DE3731874A1 - METHOD FOR THE PRODUCTION OF PEPTIDES BY SPECIFIC CUTTING OF GENETICALLY OBTAINED FUSION PROTEINS WITH COLLAGENASES - Google Patents
METHOD FOR THE PRODUCTION OF PEPTIDES BY SPECIFIC CUTTING OF GENETICALLY OBTAINED FUSION PROTEINS WITH COLLAGENASESInfo
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Abstract
Description
Die Gentechnologie hat neue Wege zur Herstellung von Peptiden und Proteinen eröffnet, welche der herkömmlichen chemischen Synthese, insbesondere bei längeren Aminosäuresequenzen, weit überlegen sind. Dadurch stehen erstmals sonst schwer zugängliche Substanzen wie Wachstumshormon, Interferone und zahlreiche Peptidhormone in ausreichenden Mengen zur Verfügung (F.A.O. Marston, Biochem. J., 240, 1-12 [1986]).Genetic engineering has new ways of making peptides and proteins opened, which of the conventional chemical Synthesis, especially with longer amino acid sequences, far are superior. As a result, otherwise difficult to access are available for the first time Substances like growth hormone, interferons and numerous peptide hormones available in sufficient quantities (F.A.O. Marston, Biochem. J., 240, 1-12 [1986]).
Die gentechnischen Verfahren zur Herstellung von Polypeptiden beruhen auf der Übertragung einer geeigneten Desoxyribonukleinsäure (DNA), welche Codons für die herzustellende Aminosäuresequenz enthält, auf geeignete Wirtszellen in einer Form, welche die Replikation und die Expression der neu eingebrachten genetischen Information ermöglicht. Als Wirtszellen werden bei kleinen bis mittelgroßen Peptiden (weniger als ca. 100 Aminosäuren) vorzugsweise Bakterien wie Escherichia coli eingesetzt.The genetic engineering processes for the production of polypeptides are based on the transfer of a suitable deoxyribonucleic acid (DNA), which codons for the amino acid sequence to be produced contains, on suitable host cells in a form which the replication and expression of the newly introduced genetic Information enables. As host cells are small to medium-sized peptides (less than approx. 100 amino acids) preferably bacteria such as Escherichia coli are used.
Es hat sich nun gezeigt, daß Polypeptide des genannten Größenbereiches sehr leicht von intrazellulären bakteriellen Proteasen angegriffen werden, da sie nicht durch eine ausgeprägte Tertiärstruktur geschützt sind. Dies kann zu einer starken Ausbeuteverminderung oder auch zum völligen Verlust des primären Biosyntheseproduktes führen, wenn die Expression so gelenkt wird, daß das herzustellende Polypeptid direkt in der endgültigen Form oder allenfalls mit einem zusätzlichen N-terminalen Methionin-Rest gebildet wird (sogenannte direkte Expression). Dagegen lassen sich die gewünschten Aminosäuresequenzen in der Regel in guter Ausbeute erhalten, wenn sie zunächst als sehr viel größere Vorläufermoleküle, sogenannte Fusionsproteine, synthetisiert werden.It has now been shown that polypeptides of the size range mentioned very easily from intracellular bacterial proteases be attacked because they are not characterized by a pronounced tertiary structure are protected. This can lead to a severe reduction in yield or also for the complete loss of the primary biosynthesis product lead if the expression is directed so that the polypeptide to be produced directly in the final form or at most with an additional N-terminal methionine residue is formed (so-called direct expression). Let against it the desired amino acid sequences are usually in Get good yield if they are initially considered to be much larger Precursor molecules, so-called fusion proteins, synthesized will.
Zur Herstellung kleinerer und mittelgroßer Peptide wird daher eine Verfahrensvariante bevorzugt, bei welcher durch In Vitro- Neukombination aus einem gut exprimierbaren und möglichst auch regulierbaren bakteriellen Gen und der DNA-Sequenz für das herzustellende Peptid ein Hybrid-Gen auf einem Plasmid-Vektor gebildet wird. Das Hybrid-Gen enthält die ursprüngliche bakteriellen Regulationselemente (Promotor, ribosomale Bindungsstelle und Terminator) sowie einen möglichst großen Teil der Codons für die N-terminalen Aminosäuren des bakteriellen Genproduktes, gefolgt von den Codons für das neue Peptid sowie einem Stopcodon. Nach Überführung des Plasmid-Vektors in eine geeignete bakterielle Wirtszelle durch Transformation steuert das Hybrid-Gen die Biosynthese eines Fusionsproteins, dessen N-terminaler Teil sich von dem entsprechenden bakteriellen Protein ableitet, während der C-terminale Teil aus der Aminosäuresequenz des herzustellenden Peptids besteht. Dieses Fusionsprotein kann leicht durch Fermentation der transformierten Zellen in großen Mengen hergestellt und isoliert werden. Verschiedene bakterielle Gene sind für die Konstruktion von Hybrid-Genen eingesetzt worden, vorzugsweise jedoch solche für die Enzyme β-Galactoidase, β-Lactamase, Anthranilat-Synthetase, alkalische Phosphatase und Chloramphenicol- Acetyltransferase.A method variant is therefore preferred for the production of smaller and medium-sized peptides, in which a hybrid gene is formed on a plasmid vector by in vitro recombination from a bacterial gene which can be expressed well and, if possible, also regulated, and the DNA sequence for the peptide to be produced. The hybrid gene contains the original bacterial regulatory elements (promoter, ribosomal binding site and terminator) and as large a part of the codons for the N-terminal amino acids of the bacterial gene product as possible, followed by the codons for the new peptide and a stop codon. After conversion of the plasmid vector into a suitable bacterial host cell by transformation, the hybrid gene controls the biosynthesis of a fusion protein, the N-terminal part of which is derived from the corresponding bacterial protein, while the C-terminal part consists of the amino acid sequence of the peptide to be produced. This fusion protein can easily be produced and isolated by fermentation of the transformed cells in large quantities. Various bacterial genes have been used for the construction of hybrid genes, but preferably those for the enzymes β- galactoidase, β- lactamase, anthranilate synthetase, alkaline phosphatase and chloramphenicol acetyltransferase.
Die letzte Stufe bei der Herstellung eines Peptids nach dem oben skizzierten Verfahren ist die exakte Spaltung des Fusionsproteins. Um diese zu ermöglichen, muß daß Hybrid-Gen so konstruiert werden, daß in dem späteren Fusionsprotein zwischen dem bakteriellen Teil und der neu herzustellenden Peptidsequenz eine leicht und selektiv spaltbare Peptidbindung vorhanden ist. Die Entwicklung eines spezifischen und möglichst breit anwendbaren Verfahrens für die Spaltung von Fusionsproteinen hat sich als das größte und bisher nicht völlig zufriedenstellend gelöste Problem bei der gentechnischen Herstellung kleinerer und mittelgroßer Peptide erwiesen.The last step in the production of a peptide after The procedure outlined above is the exact cleavage of the fusion protein. To make this possible, the hybrid gene must be constructed in this way be that in the later fusion protein between the bacterial part and the new peptide sequence to be produced easily and selectively cleavable peptide bond is present. The Development of a specific and as broadly applicable as possible Process for the cleavage of fusion proteins has proven to be the largest and not yet completely satisfactorily resolved Problem in the genetic engineering of small and medium-sized Peptides proved.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein spezifisches und daher allgemein anwendbares Verfahren zur Spaltung von Fusionsproteinen, welches die exakte Aminosäuresequenz des gewünschten Peptids liefert, ohne am N-terminalen Ende unerwünschte zusätzliche Aminosäuren zu hinterlassen.The present invention relates to a specific one and therefore generally applicable method for cleaving fusion proteins, which is the exact amino acid sequence of the desired Peptide delivers without undesirable at the N-terminal end to leave additional amino acids.
Die ersten gentechnisch hergestellten Peptide, wie z. B. Somatostatin (K. Itakura et al., Science, 198, 1056-1063 [1977]) oder die A- und B-Ketten von humanem Insulin (D. V. Goeddel et al., Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 76, 106-110 [1979]), waren durch Spaltung mit Bromcyan aus den entsprechenden Fusionsproteinen, welche sich von β-Galactosidase ableiteten, freigesetzt worden. Bromcyan spaltet selektiv die Bindung zwischen Methionin und der nächsten carboxylständigen Aminosäure (Met-X, wobei X irgendeine der 20 durch den genetischen Code festgelegten Aminosäuren sein kann). Dieses Verfahren ist naturgemäß nur anwendbar für Peptide, welche selbst kein Methionin enthalten; das trifft für die drei obengenannten Peptide zu.The first genetically engineered peptides, such as B. Somatostatin (K. Itakura et al., Science, 198, 1056-1063 [1977]) or the A and B chains of human insulin (DV Goeddel et al., Proc. Natl. Acad. Sci., USA , 76, 106-110 [1979]), had been released by cleavage with cyanogen bromide from the corresponding fusion proteins which were derived from β- galactosidase. Bromocyanine selectively cleaves the bond between methionine and the nearest carboxylic amino acid (Met-X, where X can be any of the 20 amino acids specified by the genetic code). Naturally, this method can only be used for peptides which themselves do not contain methionine; this applies to the three peptides mentioned above.
Gleichartige Einschränkungen gelten für alle Verfahren zur Spaltung von Fusionsproteinen, welche auf der Erkennung einer einzelnen Aminosäure beruhen. So sind Fusionsproteine hergestellt worden, welche die Aminosäuren Lysin, Arginin oder Glutaminsäure als Verknüpfung zwischen den N-terminalen und dem C-terminalen Teil enthalten. Zur Spaltung wurden die Enzyme Trypsin (J. Shine et al., Nature, 285, 456-461 [1980]) und Clostripain (A. D. Bennett et. al., EPA 01 31 33), welche beide die Bindung zwischen Lys-X und Arg-X öffnen sowie Endoproteinase Glu-C (A. D. Bennett et al., EPA 01 31 363), welche die Bindung Glu-X spaltet, verwendet. Endoproteinase Lys-C (G. Allen et al., Biol. Chem. Hoppe-Seyler, 367, Suppl. Aug. 1986, S. 162, Abstr. 19. 01. 03), die spezifisch nach Lysin spaltet, ist ebenfalls eingesetzt worden.Similar restrictions apply to all splitting processes of fusion proteins, which are based on the recognition of a single Amino acid based. This is how fusion proteins are made which are the amino acids lysine, arginine or glutamic acid as a link between the N-terminal and the C-terminal Part included. The enzymes trypsin (J. Shine et al., Nature, 285, 456-461 [1980]) and Clostripain (A.D. Bennett et. al., EPA 01 31 33), both of which are the bond between Open Lys-X and Arg-X as well as endoproteinase Glu-C (A.D. Bennett et al., EPA 01 31 363), which bind the Glu-X splits, used. Endoproteinase Lys-C (G. Allen et al., Biol. Chem. Hoppe-Seyler, 367, Suppl. Aug. 1986, p. 162, Abstr. 19/01/03), which specifically cleaves for lysine, is also been used.
