JP2971290B2 - プラスミド及びそれで形質転換されたエシェリチア・コリ - Google Patents
プラスミド及びそれで形質転換されたエシェリチア・コリInfo
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Description
関するものであり、更に詳細には、本発明は、ヒトCR
P(C−reactive protein)の遺伝子
を有する新規なプラスミド、このプラスミドで形質転換
された新規な微生物、例えばエシェリチア・コリ及び該
形質転換体を培養することによるヒトCRPの新規製造
法に関するものである。
確立され、しかもこのヒトCRPは純度が非常に高いの
で、医薬はもとより診断、臨床検査の技術分野において
も、有利に利用することができる。
性障害、悪性腫瘍などに起因する本態不明の刺激物質の
刺激によって肝臓で生成され、血流を通じて炎症の場に
達し、壊死に陥った細胞膜のリン脂質と結合して補体の
活性化、血小板凝集の抑制、リンパ球諸機能の促進、貧
食細胞の機能促進などの生物学的変化をおこし、それら
を通じて炎症により生じた体内の病的産物を除去する。
定量は、一元免疫拡散法、毛細管法などCRPを含む被
検血清に抗CRP血清を加える方法で測定されている。
しかし、現在用いられている腹水由来の抗原はCRPと
アミノ酸配列上のホモロジーの高いSAP(Serum
Amyloid P Component)をはじめ
とする血清成分を、抗原として問題のない程度まで精製
除去したものであるが、そのためには多くの精製ステッ
プが必要となり生産コストがかかる。また精製が不十分
で血清成分が混合したようなCRPを抗原として動物に
免疫して得られた抗血清あるいはIgGを用いて血液中
のCRPを測定すると、精製で完全に除去できなかった
SAPをはじめとする血清成分に対する抗体のバックグ
ランドがあって正確に定量することが難しかった。
PとしてSAPをはじめとする血清成分の残存の無い高
純度で安価なCRPの出現が熱望されていた。
ia)属に属する細菌は、CRPを全く生産しない。
よびそれによって形質転換された微生物はよく知られて
いる。例えば、Science 198,1056(1
978)には、プラスミドpBR322にラクトースプ
ロモーターをつないだプラスミドを導入した大腸菌内で
動物タンパク質が生産されることが記載されている。
ミド及びそれによって形質転換された微生物に関して
は、全く何も記載されていないし、その創製に成功した
という報告もなされていない。
て、血液中のCRP量を定量する場合、その抗体作製に
用いる抗原CRPに微量の血清成分(特にSAP)が残
存すると、得られた抗血清は残存血清成分に対する抗体
も含むことになり、測定値にバックグランドが生じる。
従ってヒト由来の原料から抗原CRPを調製する限り、
血液中のCRP量を正確に定量できるCRP抗体の調製
が困難であった。
伝子工学的にヒトCRPを調製する事によって血清成分
の存在しない高純度な抗原CRPの調製を鋭意研究した
結果、CRPを大腸菌の菌体外に分泌発現させることに
よって天然型CRPと蛋白化学的、免疫学的にまったく
同一の組換えCRPを調製するのに成功した。
トプラセンタ由来の染色体DNAからPCR(Poly
merase Chain Reaction)法を用
いて増幅し、これを発現できるプラスミドにクローン化
しうることおよびこのプラスミドで形質転換されたエシ
ェリチア・コリが大量のヒトCRPを生産すること、ま
たこの組換え型CRPは天然型と全く同一のアミノ酸配
列を持ち、天然型と同様にカルシウムイオン存在下にホ
スホリルコリンと結合すること、ホスホリルコリン固定
化カラムを用いたアフィニティ精製法を用いると1ステ
ップで抗原として最適な純度にまで精製されることを見
い出したのである。
られた組換えCRPを抗原として免疫し、血清成分と交
差しないCRP抗体が得られることを確認し、遂に本発
明の完成に至ったものである。
RP遺伝子をPCR法で増幅し、ベクタープラスミドに
連結した組換え体プラスミドおよびヒト染色体由来のC
RP遺伝子をPCR法で増幅し、ベクタープラミドに連
結した組換え体プラスミドで形質転換されたエシェリチ
ア・コリ(Escherichia coli)を要旨
とするものである。
iochim.Biophys.Acta.72,61
9−629(1963)の記載の方法に従い、ヒトCR
P遺伝子とプロモーター及びベクターとしての役割を有
するDNAとをJ.Mol.Biol.96,171−
