JPH0923885A - 遺伝子発現ライブラリー及びその製造法 - Google Patents
遺伝子発現ライブラリー及びその製造法Info
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- JPH0923885A JPH0923885A JP7176103A JP17610395A JPH0923885A JP H0923885 A JPH0923885 A JP H0923885A JP 7176103 A JP7176103 A JP 7176103A JP 17610395 A JP17610395 A JP 17610395A JP H0923885 A JPH0923885 A JP H0923885A
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Abstract
てのcDNAクローンが同じ割合で含まれる発現ライブ
ラリーを提供する。このライブラリーより医薬として利
用できる物質を選択する。 【解決手段】 蛋白質の翻訳領域を含んだ均一化したモ
ジュール構造含有ライブラリーをフィラメンタスファー
ジなどで構築し、発現した蛋白質をバイオパニングや酵
母の2ハイブリッド・システムで所望のクローンを選択
する。
Description
関し、特に様々な確率で存在するメッセンジャーRNA
(mRNA)の割合を均一化した相補的DNA(cDN
A)がファージベクター表面に融合蛋白質ないし単一蛋
白質として発現する発現ライブラリーに関する。
作製技術が知られている。更に、構造遺伝子をコ−ドし
ている遺伝子を対象として、発現しているmRNAを相
補的にDNA化する逆転写酵素などでcDNAを作製
し、カタログ化を図ることはやられている。ライブラリ
ー化に関しても、ライブラリーよりクローンを選択する
手段の対象がDNA、RNAまたは発現蛋白質により、
それぞれベクターが選択されている。
しようという試みも、近年行われている。例えば、Mino
ru S.H.Ko はマウス線維芽様細胞 Ltk-細胞からmRN
Aを得、cDNA化後、均一化サイクルと呼ばれる、一
本鎖cDNAと二本鎖cDNAの分離さらに一本鎖cD
NAのPCR法により、二本鎖cDNAの変性・再会合
を行うことで細胞のmRNAのサブトラクション(重複
しているmRNA分子を差し引くすること)処理を行う
ことでcDNA均一化ライブラリーDNAを得、ローン
・リンカーを用いたポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)
により増幅を行い、プラスミドベクターへ導入しライブ
ラリーを構築している。(Nucleic Acids Res.,18 p570
5-5711,1990)
出す方法として、まず発現しているmRNAをすべてカ
タログ化したcDNAライブラリーをその見つける物質
起源として、更に、発現している蛋白質の機能面を調べ
られるスクリーニングにかけられるものとして構築し、
これより種々のスクリーニング法、特にin vivo での蛋
白質などとの相互作用を見ることにより、医薬として利
用できる物質を選び出せるものはなかった。
ーでは、mRNAの重複を防ぐ点から、3’側に限定し
たcDNAが含まれており、構造遺伝子の部分がすべて
含まれているわけではなく、発現蛋白質をin vivo に近
い状態でスクリーニングすることはできない。
互作用を見ることが可能な、つまり自然に近い状態でス
クリーニングが可能で、更に、スクリーニングしやすく
かつすべてのスクリーニング対象が並べられている発現
cDNA均一化ライブラリーを提供することにある。
方法は、次のような手段が考えられている。
ング法を用いて、考えられる物質起源のものを選び、そ
の生理機能に影響を及ぼす物質を精製し、最終的に単離
する方法。(2)ある物質(レセプター、リガンド、酵
素及び抗体等)に親和性を示すものを生化学的・物理化
学的手段を用いて特定していく方法。(3)既知の蛋白
質のアミノ酸やそれをコードする遺伝子配列のホモロジ
ーを利用して、その蛋白質に近縁なファミリーを決定し
ていく方法。
リーニングを行う上で有力な、スクリーニング対象とな
り得るライブラリーを提供することにある。更に、単な
る物質の集団ではなく、すべてのスクリーニング対象が
並べられている発現cDNA均一化ライブラリーを提供
することにある。