Sehr viel spezifischer und damit breiter anwendbar sind Verfahren, die eine spezifische Bindung innerhalb einer genau definierten Sequenz aus mehreren Aminosäuren spalten. So konnten P. R. Szoka et al. (DNA, 5, 11-20 [1986]) ein Fusionsprotein, in dem eine Teilsequenz aus Anthranilat-Synthetase sowie Rinder- Wachstumshormon über die Sequenz Asp-Pro miteinander verknüpft sind, durch Einwirkung von Säure in die beiden Bestandteile zerlegen, weil die Bindung Asp-Pro sehr säurelabil ist. Neben der Tatsache, daß man bei der Einwirkung von Säure auch mit der Spaltung weiterer Peptidbindungen als Nebenreaktion rechnen muß, hat dieses Verfahren vor allem den Nachteil, daß das Prolin aus der Kopplungssequenz am N-terminalen Ende des Peptids übrig bleibt, was in vielen Fällen nicht tolerabel ist. Die gleiche Einschränkung muß man bei der Umsetzung mit Renin machen, welches verwendet worden ist, um in einem Fusionsprotein innerhalb der Sequenz Pro-Phe-His-Leu-Leu-Val-Tyr selektiv die Bindung zwischen den beiden Leucin-Resten zu spalten (J. S. Boger et al., EPA 01 63 573). In diesem Fall bleiben drei zusätzliche und häufig unerwünschte N-terminale Aminosäuren übrig.Processes are much more specific and therefore more widely applicable that have a specific bond within a well defined one Split sequence from several amino acids. So could P. R. Szoka et al. (DNA, 5, 11-20 [1986]) a fusion protein, in which is a partial sequence from anthranilate synthetase and bovine Growth hormone linked together via the Asp-Pro sequence are due to the action of acid in the two components disassemble because the Asp-Pro bond is very acid-labile. In addition to the fact that when exposed to acid also with the cleavage of further peptide bonds as a side reaction The main disadvantage of this method is that the proline from the coupling sequence at the N-terminal end of the Peptide remains, which in many cases is intolerable. The same limitation applies to the implementation with Renin which has been used to make up a fusion protein selectively within the sequence Pro-Phe-His-Leu-Leu-Val-Tyr Cleave bond between the two leucine residues (J. S. Boger et al., EPA 01 63 573). In this case there are three additional ones and often unwanted N-terminal amino acids.
Faktor Xa, eine Plasmaprotease, deren normale Funktion die Umwandlung von Prothrombin in Thrombin ist, ist von K. Nagai und H. C. Thøgersen (Nature, 309, 810-812 [1984]) verwendet worden, und humanes β-Globin aus einem Fusionsprotein freizusetzen, dessen N-terminaler Teil aus 31 Aminosäuren des λcII-Proteins bestand. In ähnlicher Weise haben T. Imai et al. (J. Biochem., 100, 425-432 [1986]) das Enzym eingesetzt, um humanes Prorenin über ein Fusionsprotein mit 9 zusätzlichen N-terimalen Aminosäuren herzustellen. In beiden Fällen war als Übergang zwischen N- und C-terminalem Bereich die Sequenz Ile-Glu-Gly-Arg-X vorhanden, die vom Faktor Xa spezifisch erkannt und an der Bindung zwischen Arg und X gespalten wird (wobei X die erste N-terminale Aminosäure des humanen Proteins ist). Faktor Xa scheint daher die Forderungen zu erfüllen, die man an ein Enzym stellen muß, welches für die Spaltung von Fusionsproteinen eingesetzt werden soll. Allerdings sind auch zwei Fälle berichtet worden, in denen eine Spaltung von Fusionsproteinen, welche die obige Erkennungssequenz enthielten, mit Faktor Xa nicht möglich war (G. Allen et al., Biol. Chem. Hoppe-Seyler, 367, Suppl. Aug. 1987, S. 162. Abstr. 19. 01. 03; H. Mayer et al., Biol. Chem. Hoppe-Seyler, 367, Suppl. Aug. 1986, S. 285, Abstr. 05. 01. 50). Eine generelle Anwendung dieses Verfahrens ist daher nicht möglich.Factor Xa, a plasma protease whose normal function is to convert prothrombin to thrombin, has been used by K. Nagai and HC Thøgersen (Nature, 309, 810-812 [1984]) and to release human β- globin from a fusion protein, whose N-terminal part consisted of 31 amino acids of the λ cII protein. Similarly, T. Imai et al. (J. Biochem., 100, 425-432 [1986]) used the enzyme to produce human prorenin via a fusion protein with 9 additional N-terminal amino acids. In both cases the sequence Ile-Glu-Gly-Arg-X was present as a transition between the N- and C-terminal region, which is specifically recognized by factor Xa and cleaved at the bond between Arg and X (where X is the first N- terminal amino acid of human protein). Factor Xa therefore seems to meet the requirements that must be placed on an enzyme which is to be used for the cleavage of fusion proteins. However, two cases have also been reported in which a cleavage of fusion proteins containing the above recognition sequence was not possible with factor Xa (G. Allen et al., Biol. Chem. Hoppe-Seyler, 367, Suppl. Aug. 1987 , P. 162. Abstr. 19.01.03; H. Mayer et al., Biol. Chem. Hoppe-Seyler, 367, Suppl. Aug. 1986, p. 285, abstr. 05.01.50.). A general application of this method is therefore not possible.
Ähnliche Einschränkungen muß man für das Enzym Enterokinase machen, welches in der Sequenz (Asp)₄-Lys-X die Bindung zwischen Lys und X spaltet. R. M. Belagaje et al. (DNA, 3, 120 [1984]) haben zwar mit diesem Enzym menschliches Wachstumshormon aus einem Fusionsprotein freigesetzt, in welchem sich diese Sequenz nicht weit vom N-terminalen Ende entfernt befindet, ähnlich wie in Trypsinogen, dem natürlichen Substrat der Enterokinase.Similar restrictions have to be made for the enzyme enterokinase, which in the sequence (Asp) ₄-Lys-X the bond between Lys and X split. R.M. Belagaje et al. (DNA, 3, 120 [1984]) with this enzyme human growth hormone from a fusion protein released in which this sequence is not located far from the N-terminal end, similar to that in Trypsinogen, the natural substrate of enterokinase.
Versuche, Fusionsproteine, in denen alkalische Phosphatase und adrenocorticotropes Hormon über die genannte Sequenz verknüpft waren, mit Enterokinase zu spalten, waren jedoch nicht erfolgreich.Attempts to find fusion proteins that contain alkaline Phosphatase and adrenocorticotropic hormone via the above Sequence were linked to cleave with enterokinase however not successful.
In EP 20 290 wird ein Verfahren beschrieben, das die hohe Spezifität von Collagenasen zur Spaltung von Fusionsproteinen entsprechender Struktur ausnutzt.EP 20 290 describes a method which the high specificity of collagenases for the cleavage of fusion proteins appropriate structure is used.
Collagenasen erkennen die Sequenz Pro-Y-Gly-Pro, wobei Y jede beliebige der 20 Aminosäuren des genetischen Codes sein kann, und spalten zwischen Y und Gly. Aus einem Fusionsprotein, welches diese Sequenz enthält, wird ein Peptid freigesetzt, welches am N-terminalen Ende noch die aus der Collagenase-Sequenz stammenden Aminosäuren Gly und Pro enthält. Diese können als Dipeptid mit einem weiteren Enzym, der Postprolin- Dipeptidyl-Aminopeptidase (PPDA), entfernt werden.Collagenases recognize the sequence Pro-Y-Gly-Pro, where Y is any of the 20 amino acids of the genetic Codes can be and split between Y and Gly. From a fusion protein, which contains this sequence becomes a peptide released, which at the N-terminal end still from the Contains collagenase sequence-derived amino acids Gly and Pro. These can be used as a dipeptide with another enzyme, the postproline Dipeptidyl aminopeptidase (PPDA) are removed.
Versuche zur Spaltung von Peptiden und Proteinen, welche die Sequenz Pro-Y-Gly-Pro enthalten, mit Clostridiopeptidase A, einer Collagenase aus Clostridium histolyticum (EC 3.4.24.3), haben nun gezeigt, daß die Anwendung der oben beschriebenen Reaktionsfolge zur Herstellung von Peptiden über Fusionsproteine nur in sehr begrenztem Maße möglich ist. Zwar konnten M. Töpert et al. (Mitteilung beim 14. FEBS-Meeting [1981]) zeigen, daß sich ein relativ kleines, halbsynthetisches Modellpeptid, und zwar die VerbindungAttempts to cleave peptides and proteins which the Sequence Pro-Y-Gly-Pro included, with clostridiopeptidase A, one Collagenase from Clostridium histolyticum (EC 3.4.24.3) now shown that the application of the above Sequence of reactions for the production of peptides via fusion proteins is only possible to a very limited extent. M. Töpert could et al. (Communication at the 14th FEBS meeting [1981]) show that a relatively small, semi-synthetic model peptide, and the connection though
Cbo-Gly-Pro-Leu-Gly-Pro-Insulin-A-Kette (Rind)Cbo-Gly-Pro-Leu-Gly-Pro Insulin A Chain (Bovine)
entsprechend dem oben dargestellten Schema mit Clostridiopeptidase A und PPDA umsetzen läßt, wobei die erwarteten Reaktionsprodukte in guter Ausbeute erhalten wurden. Ähnliche Ergebnisse erhielten E. Wünsch et al. (Hoppe-Seylers Z. Physiol. Chem., 362, 1285-1287 [1981]) bei der Umsetzung eines anderen Modellpeptids. Dagegen ließen sich von vier natürlichen Proteinen mit der Sequenz Pro-Y-Gly-Pro nur zwei (Neurophysin II und Rinderkatalase) mit Clostridiopeptidase A spezifisch spalten, und dies auch nur nach Umwandlung der Cystein-Seitenketten in die S-Sulfonate. Trotz eines relativ großen Enzymüberschusses konnte jedoch keine quantitative Umsetzung erreicht werden (M. Töpert et al., Mitteilung beim 14. FEBS-Meeting [1981]).according to the scheme shown above with clostridiopeptidase A and PPDA can be implemented, with the expected reaction products were obtained in good yield. Similar results received E. Wünsch et al. (Hoppe-Seylers Z. Physiol. Chem., 362, 1285-1287 [1981]) in the implementation of another model peptide. In contrast, four of the natural proteins with the sequence Pro-Y-Gly-Pro only two (Neurophysin II and Bovine catalase) specifically clostridiopeptidase A, and this only after converting the cysteine side chains into the S-sulfonates. Despite a relatively large excess of enzyme however, no quantitative implementation could be achieved (M. Töpert et al., Communication at the 14th FEBS meeting [1981]).
