JPH02501260A - 合成遺伝子を使用した酵母細胞でのブタ成長ホルモンの生産方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 合成遺伝子を使用した酵母細胞でのブタ成長ホルモンの生産方法［発明の背景］ この発明は、ブタの成長率および飼料効率を改善するため酵母細胞でブタ成長ホ ルモンを合成遺伝子によって生産する方法に関するものである。 従来、養豚業者は、成長を促進し飼料効率を高めるため、高タンパク質含有飼料 または合成ステロイドを使用してきた。しかしステロイド補充飼料は速やかに代 謝されず、体内に長期間残留し、ヒトに有害な影響があることが判明したため、 文明国ではその使用を禁止している。 この点を考慮して、この発明の発明者は、遺伝子操作技術により酵母でブタ成長 ホルモンを経済的かつ大量に生産し得ることを発見し、この発見を養豚業に適用 しようと考えた。 したがって、本発明者らは、酵母細胞を使用した結果、別の既知方法［シーバー ブら、ＤＮＡ、２巻（１９８３年）、３７頁］と異なった方法で、Ｎ−末端がＡ ｌａから始まる天然成熟ブタ成長ホルモンを大量生産し得る方法を発見し、この 発明を完成した。 ［発明の要約］ この発明の目的は、酵母を形質発現ベクターの宿主として使用することによるブ タ成長ホルモンの生産方法を提供することにある。 即ち、酵母を形質発現ベクターの宿主として使用することによるブタ成長ホルモ ンの生産方法は、（ａ）ブタ成長ホルモンのアミノ酸配列に基づいて、Ｓａｃ　 Ｉ　、Ｘｂａ　ＩおよびＳａｌ　Ｉ制限酵素部位を有するオリゴヌクレオチドを 合成し、（ｂ）ライゲーション・ストラブジーに基づいて連結した合成オリゴヌ クレオチドのＣ−末−Ｘｂａ　Ｉ　／５ａｌＩ断片を、Ｘｂａ　Ｉ　／Ｓａｔ　 Ｉ制限酵素で処理したエシェリヒア・コリベクターｐＵｃ１８へクローニングし 、’（Ｃ）　Ｓａｃ　Ｉ　／Ｘｂａ　Ｉ制限酵素で処理した合成オリゴヌクレオ チドのＮ−末端Ｓａｃ　Ｉ　／Ｘｂａ　Ｉ断片を、上記のクローン化したベクタ ーへクローニングしてＮ−末端部分を転子およびＮ−末端合成アダブタ−をプロ モーターおよびターミネータ−を含んだエシェリヒア・コリ・ベクターへクロー ニングしてプロモーター−Ｎ−末端合成アダブタ−を有するブタ成長ホルモン遺 伝子−ター乍ネーターからなるカセットを作成し、（ｅ）カセットを酵母形質発 現ベクターへ再クローニングし、（ｆ）得られたベクターを酵ｆ＆細胞で形質発 現することからなる。 Ｎ−末端合成アダブタ−遺伝子は下記のＮＣ０ＩおよびＳａｃ　Ｉ制限酵素部位 を有する塩基配列である。 ＮｃｏＩ部位　’　Ｓａｃ工部位 得られた形質発現ベクターは、プロモーター−Ｎ−末端合成アダブタ−を有する ブタ成長ホルモン遺伝子−ターミネータ−、完全な２ミクロン遺伝子、Ｌｅｕ　 ２ｄ遺伝子および複製起源からなるカセットをクローニングしたベクター（ＰＣ Ｉ／１−ＰＧＨ）である。 図面の簡単な説明 長ホルモン遺伝子に対応する合成オリゴヌクレオチドである。 第２図はオリゴヌクレオチドのライゲーション・ストラブジーである。 第３図はエシェリヒア・コリのベクター（ｐＵｃ１８）へ合成オリゴヌクレオチ ドをクローン化するクローニング・ストラブジーの略図である。 