JPS60501290A - 酵母細胞に新しく導入した遺伝子の発現改良 - Google Patents
酵母細胞に新しく導入した遺伝子の発現改良Info
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- JPS60501290A JPS60501290A JP50203584A JP50203584A JPS60501290A JP S60501290 A JPS60501290 A JP S60501290A JP 50203584 A JP50203584 A JP 50203584A JP 50203584 A JP50203584 A JP 50203584A JP S60501290 A JPS60501290 A JP S60501290A
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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】
酵母細胞に新しく導入した遺伝子の発現改良本発明は酵母細胞に新知に導入した
遺伝子の発現における改良に関する。
特に本発明は、酵母RNA 、]′?IJメラーゼI[による伝Fを開始させる
ことができ、サツカロミセス・セレビシェ(S、 cerevi、5iae )
のGAPDH遺伝子の1つのレギユロン領ψの少なくとも一部分を含むDNA
iji+′列に関する。
(DNA =デオキシリポ核酸、 RNA−リボ杉酸、 GAPDH=グリセリ
ンアルデビ¥−3−リン酸脱水素酵素。
mRNA−メンセンジャーRNA )。
本発明はさらに、酵母面Aボリメラ!ゼ1【にょる転写の停止とそのmRNAの
ポリアデニル什ヲ行なうこと力゛でき、サツカロミセス・セレビシェ(二cer
evisiae )のGAPDH遺伝子の1つに属する停止/ポリアデニル化領
域の少なくとも一部分を含むDNA配列の使用に関する。
本発明は又、サツカロミセス・セレビシェ(S。
cerevisiae )のGAPDH遺伝子の1つの少なくとも上記L/ J
f ユロン領域と、サツカロミセス・セレビシェのGAPDH遺伝子とは異なる
1つ又は2つ以上の構造遺伝子を含む大きい方のrDNA配列に関し、この構造
遺伝子にコードされた目的の蛋白質全酵母が生産できる様に酵母を形質転侠させ
るために、DNA配列t w 11<え2
DNAプラヌミド又は酵母染色体に挿入することができる。
′ 最後に本発明は蛋白質の生成される多件下で上記の大きいrDNA配列を含
む酵母を培養し、そして酵母培養液からその蛋白質を単離することにより蛋白質
を製造する方法ならびにその方法により得た蛋白質に関するっ
発明の背景
組換えDNA (−rDNA )技術の進歩により、高等生物体(たとえばピト
、動物及び植物・)から特異的遺伝子父はその一部分を単離又は合成し、これら
の遺伝子父性遺伝子断片を細菌や酵母などの微生物に移入させることが可能にな
った。形質転換された微生物が祥裂するように、移入された遺伝子は複製及び増
殖される。
その結果、形質転換された微生物は、移入された遺伝子又は遺伝子断片がコード
しているどのような蛋白質(酵素、ホルモン、抗原、抗体、又はこれらの一部)
をも作る能力?与えられることになる。この微生物はこの能力を子孫((伝えて
いくため l<笑止この移入が記載された能力を有する新規の微生物株を作るこ
とになる。
この技術が実用上の目的に応用できることの背景にある基本的な事実は、全ての
生物(微生物からビトまで)のDNAは化学的に類(jJ、 しており、同じ4
個のヌク3 符表昭GO−501290(3)
レオチドで構成されているということである。たとえば哺乳動物の新生児の胃細
胞のプレ70ロキモ7ノを特定しているアミノ酸配列をコードする同じヌクレオ
チド配列は微生物に移入されたとき、同じアミノ酸配列をコードしているものと
して認識される。
組換えDNA技術の基本的構成要素(1辺下のものである:
1)目的の蛋白質をコードしている遺伝子っ11)新規遺伝子は遺伝子の安定な
複製と高度の発現を確保するために挿入しなければならないベクター(シラスミ
1′)0
111)新規遺伝子を有するベクターを導入できる、適切東宿主微生物。
合成すべき蛋白質の性質、この理由の工業的応用おメひ技術的に可能な発酵及び
絹製操作を考慮して、プラスミνベクターと宿主生物を選ばなければならない。
多くの場合、毒性物質の産生の疑いのない宿主生物、すなわちGRAS(一般的
に安全と考えられる)リストに記載されている微生物を選ぶことがきわめて重要
である。しかし、組換えDNA又は発酵技術の応用に必要な全ての要件を満たす
これらのGRAS 微生物はほんのわずかしかない。これらの好ましい基準に基
つく選択によると、現在のところいくつかの種の酵母、著名なものとしてはサツ
カロミセス(Saccharomyces ) 、クルイベロミセス(Kluy
veromyces ) sデバリオミセス(Debaryomyces )、
ハンゼニュラ(Ha、n5enula )、カンジダ(Ca、ndj、da )
、トルロデンス(Toru’1opsis)、及びロー 1s’ トルーラ(R
hodotorula−)が、遺伝子操作されたDNA、分子の非常に有望な宿
主生物と卯なされているっ
本発明においては、酵母内で安定1【維持されうるシラスミドベクターであり、
そして最も重要なことでるるが、新しく導入した遺伝子を高度に発現させる適当
なレギユロンを含有するフ0ラスミドベクターの作成て、組換えDNAの技術、
分子的、生物学的及び化学的技術全使用している。
今日、酵母サツカロミセス・セレビシェNpなシラスミドベクターがいくつが知
られている〔/−、ピー、ホレンバーグ(C,P、 H1二ilen−Oerg
+カレントトヒソクス イン マイクロバイオロジーアンド イムノロシー(C
urrent ToりlCS ’ir、 ’M] crob。
and Immunol 、 )第96巻、119−144貞(1982年)、
及びエイ・ヒネン(A −1(innen)とビー・メイハソク(B、Meyh
ack )、カレントトビソクス・イン マイクロバイオロシ゛−アンド イム
ノロシー(Cu、rrent’ Topics in Mjcrob、 and
Immun’o1.、 )第96巻、101−117頁(1982年)〕oこ
れらのベクターは、宿主v5m l1fq内でベクターおよび担・人されたi蓑
伝子を維持するのに特定な種の酵母つ染色体DNAから単離された自律複製配列
(AR8) K依存するプラスミドの複製活性に依存する。史に、これらの酵母
ベクターは、形質転換体を選択できるマーカーを含有する。このようなマーカー
の例としてはleu 2 jfjH伝子〔エイ・ヒネン(A、 Hinnen’
) ラ、 yPロン−ディング・す/ヨナル・アカデミ サイエンス ニーニス
エイ(Proc、 Natl、 Acad、 Sci、 USA )、第75巻
。
1929−1933貞(1978年)〕、trp 1遺伝子〔ジー・ストルール
(K、 5truh、L )ら、ゾ0ン−デインダ・す/ヨナル・アカデミ・サ
イエンス ニーニスエイ(Prac、 Natl、 Acad、 Sci、 U
SA”)、第76巻、1035−1039迭〔(1979年)〕、ラクターゼα
伝子〔アール・シー ディックノン(R,c。
Dickson )、ジー 7 (Gene )、第10巻、647−3560
(1980年)〕、オヨびアル抗生物+ Jtに71する耐性を宿主細胞に与え
る遺伝子がある。
サツカロミセス・セレビ人工(S、 cerav1siae’) I/Cおける
AR−配列又はクルイベロミセス・ラクティス(Kluyveromyces
1act1s )又はクルイベロミセス・フラジリス(K、 fragilxs
)における(K)AR配列は。
これらの酵母を用いるイ8頼てきる発酵フ0ロセスの開発には必ずしも充分では
ない。従ってrDNA含有酵tひの工業的応用に(d1新しい宿主細胞の染色体
に外来構造6
遺伝子を組込むことが非常に重要である。
経済的な面からみると、酵母細胞内の挿入遺伝子の安定性だけでなく、この遺伝
子が蛋白質として発現する効率も重要である。これらの知yに基づき、新しく挿
入された遺伝子を高度に発現させるだめの主要な経路は下記のようなものである
ニ
ー遺伝子の高度転写用IWを行ない得るフ0ロモータ(RNA開始)部位の下流
への構造遺伝子の組込み。
プロモーター活性が誘導可能(すなわち温度の変化や、生育培地中のインヂユー
ザーの有無によりスイッチを入れたり切ったりできる)であるものが理想的であ
る。酵母中で1動く強力な70ロモーターは、解糖系の酵素をコードする遺伝子
の転写に関係するものである。マイドラ(Maitra )とロボ(Lobo
)の実験〔ジャーナル オブ バイオロジカル ケミスト リ − (J、 B
i、ol、 Chem、 ) 、第 246 巻、489−499頁(1971
年)〕は、これらのプロモーターのうちのいくつかはきわめて誘導能が高いこと
をさらに示している。しかしながら、これらの70ロモーターの単離に関する重
大な問題は、DNA断片に対し調節活性と充分なプロモーター活性を与えるヌク
レオチド配列について、現在までのところほとんど分っていないということであ
る。
一構造遺伝子の下流へのRNA (IJボ核酸)停止シグナルの組込みっこのよ
うな停止シグナルが存在するため、構造遺伝子の転写は隣接するオKOンの転写
を妨害せず、さら(/c転写効率はより高いようであり〔ケー・ニス・ずし・ノ
ド アンV エフ /ヤーマy (K、 S、 Zaret and F、 S
herman )、セル(Cell:)第28巻、56ろ一576頁(1982
年)〕、メソセンジャーのボリアぞニル化は正しく起こり、より安定性の高いm
RNA (メツセンツヤ−RNA ) 泪カ得られやすい。しかしながら、現在
までのところ、酵母の転写停止に必要なヌクレオチド配列(で関する正確なぞ−
タは得られていない。
一蛋白質合成開始に最適のRNA分子中のAUGコドンを取り囲むヌクレオチド
配列の存在。公表ぞ一タ〔エム コずツク(M、 Kozak ) 、ヌクレ′
イソクア/ノズ リサーチ(Nucle+c Acj、ds Res、 )第9
巻、52Z3−5252頁(1981年)〕によれば、−6位と+4位、NXX
AUGNはきわめて保存性が高く(−6にA又はCそして+4にG)、この事実
はりホソームによる翻訳開始点としてのAUGコドンの認識におけるこれらのヌ
クレオチドの役割を示唆している。効率的な酵母のゾロモーターは一6位にヌク
レオチげとしてA又UCを有すると予測されるが、+4位のヌクレオチドはコー
ディング配列の−M’を形成しており、従ってプロモーターの下流に挿入される
遺伝子の性質に依存する。これは全ての場合にこの条件ti足することは国難で
あることを示唆している。
一宿主シ州胞内のベクターのコピー数。多くの場合膜コピー数は高mRNA濃度
になり、従って遺伝子がより多り発現される。サツカロミセス・セレビシエ(S
、 cerevisiae )では2ミクロンDNA複製開始点を有するベクタ
ーのコピー数ば50にも逮するっこれはたとえばベクター又は自律的複製配列′
!il−有するベクターのコピー数〔ケイ・ストルール(K。
5truhl ) ラ、 −10シーデイング・す7ヨナル・アカデミ・サイエ
ンス ニーニスエイ(Proc、 Na、tl、。