In der deutschen Patentanmeldung (Aktenzeichen P 37 31 875.6) wird ein Verfahren zur Herstellung von adrenocorticotropem Hormon über Fusionsproteine beschrieben, die sich von der alkalischen Phosphatase aus E. colie ableiten. Auch in diesem Fall wurde gefunden, daß Fusionsproteine mit einer Tetrapeptidsequenz Pro-Y-Gly-Pro zwischen bakterieller Proteinsequenz und Zielpeptid, wobei Y jede der 20 Aminosäuren des genetischen Codes bedeutet, sich zwar spezifisch an der vorbestimmten Stelle mit Clostridiopeptidase A spalten lassen, jedoch war die Reaktionsgeschwindigkeit sehr niedrig.In the German patent application (file number P 37 31 875.6) a process for the production of adrenocorticotropic hormone described about fusion proteins that differ from the alkaline Derive phosphatase from E. colie. In this case too, it was found that fusion proteins with a tetrapeptide sequence Pro-Y-Gly-Pro between bacterial protein sequence and target peptide, where Y means each of the 20 amino acids of the genetic code, specifically with the predetermined position Clostridiopeptidase A cleaved, but the reaction rate was very low.
J. Germino und D. Bastia (Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 81, 4692-4696 [1984]) haben ein Fusionsprotein hergestellt, welches als Bindeglied zwischen dem N- und C-terminalen Bereich eine Sequenz aus ca. 60 Aminosäuren aus Pro-α-2-Collagen enthielt. Dieses Protein ließ sich mit Collagenasen ähnlich gut spalten wie das entsprechende Collagen selbst. Es ist jedoch nicht bekannt, an welchen Stellen innerhalb der Sequenz von ungefähr 60 Aminosäuren das Fusionsprotein genau gespalten wird. Es zeigte sich außerdem, daß ein mehr oder weniger großer Rest dieser Sequenz noch am N-terminalen Ende des C-terminalen Spaltproduktes vorhanden ist. Daher ist diese Verfahrensvariante zur Herstellung von Polypeptiden mit genau vorgegebenem N-terminalen Ende ungeeignet.J. Germino and D. Bastia (Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 81, 4692-4696 [1984]) have produced a fusion protein which, as a link between the N- and C-terminal region, has a sequence of approx. Contained 60 amino acids from Pro α -2 collagen. This protein could be cleaved with collagenases just as well as the corresponding collagen itself. However, it is not known at which locations within the sequence of approximately 60 amino acids the fusion protein is cleaved exactly. It was also found that a more or less large residue of this sequence is still present at the N-terminal end of the C-terminal cleavage product. This process variant is therefore unsuitable for the production of polypeptides with a precisely specified N-terminal end.
Die vorliegende Erfindung besteht in einem Verfahren zur Herstellung von Zielpeptiden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man aus einem Fusionsprotein der Formel IThe present invention is a method of manufacture of target peptides, which is characterized in that from a Fusion protein of formula I.
H₂N-Z₁-X-(Pro-Y-Gly) n -Pro-Z₂-COOH (I)H₂N-Z₁-X- (Pro-Y-Gly) n -Pro-Z₂-COOH (I)
in der
n 2 ist,
X und Y jede der 20 durch den genetischen Code
festgelegten Aminosäuren darstellt,
Z₁ eine bakterielle Aminosäuresequenz und
Z₂ das Zielpeptid aus beliebigen Aminosäuren
des genetischen Codes bedeuten,in the
n is 2,
X and Y represent each of the 20 amino acids defined by the genetic code,
Z₁ is a bacterial amino acid sequence and
Z₂ is the target peptide from any amino acids of the genetic code,
die C-terminal auf die Aminosäuresequenz -X-(Pro-Y-Gly) n -Pro-, in der X und Y jede genetisch kodierbare Aminosäure und n2 bedeuten, folgende Proteinsequenz enzymatisch mit Collagenase und Postprolindipeptidylaminopeptidase (PPDA) abspaltet. the C-terminal to the amino acid sequence -X- (Pro-Y-Gly) n -Pro-, in which X and Y are each genetically encodable amino acid and n 2, enzymatically cleaves the following protein sequence with collagenase and postproline dipeptidylaminopeptidase (PPDA).
Die Erfindung betrifft außerdem Fusionsproteine der Formel I und Verfahren zu ihrer Herstellung gemäß Ansprüchen 1-6 sowie Genstrukturen, die für Fusionsproteine der Formel I kodieren und Plasmide oder vergleichbare Vektoren (z. B. Phagenvektoren), die Codons für repetitive Collagenase- Schnittstellen enthalten und damit zur Herstellung von Fusionsproteinen der Formel I geeignet sind.The invention also relates to fusion proteins of the formula I. and processes for their preparation according to claims 1-6 as well as gene structures which are necessary for fusion proteins of the formula I encode and plasmids or comparable vectors (e.g. Phage vectors), the codons for repetitive collagenase Contain interfaces and thus for the production of fusion proteins of formula I are suitable.
Als bakterielle Aminosäuresequenz Z₁ kommen alkalische Phosphatase, Anthranilat-Synthetase, β-Lactamase, β-Galactosidase, Chloramphenicol-Acetyltransferase etc. in Frage.As bacterial amino acid sequence Z₁ alkaline phosphatase, anthranilate synthetase, β- lactamase, β- galactosidase, chloramphenicol acetyltransferase etc. come into question.
Das nachstehende Reaktionsschema erläutert die proteolytische Spaltung von Fusionsproteinen mit Collagenase und Postprolin-Dipeptidyl-Aminopeptidase (PPDA): The reaction scheme below explains the proteolytic Cleavage of fusion proteins with collagenase and Postproline dipeptidyl aminopeptidase (PPDA):
Für X und Y kann jede der im genetischen Code festgelegten 20 Aminosäuren stehen, n bedeutet bevorzugt 2 bis 10.X and Y can be any of the 20 amino acids specified in the genetic code, n preferably means 2 to 10.
Der Vorteil des neuen Verfahrens zur Spaltung von Fusionsproteinen besteht gegenüber dem Verfahren aus EP 20 290 darin, daß die Umsetzungsgeschwindigkeit z. B. mit Clostridiopeptidase A um Größenordnungen gesteigert werden kann. Fusionsproteine, die die Erkennungssequenz für Collagenase in repetitiver Form enthalten, lassen sich unvergleichlich viel besser spalten als die entsprechenden Fusionsproteine mit einer einfachen Spaltstelle für Collagenasen. The advantage of the new process for cleaving fusion proteins compared to the process from EP 20 290 consists in that the rate of implementation z. B. with clostridiopeptidase A can be increased by orders of magnitude. Fusion proteins that contain the recognition sequence for collagenase in repetitive form, can be split much better than that corresponding fusion proteins with a simple cleavage site for collagen noses.
Zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in den Beispielen 1-3 die Herstellung und enzymatische Spaltung von 3 Modellproteinen beschrieben, welche verschiedene, durch Collagenasen spaltbare Sequenzen enthalten. Die Aminosäuresequenzen dieser Proteine sind in Tab. 1 zusammengefaßt. Sie leiten sich von der Präphosphatase aus E. coli K 12 ab, einem Zwischenprodukt der Biosynthese von alkalischer Phosphatase, welche aus 471 Aminosäuren besteht. Durch Abspalten einer N-terminalen Signalsequenz von 22 Aminosäuren wird die Präphosphatase in das aktive Enzym überführt. Dagegen wird bei den modifizierten Phosphatasen die Signalsequenz von 22 Aminosäuren nicht in nennenswertem Umfang abgespalten.To illustrate the method according to the invention, in Examples 1-3 the preparation and enzymatic cleavage of 3 model proteins described, which are different, by collagenases contain cleavable sequences. The amino acid sequences these proteins are summarized in Tab. 1. You guide yourself on the prephosphatase from E. coli K 12, an intermediate the biosynthesis of alkaline phosphatase, which consists of 471 amino acids consists. By cleaving an N-terminal signal sequence Prephosphatase is converted into active from 22 amino acids Enzyme transferred. In contrast, the modified phosphatases the signal sequence of 22 amino acids was not significant cleaved.
Die Aminosäuresequenz der alkalischen Phosphatase (R. A. Bradshaw et al., Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 81, 4692-4696 [1981]) sowie die Nukleotidsequenz des entsprechenden Gens aus E. coli K 12 (phoA) sind bekannt (M. Simonis, Dissertation, Freie Universität Berlin [1983]); C. N. Chang et al., Gene, 44, 121-125 [1986]); Vektoren, die für die Konstruktion von Fusionsproteinen auf der Basis von alkalischer Phosphatase verwendet werden können, sind ebenfalls beschrieben worden (W. Boidol et al., Mol. Gen. Genet., 185, 510-512 [1982]; W. Boidol, Dissertation, Technische Universität Berlin [1984]). Ausgehend von einem dieser Plasmide, welches die Bezeichnung pSB94 trägt, wurden mit an sich bekannten Methoden der in vitro-Neukombination und DNA-Klonierung (T. Maniatis et al., Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, N.Y., USA [1982]) modifizierte Vektoren hergestellt, welche nach Überführung in geeignete E. coli-Wirtszellen die Biosynthese der in Tab. 1 dargestellten Proteine bewirken. Dazu wurden in zwei Positionen des phoA-Gens auf pSB94, nämlich in die NcoI- bzw. die SphI-Sequenz, Oligonukleotide eingefügt, welche in den modifizierten Genen Codons für die durch Collagenasen erkennbaren Aminosäuresequenzen bilden. Restriktionskarten von pSB94 und der davon abgeleiteten Plasmide pSA302, pSA506 und pHS4133 sind in den Abb. 1-4 dargestellt.The amino acid sequence of alkaline phosphatase (RA Bradshaw et al., Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 81, 4692-4696 [1981]) and the nucleotide sequence of the corresponding gene from E. coli K 12 (phoA) are known ( M. Simonis, PhD, Free University Berlin [1983]); CN Chang et al., Gene, 44, 121-125 [1986]); Vectors which can be used for the construction of fusion proteins based on alkaline phosphatase have also been described (W. Boidol et al., Mol. Gen. Genet., 185, 510-512 [1982]; W. Boidol, Dissertation, Technical University Berlin [1984]). Starting from one of these plasmids, which bears the designation pSB94, known methods of in vitro recombination and DNA cloning (T. Maniatis et al., Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY, USA) were used [1982]) produced modified vectors which, after being converted into suitable E. coli host cells, bring about the biosynthesis of the proteins shown in Table 1. For this purpose, oligonucleotides were inserted in two positions of the phoA gene on pSB94, namely in the NcoI and SphI sequences, which form codons in the modified genes for the amino acid sequences recognizable by collagenases. Restriction maps of pSB94 and the plasmids pSA302, pSA506 and pHS4133 derived therefrom are shown in FIGS. 1-4.