5〜10万種類あるといわれており、そのmRNAは様
々な確率で存在することが知られている。例えば、細胞
骨格系を形成するアクチン遺伝子のmRNAはほとんど
の細胞において構成的発現により比較的大量にいつでも
存在している。更に、常時大量に必要とするアルブミン
等の蛋白質生産を担当する細胞では、それぞれのmRN
Aを数多く重複している。一方、生体の生理機能は、ホ
メオスタシスを維持する因子の相互作用により調節され
ており、その因子のいくつかは、そのコードするmRN
Aが極めて微量でかつ誘導されなければ存在し得ないも
のもある。
ーは、mRNA起源となる細胞のmRNAの量比を反映
しているか、目的とする蛋白質、つまりmRNAの分子
数を増やすため誘導がかかる処理を施した細胞から作ら
れたものであった。
は、ある遺伝子をクローニングするのに存在確率の差に
より、機能が明らかでも特定が難しかったり、目的のも
のの誘導の差によりスクリーニングの規模が決まってし
まうという欠点があった。
noru S.H.Ko の均一化cDNAライブラリーが作られて
いる。この均一化cDNAライブラリーは、その目的と
して、生物個体で発現している遺伝子のカタログ化する
ことによる遺伝子単離方法の劇的な単純化と、低い確率
でしか存在しない遺伝子(例えば、数コピー/細胞のm
RNA)の単離手段を提供することであった。
重複を均一化サイクル処理(PCR法と二本鎖cDNA
の変性・再会合を行うことでmRNAのサブトラクショ
ンを行う。)で除くため、遺伝子でもその特長がはっき
りしている3’側の配列、つまり構造遺伝子が含まれな
い非翻訳領域のcDNA配列で構築されている。一度こ
のライブラリーで目的の遺伝子をクローニングても、再
度、構造遺伝子を含む遺伝子ライブラリーを釣り上げた
クローンでスクリーニングし、完全長のものを得なくて
はいけない。更に、構造遺伝子部分の蛋白質をスクリー
ニングの対象とすることはできなかった。
スクリーニングするため、構造遺伝子部分を含むcDN
Aを発現させなくてはいけない。しかも、均一化ライブ
ラリーを発現させるためには、従来のような特定遺伝子
の効率的な発現を目的としたベクターでは発現の偏りが
できると考えられ不適当である。
てG.S.Smith が報告している、フィラメンタスファージ
による蛋白質発現系が挙げられる。(Science, 228 p13
15-1317 ,1985) この系は、フィラメンタスファージのマイナー・コート
蛋白質の一部であるpIII 蛋白質領域に他の遺伝子を挿
入して融合蛋白質として発現させるものである。この融
合蛋白質は、pIII 蛋白質の機能である大腸菌への感染
開始能が保たれているばかりでなく、ファージ体表に発
現され、その蛋白質固有の結合能(親和性)を保持して
いることが示された。(S.F.Parmley and G.P.Smith, G
ene, 73p305-318) 更に、この優れた性質を活かし、ランダムなアミノ酸配
列をコードする合成DNA混合物を挿入することで、J.
K.Scott and G.P.Smith はランダムペプチドライブラリ
ーを作製している。(Science, 249 p386-390, 1990) 本発明の均一化発現cDNAライブラリーには、構造遺
伝子部分を挿入したフィラメンタスファージによる蛋白
質発現系が用いることができる。このファージには、抗
体遺伝子の発現例(J.D.Marks ら,J.Mol.Biol., 222 p
581-597, 1991)で示されるように800〜1,000塩
基長の遺伝子が挿入可能である。
コードする数にして約270〜330にあたる。ヒトや
動物での全遺伝子の種類は5万種前後と考えられ、mR
NAの長さは1,000〜2,000塩基長以上のもの
が数多く存在している。つまり、フィラメンタスファー
ジに構造遺伝子そのまま挿入するのは不可能と考えられ
る。
は、ある構造遺伝子そのままの構造が必要であるわけで
はない。M.Goは、蛋白質の機能の系統的な進化を解明す
るために蛋白質の機能単位として物理化学的計算により
割り出すことができるモジュールと呼ばれる構造を想定
している。そして、このモジュールの組み合わせにより
特異な親和性が現れることを示している。( 郷通子、蛋
白質・核酸・酵素 39p2449−2456、199
4) つまり、親和性を示す蛋白質部分、例えばモジュールを
含むものであれば蛋白質の相互作用を検索可能である。