Acad、 Sci、 USA )、第76巻、1035−1059頁(197
9年)、及びエイ・クエイ・キンダズマy (A、 J、 Klngsman
)ら、ゾーン(”()ene ) 、第7巻、141−152頁(1979年)
〕よりも相当多い。しかし、サツカロミセス(5accha、ro+pycss
)以外の酵母では、2ミクロンDNAは発見されておらず、この複製開始点は
きわめて少数の酵母でのみ機能することを示唆している。これ1でに得られた実
験データでは、2ミクロン複製開始点はン・7サノカロミセスボンベ(Schl
zosaccharomyces pombe )では機能する〔ディー・ビー
チ アンド ビー・ナース(D、 Bea、ch an’d P、 Nurse
)、ネイチャー(Nat;ure )、第290巻、140−1423a(1
981年)〕が、タルイベロミセスラクテイスダス(G、 Da−s )とシー
・ピー・ボレンバーグ(c、 p−Hollenberg )、カレント・ジエ
ネテインク(Curr。
Genet、 )第5巻、123−128M’(1982年)〕ッ従ってサソカ
ロミセ/C(Saccharomyces )又はンデサノカロミセス(Sch
lzosaccharomyces ) DI外の属に属する酵母の形質転換は
、多くの場合形質転換すべき生物から単離されたAR8のような仙のDNA複製
開始点の入手、又は酵母のケ゛ノl、中への外来遺伝子の組込みに依存する。
一使用する宿主生物に最適の遺伝子のコーンの使用。
サツカロミセス・セレビシエ(S、 cerevisi、ae )で得られた結
果は、あるtRNA(転移RNA )の豊富さと蛋白質遺伝子中の各コドンの存
在の間には高い相関があることを示している。従ってたとえば世ノヵロミセス・
セレビシエ(S、 CereVIS]、ae )での牛フ0レフロキモ7ノ遺伝
子又ハ植物フ’l/フ0ロノー7チン遺伝子の最適な発現には、この−凹、富な
酵耽のtRNAと相関するコ「ン群を有する両遺伝子の化学合成が必要である。
″″″遺伝子の梱訳に影響を与える別の因子は、いわゆるシグナル配列をコー関
しているDNA配列の存在である。これらのシグナル配列は多くの場合膜を通し
ての蛋白質の共翻訳的分泌にしばしば関係する、疎水性N−末端蛋白伸長部分で
あるっ本明細fでは、酵母の70レゾロノーマチン遺伝子の発現で得ら′nだ力
fしい分ゞ−タか示されて(・)るが、このぞ−タ(住/ダナル蛋白質を=?−
ドし7ているDN A配列が遺伝子から除かれると、遺伝子の発現は数オーダー
ρ少することを示し、ている。
馬、在のところ組損えDNA分j′−の宿主となり得ることが知ら)上でいる酵
母の数はサツカロミセス・セレビ/・れる。 。
発明の要約
従って商業レベルでの組押えDNA技術が適用できる分野への拡張を11目1し
にオる/こめ、他の代謝上の性質や(ji+、の栄養要求性を41する別の酵@
:ch+するニーズが任(i; しているわしかL7竹し、い酵母を使用するに
は、新たに挿入いれたDN Aの適切な発現系と共に、)耳しい宿主中のベクタ
ー分子の安定な複製を値保するための適切なりNA a裂開始点が必要である。
本発明は、サツカロミセス−セレビシェ(S、 cersvxsiae )に限
定されず1仙の酵母でも機能できる発現系を供する。これを実現するために、サ
ッカ「Iミセス セレビシェ(S、 cere−v+51ae ) (1)グリ
セリンアルデヒド−6−リン酸脱水素酵素(oAP丁IH)のRNA開始/調節
及びR1,IA停止/ボリア−?′;ル化/グゾルを単離した(、I)AI’D
H@ 伝子のRNA開始部位はサツカロミセス・セレビシェ(S、 cersv
tニー;iae ) ’Ic :にける非乞責r(す<’;a/−)0ロモータ
ーであるという事実〔エム シ゛エイ ホランV (M、 J、 Ho11.a
、nd )ら、バイオケミストリー(Biochemxstr−y )第17巻
、4900−4907貞(1978年)〕に加えて、GAPDHは多くの異なる
生物中の代謝上の重要な酵素であり、その発現を調節するヌクレオチド配列に関
して進化中(C何らかの保存があったことを示唆していることが認識されてから
、本発明の)0ロモーターを単離して応用した。これを基礎にしてさらに実験を
行なった。そ(7て(1)単離し放射性標識したGAPDHレギユロン領域断片
は種々の酵母のコロニーとハイブリダイズした1 (H)サツカロミセス セレ
ビシェ(且 CereVlslae )のGAPDHしf−’−07はクルイベ
ロミセス・ラクテイス(K、 ]、actis )中で外来値伝子を効率よく発
現した、そして(::i)約850ヌクレオチドの太きし・3レギユロン領域は
、約280ヌクレオチドの小きいレギユロン領域〔十ラッド シ゛エイ ピー
(Ho1land :r、 p、 )とホラノド ’L ム・’7’ :r−イ
(Ho1land M、’ J、 )、’) ヤ−f iv ・、:t f ・
バイオo ’)カル ケミストリイ(J、 Biol、 Chem、 )、第2
55巻、2596−2605亘(1980年)]よりも効果的であった。これら
の新しい知見により不発明者らは、単離されたレギユロンはいくつかの・9jJ
の酵母で外来DNAの発現に有用であろうという自(8を得た。
不発明は、基本的に図2に示されたDNA配列より成2
す5蛋白質合成開始のだめのヌクレオチド>’i1′:1列Viit ノド■作
を容易にするために少なくともひとつの制限酵素切断部位を含む様に任意にレギ
ユロン領域を変更することを特徴とする、酵母のRNAポリメラーゼIIによる
転写を開始させ得るDNA配列で、サツカロミセス・セレビシェ(S、 cer
evhsiae )のGAPDH遺伝子の1つのレギユロン領域の少なくとも一
部分を含むDNA配列をイijする。
レギユロンを改変をせた例の1つを第4項と図7A及び図8に本すが、ここでば
Sac I部位の導入を示しである。図2には1つの特異的DNA配列のみ記載
しであるが、1つ又は2つり上のヌクレオチドの置換えであろうと、又は1つ又
は2つ以−ヒのヌクレオチド配列力[1又は欠失であろうと、このDNA配列の
改変(この改変は図2に示したVギュロン遺伝子の性質を・損わない)if本発
11J4の範囲内にある。
本発明はさらに、基本的に図6に示しだDNA配列より成ることを特徴とする、
酵母のRNAボリノラーゼIIによる転写の停止とn+RNAのポリアデニル化
がl:l]能す]’BJ A配列で、−リーソカロミス セレビシェ(とQer
e−VISlae )のGAPDH遺伝イのひとつに!−6するイ亭止/ポリア
デニル化領域の少なくとも一部分を官有するDNA配列乏洪する。
このよりなりN、A配列の存在が酵母:こおける溝!?i遺伝J’の発」Ill
、(、二1)f−まし、いことか明らかになってき7乞。このようなりNAA配
列存在は、酵母の・用胞のケゞツム中へrDNAを導入するの(で特fc有効で
あるっ本発明は又、組換上DNA fラヌミ団又は酵母染色体中Gて挿入され得
るDNAヤ列て、
(a) 基本的に図2に示しをDNA配列であり、及び(b) サツカロミセス
セレビシェ(S、 cerevisiae )のGAPDH遺伝子とは異なる
1つ又は2つ以上の構造遺伝子、及び(C)から(f)のうち少なくとも2つ。
(c) 酵母RNAポリメラーゼ11による転写の停止とmRNAのボ゛リアデ
ニル化を実行させることが可能な1つ又は2つけ上の特異的なりNA配列、及び
/又は(d)1つ又は2つ以」二の選択マーカー、及び/又は包体への安定な挿
入をttJ面にする1つ又は2つL′−J上ノヌクレオチド配列、又I′j、’
+M7 iid if −FFk ’rc 、k lj ルDNA fp製を
調節する1つ又は2つ以−トのDI=lA配列、及o・/又は
(f) 蛋白質の移動を助ける60月下のアミノ酸残基より成るシグナルポ′り
架プチドをコー1しており、構畠遺伝了の1−流でかつ同じyPf読ル−ツ・(
ηに母性しているDNA配列、
より成るDNA配列を供するっ
牛Irに(b)の構ユ告遺伝r−+□丁1ノーフチン又(rJキ七ンン、又は、
jc I’(らの種々の対)フ:上伝−「型又(・■改変ξす(このようなりN
A配列はこれらの遺伝子の発現を増加させるため、ソーマチンの甘味性やキモシ
ンの凝乳能、又はノー7チン様蛋白質又はキモノン様蛋白質の前駆体を損わない
)をコードしている0
(c)の特異的DNA1ji’列としては基本的にチャート2に示したDNA
ffi”、列が、他の停止/ポリアデニル化領域よりも酵母に対して一層適応性
があるようなので、こちらを使う方が好ましい。
シグナルボリペノチドをコードしている(f)のDNA配列ハ以下のものをコー
ドしているDNA配列より成る群から選ぶことができる:
(a)サツカロミセス・セレビシェ(ジcerevisiae )インベルター
ゼを移動させるシグナルペゾチド、すなわちMet −Leu ・Leu ・G
lu −Ala −Phe −Leu −Phe ’ Leu ・Leu −A
la −Gly −Phe ・Ala−A]、a ・LYS ’ Ile +
Ser + Ala 。
(b) サツカロミセス・セレビシェ(S、 cerevisiae )酸性ホ
スファターゼを移動させるシグナルポリペプチr1すなわちMe’t−Phe
−Lys ・Ser −Val 。
Val、 −Tyr ・Ser ・工1e −Leu ・Ala−Ala ・S
er −Leu −Ala −Asn ・ Ala 。
(C) ノー7チン様蛋白質の未成熟型のシグナルg +Jベゾチr1すなわち
Met−Ala Ala −Thr・Thr ・CyS・Fha ・ Phe
−Phe −Leu −Phe ・ Pro ・ Phe ・Leu −Leu
−Leu 、Leu −Thr ・ Leu ・ Ser ・Arg ・ A
la 。
(d) キモシン様蛋白質の未成熟型のノグナルボリペフ0チトゝ、すなわちM
et + Arg + Cys ’ Leu val HVal ・ Leu
−Leu −Ala val ・ Phe −Ala Leu・Ser −’
Gln−GLy’ 、および(el 2つのコンセンサス シグナルポリペゾチ
ド、すなわちMet −5er−Lys−Ala ・Aha Leu Ala・
Phe −11e −Aia ・Phe −Val ・I]、e ・Val −
Leu工le val −Asn−AlaおよびMet ・Ser ・TJYS
・PheVal・工1e −Val −Leu −11e ・Val −Al
a・Ala−Leu −Ala −Phe ・Ila −Ala−Asn Al
aO発現条件をできるだけよくするため、コドンを酵母によって好ましいコドン
にす−るために(b)の構造遺伝子及び/又は(f)のンダナルボリペゾチドを
コードしているDNA配列を改変することが重重れる。ジエイ・ピー・ホランl
−1’ (J、 P、 Ho1land )とエム・ジェイ・ボランド(M、
、r、 Ho1land ) 〔ジャーナル・オグ・バイオロジカル ケミスト
リー(J、 Biol、Chem、 )’第255へ2596−2605頁(1
980年)〕の教示に従うと、好ましいコドンは以下のものである:acc又は
GCT アラニン TTG ロイシンAGA アルギニン AAG リジン
AACアスパラギン ATG メチオニンGAC又ハGAT アスパラギンII
J TTc フェニルアラニンTGT システィン CCA フ0ロリン6
CAA グルタミン TCC又はTCT セリンGAA グルタミン酸ACC!