Die Ergebnisse der Umsetzung der 3 Modellproteine mit Clostridiopeptidase A sind in Abb. 5 und 6 sowie in Tab. 2 dargestellt. Abb. 5 zeigt eine gelelektrophoretische Trennung, die die Entstehung von Spaltprodukten des erwarteten Molekulargewichtes und damit die spezifische Spaltung an der vorbestimmten Stelle belegt. In Abb. 6 ist die Abhängigkeit der Produktbildung von der Inkubationszeit und der eingesetzten Enzymmenge dargestellt. Die aus den Kurven ermittelten Produktbildungsraten, die in Tab. 2 zusammengefaßt sind, machen deutlich, in welchem Umfang eine Doppelschnittstelle (HS 4133/1) und erst recht eine fünffache Schnittstelle (SA 506/1) die Reaktionsfähigkeit gegenüber Collagenasen im Vergleich zu einer einfachen Schnittstelle (SA 302/1) erhöhen.The results of the implementation of the 3 model proteins with clostridiopeptidase A are shown in Figs. 5 and 6 and in Table 2. Fig. 5 shows a gel electrophoretic separation, which shows the formation of cleavage products of the expected molecular weight and thus the specific cleavage at the predetermined location. Fig. 6 shows the dependence of product formation on the incubation time and the amount of enzyme used. The product formation rates determined from the curves, which are summarized in Tab. 2, make clear to what extent a double interface (HS 4133/1) and especially a five-fold interface (SA 506/1) the reactivity towards collagenases compared to a simple one Increase interface (SA 302/1).
In der deutschen Patentanmeldung (Aktenzeichen P 37 31 875.6), deren Gegenstand ein Verfahren zur Herstellung von adrenocorticotropem Hormon und davon abgeleiteten Peptiden ist, werden Fusionsproteine beschrieben, in denen die Hormonsequenz über eine einfache bzw. repetitive Collagenase-Schnittstellen an Teilsequenzen der alkalischen Phosphatase aus E. coli gekoppelt sind. Die dort beschriebenen Versuche zur Umsetzung dieser Fusionsproteine mit Clostridiopeptidase A bestätigen in vollem Umfang die in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Resultate. Die Produktbildungsraten der wichtigsten ACTH-Fusionsproteine sind ebenfalls in Tab. 2 enthalten. Während aus dem Protein mit einer einfachen Collagenase- Schnittstelle (SA 186/1) das Peptidhormon nur unvollständig und unter Bedingungen freigesetzt werden konnte, die für eine praktische präparative Anwendung ungeeignet sind, wurde das entsprechende Protein mit einer doppelten Schnittstelle (SA 343/1) bereits um einen Faktor von mindestens 10³ besser gespalten. Durch Verwendung einer fünffachen bzw. einer achtfachen Schnittstelle (SA 341/1 bzw. SA 360/1) wurde die Reaktionsgeschwindigkeit weiter erhöht. Die Sequenz des ACTH-Fusionsproteins SA 441/1 ist in Tab. 1 dargestellt. Abb. 5 zeigt in Spur 3 die Produkte der Umsetzung von SA 341/1 mit Clostridiopeptidase A.In the German patent application (file number P 37 31 875.6), the subject of which is a process for the production of adrenocorticotropic hormone and peptides derived therefrom, fusion proteins are described in which the hormone sequence via simple or repetitive collagenase interfaces from partial sequences of alkaline phosphatase E. coli are coupled. The experiments described there for the implementation of these fusion proteins with clostridiopeptidase A fully confirm the results described in the present invention. The product formation rates of the most important ACTH fusion proteins are also shown in Table 2. While the protein with a simple collagenase interface (SA 186/1) could only be released incompletely and under conditions that are unsuitable for practical preparative use, the corresponding protein with a double interface (SA 343/1) already split better by a factor of at least 10³. The reaction rate was further increased by using a five-fold or eight-fold interface (SA 341/1 or SA 360/1). The sequence of the ACTH fusion protein SA 441/1 is shown in Table 1. Fig. 5 shows in lane 3 the products of the conversion of SA 341/1 with clostridiopeptidase A.
Die Umsetzung mit PPDA entsprechend dem bereits oben angegebenen Schema kann bei der Verwendung von repetitiven Collagenase-Schnittstellen nur dann zu dem autentischen Peptid mit der exakten Aminosäuresequenz am N-terminalen Ende führen, wenn innerhalb der repetitiven Schnittstelle auch die Y-Gly-Bindung gespalten wird, die dem N-terminalen Ende des Peptids am nächsten liegt. Analytische Untersuchungen durch Gelelektrophorese und HPLC ließen keine Heterogenität der Spaltprodukte aus Fusionsproteinen mit repetitiven Collagenase-Schnittstellen erkennen. Dies weist darauf hin, daß bei der Umsetzung mit Clostridiopeptidase A alle Y-Gly- Bindungen der repetitiven Sequenz geschnitten werden. Wie in der deutschen Patentanmeldung (Aktenzeichen P 37 31 875.6) beschrieben, wurde dies am Beispiel des entsprechenden Spaltproduktes aus SA 341/1 durch die Bestimmung einer N-terminalen Partialsequenz bestätigt: der Edman-Abbau ergab die für die ersten sieben Aminosäuren von Gly-Pro-ACTH erwartete Sequenz. Offenbar werden durch Spalten einer ersten Bindung innerhalb einer repetitiven Sequenz die weiteren Spaltstellen durch Freilegung und bessere Zugänglichkeit so aktiviert, daß sie sehr viel rascher reagieren als die erste Spaltstelle, so daß Zwischenprodukte unvollständiger Spaltung nicht zu erfassen sind.The implementation with PPDA according to the scheme already given above can occur when using repetitive collagenase interfaces only then to the authentic peptide with the exact amino acid sequence lead at the N-terminal end when within the repetitive Interface also cleaves the Y-Gly bond that is closest to the N-terminal end of the peptide. Analytical Investigations by gel electrophoresis and HPLC left no Heterogeneity of the cleavage products from fusion proteins with repetitive Recognize collagenase interfaces. This indicates that indicates that when reacting with clostridiopeptidase A, all Y-Gly Bonds of the repetitive sequence are cut. Like in the German patent application (file number P 37 31 875.6) this was described using the example of the corresponding fission product from SA 341/1 by the determination of an N-terminal partial sequence confirmed: Edman degradation gave the expected for the first seven amino acids of Gly-Pro-ACTH Sequence. Apparently by splitting a first bond the further cleavage sites within a repetitive sequence activated by exposure and better accessibility, that they react much faster than the first fission point, so that intermediate products of incomplete cleavage cannot be detected are.
Durch die Verwendung repetitiver Collagenase-Schnittstellen wird die Spezifität des Verfahrens deutlich erhöht, und selbst Peptide, die zufällig die Sequenz Pro-X-Gly-Pro enthalten, könnten wegen der geringen Reaktionsfähigkeit dieser Sequenz unter den hier angewendeten Bedingungen hergestellt werden. Damit ist das Verfahren zur Herstellung praktisch jeden beliebigen Peptids geeignet, und auch in der Wahl der Wirts-/Vektor-Systeme sowie für die Verwendung anderer Collagenasen und Aminopeptidyl-Dipeptidasen ähnlicher Spezifität gibt es keinerlei Einschränkungen.By using repetitive collagenase interfaces the specificity of the process is significantly increased, and even Peptides that happen to contain the Pro-X-Gly-Pro sequence because of the low reactivity of this sequence under the conditions used here. So that is the process of making virtually any peptide suitable, and also in the choice of host / vector systems as well the use of other collagenases and aminopeptidyl dipeptidases more similar There are no restrictions on specificity.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich natürlich auch in einem Schritt, d. h. bei gleichzeitiger Umsetzung mit Collagenase und PPDA, durchführen.The method according to the invention can of course also be carried out in one step, i. H. with simultaneous implementation with collagenase and PPDA.
Am 16. 07. 1979 wurde bei der American Type Culture Collection (ATCC) in
Rockeville, Md., USA, hinterlegt (Hinterlegungsnummer):
Plasmid pBR 322 (ATCC 40015).
Am 16. 07. 1979 wurde bei der DSM, Göttingen, hinterlegt:
Escherichia coli SB 44 (DSM 1606).
Seit dem 26.11. 1973 liegt bei der DSM eine Hinterlegung vor für:
Escherichia coli K 12 Wildtyp (DSM 498).On July 16, 1979, the American Type Culture Collection (ATCC) in Rockeville, Md., USA, deposited (accession number): plasmid pBR 322 (ATCC 40015).
On July 16, 1979 the following was deposited with the DSM, Göttingen: Escherichia coli SB 44 (DSM 1606).
Since November 26th In 1973 the DSM deposited a deposit for: Escherichia coli K 12 wild type (DSM 498).
Die Biosynthese der drei Proteine wird in entsprechend transformierten Bakterienzellen durch die neukombinierten Plasmide pSA302, pSA506 und pHS4133 determiniert. Diese Plasmide sind aus dem Vektorplasmid pSB94 entstanden. pSB94 wurde aus dem Plasmid pSB53 (ATCC 40020) nach einem beschriebenen Verfahren (W. Boidol, Dissertation, Technische Universität Berlin [1984], siehe auch US-Patent Nr. 43 75 514) abgeleitet.The biosynthesis of the three proteins is transformed accordingly Bacterial cells through the recombined plasmids pSA302, pSA506 and pHS4133 determined. These plasmids are out the vector plasmid pSB94 was created. pSB94 was extracted from the plasmid pSB53 (ATCC 40020) according to a described method (W. Boidol, Dissertation, Technische Universität Berlin [1984], see also U.S. Patent No. 4,375,514).
