JPH062066B2 - 新規なシグナルアミノ酸配列をコ−ドするdnaを有するプラスミド - Google Patents

新規なシグナルアミノ酸配列をコ−ドするdnaを有するプラスミド

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JPH062066B2
JPH062066B2 JP60122675A JP12267585A JPH062066B2 JP H062066 B2 JPH062066 B2 JP H062066B2 JP 60122675 A JP60122675 A JP 60122675A JP 12267585 A JP12267585 A JP 12267585A JP H062066 B2 JPH062066 B2 JP H062066B2
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/11DNA or RNA fragments; Modified forms thereof; Non-coding nucleic acids having a biological activity
    • C12N15/62DNA sequences coding for fusion proteins
    • C12N15/625DNA sequences coding for fusion proteins containing a sequence coding for a signal sequence
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は遺伝子産物の細胞外へ分泌を促進する新規なプ
ラスミドに関する。
(従来の技術) 近年、遺伝子操作の研究が進み、インシュリン、インタ
ーフェロン、インターロイキン−2などの有用物質を微
生物で生産することが可能になってきた。かかる遺伝子
操作の場合、宿主として一般に大腸菌が用いられている
が、グラム陰性菌に属する大腸菌は内膜、外膜の二重の
膜構造を有するため、産生した有用物質が菌体外に分泌
せず、その分離精製が困難になるという問題があった。
この問題点を解決する方法として、大腸菌のペリプラズ
ム酵素であるアルカリ性フォスファファターゼ遺伝子の
シグナル配列を利用してペリプラズムに生成、蓄積せし
める方法(例えば、特開昭58-69897号、同59-39899号)
や大腸菌の外膜タンパクである。ompF遺伝子を利用し
て外膜を通して分泌せしめる方法(特開昭59-88092号)
などが提案されている。
しかしながらこのような手法は未だ数が少なく、また前
者の方法ではペリプラズムへの分泌にとどまるといった
問題があり、より優れた方法の開発が望まれていた。
(発明が解決しようとする問題点) そこで本発明者らは、大腸菌に菌体外産生能を付与する
手法を開発すべく鋭意検討の結果、大腸菌と同じグラム
陰性菌でありながらタクパク質を分泌する性質を有する
セラチア属細菌の菌体外タンパクのシグナルアミノ酸配
列を利用すると、意外なことに大腸菌に菌体外酸生能を
付与しうることを見い出し、本発明を完成するに到っ
た。
(問題点を解決するための手段) かくして本発明によれば、セラチア属の菌体外タンパク
のシグナルアミノ酸配列をコードするDNAを含有するハ
イブリッドプラスミドが提供される。
本発明のハイブリッドプラスミドは、宿主中で複製可能
なプラスミドにセラチア属細菌の菌体外タンパクのシグ
ナルアミノ酸配列をコードするDNAを組み込んだもので
ある。セラチア属細菌の菌体外タンパクとは、セラチア
属細菌(例えばセラチア・マルセッセンスIFO3046)
が細胞外に分泌するタンパクを意味し、その具体例とし
て、例えばメタルプロテアーゼ、セリンプロテアーゼSS
P-1、チオールプロテアーゼ、デオキシリボ核酸分解酵
素などが例示される。
このうちセリンプロテアーゼSSP-1は本発明者らが発見
した新規な酵素であり、以下のごとき理化学的性質を有
するものである。
1. 作用:カゼイン等のタンパク質を基質とし、これを
加水分解する。
2. 至適pH:pH 9.0付近でカゼインに対する作用が至適
である。
3. pH安定性:37℃30分処理した場合、pH5.5〜pH11.0
においてカゼインを基質とした場合90%以上の残存活性
を示す。
4. 至適温度:pH7.5において、カゼインを基質とした