又はACT 7レオニンGGT グリシン TGG )リプトファンOAOヒス
チジン TACチロシン
ATC又はATT インロイ7ン GTC又はGTT バリン−0上記のDNA
配列はそれ自体が目的ではない。これらはプラスミドの形で又は酵母のrツムへ
の取込みによって、サツカロミセス(SaCCharOm CeS )、クルイ
ベロミセス(KluyVerOmyCeS )、デバリオミセス(De’bar
’yOmYCeS )、ハンゼニュラ(Hansenula )、又はローげト
ルーラ(Rhodotorula ) ヘのこれらのrDNA配列の導入によっ
て、これらのD′NA1列を含有する酵母を調製する方法に使用される。
本発明はさらに、シラスミドの形又は酵母のrツムへ取込まれた形でこのような
rDNA配列を含有する酵母を供し、このような酵母を培養して蛋白を製造する
方法へのこれらのDNA配列の使用を供する〔ここで酵母に取込まれているrD
NA配列は、蛋白省又はその前駆体(この前駆体は分解中に関連する蛋白を生成
する)をコードしている構造遺伝子を含有する)0最後に本発明はこの新規の方
法により産生される蛋白質を供する。
GAPDH7°rjモ一ター/gJ、1節領域がプレプロソーマチンやプレゾロ
キモシン又は種々の成熟生成物のいくつかをコーrしている構造遺伝子と結合し
ているいくつかの構成物が作られており、酵母((おけるノー7チン様蛋白質の
合成が証明されている。好適な構成物はプレゾロソーマチン又はゾレンーマチン
をコーVしている構造遺伝子を含有していた。この遺伝子の発現収率を増加させ
るために、本来のコドンを高度に発現される遺伝子に多量に存在するコげンで置
換可能である。
さらにプレプロキモノンのシグナル配列をコー1しているDNA配列は、酵母て
より***される産物のシグナル配列〔たとえばサツカロミセス・セレビシェ(S
cerevisiae )の産生ずるノブナル配列インベルターゼ及び酸性ホス
ファターゼ〕をコーIS>シているI)NA配列で置きかえ得る。
本発明(つDNA配列は、サツカロミセス(5accharo〜myces )
属や衾ルイベロミセス(Kluyveromyces ) 、F7に属する酵母
におけるDNA複製を調節するヌクレオチを挿入した場合は、サツカロミセス(
5acch、a−ro−−myces )については下記の組合せが好ましい=
2ミクロy DNAの複製開始点とシラ、スミドpMP 81 上ノ1eu2遺
伝子との組合せ〔/−・ビー・ホレンバーグ(C,P、 Hollenberg
)、カレント・トビシラス イン・マイクロバイオロシイ アンド イムノロ
ソイ(Current Topics in Microbiol a、nd
Immunol、、)第96巻、119−144頁(1982年)〕、および2
ミクロン[)NAの複製開始点とゲラスミ1Y町7上の(Nature )第2
82巻、ろ9−46頁(1979年)〕。タルイベロミセス(K、luyvsr
omyces )の好適な複製開始点はKAR8−2配列とシラスミドT)EK
2−7トのtrp 1遺伝Tとの組合せである〔ヨーロソ7NQ特許出願N00
0964ろ0(A1 )の21頁と25頁、及びチャート1に記載〕。もしこの
DI、IA配列を酵母のケ゛ツムに挿入しなければならない場合は、このDNA
配列(1外来の構造遺伝子の上流(でチャート1のレギユロン領域を含有する以
外に、構造遺伝子の下流にチャート2の停止領域を含有することが好せしい。こ
の組合せは酵f5ケ゛ツムのGA PI)H遺伝子の位置に同種組換えによって
挿入きれる(図19参照)。もう1つの方法はレヤユロン領域−構造遺伝子−停
止領域の組合せを、酵母ケ゛ツム由来のクローン化DNA配列中へ挿入する二と
である〔ター・ストルール(K、 5truhl )、ネイチャー (Natu
、re )第305巻、391−397頁(1983(Methocls in
End〕、ymologY )第1’01巻、202−211貞(1983年
)l。
本発明をよりよく理腑するのに必要な般も重要な用語を」ごJトに尾すする。
オペロンとは(a)ポリペプチド発現のための特′AヒのDNA配列(構造遺伝
子)、(o)構造遺伝子の上流な二あり、主にプロモーター調節自己列より成る
31AI節領域すなわちレギユロン(上記の発現をH(gl節してAる)、(c
)リセ・ノゞ−ムと結合する又は相q作用するnNANA配列ポリペプチドに特
徴的なアミノ酸配列をコードしでいるDNA配列である。
プロモーターとは転写の開始のためにRNAボリノラーゼが結合するレギユロン
内のDNA配列である。
末端とはオペロン内のDNA配列であり、特にmR,NAのポリアデニル化に関
係する特別なりNA配列と、 RNA−ボ゛リメラーザによるDNAの転写の停
止に関係する特別なりNA配列より成る。
チドへの正しい翻訳が起きるようなフレームへの6個1組のヌクレオチド+(コ
トゝン)のブルーフ0化。
ろ過程。これは少なくとも転写と翻訳を含む多くの過程の組合せである。
ダー^C列とも呼tiすれる)とは、生体膜又は生体膜中の特別なりセフ0ター
蛋白質にケffL高い親和性を有する、及び/又はフ0しくフOo )蛋白質の
輸送/移動に関与するフ0しくプロ)蛋白質の一部を意味する。これらの給送/
移動違和には、プレ()0口)蛋白質の蛋白の成熟ユリへの分解がしけしばとも
なう。
Z(立遺伝型2つ遺伝子産物の1つ又は2つ以−ヒの天然シて存在するいくつか
の型っ
により得られる遺伝f産物の2つ又はそれ以上の天然に存在する摩の1つ。
)0レブ″ロソーマチンの成熟型とはプロンーマテン、プレソーマチノ(=6個
のアミノ酸より成るカルゼキン末端配列のない)0レプロノーマチン)そしてソ
ーマチン(r;p−pA54330及びEP−PA 54ろ61)を意味する。
プレン00キモンンの成熟型(!:はプロキモンン、7ユードモモ/ン及びキモ
7ン(gp−pA77109 )を意いるという条件で、mRNA配列と同一の
ヌクレオチド()配列ケイjするDNAデ拘○
以上のものを含η′する微生物クローニング用ピークルー(a) サツカロミセ
ス・セレビシェ(S、 cerevi−siae )のグリセリンアルデヒド−
6−リン酸脱−/k !酵素(0APDH)オKoンの種々の型のレキ゛ユaノ
及び末端(本明細書中に言e載された)0ラスミド中の添え字01.02で示し
である)、(b) デレフ0ロソーマチン、デレフ0ロキモシン及びそノtらの
種々の成熟型をコードしている構造遺伝子、(C) 特別の/グナル配列を有す
るプレゾロソーマチン又はフ0レプロキモンンの成熟型をコードしている上記構
造遺伝子の種々のハイプリノド型、及び(d)種々の化学合成したT)IJA虻
列−はいくつかのステツプから生産されるが、その中で最も重要なものは:
1、 サツカロミセス・セレビシエ(、s、’ cerevlsiae )のC
)APDHオペロンを含有するクローンの単離。
2G八PDHプロモ一ター/請而頭域の単離と、ノーマチン前jへ3体をコード
しているフ0ラヌミドへの導入。
6 キモノン前駆体をコードしているプラスミドへのGA P DJ(プロモー
ター/ gl、gJ節領領域導入。
4 合成りNA M片(図7配1図8)の導入による、プレゾロソーマチンをコ
ードするプラスミドにおける、本来のGAPDHプロモーター/調節領域の再悔
成。
5 合成りNA断片の導入による、(プレ)(70口)(/コード)キモノンヶ
コードするフ0ラスミ1にち・ける、本来の0APDHプロ七−ター/調節領域
の再溝1j17 C16、DNA合成。
22
7、 0APDHプロモーター/ glAI節領域の構造的特徴。
+3. GAPDH転写停止/+′1′?リアテニル化領域の断片をM 15
RFファーソの中心転写停止シグナルと一緒に、/ニー−キモシンをコーvして
いる遺伝子の下流への挿入。
92ミクロンDNA複製開始点と酵母1eu 2遺伝子の、ノーマチン前駆体と
キモシン前駆体をコー2するデラスミ1への挿入。
1Q、 GAPDH転写停止/ポリアデニル化領域のpURYフ0ラスミrへの
導入。
11 酵母における遺伝子発現に広く適用可北な大腸菌・コ’J (E、 co
li )−酵母の/ヤトルベクターの作糺12、ザソカロミセス・セレビ/工(
、S、’ cerevisiae )のGAPDHkコードしている遺伝子のプ
ロモーター/調節領域に支配されているプl/プロソーマチンをコードしている
遺伝子のクルイベロミセス・ラクテイス(K。
1actls )での発現0
13、 0APDHf oモーター/調節領域に支配されている構造遺伝子の、
酵母染色体への組込み014 構造遺伝子の化学合成と合成キメラ遺伝子の作製
。
以下の詳細な読切によシ本発明を例示する。
グリセリンアルデヒド6−リン敞脱水3F[素(GAPDH)オペロンを含有す
るクローンの単離。
′° 特表昭GO−501290(8)(M、、Carlson and Be
tstein * セ ル (Cel]、 ) 第 28巻、145−154頁
(1982缶)に言1ポ”iの方法と類似の方法を用いて、・・イデリノV大腸
菌(二。
二li ) −酵t 7’ラスミ¥pFl’lCエム・シエ/ぐ1)工(M、
Chevallier )ら、ジーン(Gene )第11巻、11−10頁(
1980年)〕中で酵母サン力ロミセス゛セレビ7工(S、 cerevisi
ae )のDNA 7°−ルを調製した。精製した酵母DNAを制限エンドヌク
レアーゼSau 5 Aで部分的に加水分解し、得られた1)NA断片(平均の
長さ約5 kb f pFllの脱リン酸化Ba、m HI部位でT 4 DN
A IJガーゼを用いて結合させた。この結合した物質を用い−てCaCJ、2
処理した大腸菌(ル立)を形質転換はせた後約30.000のア、ンビシリン耐
惟クローンが得られた。5 ′TACCAGGAGACCAACTT 3 ′の
配列を有する化学合りvしだ、32Pで標識したオリゴマーを用いて、コロニー
/・イブリダイゼーーンヨン法C7−ルーイー・テイヤー(R,E、 Tay
er )、アナリテイカル・バイオケミストリイ(Anal、 Biochem
、)第98巻、60−6.3頁(1979年)〕によりこれらのクローンをスク
リーニングした。
ソエイ ピー・ホラy t’ (J、P、 Ho1land )とエムソエイ・
ホランド(M、 J、 Ho1land )の発表したデータ〔ジャーナル・オ
グ・バイオロジカル ケミスト1ノイ(J、 Biol、 Chem、 )、第
155巻、2596−2605頁(1980年)〕によると、この第1ノーゝマ
4
−IはGAPDH遺伝子のアミノ酸306−310(最後のアミン酸にぶらさが
っている塩基はオリゴマーから得られた)をコードしているDNA配列と相補的
である。
アール ビー・ウオーク(R,B、 Wallaes)ら、ニュクレイノクアン
ノh” リサーチ(Nucleic Ac1d Res、)第9巻、879−8
94頁(1981年)に記載のハイブリダイゼーション条件を用いて、6個の形
質転換体を同定できた。このうちの1つにデラスミyp−pH−63が隠れてい
た。このプラスミドはプロモーター/調節領域と転写末端/ポリアデニル化領域
を有していた。
約9kbの長さのpFl 1−33の挿入部分を制限酵素分析(図1)と部分的
ヌクレオチド配列解析(図2と図3)で特徴づけを行なった。
〔注〕 特に明記していなければ、酵素のインキュベーションは全て販売元の指
示する条件で行なった。酵素はアマ−ジャム(Amersham ) 、イーリ
ンガー(Boehri、nger )、ピーアールエル(BRL ) 、又はバ
イオラグズ(BioLabs )から人手した。
2、GAPDHプロモーター/調節領域の単離とそのンーマチン前駆体をコード
するシラヌミVへの導入(図4)ノラスミ)−”pFll−33の挿入部分の制
限酵素解析とヌクレオチド配列のデータに基づき、 、 GAPDH遺伝子のR
NA転写開始領域を800ヌクレオチドから成るDdeT、断片として単離した
。このゾロモーターL所片を同定するためデラスミrpp71!1−34をsa
d Tで消化し、得られた3つのDNA断片を、化学合成したオリゴマーを用い
てサデンハイデリダイゼーンヨン試験を行なった〔イー・エム・すずン(E、
M、 5outhern ) %ジャーナルーオグ・バイオロシイ(J、 Mo
1. Bias、、 )第98巻、503−517頁(1975年)〕。〕ハイ
グリダイゼーンヨで陽性の4.3 kbの長さの制限断片を調製スケールで0.