がってできている。球状ドメインは普通50〜200ア
ミノ酸残基程度の固まりであるが、例外として300残
基以上の大きなものも知られている。球状ドメインはモ
ジュールが組み合わさったものである。モジュールは連
続した10〜40残基前後のアミノ酸残基からできるコ
ンパクトな構造ユニットである。(郷 通子、分子進化
実験法、第18章、日本生化学会編集、東京化学同人発
行、1993) モジュールは親和性を検索する対象として考えられるの
で、そのアミノ酸からコードされるDNAの長さは30
〜120塩基長となる。先に述べたフィラメンタスファ
ージの発現系では800〜1,000塩基長が挿入可能
なので、約7〜33のモジュール構造を発現できる。
cDNAを対象とすると、構造遺伝子部分を含むもの
を、そのオープンリーディングフレームの上流・中流・
下流に相当するcDNA断片としてライブラリー化する
ことで親和性検索ライブラリーとして利用できる。更
に、蛋白質をコードする動物固体の遺伝子は、5〜10
万種類といわれているので、均一化ライブラリーとして
ファージ1x105 〜1x106 をスクリーニングすれ
ば良いこととなる。このスクリーニングの数は、付番等
によるカタログ化の可能な数字である。
造遺伝子部分を含むライブラリーは、その中に含まれる
モジュール構造による親和性によるスクリーニングが可
能である。
特定の蛋白質をコートしたプレートを用いて、特異的に
結合するファージをパニング法等により選別することが
できる。コートする蛋白質としては、特に制限はない
が、特定の組織、細胞、更に、レセプターと生理現象に
関与していると考えられるものが好ましい。親和性を確
認後、選択されたファージの挿入cDNA断片の塩基配
列を決め、既知のものとは異なるものであれば、新規な
生理活性に関与する因子等が見つけられる。
親和性を阻害したり、影響を与えることが分かる実験系
を組めることから、阻害剤等のスクリーニング系が作製
可能となる。
なっていればどちらかが分かれば、スクリーニングで得
ることが可能である。得られた親和性の分析には、モジ
ュール構造を介して行える。これは、より早い分析手段
の材料を提供するものである。
て、酵母のtwo-hybrid system(2ハイブリッド・シス
テム)が開発された。これは2種の融合蛋白質間(two-h
ybrid)の相互作用(結合活性)を、酵母細胞内転写の活
性化を指標に検出する実験系である。(Fields, S. and
Song, O., Nature, 340 p245-246,1989) 2ハイブリッド・システムでは、酵母の発現ベクター上
に転写因子SRFまたはGAL4の結合領域に目的の蛋
白質を融合させた形で遺伝子を構築し、β−ガラクトシ
ダーゼ遺伝子(LacZ)をレポーター遺伝子として持
った指示酵母株(62L)に導入する。一方、cDNA
ライブラリー、本発明では均一化発現ライブラリーが構
築可能な、制限酵素切断部位が両端についているDNA
を酵母発現ベクター上で転写のアクチベーターであるV
P16(またはGAL4)のアクチベタードメインの下
流に構築し、同様に導入する。ナイロンメンブレン上に
コロニーを形成させ、ガラクトース培地により両プラス
ミドからの発現を誘導させた後、X−galを基質に
し、コロニーの青色を指標にスクリーニングする。レポ
ーター遺伝子としては、酵母遺伝子HIS3を用いたも
のも知られている。
ローンが同じ割合で含まれる発現ライブラリーに関す
る。
合で含まれる発現ライブラリーが構築可能な、制限酵素
切断部位がDNA両端についているDNAに関し、ここ
で言う制限酵素切断部位は、特に制限はないが、好まし
くは、発現ベクターに挿入可能な制限酵素部位が望まし
い。また、マルチ・クローニング部位として両端または
一方端につけてあっても良い。
合で含まれる発現ライブラリーが、ファージによって製
造されたものに関し、そのファージは挿入遺伝子が発現
可能なファージであればよく、好ましくは、ラムダファ
ージやフィラメンタスファージが挙げられる。
合で含まれる発現ライブラリーが、フィラメンタスファ
ージでよって製造されたもでのある発現ライブラリーに
関する。
Aクローンに均一化操作を行い、得られたDNAを、フ
ィラメンタスファージのマイナ−・コート蛋白質遺伝子
の一部と置き換え又は挿入により導入しライブラリーを
構築する、すべてのcDNAクローンが同じ割合で含ま