第４図は確認したブタ成長ホルモン遺伝子の塩基配列および推定アミノ酸配列で ある。 第５図はエシェリヒア・コリのベクター（ｐＰＧＡＰ）およびブタ成長ホルモン を酵母で生産する酵母形質発現ベクター（ｐｃｉ／１）のクローニング手順であ る。 第６図は酵！細胞で生産されたブタ成長ホルモンを５ＤＳ−ポリアクリルアミド ゲル電気泳動により確認した結果である。 ［好ましい態様の詳細な説明］ 頁］によって報告されたブタ成長ホルモンのアミノ酸配列に基づき酵母細胞で優 勢に利用されるアミノ酸コドンを有するブタ成長ホルモン遺伝子の塩基配列を選 び、Ｎ−末端がＡｌａで始まる天然状態の成熟ブタ成長ホルモンの全遺伝子をホ スホアミデート法により、遺伝子シンセサイザー（アプライド・バイオシステム 、モデル３８０Ｂ、米国）で化学的に合成した。 合成オリゴヌクレオチドを第２図に示すようにライゲーションし、これをエシェ リヒア・コリのベクター、ｐＵｃ１８［ノーランダーら、ジーン、３６巻（１９ ８３年）、１０１〜１０６頁］ヘクローニングして５５２塩基対のＳａｃ　Ｉ　 ／Ｓａｌ　Ｉ制限断片を含んだベクターｐＰＧＨ（５５２）を作成したが、この ものは５７９塩基対の成熟ブタ成長ホルモン遺伝子のＮ−末端領域を有していな い（第３図参照）。 完全なブタ成長ホルモン遺伝子を含んだクローンを作成し、これを酵母宿主で形 質発現するため、ｐＰＧＨ（５５２）からＳａｃ　Ｉ　／５ａ１１断片を分離し 、プロモーターおよびターミネータ−遺伝子を含んだベクターｐＰＧＡＰ［クロ ーンチック・ラボ、パロ・アルド、ＣＡ９４３０３、米国、ホランド、Ｊ、Ｐ、 ＆ホランド、Ｊ、Ｊ、、ザ・ジャーナル・オブ・バイオロジカル・ケミストリー 、２５５巻、２５９６〜２６０５（１９８０年）、ビッタ−１Ｇ、Ａ、＆イーガ ン、Ｋ、Ｍ、、ジ、−シ、３２巻、２６３〜２７４頁（１９８４年）、２０Ｂ− １２、ズー、Ｘ、Ｌ、ら、モレキュラー・アンド・ジェネラル・ジェネティッ′ クス、９１９４．３１〜４１頁（１９８４年）、ＡＴＣＣ３４０２５］のＮｅｏ 　１部位および５ａｌＩ部位の間へ挿入してｐＰＧＡＰ−ＰＧＨ（５７９）を得 た［ここで化学的に合成された該アダプターはＮＣＯＩ制限酵素部位、開始コド ンおよびＮ−末端領域に対応する若干のアミノ酸コドンからなる］　（実施例３ 参照）。 ｐＰＧＡＰ−ＰＧＨ（５７９）をＢａｍＨＩ制限酵素で処理して、プロモーター 、ブタ成長ホルモン遺伝子およびターミネータ−を含んだＢａｍ旧断片（約１９ ７０塩基対）を分離する。ＢａｍＨＩ断片をエシェリヒア・コリおよび酵母で自 動的に複製される酵母形質発現ベクターｐｃｉ／１　［ＡＴＣＣ３７１１５ニブ レークら、プロシーディングズ・オブ・ザ・ナショナル・アカデミ−・オプ・サ イエンシズ・オプ・ザ−ＵＳＡ、８１巻（１９８４年）、４６４２頁］のＢａｍ Ｈ■制限酵素部位へ挿入し、ＰＣＩ／１−ＰＧＨを作成した（第５図参照）。 ヒネンらの方法を用いて、酵母形質発現ベクターを酵母株ＤＣＯ４［イースト・ ジェネティック・ストック・センター、ブローチ、Ｊ、Ｒ，＆ヒックス、Ｊ、Ｂ 、、セル、２１巻、５０１頁（１９８０年）〕ヘクローニングした。