7%アガロ−スケゞルから電気溶出し、次にDd+3 Iで切断した。こうして
得られたDde■断片のうち最も大きいもののみがpvu Hの認識部位(GA
PHプロモーター領域内の切断部位)を有していた(図1)。最も大きいDde
T断片を単離し、フレノウ(Klenow ) DNAポリメラーゼ、4種の
dNTPと共にインキュベートし〔エイ・アール・デービス(A、 R。
Davis )ら、ンy−ン(aene )第10巻、205−218頁(19
80年)〕、グランド末端DNA分子を作った。
反応混合液ラフエノール/クロロホルム(50150V/−V)で抽出し、水層
部分をセファデックス(5epha〜dex ) G 50のカラムに通し、ボ
イr容積部分に存在する物質をエタノール沈澱゛させ、T4DNAりが−ゼでイ
ンキュベートしてこのDNA断片に32p−標識Fic。
RI リッカー5’ GGAATTcc3’を結合させた。フレノウ(Klen
ow ) DNA Iリメラーゼ反応とその後のBc。
RIIJ7カーの結合のため1、本来のDde E部位がデロ26
モーター断片の末端(C再構成された。りが−ゼを不活付化するため反応混合液
を265パCで10分加熱し、次に塩化ナトリウノ、を力0え(最終濃度50ミ
リモル/l)、全混合液1EcoR4と共にインキュベートした。フェノール/
クロロホルムで抽出してインキュベーションを停止させ、DI、IA、をエタノ
ールで2回沈雉させ、再浮遊させ適渦なベクター分子に結合させた。Dde T
プロモーター断片にはEcoRT部Mが結合しているため、容易にpUR528
、T)UR523そしてl:lUR522のEV Ft 1 部位へ導入さ7″
1(EP −PA 543307)びEP −PA 543ろ1)、ノーマチン
前駆体をコードする構造遺伝子に酵母プロモーターが隣接しているプラスミドが
できる。このプラスミドld 、pU=R52t: 、 pUR523及び1)
UR522をECO,RIで切断し、脚状化したシラスミド分子を(子牛の腸の
)アルカリホスファターゼで処理し、て自己結合を防ぎ、これらの各ベクターそ
1〜で精製したDde Tプロモーター断片f:T 4 DNAりが−ゼと共に
インキュベートしてイ1(だ。種りの結合ミックスをCa、Cf2で処理した大
腸菌(E、 coli ) HB 101株で形質転換させて数個のアンピシリ
ン耐性コロニーを得たOこのコロニーからいくつかのシラヌミ−DNAヲ単離し
〔エイチ・シー・パー’/gイム(H,C,Birnboim )とジエイ ド
リイ(J、 Doly ) 、ニュクレイノク アノンズ リザーチ(Nucl
eic Ac1ds Res、)第7巻、1513−1523頁(1979年)
〕、挿入部分の配向を調べるためPvu ITとインキュベートした。
シラスミVの命名法において、正しい方向(すなわち()APDHプロモーター
の転写が下流にある構造遺伝rの方向に起きる)にあるEco RI (DC,
1e T )を含有するシラスミドは、フ0ラスミ1のもとのコードに−01を
追加して示しである(たとえば1)UR528i”t plJH528−01と
なる。図4参照)。
EC0RI7’ロモ一ター断片を含有するプラスミドの操作全容易にするため、
2つのECoRI部位のうちの1つをこわした。シラスミ)”DNA(たとえ1
jpUR528−01)2μgをEcoRI で消化し、次に粘性末端を除くた
め0.05モル/lの酢酸す) IJウム(Pll−5,0)、0.05 モル
/ 11 ノFA化f ト、’) ウム&UD、DO1モル/lの塩化亜鉛の存
在下で最終液i 200 pHにして5単位のヤエナリ(Mung bsan
)ヌクレアーゼ〔ピー・エル・バイオケミカルズj−J(P、 L、 Bio−
ChelnlCalS工nC,)より入手〕と共に室温で60分間インキュベー
トした。このヌクレアー毛゛はSDSを加えて最終a度を0.1%にし〔ディー
・コヮルスギー(D、 Kowalski )ら、パイオヶミストリイ(Bio
−chemistry )第15巻、’4457−4463頁(1976年)〕
、2倍量のエタノールを加えてDNAを沈4 、せた(この場合0.1倍量の3
モル/lの酢酸ナトリウムの添加は省略した)。線状化したDNA分子i T
4 DNAりが−ゼと共にインキユベー7ヨンシテ再8
結合させ、CaC,M2で処理した大腸菌(E、 coli )細胞の形質転換
のために使用した。アンピシリン耐性コロニーから単離しプこプラスミドDNA
f:ECORIとM]、u 1で切i%して、ノーマチン遺伝子の隣りに単一
のEc。
RI部位があるか否かを調べたつ
GAPDHフ0ロモーター断片は含有するが、下流の構造遺伝子のATG開始コ
Vンに隣接するただ1つのEc。
RI認識部位を有するシラスミドは一02型のシラスミvとした(たとえば:p
UR528−01[puR528−02となる。図4参照)。
ろ キモシン前駆体全コードするフ0ラスミドへのGAPDHゾロモーター/調
節領域の導入キモノン前駆体をコードする構造遺伝子の隣(CGAPI)Hフ0
0モーター/調節領域を有するシラスミ1を1゛′r成するため、ECORIと
Hind IIIで消化したプラスミドT)UR528−02(2を参照)を種
々の構造遺伝子が挿入されているベクター分子として使用した。全テ+7)(y
’し)(プロ)(シュート)キモシンをコードしているプラスミド(EP −P
A 77109に記載されている様にそれぞれTIIUR1524、TOUR1
523及びpUR1521)は構造遺伝子内にECORI部位を有しているとい
う問題を解決するため、部分的Eco RI消化と共に)(4,11d lft
消化全行な′りたDその捷1の単離し/こ遺伝子を含督する!N’、l i’f
f l断片を1%アがロースケ゛ルから抽出し、ベクターと共にT 4 DNA
結合ミックスに加えたッoUR528−02をHind nlとEcm R■で
消化し、得られた断片をホスファターゼで処理し、最も大きい断片を0.7%ア
がロースケゞルがら抽出することによりこのベクターを調製した。Ca−Cj!
2で処理した大腸菌(E、 coli )細胞を結合ミックスで形質転換させア
ンピシリン耐性コロニーを選択してから、()0し)(プロ)(シューr)キモ
シンをコードしている構造遺伝子の隣の適切な方向にGAPDHプロモーター/
調節領域を含有するシラスミげが得ら′hだ、9同様にしてフ0ラスミドpUR
1522はシラスミドIIIUR1b 22−02に変換できる。
GAPDH−fロモーター断片とプレプロキモシン、フ0ロキモ/ノ、/ニー1
キモ/ン及ヒキモンンをコードンている遺伝子を含有するシラスミドはそれぞれ
、pURl 5 2 4 − 0 2 、pUR1523−02、pUR152
1−02及びpUR1522−02と呼ぶ。
4 合成りNA断片の導入(でよる、ゾI/ゾDンーマチンをコ−1♂する)0
ラスミドでの木床のGAPDH−7°Oモ一ター/調節領域の再構成([ン(7
A1図8)図2て示したスフレ第1ド配列(で示した様に、Ec。
R工(Dde 7 ) GAPDH70o−E−ター断片は本来のGA、PDH
フ0ロモーター/ J−,1節領域の−844から−69のヌクレオチドtiし
ている。このフo 、モーター断片に含寸れていないのは、 GAPDHをコー
Vしている遺伝子のATO開始コドノに先行する38飼のヌクレオチド30
である。この(38)ヌクレオチドばPu CA CA CA酢列を有し、これ
は数種の酵母の遺伝子に見出される。
翻訳開始部位の約20 bp上流にあるこのPuCACACA配列〔エム シエ
イ・ドブノン(M、 J、 DObSOn )ら、ニュクレイノク アンノV
リサーチ(NucleicAcid Res、 )、第10巻、2625−26
37頁(1982年)〕は、蛋白開始に最適の配列を与える〔エム コヂソク(
M、 Koza、k ) 、 ニュクレイノク アシノズ リサーチ(NuCl
elCACldS Res、 )第9巻、5233−5252頁(1’981年
)〕。をらに図6に示した様に、この68個のヌクレオチVは、 GAPDH遺
伝子の発現制御に関与するかもしれない小さなループ構造を形成できる。
上記の理論に基き、Ddelプロモーター断片と下流にある構造遺伝子のATG
コドンの間にこの68個のヌクレオチドを導入することは、70ロモーター活性
及び翻訳開始を改良するのに必要であると考えられた。
図7Aに要約した様に、この欠けているDNA断片は部分的にN複する2つのオ
リコマ−の化学合成により得た。この2つのオリゴヌクレオチドの重複部分には
Sa、ci部位が存在するが、これは9下の2つの理由により導入した=(1)
ATGコドンのすぐ上流のヌクレオチド配列の操作〔ポI) Aが末端についた
酵母の発現ベクター(11を参照)の作成を含む〕を可能にするため: (iD
3’−突出末端(これは4種のdNTPの存在下でT 4 DNAポリメラー
ゼと共にインキュベ−1・することにより除去できる)を生ろ出す酵素の切1所
部イ☆をlうえること。精製した2つのオリコゝマーの等N t !:ll ’
末端でリン酸化し、ハイブリダイズ〔ジエイ ジエイロノン(J、 J、 R
ossi )ら、1982年)、ジャーツール・オプ・バイオロジカル ケミス
トリイ(J、Biolchem、 )第257巻、9226−9229頁〕させ
、2本鎖DNA合成用の条件丁〔エイ アール デービス(A、 R,Davi
s )ら、シーン(Gene )第10巻、205−218頁(1980年)〕
で、クフレノウ Klenow ) DNAポリメラーゼと4種のdNTPと共
にインキュベートして2本鎖DNA分子に変換した。16%アクリルアミドクゞ
ル中で電気泳動させた後オートラシ゛オグラフイーを行なう解析により、最初の
1不鎖オリゴヌクレオチドの80%以」二ば2本鎖(で変換されていることが証
明された。反応混合液をセファデックス(5ephadex ) G 50カラ
l、に通しボイド容積中の物質をエタノール沈澱はせてDNAを単離した。次に
このDNA i 、]?リヌクレオチドゞキナーゼでインキュベートしてリン酸
化し、DdeIで消化した。この消化で切断除去されたヌクレオチドを除くため
、反応混合液をエタノールで2回沈澱させた。
図8に示した様に、こうして得られる合成りNA断片’jib、ATG開始コド
ンに先行するEco RI部位全ヤエナリ(Mung bea−n )ヌクレア
ーゼ消化(2を参照)によ2
り除去したベタ1ター分子中のBgln −Dde I GAPDH70ロモ一
ター調節断片と共に同時に結合させることによりクローニングを行なった。この
Bgl il −Dde Iゾロモーター/調節断片は、プラスミドr+UR5
28−02をDde IとBgl IIで消化して得た。得られた制限断片を2
チアがロースケ゛ルで電気泳動し、ケ゛ルがら断片を単離することばより、精製
された793ヌクレオチドの長さのプロモーター/調節断片が得られた。シラス
ミlj pUR528−02ではATGコドンに先行するヌクレオチド配列は5
’ −GAATTC!ATG−3’ (EP −PA54330とEP −PA
54331 )であり、これはエム コずツク(M、 Kozak )の与え
る好ましいヌクレオチド配列〔ニュクレイソク アンノ′ズ リサーチ(Nuc
leic Ac1ds Res、 )第9巻、5233−5752頁(1981
年〕〕とは異なる。我々の目的は本来のGAPDHfロモーター/調節/蛋白開
始領域をできるだけ正確に再構成することなので、合成りNA i断片をプラン
ト末・端に結合させるためEco R工部位を除去した。
Eco RI部位の除去はEco RI切断pUR528−02DNAのヤエナ
リヌクレアーゼ消化シてより行なった(2を参照)。
次にこのプラスミドDNA f Bgg IIで消化しホヌファターゼでインキ
ュベートした。2つのDNANA断片0.7矛アがロースケゞルで電気泳動して
分離した後、最も大きい断片をベクター(ここでDde T処理した合成りNA
断片と共K Bg、12 Tl −Dde I 7°ロモ一ター断片が結合して
いる)として用いた。Sac (認識部位を含む合成りNA断片と共にDde
Iプロモーター/調節断片の導入されたシラスミドを−06を付けて示す(たと
えばpUR528−02はpUR528−03になる)っ構造遺伝子としてプレ
プロソーマチンの成熟型の1つ(すなわちプレソーマチン、デロンーマチン及び
ソーマチン)を有するプラスミドで同様の結果が得られ、そhぞれプラスミドp
uR522−03、pUR523−D5及UpUR520−06とlる。
本来のGAPDHプロモーター/調節領域をできるだけ正確に再構成するため、
シラスミドpUR528−03からSac 丁部位を除いた(図9)0こ″れは
まずシラスミrを5a−c Iで消化した突出した6′末端を有する線状シラス
ミド分子を作って行なった。次に4種のd、NTPの存在下でT 4 DNAポ
リメラーゼの6′−エキノヌクレアーゼ活性を用いて、これらの末端をグランド
末端とした〔ティー・マニアティス(T、 ’Ma、n1ati、s )ら、モ
レキュラー クローニング(Mo−1ecular C1,oning);コー
ルド スプリング ・・−7く− ラ肋うトリー(C!old Spring
H,a、rb6r Laboratory ) 117−120頁(1982年
)〕oT4DNAりが−ゼを用いてこの線状シラスミ1′−′ヲ環状化したつ
合K DNA v9r片中に存在したSac 1部位が除かれているプラスミド
は一04型ノラスミドとした(たとえばpUI(528−03’(i pURb
28−04と変イヒする。図9参照)0
プレゾロソーマチンの成熟型の1つ(すなわちプレソーマチン、プロソーマチン
及びソーマチン)の構造遺伝子を含有するプラスミyを用いて同様の結果が得ら