れる発現ライブラリーの製造法に関する。更に、蛋白質
の翻訳領域を含むcDNAクローンに均一化操作をロー
ン・リンカーを用いた均一化サイクル処理により行い、
得られたDNAを、フィラメンタスファージのコート蛋
白質遺伝子の一部と置き換え又は挿入により導入するこ
とによりライブラリーを構築する、すべてのcDNAク
ローンが同じ割合で含まれる発現ライブラリーの製造法
に関する。
処理とは、Ko,M.S.H. らが述べているcDNAのセルフ
・サブトラクションを相補的DNAまたはRNA同士が
ハイブリッドを形成するという現象を利用して、キネテ
ィクスを考慮した条件で行い、cDNAの均一化を図
り、このセルフ・サブトラクション後のDNA量の減少
を回復するために、ローン・リンカーと呼ばれる非接着
性の突出末端と平滑末端を持ったリンカー配列を用い
た、アンカードPCR法でcDNAを集団として増幅す
ることを言う。(Ko,M.S.H. ら, Nucleic Acids Res.,
18 p4293-4294, 1990) 更に、すべてのcDNAクローンが同じ割合で含まれて
いる発現ライブラリーよりある蛋白質との親和性によ
り、その蛋白質と親和性の高い蛋白質を選択する方法に
関する。
ィラメンタスファージを選べば、発現後、ある蛋白質に
親和性があるものを捜す目的のスクリーニングとして、
特定の蛋白質をコートしたプレートを用いて、特異的に
結合するファージをパニング法等で選別することが可能
であり、酵母の2ハイブリッド・システムを用いればよ
りin vivo を反映したスクリーニングが可能となる。
白質が抗体であり、所望の抗原を親和性により選択する
方法に関する。
る方法が、酵母の2ハイブリッド・システムである親和
性スクリーニング方法に関する。
じ割合で含まれる発現ライブラリーより親和性のスクリ
ーニング方法で得られた遺伝子産物に関し、この遺伝子
産物は、完全な構造遺伝子を得るためのプローブとな
り、また、モジュール単位の3次元構造解析などで親和
性が検討できる材料となりえる。目標とする組織、細
胞、レセプター、あるいは種々の因子に対し、親和性の
高いものから低いものへと種々の蛋白質の品揃えが見つ
けられれば、新たな生理活性を見つけられる可能性があ
り、しかもその分子生物学的な説明が早くできうるよう
な材料を提供することができる。
合で含まれる発現ライブラリーより得られる遺伝子産物
からなる医薬に関する。
ゴニストやアンタゴニストが簡単にしかも重要な親和性
に寄与しているモジュール構造のみで取り出せる可能性
があり、今まで知られていない医薬品となる可能性があ
る。
れのクローンを付番(タグ)によりカタログ化すること
ができ、1x105 〜106 の個々のクローンを色々な
アッセイ系にかけ機能を明らかとしたクローンとしてデ
ータベース化できる。将来、調節蛋白質の組み合わせま
たは改変で、より緩やかな調節とか、機能を組み合わせ
ることにより、全く知られていなかった医薬品の開発に
応用できる蛋白質起源を提供できることとなる。
はないが、医薬を目的とする考えから、ヒト由来の細
胞、臓器が好ましい。細胞や臓器等からmRNAを抽出
する方法は一般的に知られており、例えば、塩酸グアニ
ジン法、リチウムクロライド法が挙げられる。ポリ
(A)+ RNAの分離についても一般に知られており、
オリゴdTカラム法などで行えばよい。
から合成すれば良い。例えば、オリゴdT−NotIプ
ライマー(5’−AATTCGCGGCCGCTTTT
TTTTTTTTTTT−3’)を用い逆転写酵素で2
本鎖cDNAとする。この時、合成条件を選べば200
塩基対から数Kbの塩基対のcDNAが合成できる。得
られたcDNAをアガロースゲル電気泳動などで所望の
塩基対の集団となるようにサイズ分画を行う。分画後、
エリューション、エタノール沈殿などで回収し、cDN
A両端をT4DNAポリメラーゼ処理で両端をそろえ
る。
イゲースを用いて接続する。ローン・リンカーとして
は、例えばLL−SalIとして、LL−SalIA
(5’−ATTGACGTCGACTATCCAGG−
3’)及びLL−SalIB(5’−CCTGGATA
GTCGACGTC−3’)を用いることができる。
(Ko, M.S.H.ら,Nucleic Acids Res.,18, p4293-4294,
1990 ) LL−SalIA,Bをリン酸化し、アニーリングさせ
る。このアニーリングしたLL−SalIをブラント末