実施例５に 示したように、形質転換した酵母細胞を２％グルコースを含有するＹＥＰＤ培地 で２４時間培養すると、ブタ成長ホルモンは細胞の増殖速度に依存して生産され 、ＯＤ、、、＝２０で、培養１リットル当り２００ｍｇのブタ成長ホルモンを得 ることができた。 以下に実施例をあげてこの発明を説明する。実施例は単に発明を説明するための ものであって、発明の範囲を限定する目的をもつものではない。 実施例１ ブタ成長ホルモン遺伝子の合成オリゴヌクレオチドのライゲーションおよびベク ターｐＵｃ１８へのクローニング第１図に示した遺伝子配列を有する合成オリゴ ヌクレオチドから完全なブタ成長ホルモン遺伝子を得るため、第２図のようなラ イゲーション・ストラテジーおよび５ａｃｌ　、Ｓａｌ　Ｉ　、　Ｘｂａｌ等の 制限部位を含んだベクターｐＵｃ１８を使用した。 合成オリゴヌクレオチドからのＸｂａｌおよびＳａｌ　Ｉ制限断片の３゛−末端 に対応する各オリゴヌクレオチド（Ｕ７−Ｕ１４／Ｌ８−Ｌｉ２）をオリゴヌク レオチドのＯＤハ。がそれぞれ０．０５に等しい量を取り、別々に乾燥した。５ ０ｍＭ　トリス−ＨＣｌ　（ｐＨ７，５）　、１ｍＭＡＴＰ、１ｍＭ　ＤＴＴお よび１０　ｍ　Ｍ　Ｍ　ｇ　Ｃｌｘを含有する全量３０μｌのｔｆｆｒ液にＴ４ ポリヌクレオチドキナーゼ４単位を添加し、３７℃で３０分間反応してオリゴヌ クレオチドの５“−末端残基をリン酸化した。オリゴヌクレオチドをプールし、 これと同量のフェノールおよびクロロホルム混合液で処理した後、エタノールで 沈殿した。沈殿を６０ｍＭ　）リス−ＨＣｌ　（ｐＨ７，５）、１ｍＭＤＴＴお よび１０ｍＭ　ＭｇＣ１，を含有する緩衝液５３μｌに溶解した。この溶液を９ ５℃の水浴に加え、温度が徐々に室温に下がるにつれて各オリゴヌクレオチドが 相補的配列と塩基対を作るよう、６時間室温に保った。 Ｔ４　ＤＮＡリガーゼ（２０単位）および１０ｍＭ　ＡＴＰ　５μｍを加え、オ リゴヌクレオチドの５′−および３°−末端を室温で１゜分間ライゲーションし た。上記の溶液をフェノールおよびクロロホルム混合液で処理し、エタノールで 沈殿した。 沈殿した核酸に６０ｍＭ　）リス（ｐＨ７，６）、１０ｍＭＭｇＣＩｚおよび１ ００ｍＭ　ＮａＣｌを含有する緩衝液の存在で、Ｘｂａ　ＩおよびＳａｌ　１制 限酵素それぞれ１０単位を加え、３７℃で１時間反応した。 ２００〜３００塩基対に対応するバンドをゲルから切り出した。！気溶出後、沈 殿を蒸留水２０μｌに溶解した。 ＤＮＡ　３μｌおよびＸｂａ　Ｉおよび５ａｉｌ制限酵素で切断したベクターｐ Ｕｃ１８　１０ｎｇを６０ｍＭ　）リス−ＨＣｌ　（ＰＨ７，５）、１０ｍＭＤ ＴＴ、１０ｍＭ　ＭｇＣ１，，１ｍＭ　ＡＴＰおよびＴ４ＤＮＡリガーゼ１０単 位を含有するライゲーション溶液の存在で、１４℃で１６時間ライゲーションし た。 エシェリヒア・コリＪＭ１０３　［ＢＲＬ社、米国、メツシング、Ｊ９、メソッ ズ・イン・エンザイモロジー、１０３巻、２０〜７８頁（１９８３年）］受容細 胞をライゲーション反応物へ加え、ハナハンの方法［ジャーナル・オブ・モレキ ュラー・バイオロジー、１１６巻、５５７頁（１９８３年）〕により３７℃で形 質転換した。 バーンボイムおよびドリーの方法［ヌクレイツク・アシツズ・リサーチ、７巻、 １５１３頁（１９７９年）］を用いて、白色コロニーからｐ３”−ＰＧＨを含有 するクローンを選び出した。 