184(1974)に記載の方法で制限酵素で消化し、
次いでリガーゼを用いて結合することにより調製でき
る。
Aとしては、例えばエシェリチア・コリ由来のpBR3
22などのDNAがあげられる。プロモーターとしては
例えばタックプロモーター、トリプトファンプロモータ
ー、ラムダ・ピーエルプロモーター、ラムダ・ピーアー
ルプロモーター、ラクトースプロモーター、T7プロモ
ーターなどがあげられる。分泌シグナルペプチドとして
は例えば大腸菌由来のアルカリ性ホスファターゼ、外膜
タンパク質A、外膜タンパク質F、β−ラクタマーゼな
どのシグナルペプチドがあげられる。また制限酵素とし
ては、例えばEcoRI、PstIがあげられ、リガー
ゼとしては、例えばT4DNAリガーゼがあげられる。
ては、ヒトプラセンタ由来の染色体DNAを鋳型として
PCR法で増幅することができる。この時用いる増幅用
のプライマーとしては、ヒトCRP遺伝子の塩基配列に
基づいて設計した塩基配列である。これをプラスミド・
ベクターpTZ18Uに導入することによりヒトCRP
を有するプラスミドpTZ−CRPを作製する。さらに
この遺伝子の上流に大腸菌アルカリ性ホスファターゼの
シグナルペプチドの遺伝子を化学合成して接続すること
によりpTZ−CRPSを調製する。このプラスミドを
エシェリチア・コリに形質転換し、これにヘルパーファ
ージM13K07を感染させ、その培養液から1本鎖D
NAを調製する。これを「蛋白質・核酸・酵素」29,
294−306(1986)に記載の方法により、DN
Aの塩基配列を決定する。塩基配列が確認されたCRP
遺伝子はpTZ18Uから切り出し、プラスミドpBR
322にトリプトファンプロモーターとプラスミドpM
B9由来のkil遺伝子とそのシャインダルガノ配列
(SD配列)導入した菌体外分泌発現ベクターpTRP
−kilにつないでプラスミドpTRPCRPS−ki
lを得る。
ilの理化学的性質を示す。 (1)大腸菌のアルカリ性ホスファターゼのシグナルペ
プチド遺伝子をヒトCRP遺伝子の上流につなぎ、さら
にkil遺伝子の作用によってヒトCRPを菌体外(培
地中)に分泌発現できる。 (2)図1に示すごとく、下記制限酵素に対して、次の
切断感受性を示す。 制限酵素 切断部位 EcoRI 1 PstI 1 HindIII 1 (3)分子量は約2.5メガダルトンである。 (4)分子量が約400キロダルトンのヒトCRP遺伝
子がプロモーターの下流に同方向に挿入されている。
子量が400キロダルトンのヒトCRP遺伝子とその上
流のプロモーターとをベクタープラスミドに連結した組
換え体プラスミドで形質転換されたエシェリチア・コリ
であり、このプラスミドpTRPCRPS−kilを用
いてエシェリチア・コリを形質転換させるには、例え
ば、J.Mol.Biol.53,159−162(1
970)の方法に従って、0℃付近の温度で塩化カルシ
ウム処理した上記のプラスミドpTRPCRPS−ki
lとエシェリチア・コリNM522とを接触させること
により行えばよい。
チア・コリの例として、プラスミドpTRPCRPS−
kilが導入されたエシェリチア・コリNM522−p
TRPCRPS−kilがあげられる。本菌株は、従来
未知の新菌株であって、工業技術院生命工学工業技術研
究所にFERM BP−4244として寄託されてい
る。
M522(J.Mol.Biol.166,1−19
(1983)を参照)と、ヒトCRP生産能及びアンピ
シリン耐性を有する点以外は同じ菌学的性質を有してい
る。この菌株は非伝達性を伝達性に変えることがなく、
また非病原性を病原性に変えることがなく安全性が保持
されている。
際して用いられる栄養培地の炭素源として、例えばグル
コース、シュークロース、フルクトース、澱粉加水分解
物、糖蜜、亜硫酸パルプ廃液の糖類、酢酸、乳酸などの
有機酸類、さらには使用する細菌が資化しうるアルコー
ル類、脂肪酸及びグリセリンなどが使用でき、窒素源と
して、例えば硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、燐
酸アンモニウム、アミノ酸、ペプトン、肉エキス、酵母
エキスなどの無機または有機物が使用できる。さらに無
機塩類として、例えばカリウム、ナトリウム、燐酸、亜
鉛、鉄、マグネシウム、マンガン、銅、カルシウム、コ
バルトなどの各塩類、必要に応じて微量金属塩、コーン
・スティープ・リカー、ビタミン類、核酸などを使用し
てもよく、細菌の一般的な培地が使用できる。
チア・コリを20−45℃、好ましくは35−40℃、
最適には37℃、pHを7.0−7.4、最適には7.