れ、とハらはそれぞれたとえばフ0ラスミドpUR522−04、I)UF(5
23−04及び+1)UR520−04となる。
5 合成りNA断片の導入による、(プレ)(ゾ0)(シュード)キモシンをコ
ーVするプラスミげにおける本来のGAPDH−f oモーター/調節領域の再
溝成(図る、−03型のGAI)DHプロモーター/JJ節領領域4を参照)を
含有するシラスミドを作るため、合成りNA断片と共に種々の構造遺伝子の挿入
されたベクター分イとして、5alCIとHi、nd l’lTで消化したシラ
スミドpUR528−03を使用できる(図10 )□ Sal rVcよるイ
ンキュベーションに、キモシン遺伝子中の追加のEcoRr部位の切断金防ぐた
め部分的Eco RI消化を組合ぎて、(プレ)(プロ)(/ニード)キモシン
をコーVする遺伝子はそれぞれシラスミドpuR1524,1)UR1523,
丁)UR1521及びpUR1522(EPPA 77109 )より重臣し得
る(ろを蚕が)Oこうして得られるDNA断片を次にヤエナリヌクレアーゼ(2
を参照)でインキュベートした後Hi 11d HTで消化できる。こわれてい
ない単離された遺伝子を含む制限断片ば1係アガロ−スケゞルの電9f泳動で精
製し、次にケ9ルから抽出し得る。本構成て使用されるこのDI、IA !!f
i片を図7Bに示す。
このベクター分子は、シラスミドpUR528−03をSac lとHj、nd
IIIで消化した後、制限断片全ホスファターゼ処理し、最大の断片を0.7
%アがロースケゝルから単離することにより調製できる。ベクター分子。
合成りNA断片(Sac I処理)及びDNA断片[(7’し)(プロ)(シュ
ード)キモシンをコードするヌクレオチド配列を有する〕は、T 4 DNAリ
ガーゼと共にインキュベートし、C,3,CJ、2処理した太腸南(二五二)細
胞中で形質転換される。アンビアリン耐性コロニーから得られたプラスミドDN
Aは種々の制限酵素で試験することができる。
新しく得られたプラスミドの名Afiのつけ方は(プレ)(プロ)ソーマチンを
コードしているシラスミドと同じである( pURv 524−03 、pUR
1523−03、pUR1521−03及びpUR1522−03)(、5oc
1部位の除去も又記載しである(4全参照)。Sa、c 1部位を除去すること
Kより、プラスミド1)UR1524−04、IIIUR1523−04、pU
R1521−04及びpUR1522−04がそれぞれ得られる(図10を参照
)。
6
6、DNA合成
目的のオリゴヌクレオチsBポスポトリエステル法表ダイマーのライブラリーを
用いてポリスチレン支持体上で合5レジた〔シイ−・エイ ファンヂルマレル(
G、 A、 van der Marel )ら、レクル・トラグ・キム・ベイ
ズ−バス(Recl、 Trav、 Chim、 Pays−Bas )第10
1巻、234−241頁(1’ 982年)〕。クロロメチル化ポリスチレン(
1,34ミリモル/g)+2−(4−ピドロキンルフェニル)エタノールテ官能
基化し〔スースンワング(Su −Sun Wang)、ジャーナル・オグ・ア
メリカン・ケミカル・ソザイアティ(J、 Am、 Chem、 8oc、 )
第95巻、1325−1333頁(1973年)〕、次に2′及び6′酢酸塩と
レビュリン基の重合物として保護した○′リン酸化ウリジンと結合すせり〔シー
・エイ ファンヂルマレル(G、A。
van der Marel )ら、上記参照、と類似)リ こうして160μ
モル/gの官能基性を有する支持体が得られた。ネックか2つぁる207+jの
す/形フラスコ(1つのネックは焼結させたガラスファイバーカバいっている)
中で合成サイクルを実施した。こうすることにより官能基化きせたポリスチレン
(60・nlt+下記)段階から成る合成反応中フラスコ内にとどまらせること
ができた(図8参照)。
」)フ0ロピオン限/ビリジ゛ン(1: 5 V/、 )中の抱水ヒドラジ゛ン
で5分間処理して「レビュリン」法ヲ除云。
2)2X2m/のピリジンで洗浄っ
3)5′位をレビュリンエステルとして保護されたソヌクレオチr陰イオンの必
要量(60μモル)の4倍モル量鍋剰の添加。これをピリジンと共(・て2回蒸
発させ、MSNT (240pモル)を加える前に0.5ml’tて減少させる
〔/イー・ビー・リーズ(C,B、 Rees )ら、テトラヒ)+l oン
レターズ(Tetrahedron Letters )2727−2730頁
(1978年)〕9この混合液を60分間振盪した(ただし最f(t)のサイク
ルは90分間行なった)。
4)2X2111/のピリジンで洗浄。
5) 無水酢W (0,2ml )とピリジ/中のジ′メチルアミノピリジン(
1,5mr 、 0.05 M )を加えて、未反応のヒドロギシル暴を5分間
反応させる。
6)2×2mlのピリジンで洗浄。
目的とする配列が得られる丑で、適当なダイマーを用いてこのザイクル全繰返し
た。2−クロロフェニールホヌフエート保護基は、無水アセ1ニトリル中の0.
3モル/lのj、1,4.4−テトラメチルグアニジウム2−ピリクンアルドキ
ンメート〔ノー・ビー・リーt” (C,、B、’ReeSe )ら、上記参照
〕で24時間処理して除去した。支持体を濾過し洗浄した後、塩基保護基(dA
−ベンゾイル、dc==アニソゞイル、dG−シフエルアセチル)ヲ濃アンモニ
ア水で5o”c、6o時間処理して切析した。この条件では支持体に結合したウ
リ38
ジンから[1的の配列も切断される〔アール フレア(RCrea )とティー
・ホーン(T、 Horn )、ヌクレイツク ア/ノズ リサーチ(Nuc
leic Ac1ds Res、 )−第8巻、2ろろ1−2348頁(198
0年)〕。支持体からの水層を濾過し蒸発させることにより粗混合液が得られ、
これをセファぞシラス(5ephadex ) G50のンヨートカラム(40
確)で0.05 Mの重炭酸トリエチルアンモニウムを溶出液として用いて精製
した。閲吸収物質を含む最初の5画分を集め蒸発させることにより、調製用デフ
レ電気泳動に適した濃縮物を得た。
7、GAPDHフ0ロモーター/調節領域の構造的特徴(図2、図6)
RNAポリメラーゼlrに認識される真核生物70口モーター構造中i−v R
NA開始部位を配置で1力るのに、 TATA又はTATAAA配列は重要な役
割を果たすと考えらhる。
〔/イー・プレスブーツノ直C,Breath丁+acb )とピーンヤンボン
(P、 Chambon ) 、アヌ・レプ パイオチム(Annu、 Rev
、 Biochem、 )第50巻、349−384頁(1981年)〕。酵母
については転写開始のヌクレオチドの長さはいろいろある[70ヌクレオチド1
で:エム・ソエイーrデノy (M、 J、 Dobson )ら、ヌクレイノ
クア/ノズ リサーチ(Nuclej、c Ac1dsRes、 )第10巻、
2625−2’657頁(1982年)〕が、通常上記の配列に25から30ヌ
クレオチ11表昭GO−501290(12)
ドろ′がイ寸いたものである。GAPDHフ00モーター/お円節領域に関する
本研究の間に得らオL/こヌク1/オチド配列によると、この構造はプロモータ
ー断ハの末端のあたりに位置するさらに2十ノド(TATA I!−、TATA
AA )の配列が含捷れている。130位あたりに存肴する、5’ TATAT
AA 3 ’配列の塊けGAPDHをコートゞする遺伝子の転写に関係がある可
能性か非常(で高い。−608と一770位あたりの他の2つのTATAとTA
TAAA酊列けGAPDH発現の調節に関与している可能性がある[−[−計;
参照:ビー・ター・マリトラ(P、 K、 Maritra、 )とゼット ロ
rye (Z、 LobO) l ジャーナル・オグ・バイオロジカル・ケミス
リイ(J、 Biol、 Chem、 )、第246巻、489−499頁(’
I 971 *)OoこれらのRNA開始シグナルに加えて、GAPDHプロモ
ーター/調節、断片は、転写停止に関係があると考えられる種々のヌクレオチド
配列を有する。ケイ ニス・す8レット(K、 S、 Za−ret )とエフ
・/−ヤーマン(F、Sherman )〔セル(Ce1l )第28巻、56
5−575頁(1982年)〕は、試験した大部分の酵母の遺伝子の6′II]
11佃配列中に、TAG−N−TAGT−N’−TTT又はTAC)−N″−T
ATGT−N” −TTT (ここでN 、 N’、N”及びN22はグルー7
0間の種々の距離を示す) 、−、GAPDHプロモーター/調節断片中−62
5位近辺(TAT−N、−TAGT−N、、−TTT )、−,574位近辺(
TAC−N工、−TAGT−N工、−TTA )、−192位近辺(TAC−N
、−TATGT−NニーTTT )、そして−1soi近辺0
(TAT−N、7−TAGT−N23−TTT )に同じ又は同様の配列が任存
する。図6ではこれらの停止シグナルを斜線で示しである。GAPDH−i°O
モーター/調節断片上の最大のオープン翻訳解読フレームは一450位から一3
67位才で伸びており、68個のアミン1収の長さのベゾチドをコードしている
。−608位近辺のTATAボックスはオーツ0ン解読フ1/−ムに先行してい
るため、この推定上のペゾチドは転写コピーからこのTATA配列の下流に向か
って翻訳が開始されるのであろう0%に興味深いことはこのペゾチドのATG開
始コドンば、−448から−466に伸びるヌクレオチドと−419から−40
7に伸びるヌクレオチドの塩基対合のとき生成する二次構造の一部を成している
表し0うことである。これらの特徴は酵母のleu 2遺伝子の状況〔エイアン
ド1/アゾイス(A、 AndreaaiS )ら、セルCCe1第31巻、3
19i25頁(1982年)〕を思わせ、これはGAPDHf:コードする遺伝
子のATGコ1ノに先行する小ざい幹/ルーゾ構造の存在と一緒になって、GA
PDHff:コードする遺伝子の発現の調節に関与しているかもしれない。
8、・/ニーPキモシンをコードする遺伝子の下流へ、ファージM 13 RF
の中ノし・転写停止シグナルと共にGAPDI(転写停d:、 / f:’jア
デニル化領領域断片の挿入(図12)。
GAPDH転写停止J:/ボリアぞニル化領域の断片を単離するため、プラスミ
ドpFl −33を制°根酵素AflHで切断した。この酵素による切断により
2つの断片が得られ、小さい方の断片の長をは1607ヌクレオヂ団であり、1
1位から1517位−までのGAPDH停珪/ポリアデニル化領域をカバーして
いる(図12)。この断片を単離り、ヤエナリヌクレアーゼとインキュベートし
てプラント末端を作り(2を参照)、次にT4DNAリガーゼを用いてBam
HIリンカ−(5′CCGGATCCGG 3 ’ )を結合させた。単離した
Afl[I断片には中間(690位近辺)K天然に存在するBamHI部位があ
るため、この結合ミックスk Bam HIで消化すると2つの断片が得られる
(AとB:図12)。この断片のうち大きい方の長さは677タクレオチ)パで
あり、TAA翻訳停止コドンのすぐ下流((存在するヌクレオチド配列を有する
。pBR322のBa、m H1部位中の精製した断片へをザブクローン化する
試ツメは、形質転換体がほとんど得られなかったことと形質転換体は断片Aと共
に断片Bを種々の方向に含有しでいたためうまくいかなかった。(図12に示し
たプラスミド294−17を参照)。
断片Aの不安定性を克服するため、バクチリオファ’;” M 13 RFの中
心転写停止シグナル〔エル エぞンス(L、 Edens )ら、ヌクレイツク
アンノズ リサーチ(Nucleic Ac1ds Red、 )第2巻、1
811−1820頁(1975年)〕を使用した。M13RFをTaq iで消
化し、得られた断片をヤエナリヌクレアーヤゞでインキュベートしてプラント末
端にした。次にT 4 DNAりが一ゼで断片に旧nd m IJンカー(5’
AGAAGCTTCT3’ )を結合させた後H1rrd’THで消化した。
2倍量のエタノールを加えてこの反応混合物からDNA ’i沈殿させた。この
沈澱物を再浮遊し、4チアクリルアミP)fルの電気泳動で種々の制限断片を分
離した。このケ゛ルから、中心転写停止/グナルを含む441ヌクレオチドの長
さの断片を単離17た○精製した断片をSau 5 Aで切断した後、1509
から1717のヌクレオチドを含む断片〔ピ′−エム・’、’−7’77 ウエ
ーゼンビーク(P、 M、 G、 va、nWezenbeek )ら、ジー7
(Ger+6 )第1・1倦、129−148頁(1980年)〕ヲ、Hin
dlllとBam HIで消化したpBR32’)でクローン化した(図12)
。
()0し)(ソロ)(シュート)キモノンをコートスる遺伝子の67−非翻訳領
域をGAPD)Jをニア−’ljする遺伝子の6′−非翻訳領域により置換えた
シラスミドを作るため、大腸菌(E、 coli )のアデニンメチラーヤ゛欠
損株からシラスミドT)UR1521−02を単離し、制限エンドヌクレアーゼ
Bcl Iで切断した0この酵素は(非メチル化)配列5′TGATCA3′を
認識し、(プレ)(ゾ0)(7ユード)キモノンをコーVする遺伝子をその翻訳
停止]ニコドンTGAで切断する。断片AとM13転写停止・/グナルかクロー
ン化できる適切なベクター分子を作るため、 Bcl iで切断したシラスミV
を寸すSag Iでインキュベートし、次にアルカリホスファターゼでインキュ
ベートシた。こうしてできた2つの制限断片のうち大きい方を0.7%アがロー
スケゞルから栄離した。断片Aの単離のため、プラスミド294−17をHin
d mで消fヒし、Ba、mHIで部分的にり1断した。
Hpa−(部位を含有する1020ヌクレオチドの長さのHind m −Ba
m HI断片を1%アガロ−スケゞルから1気溶出させて得た。この断片、ベク