一方、第３図に示したように、完全なブタ成長ホルモン遺伝子の５′−末端Ｓａ ｃ　ＩおよびＸｂａ　Ｉ制限断片に対応するオリゴヌクレオチド（Ｕｌ−Ｕ７／ Ｌ２−Ｌ８）を上記と同様の方法によってライゲーションし、Ｓａｃ　Ｉおよび Ｘｂａ　Ｉ制限酵素で切断したｐ３’−ＰＧＨべのジデオキシ配列決定法［プロ シーデイングズ・オブ・ザ・ナショナル・アカデミ−・オブ・サイエンシズ・オ プ・ザ・ＵＳＡ、７４巻、５４７３〜５４７７頁］によってヌクレオチド配列を 確認した（第４図参照）。 実施例２ 酵母細胞で形質発現する合成ブタ成長ホルモン遺伝子の操作ｐＰＧＨ（５５２） は完全なブタ成長ホルモンの５−残基における９個のアミノ酸を含んでおらず、 完全なブタ成長ホルモン遺伝子をクローニングし、それを酵母細胞で形質発現す るため、５′−末端の欠損部分を遺祉子シンセサイザーによって合成した。酵母 細胞によって選択的に使用されるコドンを選ぶことにより、Ｎｃａｌ制限酵素部 位を含んだアダプター、開始コドンおよび８個のアミノ酸に対応するコドンを合 成し、他方の末端にはＳａｆ：Ｉ制限酵素部位を合成した（第５図参照）。 クローニングの方法は、下記のようにｐＰＧＨ（５５２）をＳａｃ！およびＳａ ｔ　Ｉ制限酵素で処理して、５５２塩基対に対応する制限酵素切断断片を得、ア ガロース電気泳動に掛けてこの断片を分離した。この断片および合成アダプター を、プロモーターおよびターミネータ−を含んだベクターｐＰＧＡＰのＮｃｏ　 １およびＳａｌ　Ｉ制限酵素部位の間へ挿入した。詳細な方法は下記の通りであ る。実施例１に記載のように、各合成アダプターの５”−末端をＴ４ポリヌクレ オチドキナーゼでリン酸化した。各リン酸化溶液１μｍ、ｐＰＧＨ（５５２）か ら分離したＳａｃ　Ｉ　／Ｓａｌ　Ｉ断片３μ！　（３０ｎｇ＞およびＮｅｏ　 Ｉおよび５ａｌＩ制限酵素で切断したベクターｐＰＧＡＰ　１μｌ（７ｎｇ）を 混合し、１５分間６５℃に保った。徐々に室温に冷却した。１０ｍＭ　ＡＴＰ　 ２μｌ、１０倍濃厚なライゲーション反応ｔ！街液２μｌ、リガーゼ１μｌおよ び蒸留水８μｌを加え、１４℃で１６時間反応した。 実施例１の方法に基づき、上記の反応物をエシェリヒア・コリＨＢＩＯ１［ＡＴ ＣＣ３７０１７］ヘクローニングし、酵母で形質発現するためのプロモーター、 完全なブタ成長ホルモン遺伝子およびターミネータ−を含んだｐＰＧＡＰ−ＰＧ Ｈを作成した。 ベクターｐＰＧＡＰはグリセルアルデヒド−３′−リン酸デヒドロゲナーゼプロ モーター、細胞の増殖にしたがって形質発現される構成プロモーターおよびター ミネータ−を含有している。ｐＰＧＡＰ−ＰＧＨをＢａＩ！ｌ旧制限酵素で処理 して、グリセルアルデヒド−３′−リン酸デヒドロゲナーゼプロモーター、ブタ 成長ホルモン遺伝子およびグリセルアルデヒド−３′−リン酸デヒドロゲナーゼ ターミネータ−を含んだ約１９７０塩基対のＢａｍＨＩ制限断片を分離した。　 ＢａｍＨ１制限断片を、酵母細胞で複製可能な形質発現ベクターｐｃｉ／１のＢ ａｎ）ｌ　１制限酵素部位へ挿入して、ＰＣＩ／１−ＰＧＨを作成した（第５図 参照）。 