2で好気的に培養すればよい。
トCRPが採取されるが、培養物、分離生菌体、分離菌
体の処理物、粗蛋白抽出液、粗製蛋白などのあらゆる段
階で採取できる。その際の精製法としては、通常の蛋白
精製法を用いることができる。
の理化学的性質を有する。 (1)結合特異性 カルシウムイオン存在下でニューモコッカス(Pneu
mococcus)のC多糖体、ホスホリルコリン、フ
ィブロネクチンなどと結合する。 (2)分子量 分子量約23,000の同一サブユニットが5つ結合し
たペンタマーで約115,000である。
る。
(CLONTECH)社製〕を鋳型として、次の2種の
プライマーでヒトCRP遺伝子を増幅した。
CAGCTGGGTTT−3′ 5′−GGAATTCATGCAGACAGACATG
TCGAGGAAGGCTTTTGTGTTTCCCA
AA−3′
0mM Tris−HCl、pH8.3(25℃)、
1.5mM MgCl2、0.01%(w/v)ゼラチ
ン、dNTP各200μM、プライマー各1μM、ヒト
染色体DNA 1μg、Taqポリメラーゼ〔パーキン
エルマーシータス(PERKIN ELMER CET
US)社製〕を100μl中に調製する。さらに100
μlのミネラルオイルでサンプルを覆って、蒸発を防
ぐ。
プが94℃ 1分、アニーリングステップが50℃ 1
分、ポリメラーゼ反応ステップが72℃ 3分である。
このインキュベーションを30サイクル行った。
蛋白質の除去を行った。さらにアガロース電気泳動で約
0.64kbのヒトCRP遺伝子の増幅が確認できた。
図2にエチジウムブロマイドで染色した結果を示す。
(M:分子量マーカー、1:組換えCRP)
〔ユーエスビー(United States Bio
chemicals)社製〕1μgに制限酵素EcoR
I(宝酒造社製)とPstI(宝酒造社製)のそれぞれ
2ユニットを、10mMのMgCl2、50mMのNa
Cl、1mMのDithiothreitolを含むp
H7.5に調製したトリス緩衝液100μlに入れ、3
7℃で16時間反応させた。次に65℃で5分間加熱し
て、制限酵素を失活させ、エタノール沈澱にて、消化D
NAを回収した。
伝子を上記と同じ制限酵素を含む緩衝液中で37℃、1
6時間反応させ、上記と同じ方法で回収した。こうして
得られた消化CRP遺伝子とプラスミドDNAを混合
し、T4DNAリガーゼ(宝酒造社製)を用い、7mM
のMgCl2、20mMのDithiothreito
l、1mMのATPを含むpH7.5に調製した70m
Mのトリス緩衝液中で、14℃、16時間反応させ、消
化DNAを再結合させることによって、ヒトCRPを含
むプラスミドpTZ−CRPを得た。このプラスミドp
TZ−CRPを大腸菌DH5αP′IQ(BRL社製)
に形質転換し、得られた形質転換体にヘルパーファージ
M13KO7を感染させて得られた培養上清から、1本
鎖DNAをふくむファージをポリエチレングリコール沈
澱にて回収した。さらにこのファージからフェノール抽
出によって1本鎖DNAを抽出精製しABI社の370
ADNAシーケンサーによってDNAシーケンスを行っ
た。その結果をすでに知られているヒトCRPのアミノ
酸配列と比較すると完全に一致した。
シグナルペプチド遺伝子の導入 大腸菌のアルカリ性ホスファターゼシグナルペプチド遺
伝子をDNA合成機(ミリジェンバイオサーチ社製87
50)を用いて化学合成(図3)し、pTZ−CRP上
のヒトCRP遺伝子の上流に上記と同条件でライゲーシ
ョンし、pTZ−CRPを調製した。
lの調製 分泌発現ベクターとしてはトリプトファンプロモーター