In Abb. 1 ist eine Restriktionskarte von pSB94 dargestellt. Das Plasmid trägt das Gen für β-Lactamase (Ampicillin-Resistenz) aus pBR322 sowie das Gen für alkalische Phosphatase (phoA) aus E. coli K 12. Zur Herstellung von pSA302 und pSA506 wurden entsprechende Oligonukleotide in die Erkennungssequenzen für die Restriktionsendonukleasen NcoI bzw. SpI, die sich innerhalb des phoA-Gens befinden, durch DNS-Klonierung eingefügt. pHS4133 ist anschließend aus pSA506 durch Entfernung eines PstI-Fragmentes von 27 Bp hergestellt worden. In den Abb. 2-4 sind Restriktionskarten der drei neukombinierten Plasmide dargestellt. Fig. 1 shows a restriction map of pSB94. The plasmid carries the gene for β- lactamase (ampicillin resistance) from pBR322 and the gene for alkaline phosphatase (phoA) from E. coli K 12. For the production of pSA302 and pSA506, corresponding oligonucleotides were included in the recognition sequences for the restriction endonucleases NcoI and SpI, which are located within the phoA gene, inserted by DNA cloning. pHS4133 was then prepared from pSA506 by removing a 27 bp PstI fragment. Fig. 2-4 show restriction maps of the three newly combined plasmids.
Bei der Herstellung der neukombinierten Plasmide wurden literaturbekannte Methoden der DNS-Klonierung angewendet. Diese sind von T. Maniatis et al. (Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, N.Y., USA [1982]) ausführlich und zusammenfassend beschrieben worden. Als Wirtszelle dient der Stamm E. coli SB 44 (W. Boidol, Dissertation, Technische Universität Berlin [1984]); G. Siewert et al., US-Patent Nr. 43 75 514 [1983]). Dies ist eine phosphatasenegative Mutante (phoA) des weit verbreiteten Klonierungsstammes E. coli HB 101.Known from the literature were used to prepare the recombined plasmids Methods of DNA cloning applied. These are by T. Maniatis et al. (Molecular cloning, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, N.Y., USA [1982]) in detail and have been described in summary. The serves as the host cell E. coli strain SB 44 (W. Boidol, dissertation, Technical University Berlin [1984]); G. Siewert et al., U.S. Patent No. 4,375,514 [1983]). This is a phosphatase negative mutant (phoA) of the widely used cloning strain E. coli HB 101.
Oligonukleotide wurden mit Hilfe eines automatisierten DNS-Synthesegerätes, Modell 381A der Firma "Applied Biosystems, 850 Lincoln Centre Drive, Foster City, Calif. 94 404, USA", nach den Angaben des Geräteherstellers synthetisiert und durch Gelelektrophorese gereinigt.Oligonucleotides were made using an automated DNA synthesizer, Model 381A from "Applied Biosystems, 850 Lincoln Center Drive, Foster City, Calif. 94 404, USA " synthesized according to the instructions of the device manufacturer and by gel electrophoresis cleaned.
Die Sequenzierung von DNS erfolgte nach dem Didesoxy-Verfahren (F. Sanger et al., Proc, Natl. Acad. Sci., USA, 74, 5463-5467 [1977]) unter Verwendung der Einzelstrang-Phagenvektoren M13mp18 und M13mp19 (C. Yanisch-Perron et al., Gene, 33, 103-119 [1985]). Zur radioaktiven Markierung wurde Desoxyadenosin-5-[α-³⁵S]thiotriphosphat eingesetzt (M. D. Biggin et al., Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 80, 3963-3965 [1983]).DNA was sequenced by the dideoxy method (F. Sanger et al., Proc, Natl. Acad. Sci., USA, 74, 5463-5467 [1977]) using the single-strand phage vectors M13mp18 and M13mp19 (C. Yanisch-Perron et al., Gene, 33, 103-119 [1985]). Deoxyadenosine 5- [ α -³⁵S] thiotriphosphate was used for the radioactive labeling (MD Biggin et al., Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 80, 3963-3965 [1983]).
Die Restriktionsendonukleasen EcoRI, PpstI, SphI und HaeIII sowie DNS-Ligase (T4) wurden von der Firma Boehringer, Mannheim, bezogen. NcoI war von New England Biolabs GmbH, 6231 Schwalbach, und Polynukleotid-Kinase (T4) von Pharmacia/P-L, 7800 Freiburg i. Br. The restriction endonucleases EcoRI, PpstI, SphI and HaeIII as well DNA ligase (T4) were obtained from Boehringer, Mannheim. NcoI was from New England Biolabs GmbH, 6231 Schwalbach, and Polynucleotide kinase (T4) from Pharmacia / P-L, 7800 Freiburg i. Br.
Das Plasmid pSB94 wurde mit der Restriktionsendonuklease NcoI linearisiert. Dazu wurde eine Reaktionsmischung, welche 14 µg Plasmid-DNS und 17 Einheiten NcoI in 50 µl Reaktionspuffer (50 mM Tris HCl, 10 mM MgCl₂, 100 mM NaCl₂, 1 mM Dithiothreitol, pH 7,5) enthielt, 7 h bei 37°C inkubiert. Nach Extraktion der Reaktionsmischung mit Phenol wurde die DNS mit Äthanol gefällt, getrocknet und im TE-Puffer (45 mM Tris HCl, 1 mM EDTA, pH 7,5) gelöst.The plasmid pSB94 was with the restriction endonuclease NcoI linearized. For this purpose, a reaction mixture containing 14 µg Plasmid DNA and 17 units of NcoI in 50 µl reaction buffer (50 mM Tris HCl, 10 mM MgCl₂, 100 mM NaCl₂, 1 mM dithiothreitol, pH 7.5), incubated at 37 ° C. for 7 h. After extracting the Reaction mixture with phenol, the DNA was precipitated with ethanol, dried and in TE buffer (45 mM Tris HCl, 1 mM EDTA, pH 7.5) solved.
Je 1 µg der beiden 18mer synthetischen Oligonukleotide
5′-CAT GGC CCT GCA GGA CCC-3′
und
5′-C ATG GGG TCC TGC AGG GC-3′,
welche an der 5′-OH-Gruppe nicht phosphoryliert waren, wurden in
wäßriger Lösung gemischt und 15 Min. bei 37°C vorinkubiert. Sie
wurden anschließend mit 3,5 µg linearisiertem pSB94 und 4 Einheiten
DNS-Ligase (T4) in 50 µl Ligase-Reaktionspuffer (20 mM
Tris HCl, 10 mM MgCl₂, 10 mM Dithioerythrit, 0,6 mM ATP, pH 7,6)
2,5 h bei 20°C umgesetzt. Die DNS wurde wie oben beschrieben
durch Phenolextraktion und Äthanolfällung aufgearbeitet und zur
Transformation des Stammes E. coli SB 44 eingesetzt. Die Herstellung
der kompetenten Zellen und die Transformation erfolgten
nach einem Verfahren von M. Dagert und S. D. Ehrlich (Gene, 6,
23-28 [1979]).1 µg each of the two 18mer synthetic oligonucleotides
5′-CAT GGC CCT GCA GGA CCC-3 ′
and
5′-C ATG GGG TCC TGC AGG GC-3 ′,
which were not phosphorylated on the 5'-OH group were mixed in aqueous solution and preincubated at 37 ° C. for 15 minutes. They were then treated with 3.5 µg linearized pSB94 and 4 units of DNA ligase (T4) in 50 µl ligase reaction buffer (20 mM Tris HCl, 10 mM MgCl₂, 10 mM dithioerythritol, 0.6 mM ATP, pH 7.6) Implemented 2.5 h at 20 ° C. The DNA was processed by phenol extraction and ethanol precipitation as described above and used to transform the strain E. coli SB 44. The competent cells were produced and transformed using a method by M. Dagert and SD Ehrlich (Gene, 6, 23-28 [1979]).
Die transformierten Zellen wurden zu Einzelkolonien ausplattiert. Kolonien, deren Plasmid-DNS die o.g. Oligonukleotidsequenzen enthielten, wurden durch Koloniehybridisierung identifiziert. Die Koloniehybridisierung wurde entsprechend dem von T. Maniatis et al. (Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, N.Y., USA [1982]) angegebenen Basisprotokolle in einer von J. P. Gergen et al. (Nucleic Acids Research, 7, 2115-2136 [1979]) beschriebenen Variante durchgeführt. Als radioaktives Hybridisierungsreagenz dienten die o.g. Oligonukleotide, die durch Umsetzung mit γ P³²-ATP und Polynukleotid- Kinase (T4) zuvor mit 5′-P³²-Phosphate markiert worden waren.The transformed cells were plated into single colonies. Colonies whose plasmid DNA contained the above-mentioned oligonucleotide sequences were identified by colony hybridization. Colony hybridization was carried out according to the method described by T. Maniatis et al. (Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY, USA [1982]) given basic protocols in a JP Gergen et al. (Nucleic Acids Research, 7, 2115-2136 [1979]). The above-mentioned oligonucleotides, which had previously been labeled with 5′-P³²-phosphate by reaction with γ P³²-ATP and polynucleotide kinase (T4), served as the radioactive hybridization reagent.
In den neukombinierten Plasmiden der positiven Klone wurde die Orientierung des synthetischen NcoI-Fragmentes von 18 Bp durch Restriktionsanalyse ermittelt. Dazu wurde nach Standardverfahren Plasmid-DNS isoliert und mit der Restriktionsendonuklease HaeIII umgesetzt. Die entstandenen Fragmentmischungen wurden durch Gelelektrophorese analysiert (Molekulargewichtsbestimmung durch Vergleich mit HaeIII-geschnittenem pBR322 in einem 8%igen Polyacrylamidgel).In the newly combined plasmids of the positive clones, the Orientation of the synthetic 18 bp NcoI fragment by Restriction analysis determined. This was done according to standard procedures Plasmid DNA isolated and with the restriction endonuclease HaeIII implemented. The resulting fragment mixtures were by gel electrophoresis analyzed (molecular weight determined by Comparison with HaeIII-cut pBR322 in an 8% polyacrylamide gel).
Die für die Integration des synthetischen Fragmentes von 18 Bp verwendete NcoI-Schnittstelle ist in pSB94 auf einem HaeIII- Fragment von 385 Bp lokalisiert. Dieses Fragment muß in den neukombinierten Plasmiden fehlen und durch zwei neue Fragmente ersetzt sein, da das 18 Bp-Fragment selbst eine HaeIII-Sequenz trägt. Die Größe der beiden neuen Fragmente hängt von der Orientierung des 18-Bp-Fragmentes ab: In der gewünschten, in Abb. 2 dargestellten Orientierung werden Fragmente von 342 Bp und 61 Bp erwartet, während die entgegengesetzte Orientierung Fragmente von 330 Bp und 73 Bp ergibt. Es wurden mehrere Plasmide beider Orientierungen gefunden. Das in Abb. 2 dargestellte pSA302 ist eines der Plasmide mit der gewünschten Orientierung.The NcoI interface used for the integration of the synthetic fragment of 18 bp is located in pSB94 on a HaeIII fragment of 385 bp. This fragment must be missing in the recombined plasmids and replaced by two new fragments, since the 18 bp fragment itself carries a HaeIII sequence. The size of the two new fragments depends on the orientation of the 18 bp fragment: in the desired orientation shown in FIG. 2, fragments of 342 bp and 61 bp are expected, while the opposite orientation results in fragments of 330 bp and 73 bp . Several plasmids of both orientations were found. The pSA302 shown in Fig. 2 is one of the plasmids with the desired orientation.
