-Fusionsprotein besteht.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die dnaK-Mutation zu einem Mutantenprotein voller Länge führt.
4. Biologisch reine Kultur einer transformierten dnaK-Mutanten-Escherichia coli MF746, die das pANK1-Plasmid beherbergt, welches heterologes Protein in einer biologisch aktiven Konformation produzieren kann, und die ATCC-Nummer 69268 hat, oder eines Äquivalents derselben.
5. Biologisch reine Kultur einer transformierten dnaK-Mutanten-Escherichia coli MF746, die das pRR2119-Plasmid beherbergt, welches heterologes Protein in einer biologisch aktiven Konformation produzieren kann, und die ATCC-Nummer 69266 hat, oder eines Äquivalents derselben.
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