場合45℃付近にある。
5. 温度安定性:pH7.5において、40℃10分処理で95%
以上 安定であり、45℃10分処理で約90%の残存活性が
ある。
6. 阻害剤の影響:1mM PMSF(フエニルメタンスルホ
ニルフルオリド)と37℃30分前処理することにより完全
に失活する。10mMのEDTAと37℃30前処理しても活性に変
化はみられない。
7. 分子量:約65,000(SDSポリアクリルアミドゲル電気
動泳法) 8. 活性中心:活性中心にセリンをもつセリンプロテア
ーゼに属する。
また本発明のシグナルアミノ酸配列は、かかる菌体外タ
ンパクを産生する能力を有するセラチア属細菌の染色体
DNAから該菌体外タンパクをコードする遺伝子部分をプ
ラスミドベクターに連結し、得られたハイブリッドプラ
スミドをエシエリヒア・コリに形質転換し、該菌体外タ
ンパク産生株を選択し、その菌体中に存在するハイブリ
ッドプラスミドのDNA配列と菌体外タンパクのN末端ア
ミノ酸配列を対比することによって決定することができ
る。
本発明のハイブリッドプラスミドの調製に用いられる原
料プラスミドは、遺伝子操作の分野で一般に用いられて
いるものであればいずれでもよく、その具体例としてpB
R322、pBR325、PACYC184、pYEJ001などが挙げられる。
本発明のハイブリッドプラスミドは、常法に従って原料
プラスミドの適当な制限サイトに前記のごときシグナル
配列を含むDNA断片を挿入することによって得ることが
できる。
この際、シグナルアミノ酸配列をコードするDNAの上流
には、リポゾーム結合部位(SD配列)及びプロモーター
が存在するように配慮する必要がある。
挿入されるDNA断片は化学的に合成したものであっても
よく、またセラチア属細菌(例えばセラチア・マルセッ
センスIFO 3046)の染色体様DNAを切断して得たも
のであってもよい。
このようなハイブリッドプラスミドを創製する方法の一
例を以下に示す。
(セラチアプロテアーゼSSP-1のシグナル配列を有する
ハイブリッドプラスミドの創製) ラチアプロテアーゼSSP-1生産能を有するセラチア属
菌、例えばセラチア・マルセッセンスIFO3046の染色体D
NAからセラチアプロテアーゼSSP-1生産性DNA断片を分離
し、これを常法に従って原料プラスミド(例えばpBR32
2)に挿入することによって目的とするハイブリッドプ
ラスミドを創製することができる。
まずセラチア・マルセッセンスIFO 3046は大量の菌体を
得るために適宜培養し集菌し、得られた菌体から染色体
DNAを抽出分離する。得られた染色体DNAはSau 3AIによ
って部分的に分解し、分解物をアガロース電気泳動にか
け、分子量1Kb以上のDNA断片を取得する。
一方、市販のプラスミドpBR 322をBam HIで分解し、分
解物をBAPase(バクテリアルアルカリンホスファター
ゼ)で処理した後、これに前記DNA断片を加え、T4 DNA
ガーゼを添加して、連結反応を行なわせる。
得られた連結反応物を常法に従ってエシエリヒア・コリ
C600(r-,m-)(プロシーデイング・オブ・ナチュラル・
アカデミイ・オブ・サイエンス)(Proceeding of Natur
al Academy of Science)71, 4579〜4588, 1974年)に対
して形質転換処理を行う。
形質転換処理菌体はスキムミルクを含有する平板培地で
培養し、白濁環(タービット・ゾーン)を生成した菌株
を単離することによって、セラチアプロテアーゼSSP-1
を菌体外に分泌生産する菌株を得ることができる。
ここに得られる一例示形質転換体をエシエリヒア・コリ
C600(pSP11)と命名した。また、エシエリヒア・コリC60
0(pSP11)の培養菌体から単離されるハイブリッドプラス
ミドをプラスミドpSP11と命名した。pSP11の制限酵素開
裂地図は第1図に示される。
このようにして得られたpSP11の塩基配列を後記のメッ
シング(Messing)らの方法に従って分析したところ、pSP
11の一部に第2図に示すごとき配列を有することが確認
された。
この配列のうちシグナルアミノ酸配列に相当する部分は
第2図中の1〜81にあたる81塩基対であると判定した。
その根拠は以下のとうりである。
1. 開始コドン(ATG)の6塩基対上流にSD配列に相当す
る部分が存在する。
2. 疎水性アミノ酸に富む典型的なシグナル配列の傾向