Das EcoRI-Fragment von 349 Bp aus pSA302, welches die durch Klonierung eingefügte synthetische DNS enthält, wurde in den Sequenziervektor M13mp19 kloniert und, wie oben angegeben, sequenziert. Die in Abb. 2 dargestellte Teilsequenz von pSA302 zwischen den beiden EcoRI-Schnittstellen ließ sich voll bestätigen.The 349 bp EcoRI fragment from pSA302, which contains the synthetic DNA inserted by cloning, was cloned into the sequencing vector M13mp19 and sequenced as indicated above. The partial sequence of pSA302 shown in Fig. 2 between the two EcoRI interfaces could be fully confirmed.
Die Herstellung erfolgte ähnlich die diejenige von pSA302. pSB94 wurde mit der Restriktionsendonuklease SphI linearisiert; Reaktionsbedingungen und Aufarbeitung waren die gleichen wie für pSA302 beschrieben.The preparation was similar to that of pSA302. pSB94 was linearized with the restriction endonuclease SphI; Reaction conditions and workup were the same as for pSA302.
Die beiden 45mer Oligonukleotide
5′-GTCCTGCAGGCCCGGCGGGTCCAGCAGGCCCTGCAGGTCCGCATG-3′
und
5′-CGGACCTGCAGGGCCTGCTGGACCCGCCGGGCCTGCAGGACCATG-3′
wurden mit SphI-linearisiertem pSB94 und DNS-Ligase unter den
gleichen Bedingungen, wie für pSA302 beschrieben, umgesetzt und
aufgearbeitet. Nach Transformation von E. coli SB 44 wurden positive
Klone durch Koloniehybridisierung mit den P³²-endmarkierten
45mer Oligonukleotiden identifiziert.
The two 45mer oligonucleotides
5′-GTCCTGCAGGCCCGGCGGGTCCAGCAGGCCCTGCAGGTCCGCATG-3 ′
and
5′-CGGACCTGCAGGGCCTGCTGGACCCGCCGGGCCTGCAGGACCATG-3 ′
were reacted with SphI-linearized pSB94 and DNA ligase under the same conditions as described for pSA302, and worked up. After transformation of E. coli SB 44, positive clones were identified by colony hybridization with the P³²-end-labeled 45mer oligonucleotides.
Die so erhaltenen neukombinierten Plasmide haben nur auf einer Seite des aus den beiden 45mer-Oligonukleotiden gebildeten DNS- Abschnittes eine intakte SPhI-Sequenz. Diese hat in den gesuchten Plasmiden einen Abstand von 257 Bp von der nächstgelegenen EcoRI-Sequenz (vergl. Abb. 3), während diese Distanz in den Plasmiden der entgegengesetzten Orientierung genau wie in pSB94 nur 212 Bp beträgt.The recombined plasmids obtained in this way have an intact SPhI sequence only on one side of the DNA section formed from the two 45mer oligonucleotides. In the plasmids sought, this is at a distance of 257 bp from the closest EcoRI sequence (see FIG. 3), while in the plasmids of the opposite orientation, as in pSB94, this distance is only 212 bp.
Die Größenbestimmung der DNS-Fragmente, die durch Umsetzung der neukombinierten Plasmide mit den Restriktionssequenzen EcoRI und SphI erhalten wurden, durch Gelelektrophorese zeigte, daß pSA506 eines der Plasmide mit der gewünschten Orientierung des synthetischen DNS-Fragmentes ist. Zur Bestätigung der in Abb. 3 dargestellten Sequenz wurde das EcoRI/SphI-Fragment von 257 Bp in den Sequenziervektor M13mp18 kloniert und sequenziert.The size of the DNA fragments obtained by reacting the newly combined plasmids with the restriction sequences EcoRI and SphI by gel electrophoresis showed that pSA506 is one of the plasmids with the desired orientation of the synthetic DNA fragment. To confirm the sequence shown in FIG. 3, the EcoRI / SphI fragment of 257 bp was cloned into the sequencing vector M13mp18 and sequenced.
Eine Reaktionsmischung aus 3 µg DNS des Plasmids pSA506 und 5 Einheiten des Restriktionsenzyms PstI in 50 µl Reaktionspuffer (wie in 1.1.) wurde 2 h bei 37°C inkubiert und wie in Beispiel 1.1. aufgearbeitet. Es entstanden 3 DNS-Fragmente (27 Bp, 2420 Bp und 4007 Bp), die durch Elektrophorese in einem 1%igen Agarosegel voneinander getrennt wurden. Die beiden größeren Fragmente wurden durch Elektroelution aus dem Gel isoliert, vereinigt und mit DNS-Ligase (T4) unter Reaktoinsbedingungen wie in Beispiel 1.1. umgesetzt, aufgearbeitet und zur Transformation von E. coli SB 44 eingesetzt. Aus einigen Ampicillin-resistenten Klonen wurde Plasmid-DNS isoliert. Eines von diesen ist pHS4133, dessen Restriktionskarte in Abb. 4 dargestellt ist. pHS4133 leitet sich aus pSA506 durch eine Deletion ab, die zu einer Größenverminderung des EcoRI/SphI-Fragmentes von 257 auf 230 Bp führt. Dieses Fragment wurde wie in Beispiel 1.2. in M13mp18 kloniert und sequenziert. Dabei ließ sich die in Abb. 4 angegebene Nukleotidsequenz bestätigen.A reaction mixture of 3 μg DNA of the plasmid pSA506 and 5 units of the restriction enzyme PstI in 50 μl reaction buffer (as in 1.1.) Was incubated for 2 hours at 37 ° C. and as in Example 1.1. worked up. 3 DNA fragments (27 bp, 2420 bp and 4007 bp) were obtained, which were separated from one another by electrophoresis in a 1% agarose gel. The two larger fragments were isolated from the gel by electroelution, combined and with DNA ligase (T4) under the reaction conditions as in Example 1.1. implemented, refurbished and used to transform E. coli SB 44. Plasmid DNA was isolated from some ampicillin-resistant clones. One of these is pHS4133, the restriction map of which is shown in Fig. 4. pHS4133 is derived from pSA506 by a deletion which leads to a reduction in the size of the EcoRI / SphI fragment from 257 to 230 bp. This fragment was as in Example 1.2. cloned and sequenced in M13mp18. The nucleotide sequence shown in Fig. 4 was confirmed.
Die drei Proteine wurden durch Fermentation der in Teil 1 der
Beispiele beschriebenen Stämme
E. coli SB 44 (pSA302),
E. coli SB 44 (pSA506),
und
E. coli SB 44 (pHS4133)
erhalten. Ihre Biosynthese ist in der gleichen Weise wie diejenige
von alkalischer Phosphatase reguliert: Sie wird durch anorganisches
Phosphat reprimiert und ist umgekehrt in phosphatarmen
Medien induziert (A. Torriani, Biochem. Biophys. Acta, 38, 460-469
[1960]).The three proteins were obtained by fermentation of the strains described in part 1 of the examples
E. coli SB 44 (pSA302),
E. coli SB 44 (pSA506),
and
E. coli SB 44 (pHS4133)
receive. Their biosynthesis is regulated in the same way as that of alkaline phosphatase: it is repressed by inorganic phosphate and, conversely, is induced in low-phosphate media (A. Torriani, Biochem. Biophys. Acta, 38, 460-469 [1960]).
Zur Identifizierung der Phosphatase-Derivate wurde u. a. das Immunblot- Verfahren nach H. Towbin et al. (Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 76, 4350-4354 [1979]) angewendet. Das dafür benötigte Antiserum war durch Immunisierung von Kaninchen mit gereinigter alkalischer Phosphatase aus E. coli K 12 unter Standardbedingungen (vergl. D. M. Weir, Handbook of Experimental Immunology, Vol. III, Blackwell Scientific Publ., Oxford, 1978) hergestellt worden. Die zur Immunisierung eingesetzte Phosphatase wurde nach bekannten Verfahren (A. Torriani, in: "Methods in Enzymology", Vol. XIIB, 212-218, L. Grossman, K. Moldave [Eds.], Academic Press, New York [1968]) isoliert. Als zweiter Antikörper diente ein Ziegen-Antiserum gegen Kaninchen-IgG, an welches alkalische Phosphatase als Marker-Enzym gekoppelt war (Cooper Biomedical Inc., Malvern, USA). 5-Brom-4-chlor-3-indolylphosphat wurde als Farbreagenz verwendet.To identify the phosphatase derivatives, u. a. the immunoblot H. Towbin et al. (Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 76, 4350-4354 [1979]). The antiserum needed for this was more alkaline by immunizing rabbits with purified alkaline E. coli K 12 phosphatase under standard conditions (see D. M. Weir, Handbook of Experimental Immunology, Vol. III, Blackwell Scientific Publ., Oxford, 1978). The Phosphatase used for immunization was known according to Methods (A. Torriani, in: "Methods in Enzymology", Vol. XIIB, 212-218, L. Grossman, K. Moldave [Eds.], Academic Press, New York [1968]) isolated. A goat antiserum served as the second antibody against rabbit IgG, to which alkaline phosphatase as Marker enzyme was coupled (Cooper Biomedical Inc., Malvern, USA). 5-bromo-4-chloro-3-indolyl phosphate was used as a color reagent.
Die drei Proteine sowie auch die drei o.g. Stämme, von denen sie produziert werden, sind untereinander so ähnlich, daß für alle das gleiche Fermentations- und Isolierungsverfahren angewendet werden kann.The three proteins as well as the three above Tribes of which they produced are so similar to each other that for everyone the same fermentation and isolation process applied can be.