ター及び485ヌクレオチドの長さ)Hind lTr −Sa# ’T断片(
M131B写停止シグナルを含有するpBR322より得た)をT 4 DNA
りが−セゞと共シてインキュベートしr Ca、C夕、処理したイー コリ(旦
、竺粘)細胞中で形質転押させた。こうして最後にフ0ラスミK pUR1b
21−17が得られた。同様の結果がプラスミドIDUR1524−02、pU
R1523−02及びpUR1522−02について得られ、それぞれプラスミ
ドpUR1524−12、pUR1523−12及びpIJR1522−12と
なるO
断片AとM13転写停d−シグナルを耕だに挿入しプこ構造遺伝子の下流に有す
るシラスミ1の命名法は、添え字−口Xを一1Xで置換えた。
9 ノーマチン前駆体とキモシラ前駆体をコードするフ0ラスミド中への、2ミ
クロンDNAVN製開始点と酵母のleu 2遺伝子の導入(図162図14)
。
4
大腸菌(E、 col、i )−酵母シャトルベクターpMP81〔図16:ジ
ー ピー・ホレンパーグ(c、 p。
Hollenberg )、カレント・トピックス イン・マイクロバイオロジ
イ アンV イムノロシイ(Cu、rrentTopj、cs j、n Mic
robiol、 and工mmuno1. )、第96巻、119−144頁(
1982年)〕は、プラスミミドCR1〔/−コベイ(C,Covey )ら、
エムジージー (MGG ) 、第145巻、155−158頁(1976年)
〕と、leu 2遺伝子と酵母2ミクロンDNへ〇G開始点を有するpJDB
719の二重Eco RI断片〔ジエイ・ディー・ベノグス(J、 D、 Be
ggs )、ネ゛イチャー(Na、tulT’e ) 、第275巻、104−
109巻(1978年)〕より成る。]、eu2遺伝子と酵母2ミクロンDNA
複製開始点はHind l’、ITとSal Iで消化することによりpMP
81より切出すことができる。こうして得られる4、4kbの長さの制限断片を
ノーマチン前駆体をコードする遺伝子を含廟する種々のI)BR322誘導体に
、サツカロミセス セレビ/工(S、 cerevisiae )のGAPDH
フ0(]モーター領域の種々の型と共に導入した。
同様の方法を用いて4.4 kbの制限祈片全、キモシン前駆体分コードする遺
伝子を含有する種々のpBR322誘導体に、サツカロミセス・セレビ/工(東
cerevisiae )のGAPDHプロモーター領域と共に導入した0
2ミクO−/ DNA M’J開始点とHlnd IIT −sad I 断片
を含有する1eu2遺伝子の種々の70ラスミドへの導入は大腸菌(Fi、 c
oli )シラスミドをHindmとSal (で切断しく図14参照)、次に
得られる断片をホスファターゼで処理して行なった。断片を1%アブロースゲル
で電気泳動して分離した後、最も大きい断片をt竹離し、pMP 81より得た
精製したHind m −Sag lと混合し、T 4 DNAりが−ゼで結合
し、CaCJ−2処理し7だ大腸菌(E、 coli )細胞に形質転換させた
。
停止断片Aを含有する、ンユードキモシンfコー)Sするプラスミド(pUR1
521−12:図12参殿)に、4.4 kbの長さのHind、 m −5a
lI断片を同様に挿入した。この目的のために70ラスミドJ)UR1521−
12は(M16転写山領域を除くため゛) Hind IIIと5alIで消化
し、次に2ミクロン複製開始点とpMP81p・らの断片を含有するleu 2
遺伝子を挿入することができた。このフ0ラスミド構成は大腸菌(凡、CO]−
1)中で安定であった。
アンヒフリン耐性形質転換体のいくつかについてプラス−ミドDNAを単離し、
制限酵素解析を行なった。正しい挿入部分を有するプラスミド¥C5Cj! −
a 化エチジウム密度勾配遠ノし・分離で精製し、ジェイ ディー・ペソグズ(
J、 D、 Beggs )、ネイチャー(Na、ture )第275巻、1
04−109頁(1978年)の方法に従い、サツカロミセス セレビシェ(s
、 cerevisj、ae)AH22k形質転換させる〔エイ・ヒネン(A、
Hinnen)46
ら、フ0ロン−ディング・す/ヨナル・アカデミイ・ザイエンス ニーニスエイ
(Proc、 Natl、 Acad、 Sci。
USA )第75巻、1929−1933頁(1978年)〕のに使用した。こ
うして文字コードがpUKYであるが数字コードが同じプラスミドが得られた(
)0ラスミK pUR528−03をII)URY 528−03 K変換した
図14を参照)。同様にしてシラスミ)l’ I)UR522−02、T)UR
523−02、pURi 524−02及びpUR1521−02けそれぞれ対
応する1)URYプラスミドに変換したつ
新たに作成したプラスミlJi有する酵母形質転換体が入手できるようになった
ため、遺伝子発現K 74するフ0ラスミrの変動の影響を追跡することができ
た。この「1的のだめソーマチンの酵素結合免疫吸着法[Ellsa :エイf
ラー(A、 Vol、ler )ら、ビ)−L/チ/ワールドヘルス オーガン
(Bull、 Vlorld、 HealthOrgan、 )第56巻、55
−65頁(1976年)〕を開発し、酵母抽出物中に存在するノーマチン様屏白
質の定量に使用した。これらの実験で得らハ、た結果は、pURY528 (/
+ 4を参照)に−02又は−06型のGAPDHフ00モーター全導入すると
タウマチン合成は2オーダー(100倍)よりも大きく増加することがわかった
。しかしジエイ ビー ホランド(、:r、 p。
Ho1tan、i )とエム・ジエイ・ホランド(M、 J。
Ho1land )の記載した280ヌクレオチドの長さのプ特表昭GO−50
1290θ4)
ロモーター断片〔ジャーナル・オグ バイオロジイク−ミ ス ト リ イ (
J、Biol、Chem、) 、第 255 巻、2596−2605頁(19
80年)〕を導入すると、タウマチン合成はわずか1オーダー(約10倍)しか
増加せず、これはGAPDHの機仲にその−h流の配列が重要な役割を果たすこ
とを示1−でおり、こh !、Z+ホラントゝ(Ho1land )とホランド
(Ho1land )が得/ζ結論〔ンヤーナル・オプ・バイオロシ゛カル・ク
ミヌトリイ(J、 Biol、 Chem、 )第254巻、9839− 45
頁(1979年〕参照〕とは反対である。、別の実験で70レフ00ノーマチ7
′とプロソーマチンをニーVする遺伝子の発現全比較し、た。プロソーマチンを
コードする遺伝子の発現はほとんど無視できる秤であったが、こ′FLはシグナ
ル配列が遺伝子発現りて与える影響、を明瞭に示I〜でいた、J分勺・・段階の
1要性は図20に示した結果がさらに支持している。この実験はプレプロノーマ
チンをコードするシラスミrを暗、し持つ酵母細胞は、植物より単離したノーマ
チ71[分子と実質的に同じ分子窟のノーマチン様蛋白質ヲ作ることができるこ
とを証明している−1
これは酵母が植物のンダナル配列シト止確に分角年することが可能であることを
示している。酵母の合成したソーマチンのアミノ末端のアミノ酸配列(tCつい
て最近得られたデータ(はこれを明確に示している。
結論として、得られた結果は/グナル配列が蛋白合8
成の刺激か又1.−;i酵母1(丸・ける蛋白の安定性の増加に重要な役割を果
たしていることを強く示唆している。プロソーマチンとソーマチン(寸分子量の
差が小さい(約6係)ためこれらが酵母により作られているか否かは不明である
が、フ0レデロノーマチノとの差(約10%)は図20に示した様に容易に検出
できるっ10p引符シラスミドへのGAPDH転写停止/ポリアデニル化領域の
導入。
GAPDH転写停止/ポリアデニル化領域のpURYシラスミISへの導入を可
能にする方法の1つは、図12に軍さバだAfllI断片の種々の部分の挿入の
ためこれらのプラスミドのユニークなり1ndlH制限部佇を用いることである
。たとえば転写停止断片A (12′j12 f参照)は以下の様に挿入きれる
。プラスミドpURY 528−06のHind illによる切:新とその後
、;5ヤエナリヌクレアーゼによる消化(2を参照)により、組状fヒしまたブ
ラント末端プラスミド分子(図14全参照)が得ら′)lる。このDNA ”;
g) T 4 DNAりが一ゼと適切なりath)II リンカ−とインキュベ
ートすることによりこのD NAにIkm HI部イ☆がJプえらねる(8を参
照)。Barp+HIで切断し、再結合させたDNAを犬、陽画(E、 Co1
1 )中へ形質転換させて、Hired IIT部位がBamHl 部付に置き
換えられiコT)URY 528−03プラスミドが回収てきる。
この新しく街られたBa、m HI 部位に転写停止トン片Aか挿入−Cきるっ
2ミクロンDNAにばHpa 1部位かもう1つ存在するため、このフ0ラスミ
ド不二Hpaiで+fi ftすることにより1折片Aが正しい配向で挿入さt
しでいるか否かがわかる。
リンカ−を変えて同じ方向で、異なる末端断片が70ラスミド分子の種々の部位
に導入できる9、11、酵母(Cおける外来遺伝子の発現にT)、り適用できる
大腸菌(E、 co]、t )−酵母ツヤトルベクターのイ′「成。
□酵母発現ベクターとして一般に使用するのに山川な、5及び?で記載した大腸
菌(μμ見吉)−酵Uひツヤトルベクターの誘導体が調製さ九る5、これらの誘
導体では、化学合成したDNA断片を・含むGAPDHフ0Oモーター/A節領
域がDNA開始のために使用[II能であり、転写停止ば2ミクD 7 DNA
の「有能な−J 、(+:、 Able ”)オペロンの転写停止ト/、′1′
?リアデニル化領域(!(よりjiJ能である。これらの発現ベクターへの外来
遺伝rの挿入は、プロモーター中のSa、c 1部−☆と1−イ1能な−jオペ
ロン中のHind rf1部1ヶのポモポリマー(ボ゛す(lA)″/イリング
法を、挿入すべきヌクレオチド配列のポリc、i Tティリング法と組合わせる
ことに」:り可能である。
ベクター分子の調製のために、プラスミドpURY528〜口3をHj−nd
I[丁で切断した後、フレノウ(Klenow ) DNAポリメラーゼ及び4
(φのdNTPと共にインギュベ−1−して、プラント末i4iタイイする線状
化したDNA分Fを作ることかできる(図15)。次にこのDNA分子をSac
Tで切断し、得ら、l′l−る2つの断片のうち大きいh k Oj %アが
ロースゲルから単離し、ジー・デンゾ(G、 Deng )とアール ウー(、
R,Wu )の記載した条件〔ヌクレイツク アンノズ リサーチ(NuC1e
lC’ AClde Res、 )第9巻、4173−4188頁(1981E
)E下で、ターミナルトランスフェラーゼとdATPと共にインキュベ−1・で
きる。インキュベーション時間は、5aclの切断でできた6′末端にイてjく
テイルの長さが約201ATP残基になるものでなければならない。
ボ゛IJ dAが末端に付いた発現ベクターへの外来遺伝子の勇人は、この遺伝
子を含むDNAと1“セラ[・の制限酵素を、目的の遺伝子がその翻訳開始コド
ンの上流にできるだけ近く、翻訳停止J−コドンの下随にできるだけ近いところ
で切断できる様にインキシーベートすることにより可能である。、70ロモータ
ー領域の前に転写停止ノブナルがあるため、本来のプロモーターが、得られるD
NA断片の中に(dないことが重要である。精製後、切断したDNA断片にボI
J dTのテイルが付けられる。
もし挿入すべき遺伝子がmRNA分子の逆転写によって得られる場合は、slヌ
クレアーゼ゛処理した2本鎖DNA分子にポリdTのテイル全直接付けることが
できる。全ての場合においてインキュベー・ノヨン時間U、約20ヌクレオチV
の長さのポリtiTのテイルを持つものが作られるようにしなければならない。
挿入すべきDNAとボ1JdAの付いたベクター分子は次に60℃で10分間イ
ンキュベートして・・イデリダイズされ、その後ハイブリ〃゛イゼー/ヨン混合
液をゆっくり室温にもどす。次にこのM合液はCa、C/−2処理した大腸菌(
E、 coli )細胞中に形質転換される。アンビンリン耐性形質転換体より
単離されたシラスミ)F DNA !d次(lζ酵母細胞の形質転換に使用し得
る。
12 グリセリンアルデヒド−ろ−リン酸脱水素酵素のプロモーター/ 調節領
域をコードするサノ力ロミセスセレヒン:f−(S、 CereVISlae
)の遺伝子に支配されるプレゾロノーフチンをコードする遺伝子のクルイベロ2
−7ば1.:?kbのKAR8−’) pR片を含有するフ0シy、 6ドYI
3p 7 [rイー ティー ステインチコウム(1)T、 Stinchco
mb )ら、ネイチャー(Nature ) 第282巻、39−43頁(19
79年)〕より成る。酵母trp 1遺伝子が存在するためシラスミドpEK
2−7はクルイベロミセス・ラクテイス(K、 1actis )sD11中で
維持できる( lac 4 、 trp 1; F−07パ特許出願N0009
6910 ; A 1の18及び19頁参GAPDHをコードする遺伝子のプロ
モーター/調節領域が機能できることを証明するため、プラスミドT)UR52
8−03(図5)にに/4R8−2とtrp 1遺伝子を付けた。pEKをBg
l IT 2−7で消化した後、できた断片のうち最も小さいものの0,7%ア
がロースデルからの単離によりKAR8−2とtrp 1遺伝子を切出した。
この精製断片を次にT 4 DNA IJが一ゼとインキュベートしてpUR5
28−03の脱リン酸化したBg4 fI切断部位に挿入した。この結合ミック
スをCa(J2処理した大腸m (E、 coli )中で形質転換させてフ0
ラスミド1)URK 528−03を得た(図16)oヨーロッパ特許出!!!