とクローニング部位にEcoRIとPstI、その下流
にkil遺伝子を持つ、pTRP−kilを作製した。
この発現ベクターは誘導をかけるとクローニング部位に
挿入した遺伝子とその下流のkil遺伝子が同じトリプ
トファンプロモーターで1本のmRNAに転写され、次
に各々のタンパク質に翻訳される。この発現ベクターの
ポリリンカー部位に上記のシグナルペプチドを持つCR
P遺伝子を挿入した。
制限酵素EcoRI(宝酒造社製)とPstI(宝酒造
社製)のそれぞれ2ユニットを、10mMのMgC
l2、50mMのNaCl、1mMのDithioth
reitolを含むpH7.5に調製したトリス緩衝液
100μlに入れ、37℃で16時間反応させた。次に
65℃で5分間加熱して、制限酵素を失活させ、エタノ
ール沈澱にて、消化DNAを回収した。次に(c)の方
法で得られたプラスミドpTZ−CRPSを上記と同じ
緩衝液中でEcoRIとPstIを用いて37℃、16
時間反応させ、アガロース電気泳動を行った。このゲル
からCRP遺伝子のサイズに相当するバンドを切り出
し、ジーンクリーンキット(BI0 101 In
c.)で精製した。こうして得られた消化CRP遺伝子
とプラスミドDNAを混合し、T4DNAリガーゼ(宝
酒造社製)を用い、7mMのMgCl2、20mMのD
ithiothreitol、1mMのATPを含むp
H7.5に調製した70mMのトリス緩衝液中で、14
℃、16時間反応させ、消化DNAを再結合させること
によって、ヒトCRP遺伝子を含むプラスミドpTRP
CRPS−kilを得た。(図4)
S−kilを用いて大腸菌NM522への形質転換を行
った。形質転換は、プロナス(Proc.Natl.A
cad.Sci.USA)86,2172−2175
(1989)に記載のTSS(Transformat
ion storage solution)法で行っ
た。
22株を20mlのLB培地にて培養し、遠心分離にて
集菌後、2mlのTSS溶液(10%ポリエチレングリ
コール、5%ジメチルスルフォキサイド、50mM M
g2+を含むpH6.5のLB培地)に懸濁した。この
懸濁液100μlに(e)−(g)の方法で得られたプ
ラスミドを含む混合物を20μl加え、0℃で30分間
処理した。次に、20mMのグルコースを含む0.9m
lのTSS溶液を加え、37℃で1時間培養し、さらに
アンピシリン(50μg/ml)の入ったLB寒天培地
で37℃培養後、生じたコロニーから各プラスミドの導
入されたエシェリチア・コリNM522−pTRPCR
PS−kilが得られた。
erichia coli NM522−pTRPCR
PS−kil(FERM BP−4244)のコロニー
から、アンピシリン(50μg/ml)を含む500m
lのLB培地で32℃で振とう培養し5時間後、対数増
殖期に入ったところで、インドールアクリル酸(IA
A)を添加することによって誘導をかけた。誘導3時間
後に遠心分離で集菌し、培地を回収した。この培地をホ
スホリルコリンをBSAを介してトヨーパールに固定化
したカラム(特開昭62−258390、特開昭62−
258399)を用いたアフィニティクロマトグラフィ
で精製した。精製した組換え型ヒトCRPをSDSポリ
アクリルアミド電気泳動で分析したところ、天然型CR
Pと同一分子量の位置に泳動された。さらに組換え型C
RPを電気泳動したアクリルアミドゲルを電気的にPV
DF膜に転写し、天然型CRPをウサギに免疫して得ら
れた抗体を用いたウエスタンブロッティング法で染色し
たところ、天然型CRPと同一の位置に染色された。
(図5)
サーを用いてN末端から10残基シーケンスしたとこ