20 ml L-Medium (E. S. Lennox, Virology,1, 190-206 [1955]), die zusätzlich 100 µg/ml Ampicillin enthielten, wurden mit einer Einzelkolonie beimpft, 24 h bei 37°C geschüttelt und anschließend in 800 ml des gleichen Mediums überführt, die wiederum 16 h bei 37°C geschüttelt wurden. Diese Vorzucht wurde in einem 20-l-Glasfermenter überführt, in dem sich 9,2 l Niedrigphosphatmedium befanden (LP-Medium nach K. Kreuzer et al., Genetics, 81, 459-468 [1975]). Der Fermenter wurde 6 h bei 37°C und einer Belüftung von 10 l/min mit 220 min-1 gerührt. Anschließend wurden die Zellen in einer Durchflußzentrifuge geerntet, wobei ca. 30 g feuchte Zellmasse erhalten wurde. 20 ml of L medium (ES Lennox, Virology, 1, 190-206 [1955]), which additionally contained 100 μg / ml ampicillin, were inoculated with a single colony, shaken at 37 ° C. for 24 h and then in 800 ml of the same Transferred medium, which in turn were shaken at 37 ° C for 16 h. This preliminary cultivation was transferred to a 20 l glass fermenter containing 9.2 l of low phosphate medium (LP medium according to K. Kreuzer et al., Genetics, 81, 459-468 [1975]). The fermenter was stirred at 37 ° C. and aeration of 10 l / min at 220 min -1 for 6 h. The cells were then harvested in a flow-through centrifuge, about 30 g of moist cell mass being obtained.
30 g feuchte Zellen aus 2.1. wurden in 400 ml Aufschlußpuffer (50 mM Tris HCl, 160 mM NaCl, pH 8,0) suspendiert. Nach Zugabe von Phenylmethylsulfonylfluorid (Endkonzentration 10 mM) und DNAse (DNAse I aus Rinderpankreas, Fa. Boehringer/Mannheim, Reinheitsgrad I; 10 µg/g feuchte Zellen) wurde die Suspension in einem Zellhomogenisator (Manton-Gaulin) bei einem Druck von 650-700 kg/cm² (10 000 Psi) in einem Kühlraum (4°C) aufgeschlossen. Der Auschluß wurde zweimal wiederholt, nach jedem Durchgang wurde die Suspension in Eis gekühlt. Die unlöslichen Zellbestandteile wurden durch Zentrifugation abgetrennt (20 min bei 10 000×g und 4°C), zweimal mit Aufschlußpuffer gewaschen und in 50 mM Tris HCl, pH 8,0/8 M Harnstoff (60 ml) gelöst. Die Lösung wurde durch Zentrifugation von unlöslichen Bestandteilen befreit und bis zur weiteren Reinigung durch Gradientenchromatographie in Eis aufbewahrt.30 g moist cells from 2.1. were in 400 ml digestion buffer (50 mM Tris HCl, 160 mM NaCl, pH 8.0) suspended. After encore of phenylmethylsulfonyl fluoride (final concentration 10 mM) and DNAse (DNAse I from bovine pancreas, Boehringer / Mannheim, Purity grade I; 10 µg / g wet cells) the suspension in a cell homogenizer (Manton-Gaulin) at a pressure of Opened 650-700 kg / cm² (10,000 psi) in a cold room (4 ° C). The exclusion was repeated twice, after each The suspension was cooled in ice. The insoluble Cell components were separated by centrifugation (20 min at 10,000 × g and 4 ° C), washed twice with digestion buffer and dissolved in 50 mM Tris HCl, pH 8.0 / 8 M urea (60 ml). The Solution was obtained by centrifuging insoluble matter freed and until further purification by gradient chromatography kept in ice.
Hauptproteinbestandteil (ca. 50-70%) der in 2.2. erhaltenen Proteinextrakte in Harnstoffpuffer ist das jeweilige Phosphatase- Derivat. Nach Trennung der Proteinmischungen durch Elektrophorese in SDS-Polyacrylamidgelen unter Standardbedingungen (U. K. Laemmli, Nature, 227, 680-685 [1970]) wurden die entsprechenden Proteinbanden anhand folgender Kriterien identifiziert: Main protein component (approx. 50-70%) of the 2.2. received Protein extracts in urea buffer is the respective phosphatase Derivative. After separation of the protein mixtures by electrophoresis in SDS polyacrylamide gels under standard conditions (U. K. Laemmli, Nature, 227, 680-685 [1970]) were the corresponding Protein bands identified using the following criteria:
- a) Die stärkste Bande des Proteingemisches hat ein Molekulargewicht, welches der in Tab. 1 angegebenen Aminosäuresequenz entspricht.a) The strongest band of the protein mixture has a molecular weight, which of the amino acid sequence given in Table 1 corresponds.
- b) Dieses Protein ist durch Phosphat reprimierbar, d. h., die Bande fehlt, wenn die Zellen wie in 2.1., jedoch mit der 10fachen Phosphatkonzentration fermentiert wurden.b) This protein is repressible by phosphate, i.e. i.e., the Band is missing if the cells as in 2.1., But with the 10 times the phosphate concentration were fermented.
- c) Die Bande ist plasmidspezifisch, sie fehlt in Zellen des plasmidfreien Stammes E. coli Sb 44, der unter den gleichen Bedingungen wie in 2.1. hergestellt wurde.c) The band is plasmid-specific, it is missing in cells of the plasmid-free strain E. coli Sb 44, which is among the same Conditions as in 2.1. was produced.
- d) Die Bande reagiert im Immunblot spezifisch mit Antiserum gegen gereinigte alkalische Phosphatase aus E. coli K 12.d) The band reacts specifically in the immunoblot with antiserum against purified alkaline phosphatase from E. coli K 12.
Aus gelelektrophoretischen Molekulargewichtsbestimmungen mit Hilfe eines Standardproteingemisches (Low Molcular Weight Proteins der Firma Pharmacia) ist zu erkennen, daß die Phosphatase- Derivate in der sogen. Prä-Form vorliegen, d. h. noch die Signalsequenz der alkalischen Phosphatase enthalten. Die Proteine sind in verdünntem Puffer relativ schwer löslich. Daher lassen sich in den nach Zellaufschluß und Zentrifugation erhaltenen Überstände nur geringe Mengen nachweisen.From gel electrophoretic molecular weight determinations with Using a standard protein mixture (low molecular weight protein from Pharmacia) it can be seen that the phosphatase Derivatives in the so-called Pre-form, d. H. still the signal sequence of alkaline phosphatase. The proteins are relatively difficult to dissolve in dilute buffer. Therefore in the supernatants obtained after cell disruption and centrifugation detect only small amounts.
Die in 2.2. erhaltenen Proteinextrakte wurden zur weiteren Reinigung der modifizierten Phosphatasen durch Gradientenchromatographie mit Hilfe eines Mitteldruck-Chromatographiegerätes (FPLC) der Fa. Pharmacia, Uppsala/Schweden, aufgetrennt. Eine Anionenaustauschersäule des gleichen Herstellers (Typ Mono Q-HR 5/5) wurde mit Puffer A (50 mM Tris HCl, 8 M Harnstoff, pH 8,0) equilibriert, mit der Proteinlösung aus 2.1. beladen und schließlich mit einem aus Puffer A und Puffer B (50 mM Tris HCl, 1 M NaCl, 8 M Harnstoff, pH 8,0) gebildeten Gradienten von 0-200 mM NaCl mit einer Durchflußrate von 1,0 ml/min eluiert. Das gesamte Gradientenvolumen betrug 20 ml, es wurden Fraktionen von je 1 ml gesammelt.The in 2.2. Protein extracts obtained were used for further purification the modified phosphatases by gradient chromatography using a medium pressure chromatography device (FPLC) from Pharmacia, Uppsala / Sweden. An anion exchange column from the same manufacturer (type Mono Q-HR 5/5) was equilibrated with buffer A (50 mM Tris HCl, 8 M urea, pH 8.0), with the protein solution from 2.1. loaded and finally with one of buffer A and buffer B (50 mM Tris HCl, 1 M NaCl, 8 M urea, pH 8.0) formed gradients of 0-200 mM NaCl eluted at a flow rate of 1.0 ml / min. The entire gradient volume was 20 ml, fractions of 1 ml each collected.
Die Extinktion des Eluats bei 280 nm wurde mit einem Durchflußplotometer registriert. Die Proteinzusammensetzung der einzelnen Fraktionen wurde durch SDS-Polyacrylamid-Gelelektrophorese analysiert. Die Phosphatase-Derivate erluierten bei 50-70 mM NaCl. Die ensprechenden Fraktionen wurden vereinigt und gegen das 400fache Volumen-Puffer (50 mM Tris HCl, 150 mM NaCl, pH 8,0) dialysiert. Die Proteine blieben unter diesen Bedingungen gelöst und wurden in dieser Form für die anschließende Spaltung mit Kollagenase SDS-Polyacrylamid-Gelelektrophorese kontrolliert (siehe Abb. 5, Spur 4, 6 und 8), sie war größer als 90%. Der Proteingehalt wurde nach W. Schaffner et al. (Anal. Biochem., 56, 502-514 [1973]) mit Amidoschwarz 10B bestimmt, die Konzentrationen betrugen 0,6-0,7 mg/ml. Aus einer 10-l-Fermentation wurden ca. 160 mg Protein erhalten. The absorbance of the eluate at 280 nm was recorded with a flow plotometer. The protein composition of the individual fractions was analyzed by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis. The phosphatase derivatives eluted at 50-70 mM NaCl. The corresponding fractions were combined and dialyzed against the 400-fold volume buffer (50 mM Tris HCl, 150 mM NaCl, pH 8.0). The proteins remained dissolved under these conditions and were checked in this form for the subsequent cleavage with collagenase SDS-polyacrylamide gel electrophoresis (see Fig. 5, lanes 4, 6 and 8 ), it was greater than 90%. The protein content was determined according to W. Schaffner et al. (Anal. Biochem., 56, 502-514 [1973]) with amido black 10B, the concentrations were 0.6-0.7 mg / ml. Approx. 160 mg protein was obtained from a 10 l fermentation.