4N00096910 ; A 1に記載された方法によりこのシラスミドをク
ルイベロミセス・ラクティス(、シ〜1actis ) S D 11細胞中に
導入して作った形質転換体は、プレン0r+ンーマチンを合成することが証明さ
れた(図17)。
上記の方法と同様の方法によりシラスミドpURY528−03にKAR8−2
と酵母trp、 1遺伝子を付け、クルイベロミセス・ラクティス(K、 1a
ctis ) 5Dil細胞中に導入した(図16)0同し検出法を用いてpU
RK 528−03を持つクルイベロミセス ラフティy、 (K、 1act
j、s )細胞はプレプロソーマチン産生量することが証明できた(図17)。
しかしT)URK 528−63を持つ細胞は1)URK 528−03を持つ
細胞よりプレプロソーマチン産生量が少し多かった。シー・ケゝルパウK (C
,Gerba+ad )ら〔ソー7(Gene )第5巻、233:253(1
979年)〕が酵母のura 3遺伝子テ、この遺伝子を2ミクロンDNAのF
有能1Jコード領域内に挿入して同様の現象を観察しているため、pURK 5
28−33によるプレゾロノーマチノの発現上昇は、「有能な」オペロンの転写
停止/′ポリアデニル化領領域の効率的な転写停止に帰因する可能性が高い。こ
の結果は、GAPDHプロモーター/調節領域に転写される構造遺伝子の下流に
効率的な転写停止/ポリアデニル化領域が存在することが、遺伝子発現の最適化
に重要な因子であることを示している。
13、 GAPDH7’ oモーター/調節領域に支配される構造遺伝子の酵母
染色体への組込み(図181図19)。
GAPDHプロモーター/調節領域に支配される!!l:住又は同種構造遺伝子
をコードするDNA配列、及び随時GAPDH停止/ポリアデニル化領域の酵母
のケゞツムへの組込みは、アール ジェイ・ローススタイン(R,:r。
Rothstein )の方法〔メリンス・イン・エンサゞイモロジー(Met
hods in Bnzymology )第101巻、2o2−211頁(1
983年〕〕及びケイ・ストルール(K、 5truhl )の方法〔ネイチャ
ー(Nature )第605巻、591−597頁(1983)]に基づき実
施できる。これらの技術を応用する基草は(1)適切なマーカー遺伝子、 (I
i) 酵母ケ゛ツム上に存在するDNA配列と同種のクローン化したDNA配列
及びQll)その1寸の同種又は異種の蛋白をコードするDNA配列が入手でき
ることである。
マーカー遺伝子(たとえばleu 2. trp 1. his3)と蛋白をコ
ードするDNA配列(たとえばノーマチン前駆体又はキモ’/ :/ f4jT
駆体をニーrする配列)を入手することにより、 GAPDHプロモーターと末
端配列(図19参照)との間の同種組換え(図19参照)、又はマーカー遺伝子
間の同種組換えにより、蛋白をコードするDNA配列を酵母のrツム中へ組込む
ことができる〕この方法では種々の組込み部位が与えられ、外来蛋白をニーVす
るDNA配列が「野性型」マーカー遺伝子に組込まれ、この遺伝子の機能を破壊
する。
14 構造遺伝子の化学合成。合成キメラ遺伝子の作成。
フ0レゾ1コノーマチンとプレゾロキモシンの種々の構造遺伝子(2ミクロンD
NAベクター上忙6 ’) I GA−PDHゾOモーター/調節領域とGAP
DH停止領域の支配を受けている)のサツカロミセス・セレビシェ(3,(H6
μ二visiae )中での発現実験の結果、発現収率はこれらの頃日の発酵生
産に魅力的と考えられるものではなかった。KAR8−ベクター上の70レプロ
ソーマチン及びゾーレデロキモシン遺伝fの発現も経済的実現性の低いものであ
った。
発現実験に観察されるもう1つの問題は、プレプロソーマシンはサツカロミセス
・セレビシェ(S、cere−visjae )及びクルイベロミセス・ラクテ
イス(K、la、c−畢)中で正しく分h・↓された(図17)(分解中にC−
末端の6個のアミノ酸も除去されたか否かは、ばつきりしない)が、7°レゾロ
キモンンではこのようなτ[しい分解は認められなかったことである。
従って発現収率を上げるため、サッカ【]ミセス・セレビシェ(S、 cere
vlslae )の好適なコドン中でプレゾロキモシンとプレプロソーマシンを
作る〔クエイ・ピー・ホランド(J、 P、 Hal1代!]L1)とエム・ソ
エイ・ホラン)−” (M、 J、 Ho1land ) :ジャーナル・オデ
・バイオロジカル・ケミスi・レイ(、T、 Bjol、 Chem、 )第2
55巻、2596−2605頁(1980年)〕ことが好ましい。これらの遺伝
子は4と6に記載した方法により合成し得る。好ましいコドンの使用によるキモ
シンとソーマチンのヌクレオチド配列は図21と図22に示す。
4と6に記載の通り、部分的に沖゛複する配列全方す作って合成するっこの方法
では両遺伝子の種々のhk熟型も同時に得られる(チャート4と5参照)。さら
+/cこのアプローチでは配列の途中を変化させることも可能である。これを使
ってプレ70ロキモシンのリーダー配列(ヌクレオチF’−174から−127
、図21)を種々の他のリーダー配列で置換することができる。
典型的な2つのリーダー配列は酸性ホスファターゼ゛の配列〔有馬 啓ら、ヌク
レイツク ア/ソズ リサーチ(Nuclelc Acxds Res、 )第
11巻、1657−1672頁(1983年)〕とインベルターゼの配列6
〔アール・タウ/ノブ(R,Taussj、g )とエム・カールソン(M、
Carlson )、ヌクレイツク アンノズリザーチ(Nucleic Ac
1ds Res、 )第11巻、1943−1954頁(1983年)〕である
。酵母の好捷しいコドンを有するこの2つのリーダー配列をコードするヌクレオ
チド配列の例を図26に示す。一方図24には2つの酸性ホスファターゼ/ゾロ
キモシン キメラ遺伝子とインベルターゼ/ゾロキモノン キメラ遺伝Fを図示
する。プレゾロキモシンは酵母細胞(でより正しく分解されたので、ゾロキモプ
ンとプレプロソーマシン遺伝子のリーダー配列のキメラ遺伝子を役割した(図1
8)O酵母のリーダー配列の性質に関する物理化学的性質と、リーダー配列とシ
グナル認識蛋白との相−9作用〔ピー・ウオルター(P、 V/alter )
とシー・グローベル(G、 Blobsl )、7’ o /−−r”イノグ
ナシ’+ ナル・7 カーF’ ミ4 やサイエンス・ニーニスエイ(Proc
、 Natl、 Aca、d、 Sci、 USA )、第77巻、7112−
7116頁(1980年)〕を考慮して、フ0ロキモシン遺伝子とキメラ遺伝子
(図24)を作るのに使用できる2つのコンセンサスリーダー配列(図25)を
設計した。
図の凡例
図1 酵母グリセリンアルデヒド−3−リン酸脱水素酵素オペロンを含有するプ
ラスミドpFl 1−66の領域の制限エンドヌクレアーゼ切断地図。
図2pF11−63にクローン化したグリセリンアルデヒド−3−リン酸脱水素
酵素オペロンのプロモーター/調節領域のヌクレオチド配列。TATAとTAT
Afi、A配列には実線の下線を引いて示し、である。
推定上の転写停止シグナルには点線の下線を引いて示しである。カッコで囲った
ヌクレオチド配列は倒置した繰返し部分(1nverted repeats
)を示す。68個のアミノ酸の長さのベゾチドをコードするヌクレオチド配列は
四角く囲っである。
図3 pFti −33にクローン化したグリセリンアル号ヒトー3−リン酸脱
水素酵素オペロンの転写停止/ポリアデニル化領域のヌクレオチド配列。。
AATAA−配列は実線の下線で示しである。推定−にの転写停止シグナルには
点線の下線を引いである。
図4 Eco RI(Dde I ) 0API)Hプロモーター/調節領域断
片の、プレプロソーマシンをコードするプラスミドへの挿入の模式図と、得られ
るシラスミドからのEco RI切断部位の除去。
図5 Eco RI (Dde I ) GAPDHプロモーター/調節断片を
含有する、(プレ)(プロ)(シュード)キモシンをコードするプラスミド作成
の模式図。
図6 幹とループ構造になり得ろ可能性のある部分を含有する0APDI−(プ
ロモーター/調節領域の構造の模式図。推定上の転写停止シグナルを斜線で示す
。
断片トの68個のアミノ酸の長さのペプチドをコードする配列の位置はATGと
TAAコドンで示しである。
図7a プレゾロソーマチンをコードするヌクレオチド配列の−に流に本来の0
APDH/調節領域を再構成するのに使用される合成I)NA断片の調製に関与
する種々の段階
図7b(フレ)(プロ)(シュード)キモシンをコード1′るヌクレオチド配列
の一]二流に本来のGAPDHプ「1モ一ター/調節領域を再構成するのに使用
する合成りNA断片。
図8 プレプロソーマチンをコードするプラスミドへの合成I)NA断片の導入
の模式図。
図9 再構成したGAPDHプロモーター/調節領域からのSac I部位の除
去の模式図。
図10(フレ)(プロ)(シュード)キモシンをコードするプラスミドへの合成
りNA断片の挿入の模式図11 ポリスチレン支持体−トのDNA断片合成の全
体図。
図12pFJ1−33から得たAn fl −Bam HI転写停止/ポリアゾ
チル化断片の模式図と、シュードキモシンをコード1−るヌクレオチド配列の下
流へのM16中心転写停止シグナルと組合せてのその挿入。
図16 プラスミドpMp 81の模式図。
図14pMp81のHind IIJと5alIによる消化により得た2ミクロ
ンDNA複製開始点と1eu2遺伝子の、プレゾロソーマチンをコードするプラ
スミドへの導入の模式図。
図15 酵母におけろ外来遺伝子の発現に広く適用できる大腸菌(E、 col
i )−酵母シャトルベクターの模式図。
図16pEk2−7のBgllIによる消化により得られたKAR8−2とtr
p 1遺伝子の、プレゾロソーマチンをコードするプラスミドへの導入の模式図
。
図1770ラスミドpEk 2−7 (a )、プラスミドpURK528−0
3(b)及びノラ/(ミド1)Ul(K、 528−33(C)を含有するクル
イベロミセス・ラクラは、−358−システィンを含有する最小培地中でろ時間
増殖させた。遠心分離して細胞を集め、1m(4の2.0モル/lンルビト−ル
、0.025モル/lNa、PO4pt(7,5、1ミ リ モ # / (3
EDTA 、 1 ミ リ モル/ l! MgCl2.2.5%β−メルカプ