端としたcDNAとT4DNAライゲースを用い接続さ
せる。
をPCR法により増幅する。増幅したcDNA−ローン
・リンカー産物を変性、再会合処理により、ハイブリッ
ドを形成させる。ハイブリッドを形成しない1本鎖のみ
をハイドロオキシアパタイドカラム(65℃保温)で回
収する。
行ない2本鎖cDNAとする。
域cDNAを加えることで、構造遺伝子の中流・上流域
が1本鎖として得られ、また、構造遺伝子の中流と下流
域cDNAを加えることで構造遺伝子の上流域が1本鎖
として得られる。
ることにより、蛋白質モジュール・ライブラリーとし
て、構造遺伝子上流、中流及び下流の各ライブラリーを
構築できるcDNA集団が得られる。
和性を検索するベクターへの挿入などを考慮し、各種リ
ンカーを用意し結合すればよい。
同じ割合で含まれる発現ライブラリーは、新規な医薬と
なり得る物質を親和性などでスクリーニングし得られる
物質起源となる。また、親和性を基礎とした生理現象解
明の材料を提供できる。
製手順を示したものである。
用の例を示したものである。
Claims (11)
- 【請求項1】 すべてのcDNAクローンが同じ割合で
含まれる発現ライブラリー - 【請求項2】 すべてのcDNAクローンが同じ割合で
含まれる発現ライブラリーが構築可能な制限酵素切断部
位がDNA両端についているDNA - 【請求項3】 ファージによって製造された請求項1記
載の発現ライブラリー - 【請求項4】 ファージがフィラメンタスファージであ
る請求項3記載の発現ライブラリー - 【請求項5】 蛋白質の翻訳領域を含むcDNAクロー
ンに均一化操作を行い、得られたDNAを、フィラメン
タスファージのコート蛋白質遺伝子の一部と置き換え又
は挿入により導入しライブラリーを構築する、すべての
cDNAクローンが同じ割合で含まれる発現ライブラリ
ーの製造法 - 【請求項6】 均一化操作をローン・リンカーを用いた
均一化サイクル処理により行う、請求項5記載のすべて
のcDNAクローンが同じ割合で含まれる発現ライブラ
リーの製造法 - 【請求項7】 すべてのcDNAクローンが同じ割合で
含まれる発現ライブラリーよりある蛋白質との親和性に
より、その蛋白質と親和性の高い蛋白質を選択する方法 - 【請求項8】 ある蛋白質が抗体であり、所望の抗原を
親和性により選択する請求項7記載の方法 - 【請求項9】 ある蛋白質との親和性により選択する方
法が、酵母の2ハイブリッド・システムである請求項7
又は請求項8記載の方法 - 【請求項10】 すべてのcDNAクローンが同じ割合
で含まれる発現ライブラリーより、請求項7、請求項8
または請求項9に記載の方法で得られた遺伝子産物 - 【請求項11】 すべてのcDNAクローンが同じ割合
で含まれる発現ライブラリーより得られる遺伝子産物か
らなる医薬
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7176103A JPH0923885A (ja) | 1995-07-12 | 1995-07-12 | 遺伝子発現ライブラリー及びその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP7176103A JPH0923885A (ja) | 1995-07-12 | 1995-07-12 | 遺伝子発現ライブラリー及びその製造法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0923885A true JPH0923885A (ja) | 1997-01-28 |
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ID=16007752
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP7176103A Pending JPH0923885A (ja) | 1995-07-12 | 1995-07-12 | 遺伝子発現ライブラリー及びその製造法 |
Country Status (1)
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JP (1) | JPH0923885A (ja) |
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