Clostridiopeptidase A aus Clostridium histolyticum (EC 3.4.24.3) wurde von der Fa. Sigma Chemie GmbH, D-8024 Deisenhofen, Grünwalder Weg 30, bezogen (Typ VII, Best.-Nr. C0773). Das Enzym wurde durch Gradientenchromatographie unter Verwendung des FPLC- Gerätes und der gleichen Anionenaustauschersäule wie in Beispiel 2.4. weiter gereinigt. Es wurden 2 mg Kollagenase eingesetzt und mit einem aus Puffer A (10 Tris HCl, 5 mM CaCl₂, pH 8,0) und Puffer B (10 mM Tris HCl, 5 mM CaCl₂, 1 mM NaCl, pH 8,0) gebildeten Gradienten von 0-200 mM NaCl mit einer Durchflußgeschwindigkeit von 0,5 ml/min eluiert. Das Gesmatvolumen des Gradienten betrug 20 ml. Die Kollagenase-Aktivität wurde mit einem von E. Wünsch et al. (Hoppe-Seylers Z. Physiol. Chem., 333, 149-151 [1963]) beschriebenen Test ermittelt. Die aktivste Fraktion hatte einen Proteingehalt von 0,8 mg/ml und eine spezifische Aktivität von 2500 Einheiten/mg. Die im folgenden beschriebenen Spaltversuche wurden mit dieser Fraktion ausgeführt, die bei -20°C aufbewahrt wurde. Clostridiopeptidase A from Clostridium histolyticum (EC 3.4.24.3) was from Sigma Chemie GmbH, D-8024 Deisenhofen, Grünwalder Route 30, related (Type VII, Order No. C0773). The enzyme was determined by gradient chromatography using the FPLC Device and the same anion exchange column as in example 2.4. further cleaned. 2 mg of collagenase were used and with a buffer A (10 Tris HCl, 5 mM CaCl₂, pH 8.0) and Buffer B (10 mM Tris HCl, 5 mM CaCl₂, 1 mM NaCl, pH 8.0) was formed Gradients of 0-200 mM NaCl with a flow rate of 0.5 ml / min. The total volume of the gradient was 20 ml. The collagenase activity was determined using one of E. Wünsch et al. (Hoppe-Seylers Z. Physiol. Chem., 333, 149-151 [1963]) test described. The most active faction had a protein content of 0.8 mg / ml and a specific activity of 2500 units / mg. The ones described below Cleavage tests were carried out with this fraction, which at -20 ° C.
Das einkettige Protein hat eine Länge von 477 Aminosäuren (Molekulargewicht 49 919). Es enthält die durch Kollagenasen spaltbare SequenzThe single-chain protein has a length of 477 amino acids (molecular weight 49,919). It contains those that are cleavable by collagenases sequence
-Gly-(Pro-Y-Gly)₂-Pro--Gly- (Pro-Y-Gly) ₂-Pro
wobei für Y eimal His und einmal Ala steht (vergl. Tab. 1). Durch Spaltung beider Y-Gly-Bindungen entstehen zwei Proteine mit Längen von 447 Aminosäuren (MG. 46 880) und 27 Aminosäuren (MG. 2832) sowie das Tripeptid Gly-Pro-Ala. Um die Reaktionsfähigkeit der verschiedenen Phosphatase-Derivate gegenüber Kollagenase miteinander vergleichen zu können, wurde die Bildung des größten Spaltproduktes in Abhängigkeit von der Reaktionszeit und der Enzymmenge gemessen.where Y stands for His and once for Ala (see Table 1). Cleavage of both Y-Gly bonds creates two proteins with lengths of 447 amino acids (MW. 46 880) and 27 amino acids (MG. 2832) and the tripeptide Gly-Pro-Ala. About responsiveness of the different phosphatase derivatives compared to collagenase Education became able to compare with each other of the largest fission product depending on the reaction time and the amount of enzyme measured.
Eine Reaktionsmischung, welche 53 µg HS 4133/1 und 0,1 Einheit Clostridiopeptidase A in 100 µl Reaktionspuffer (90 mM Tris HCl, 5 mM CaCl₂, 120 mM NaCl, pH 8,0) enthielt, wurde 2,5 h bei 37°C inkubiert. In Zeitabständen von 15 bis 30 Min. wurden Proben von je 10 µl entnommen und durch Zugabe von 3 µl Probenpuffer (10% Saccharose, 10% Natriumdodecylsulfat, 1 mM Dithiothreitol, 2 mM EDTA) sowie durch fünfminütiges Erhitzen auf 95°C sofort gestoppt.A reaction mixture containing 53 µg HS 4133/1 and 0.1 unit Clostridiopeptidase A in 100 µl reaction buffer (90 mM Tris HCl, 5 mM CaCl₂, 120 mM NaCl, pH 8.0) was 2.5 hours at 37 ° C. incubated. At intervals of 15 to 30 minutes, samples of Take 10 µl each and add 3 µl sample buffer (10% Sucrose, 10% sodium dodecyl sulfate, 1mM dithiothreitol, 2mM EDTA) and stopped immediately by heating to 95 ° C for five minutes.
Die Proben wurden durch Elektrophorese in einem SDS-Polyacrylamid- Gradientengel (Gradient von 12,5% bis 25% Acrylamid mit konstant 0,33% Bisacrylamid) getrennt. Nach Anfärben mit Coomassie Brilliant Blue G wurde das Gel entsprechend den Proteinbahnen in Streifen geschnitten und mit einem Gel-Scanner (Fa. Isco, optische Einheit Typ 6, Absorptionsmonitor UA-5) bei 280 nm quantitativ ausgewertet. Mit Hilfe einer entsprechenden Eichkurve, die mit einem gereinigten Phosphatase-Protein erhalten worden war, wurden die Proteingehalte für die Banden des größten Spaltproduktes aus den Peakhöhen ermittelt. Die Ergebnisse sind in Abb. 6 zusammengefaßt. Aus den Daten ergibt sich eine Produktbildungsrate von 21,0 pMol/min/Enzymeinheit für HS 4133/1.The samples were separated by electrophoresis in an SDS-polyacrylamide gradient gel (gradient from 12.5% to 25% acrylamide with a constant 0.33% bisacrylamide). After staining with Coomassie Brilliant Blue G, the gel was cut into strips in accordance with the protein webs and quantitatively evaluated at 280 nm using a gel scanner (Isco, optical unit type 6, absorption monitor UA-5). With the help of a corresponding calibration curve, which was obtained with a purified phosphatase protein, the protein contents for the bands of the largest cleavage product were determined from the peak heights. The results are summarized in Fig. 6. The data gives a product formation rate of 21.0 pmol / min / enzyme unit for HS 4133/1.
Abb. 5 zeigt in Spur 7 eine gelelektrophoretische Trennung des größten Spaltproduktes aus einer Probe von HS 4133/1 nach vollständiger Umsetzung mit Clostridiopeptidase A. Fig. 5 shows in lane 7 a gel electrophoretic separation of the largest cleavage product from a sample of HS 4133/1 after complete reaction with clostridiopeptidase A.
Das einkettige Protein hat eine Länge von 486 Aminosäuren (MG. 50 596) und enthält die durch Kollagenase spaltbare SequenzThe single-chain protein has a length of 486 amino acids (MG. 50 596) and contains the sequence cleavable by collagenase
wobei für Y einmal His und viermal Ala steht (vergl. Tab. 1). Bei Spaltung aller Y-Gly-Bindungen entstehen die gleichen Proteine wie aus HS 4133/1 (vergl. 3.2.) und 4 Mol Gly-Pro-Ala je Mol Substrat. Die Bestimmung der Reaktionsfähigkeit von SA 506/1 gegenüber Clostridiopeptidase A erfolgte in der gleichen Weise wie bei HS 4133/1.where Y stands for His and four times Ala (see Table 1). The same proteins are formed when all Y-Gly bonds are cleaved as from HS 4133/1 (see 3.2.) and 4 moles of Gly-Pro-Ala each Mole of substrate. Determining the reactivity of SA 506/1 towards clostridiopeptidase A was done in the same way as with HS 4133/1.
Der Reaktionsansatz enthielt 53 µg SA 506/1 in 100 µl und hatte die gleichen Enzym- und Pufferkonzentrationen wie der Ansatz für HS 4133/1. Er wurde 80 Min. bei 37°C inkubiert. In Abständen von 10 bis 15 Min. wurden 10-µl-Proben genommen und, wie in 3.2. beschrieben, gestoppt und nach Gelelektrophorese mit einem Gel- Scanner analysiert. Die Ergebnisse sind in Abb. 6 dargestellt. Die Produktbildungsrate betrug 60 pMol/min/Enzymeinheit.The reaction mixture contained 53 µg SA 506/1 in 100 µl and had the same enzyme and buffer concentrations as the mixture for HS 4133/1. It was incubated at 37 ° C for 80 min. 10 µl samples were taken at intervals of 10 to 15 minutes and, as in 3.2. described, stopped and analyzed after gel electrophoresis with a gel scanner. The results are shown in Fig. 6. The product formation rate was 60 pmol / min / enzyme unit.
Abb. 5 zeigt in Spur 5 das größte Reaktionsprodukt aus SA 506/1 nach quantitativer Umsetzung mit Clostridiopeptidase A. Fig. 5 shows in lane 5 the largest reaction product from SA 506/1 after quantitative conversion with clostridiopeptidase A.
Das einkettige Protein hat eine Länge von 477 Aminosäuren und enthält die durch Kollagenase spaltbare SequenzThe single chain protein is 477 amino acids in length contains the sequence that can be cleaved by collagenase
(vergl. Tab. 1). Es entstehen zwei Spaltprodukte mit Längen von 301 Aminosäuen (MG. 31 269) und 176 Aminosäuren (MG. 18 668). Wegen der geringen Reaktionsfähigkeit von SA 302/1 wurde nur ein ungefährer Wert für die Produktbildungsrate ermittelt.(see Tab. 1). Two fission products with lengths of 301 amino acids (MW. 31 269) and 176 amino acids (MG. 18 668). Because of the low reactivity of SA 302/1 only one approximate value for the product formation rate determined.
Eine Reaktionsmischung, welche 5 µg SA 302/1 und 1,0 Einheit Clostridiopeptidase A in 15 µl Reaktionspuffer (wie in 3.2.) enthielt, wurde 15 h bei 37°C inkubiert und dann, wie in 3.2. beschrieben, durch Zugabe von Probenpuffer und Erhitzen gestoppt und durch die Gelelektrophorese und Auswertung mit einem Gel-Scanner analysiert. Es waren ca. 0,02 pMol/min/Enzymeinheit des größeren Reaktionsproduktes gebildet worden. In Abb. 5 ist in Spur 9 die entsprechende gelelektrophoretische Trennung dargestellt. A reaction mixture which contained 5 μg SA 302/1 and 1.0 unit of clostridiopeptidase A in 15 μl reaction buffer (as in 3.2.) Was incubated at 37 ° C. for 15 h and then, as in 3.2. described, stopped by adding sample buffer and heating and analyzed by gel electrophoresis and evaluation with a gel scanner. About 0.02 pmol / min / enzyme unit of the larger reaction product had been formed. Fig. 5 shows the corresponding gel electrophoretic separation in lane 9 .
Claims (12)
n 2 ist,
X und Y jede der 20 durch den genetischen Code festgelegten Aminosäuren darstellt,
Z₁ eine bakterielle Aminosäuresequenz und
Z₂ das Zielpeptid aus beliebigen Aminosäuren des genetischen Codes bedeuten.1. Fusion protein of the general formula I H₂N-Z₁-X- (Pro-Y-Gly) n -Pro-Z₂-COOH (I) in the
n is 2,
X and Y represent each of the 20 amino acids defined by the genetic code,
Z₁ is a bacterial amino acid sequence and
Z₂ mean the target peptide from any amino acids of the genetic code.
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