を有する。
3. セラチアプロテアーゼSSP-1のN末端アミノ酸配列8
個と82〜105のDNA配列が完全に一致する。
かくして得られる本発明のハイブリッドプラスミドは、
大腸菌に対して目的とする有用なタンパク質やペプチド
の菌体外産生能を付与することができる。例えばシグナ
ル配列の下流に読み取り枠を合わせてタンパク質やペプ
チドの構造遺伝子が位置するように挿入構築することに
よって、融合タンパクまたは成熟タンパクの形で目的の
有用物質を菌体外に分泌させることができる。
次に本発明の実施例を示す。
実施例1 (pSP11及び形質転換の創製) セラチア・マルセッセンスIFO 3046をLB培地〔(g/)バ
クトトリプトン10.0、イーストイクストラクト5.0、NaC
l 5.0、グルコース1.0をHclでpH7.2に調製したもの〕中
26.5℃で7時間振盪培養を行ない、対数増殖後期の菌体
を集菌後、フェノール法(バイオケム・バイオフィズ・
アクタ)(Biochem. Biophys. Acta) 72, 619〜, 1963
年)により染色体DNAを抽出し精製した。
得られた染色体DNA10μgをとり、制限エンドヌクレアー
ゼSau 3AIを加え、37℃、25分間反応させて部分分解
し、次いで反応物をアガロースゲル電気泳動にかけ、1K
bから30KbのDNA断片を回収した。
一方、市販プラスミドpBR322(宝酒造製)を制限エンド
ヌクレアーゼBamHuで完全分解後BAPase(バクテリアル
アルカリンホスファターゼ)で処理した。これを先のDN
A断片とを混合し、T4 DNAリガーゼにより、16℃、14時
間DNA鎖の連結反応を行なった。
別に、エシエリヒア・コリC600(r-,m-)の培養菌を許容
(コンピテント)細胞とし、これに上記T4DNAガーゼに
より連結反応物を加え、形質転換し、LB培地中で1時間
培養したの、アンピシリン(Ap)50μg/ml、スキムミルク
1%を含むLB寒天培地でアンピシリン抵抗性(Apr)株を選
択した。形質転換はマンデル(Mandel)とヒガ(Higa)の方
法〔ジャーナル・オブ・モレキュラー・バイオロジー
(J. Mol. Biol.), 53, 159(1970)〕に準じて行なった。
得られたApr株25,000のうち、コロニーの回りに白濁環
(タービットゾーン)を形成する株を2株得た。これら
2株の所有するプラスミドを常法に従って単離し、制限
酵素による切断パターンを比較したところ、全く同一の
パターンを有していた。このプラスミドをpSP11と命名
し、その制限地図を第1図に示した。またpSP11を含有
する菌をエシエリヒア・コリC600(pSP11)と命名する。
(DNA塩基列の決定) pSP11を2種の制限酵素(HindIII、EcorI)で二重消化
し、セラチアプロテアーゼSSP-1遺伝子のシグナル配列
を含む790塩基対(bp)の大きさの断片(第1図中の に相当する部分)を単離し、M13ファージを用いたメッ
シング(Messing)らの方法(メッシング・エトアル(Mess
ing J. et al)ジーン(Gene)19 269-276(1982)、サンガ
ー,エフ,サイエンス(Science)214, 1205-1210(1981)
によりEcoRI切断サイト側から塩基配列を決定した。こ
のDNA断片には、シャイン・ダルガノ(SD)配列の直後に
開始コドンATGで始まる読み取り枠が存在し、N末端近
傍には2つのリジンと1つのアルギニンが存在し、その
後に疎水性マミノ酸が続く、いわゆるシグナル配列が存
在していた。第2図には、SD配列より下流の塩基配列を
示してある。
また、後記の方法で得たセラチアプロテアーゼSSP-1に
ついて、エドマン分解法により、そのN末端アミノ酸配
列を決定したところ、塩基配列から予想されるアミノ酸
配列の28番目のアラニンから35番目のロイシンまでの8
マミノ酸が双方で一致した。
(セラチアプロテアーゼSSP-1の発現) 上記のpSP11を保有する形質転換株、エシエリヒア・コ
リC600(pSP11)をLB培地に植菌し、37℃8時間培養し、
遠心により上清を集めた。この上清に硫酸アンモニウム
を60%飽和となるよう加え、4℃で12時間撹拌後、遠心
により沈澱を得た。この沈澱を10mMトリスヒドロキシメ
チルアミンpH7.9に溶解し、同液に対して3回透析し
た。この透析物を、同一の緩衝液で平衡化したアルギニ