トエタノール、1m9/mlrイモラーゼ60.0 [10に再浮遊し、30℃
で60分間インキュベートした。次にスフェロプラスト(5pheroplas
t )を遠心分離し、2 7 0 plJ H2o 、4 plJ 1 0 0
ミ リ モル/l! PMSF 。
F3 plJ 250ミリモ#/ 71 EDTA 、 40 p19%NaC
1そして80μl 5 X PBSTDS (5Qミリモル/1NaPO4pH
7,2、5% ト リ ト ン X 1 0 0 、 2.5 %デオキシコレ
ート、 2.5%SDS )を加えて溶解させた。ソーマチン様蛋白質の免疫沈
降と沈澱した蛋白の分析はエル・エデンズ(L、 Edens )ら、ジーン(
()ene )第18巻、1−12頁(1982)に記載の方法に従って行なっ
た。
図18 シラスミドpEk 2−7の模式図。
図19 ()APDHプロモーター/調節領域とGAPDH停止/ポリアデニル
化領域の転写支配を受ける、シュードキモシンをコードするヌクレオチド配列の
、酵母染色体への挿入に使用されろシラスミドの模式図20 プラスミド1)U
RY 528−03を含有するサツカロミセス・セレビシェ(s、 cerev
isiae )により合成された(C)、又はタウマドコンカスフルーツ(Th
auma、tococcus fruits )の種衣から精製したmRNAの
指令を受ける小麦胚芽蛋白合成系で試験1管内(in vj、tro )で合成
した(b)、(35S)システィン標識したソーマチン様蛋白の螢光。alは放
射能マーカー蛋白〔アマ−ジャム(Amersham)より入手〕を示し、dは
タウマトコン力スフル−ツ(Thaumatococcus fruits )
の種衣より単離したソーマチンHの位置を示す。図17の凡例に記載した方法に
より酵母の細胞を溶解した。mRNA小麦胚芽翻訳と免疫沈降法はエル・エデン
ズ(LEdens )も、ゾーン(Gene )第18巻、1−12頁(198
2年)に記載の方法により行なった。
図21 サツカロミセス響セレビシェ(S、 cerevisia、e )の好
ましいコドンを使用した(フレ)(プロ)(シュート)キモシンをコードする遺
伝子のヌクレオチド配列。
図22 サツカロミセス響セレビシェ(S、 cerevj、5iae )の好
ましいコドンを使用した(プレ)(プロ)ソ図26 サツカロミセス響セレビシ
ェ(s、 cerev+51ae )の好ましい′コドンを使用した、リーダー
配列酸性ホスファターゼとインベルターゼをコードスル遺伝子のヌクレオチド配
列。
図24 インベルターゼ、酸性ホスファターゼ又はソーマチンをコードする遺伝
子のリーダー配列、又は2つの設計されたコンセンサスリーダー配列を与えられ
た、プロキモシンをコードする遺伝子の作成の模式図。
図252つの設計されたコンセン4スリーグー配列のヌクレオチド配列。
浄書(内容に裏足なし)
図
4
紙
第3図
莞5図
特表昭Go−5012900の
第70図
第8図
鬼10図
■
第12図
第13図
第14図
第16図
第18区
日q、ll+
毘21図
す7加ミを又・尤しビンI/NJiしいコドン0アレプロキモシンのリーグ配ゲ
1ATGAGATG丁T TGGTTGTTTT GTTGGCTGTT TT
CGCTTTGT CCCAAGGT−174−165−155−145−13
5−1271j7カ0ミを太ヤしrシエの望1い]ド)0ブ[11V−)シュー
ドへ化シンのON八へ−列ち力0ミャス七しどシ1の望ましいコドンのシュード
バート+1シシのDNA配列TTGCAAAAGCAACAATACGG TA
TTTCCTCCAAGTACTCCG GTTTC−45−36−26−1,
6−6−1
サツ力ロミtス七しじシ1の望1LL’lトンのキモランのDNA配列范22図
リッツ0ミセス・ヤしじシエの望ましいコドンのプレブDソーマナンのり−ダゝ
配列すッカDミtス・tしじシエの望ましIs]ドシの渣熟ソ〜7干シのDNA
配列リツす目ミを又−tl/rジエの7ましい]ド′シのブ白ジーマナンのN吋
生Xプ子ドDNA西υ国際調査報告
手続補正書(方式)
%式%
2、発明の名称
面イ1す彰ll3H卸1じ梨庁しく番)Lj’z坑會法子4ρ込gf包3、補正
をする者
事件との関係 特許出願人
5、補正命令の日付
昭和40年4月30日
6、補正により増加する発明の数
7、補正の対象
浦、、。in。□l Au1kall。1.、JCT/EP 84/QO153
ANNEX To Thr+ INTERNATIONAI:、5EARCHR
EPORT ON第1頁の続き
[相]Int、Cj’ 識別記号 庁内整理番号@発明者 ビサール、クリステ
イアーン オミ
0発 明 者 ベリツプス、コルネリス セオ オドルス
一うンダ国2907 ブイジエイ 力ペレ エイ/ディー イユセル。
:ノエセルフ 77
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 のGAPDH遺伝子の1つのレギユロン領域の少なくとも一部を含有する。酵母 RNAポリメラーゼ■による転写を開始させることができるDNA配列において 、蛋白質合成開始のためのヌクレオチド配列領域の操作を容易にするため少な( とも1つの制限酵素切断部位を含む様にレギユロン領域を任意に改変されている 基本的に図2に示されたDNA配列を包含することを特徴とする、上記DNA配 列。 ヲ特徴とする、サツカロミセス・セレビシェ(S。 cerevjsia、e )のGAPDH遺伝子の1つに属′1−ろ停止/ポリ アデニル化領域の少なくとも一部を有する、酵母RNAポリメラーゼHによる転 写の停止、及びmRNAのポリアデニル化を行なうことが可能なりNA配列。 (3)組換えDNAプラスミド又は酵母染色体中へ挿入され得るDNA配列であ って、 (b) サツカロミセス・セレビシェ(S、 cerevisiae)のGAP DH遺伝子とは異なる1つ又は2つ以上の構造遺伝子、及び(C1から(flの うち少な(とも2つ、3 又は2つ以上の特異的DNA配列、及び/又は(d)1つ又は2つ以上の選択マ ーカ、及び/又は染色体への安定な挿入を可能にする1つ又は2つ以上のヌクレ オチド配列、又は前記酵母におけるDNA複製を調節する1つ又は2つ以上のD NA配列、及び/又は +f) 蛋白質の移動を助ける30以下のアミノ酸残基より成るシグナルポリペ プチドをコードしており、構造遺伝子の上流でかつ同じ解読フレーム内に位置し ているDNA配列を包含する、上記DNA配列。 (4) fblの構造遺伝子はソーマチン又はキモシン、又はそれらの各種対立 遺伝子型又は改変型(この改変型はソーマチンの甘味性やキモシンの凝乳性、又 はこれらのソーマチン様蛋白質又はキモシン様蛋白質の前駆体を損わない)をコ ードすることを特徴とする請求の範囲第3項記載のDNA配列。 (51(c)の特異的DNA配列は基本的に図6に示されたDNA配列であるこ とを特徴とする請求の範囲第3項記載のDNA配列。 (6) シグナルポリペプチドをコードする(flのDNA配列は以下のものを コードするDNA配列より成る群から選ばれることを特徴とする請求の範囲第3 項記載のDNA配列: 64 tal サツカロミセス・セレビシェ(S、 cerevisiae)インベル ターゼを移動させるシグナルポリペプチド、すなわちMet−Leu−Leu− Gln−Ala−Phe−Leu−Phe−Leu−Leui]、a、−Gly ・Phc−Ala−Ala−Lys・l1e−8er−Ala。 散性ホスファターゼを移動させるシグナルポリペプチド、すなわちMet−Ph e−Lys−8er−Val ・Val・Thy−8er ・T ]]G−Le u−AlaAla−8er−Leu−Al a・Asn−Ala。 (cl ンーマチン様蛋白質の未成熟型のシグナルポリペプチド、丁なわちMe t−Ala−A、]、a・Thr−Thr−Cys−Phe−Ph e ’ P h e ’ Le u ’ Ph e ’ P r O’ Phe ’ Le u ’ Le u ’ Le u ’ Le L] ’ Th r ・Leuo Ser−Arg−Ala。 (dl キモシン様蛋白質の未成熟型のソグナルボリペ−プチド、丁なわちMe t・Arg・Cys−Leu・Va、1−Val−Leu・Le u ’ A l a ・Va 1 ・Ph e−A l a−Le u−3e r−01n ’ OI Y Iおよび(e)2つのコンセンヤスシグナルポリペプチド、すな わちMet・5er−Lys・Ala・Ala−Leu・Ala−Phe・I ]、e−Ala ・Phe−Va141e−Val・Leu・Ile・Val・ Asn−Alaおよびに、’、et−8er・Lys・Phe−Val ・l1 e−Va14eu−Ile−Val・A[a ・Ala−Leu・Ala−Ph e・Ile・Ala−Asn−Ala 0(71fb)の構造遺伝子のコドン、 又はシグナルポリペプチドをコードするff)のDNA配列のコドン、又はその 両者が、酵母に好適なコドンに改変されていることを特徴とする請求の範囲第3 項記載のDNA配列。 (8) 酵母に好適なコドンとして以下のコドンを使用65 符表昭GO−50 1290(2)することを特徴とする請求の範囲第7項記載の■っNAGAC又 はGAT アスパラギン酸 TTCフェニルア5r=ンGAAクルタミン酸Ac c又ハAcY′ スレオニンATC又はATT インロイシン CTC又はCI ’IT バリン。 (91rDNA配列を含有する酵母の調製方法において、請求の範囲第3項に記 載のDNA配列を、サツカロミセス(Sa、ccha、romyceS )、ク ルイベロミセス(Kluyveromyces )、テ/<! +) オミ(! ス(Debaryomyces)、(庫odotoru、la )酵母内に、 プラスミドとして又は酵母デノムヘ加えることにより導入することを特徴とする 、上記方法。 a@ プラスミドとして又は酵母rツムへ導入する、請求の範囲第6項記載のr DNA配列を含有する酵母。 0υ rDNA配列を含有する酵母の培養により蛋白質を調製する方法において 、請求の範囲第10項記載の酵母を蛋白質生産のために使用し、r DNA配列 は、該蛋白質をコードする遺伝子、又はプロセシング中に該蛋白質を生成し得る 前駆体をコードする構造遺伝子を含有することを特徴とする、上記方法。 θz 請求の範囲第11項の方法により産生される蛋白質。
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