ｐｃｉ／１−ＰＧＨ遺伝子を、ヒネンの方法［プワシーデイングズ・オブ・ザ・ ナショナル・アカデミ−・オプ・サイエンシズ・オプ・ザ・ＵＳＡ、７５巻（１ ９７８年）、１９２９頁］により、酵母株ＤＣＯ４ヘクローニングした。 ３０℃で５日間培養後、ブタ成長ホルモン遺伝子を含んだ組換え体クローンを採 取し、実施例３に記載の方法により同定見た。 案施例３ ブタ成長ホルモンを生産する酵母の培養およびその同定ベクターＰＣＩ／１−Ｐ ＧＨで形質転換した酵ｆ＆細胞各３ｍｌを、ロイシン無含肴培地（培地１リット ル当り、アミノ酸無含有酵母望素塩基６．７ｇ、Ｌｅｕ−欠乏アミノ酸すツプル メント０．２５　ｇおよび６％グルコース含有）中で、３０℃で２４時間培養し た。培養を２％ペプトン、１％酵母抽出物および２％グルコースを含有するＹＥ ＰＤ培地１００ｍ１へ加え、３０℃で２４時間培養した。 得られたＯＤ＆、。は約４０に等しかった。その１０（ＯＤ、、。）に相当する フラクションを取り、遠心した。これを１０ｍＭ）リス−ＭＣＩ　（ｐＨ７，５ ）、１ｍＭＥＤＴＡ、２ｍＭ　フェニルメチルスルホニルフルオリドおよび８Ｍ 尿素を含有するＭｍ液４００μ“ｌに溶解し、直径０．４５ｍｍの同量のガラス ピーズを加えて激しく振とうした。細胞壁を破壊した後、ウシ成長中ルモンを緩 衝液へ溶出し、溶出液の４μｌを１２．５％５ＤＳ−ポリアクリルアミドゲルで 電気泳動に掛けた。 その結果を第６図に示す。 ８枠はバイオ・ラド社からのタンパク質の標準分子量を表す。 １枠および５枠はブタ成長ホルモン遺伝子を含んでいないベクタ２〜４枠はブタ 成長ホルモン遺伝子を含んでいるベクターｐｃｉ／１−ＰＧＨで形質転換した酵 母細胞の全タンパク質を表す。 第６図２〜４枠に示したまうに、ブタ成長ホルモンは約２２Ｋｄのバンドに全タ ンパク質の１０％に対応する量で出現することがゲルスキャンニングによって明 らかである。 確認されたアミノ酸配列（バイオメジカル・リソース・センター、ユニバージテ ィー・オブ・カリフォルニア、サン・フランシシスコ）により、アラニンから始 まる成熟ブタ成長ホルモンが認められ、イン・ビボでそのメチオニンがアミノペ プチダーゼによってプロセスされるものと考えられる。 ■ヨ（５’−３Ｆ）　：遺伝子配列 ＰＧＨ：ライゲーシジン・ストラテジー５ａｃｌ　Ｘｂａｌ　Ｓａｉｌ Ｆｉｇ、３ Ｆｉｇ、４ Ｆｉｇ、５ Ｆ　ｉ　ｇ、６ 国際調査報告

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）ブタ成長ホルモンのアミノ酸配列に基づいて、ＳａｃＩ、ＸｂａＩ およびＳａｃ１制限酵素部位および酵母で優勢に使用されるコドンを有するオリ ゴヌクレオチドを合成し、（ｂ）ブタ成長ホルモン遺伝子およびＮ−末端合成ア ダプターをプロモーターおよびク＿ミネ＿ターを含んだエシェリヒア・コリ・ベ クタへクローニングしてブロモーター−ブタ成長ホルモン遺伝子−ターミネータ −からなるカセットを作成し、（ｃ）このカセットを酵母形質発現ベクターへ再 クローニングし、（ｄ）得られたベクターを酵母細胞で形質発現することからな るブタ成長ホルモンの生産方法。
2. （２）Ｎ−末端合成アダプターが下記のＮｃｏＩおよびＳａｃ１制限酵素部位 【配列があります】 を有する塩基配列である請求の範囲第１項記載のブタ成長ホルモンの生産方法。