ンセファーロース4B(ファルマシア社製)に通じて精製
セラチアプロテアーゼSSP-1を得た。
実施例2 実施例1で得たエシエリヒア・コリC 600(pSP11)を、50
μg/mlのアンピシリンを含むLB培地に接種し、6時間培
養後、遠心により集菌し、上清(菌体外画分)と菌体を
分離した。菌体は生理食塩水で2回洗浄後、高張液(20
%シュークロス、30mMトリスpH8.0)に懸濁後、終濃度1
mMのEDTAを加え、室温で10分間撹拌した。集菌後、菌体
を氷冷水中に加えて懸濁し、0℃で10分間撹拌した。遠
心により上清(ペリプラズム画分)と沈澱に分離した。
次いで、沈澱を10mMトリス・バッハーpH7.5に懸濁し、
音波処理により菌体を破砕し、遠心して上清(細胞質画
分)を得た。
このようにして得られた菌体外画分ペリプラズム画分及
び細胞質画分の各々におけるプロテアーゼ活性を測定
し、その結果を第1表に示した。また比較のため、pSP1
1の代りにpBR322を形質転換した転換株エシエリヒア・
コリC600(pB322)についても同様にして実験を行い、そ
の結果を第1表に併記した。
まず5mlの0.6%カゼイン溶液(50mMリン酸バッファーpH
7.5)を10分間、37℃で放置後、粗酵素液1mlを加え37
℃、30分間反応させ、5mlのTCA溶液(0.11Mトリクロル
酢酸、0.22M酢酸、0.33M酢酸ナトリウム)を加え反応を
停止する。30分間静置後、沈澱を濾過分別し、上清の波
長280nmにおける吸光度を測定する。活性はこの吸光度
と対照の吸光度の差(ΔA280)で示される。
なお対照としては、粗酵素液1mlにTCA溶液5mlを加えた
のち、0.6%カゼイン溶液を加え、同様に処理したもの
を用いる。
この結果から、エシエリヒア・コリC600(pBR322)は菌体
外へプロテアーゼを分泌しないのに対し、エシエリヒア
・コリC600(pSP11)は多量のプロテアーゼを菌体外に分
泌していることがわかる。なお、菌体外のプロテアーゼ
活性は単一のプロテアーゼに起因するものであり、その
N末端配列の測定によりセラチアプロテアーゼSSP-1で
あることが確認された。
また培養開始後から経時的に集菌し、プロテアーゼの分
泌の状況を観察したところ、対数増殖期の初期から菌体
外へと分泌が認められ、ペリプラズムへの滞留は観察さ
れなかった。
これに対し大腸菌のペリプラズム酵素であるβ−ラクタ
マーゼの活性をマクロヨード法(メソッド・イン・エン
チモロジイ(Method in Enzymology)P. 69〜85、1975
年)に従がって測定したところ、エシエリヒア・コリC6
00(pSP11)、エシエリヒア・コリC600(pBR322)ともにそ
の殆どがペリプラズムに蓄積されていることが確認され
た。
【図面の簡単な説明】
第1図はハイブリッドプラスミドpS11の制限酵素開裂地
図を示し、第2図は第1図上部に示すpSP11の に相当するDNA断片中、SD配列、シグナル配列及びセラ
チアプロテアーゼSSP-1の遺伝子の一部から成る部分の
塩基配列を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 (C12N 9/52 C12R 1:19)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記のマミノ酸配列をコードするDNAか
    らなるセラチア属細菌の菌体外タンパクのシグナルアミ
    ノ酸配列をコードするDNAを含有するハイブリッドプ
    ラスミド。 Met-Ile-Leu-Asn-Lys-Arg-Leu-Lys- Leu-Ala-Tyr-Cys-Val-Phe- Leu-Gly-Cys-Tyr-Gly-Leu-Ser- Ile-His-Ser-Leu-Ala 【請求孔2】菌体外タンパクがセラチアプロテアーゼで
    ある特許請求の範囲第1項記載のプラスミド。 【請求孔3】セラチアプロテアーゼがセラチアプロテア
    ーゼSSP-1である特許請求の範囲第2項記載のプラスミ
    ド。
JP60122675A 1985-06-07 1985-06-07 新規なシグナルアミノ酸配列をコ−ドするdnaを有するプラスミド Expired - Lifetime JPH062066B2 (ja)

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