ろ、天然型の配列と一致した。
フロイントの完全アジュバントと共にウサギに免疫して
得られた抗血清をヒト腹水から精製したCRPをウサギ
に免疫して得られた抗血清と比較すると、同等のベッカ
ータイター値を示した。(下記する表1)
(ATAB社製)、正常ヒト血清CA−1(ATAB社
製)、CRP(−)血清、SAPを用いてウエスタンブ
ロッティングで分析すると両者は全く同一の反応性を示
した。
技術によって調製する場合、通常は大腸菌のペリプラズ
ムへ分泌させるのであるが、CRPの場合は、ペリプラ
ズムへ分泌させただけでは活性型で発現しなかったので
ある。
P遺伝子の直前に大腸菌のアルカリ性ホスファターゼの
シグナルペプチド遺伝子を導入し、さらにヒトCRP遺
伝子の下流に同一プロモーターの制御下におかれるよう
にkil遺伝子を配置したプラスミドを創製することに
よって、多量のヒトCRPを菌体外に分泌生産すること
がはじめて可能となり、高純度のヒトCRPの効率的生
産にはじめて成功したものである。
まったく同じアミノ酸配列を持ち、これを精製後免疫し
てえられた抗血清は天然型を免疫してえられた抗血清と
まったく同じ反応性を示すため、臨床検査用の試薬とし
て血液中のCRP量を正確に定量するための抗体を調製
するための抗原、あるいはキャリブレーターとして非常
に有用である。
ilの制限酵素地図である。
ンを示す。
チド遺伝子の化学合成図を示す。
である。
純度比較図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 ヒト染色体DNAを鋳型として、次の2
種のプライマー 5′−GCTGCAGTCAGGGCCACAGCTG
GGTTT−3′ 5′−GGAATTCATGCAGACAGACATG
TCGAGGAAGGCTTTTGTGTTTCCCA
AA−3′ を用いてPCR法で増幅してなる、分子量が約400キ
ロダルトンのヒトCRP(C−reactive pr
otein)遺伝子の上流に大腸菌由来のアルカリ性ホ
スファターゼのシグナルペプチド遺伝子を、ヒトCRP
遺伝子の下流にプラスミドpMB9由来のkil遺伝子
を挿入し、ベクタープラスミドに連結した組換え体プラ
スミド。 - 【請求項2】 図1の制限酵素地図で示される組換え体
プラスミドpTRPCRPS−kil。 - 【請求項3】 ヒト染色体DNAを鋳型として、次の2
種のプライマー 5′−GCTGCAGTCAGGGCCACAGCTG
GGTTT−3′ 5′−GGAATTCATGCAGACAGACATG
TCGAGGAAGGCTTTTGTGTTTCCCA
AA−3′ を用いてPCR法で増幅してなる、分子量が約400キ
ロダルトンのヒトCRP(C−reactive pr
otein)遺伝子の上流に大腸菌由来のアルカリ性ホ
スファターゼのシグナルペプチド遺伝子を、ヒトCRP
遺伝子の下流にプラスミドpMB9由来のkil遺伝子
を挿入し、ベクタープラスミドに連結した組換え体プラ
スミドで形質転換されたエシェリチア・コリ(Esch
erichia coli)。 - 【請求項4】 図1の制限酵素地図で示される組換え体
プラスミドpTRPCRPS−kilで形質転換された
エシェリチア・コリ(Escherichia col
i)。 - 【請求項5】 請求項3〜請求項4のいずれか1項に記
載のエシェリチア・コリ(Escherichia c
oli)を培養することを特徴とするヒトCRP(C−
reactive protein)の製造法。
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