JP2008005734A - アルカリホスファターゼ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アルカリホスファターゼ遺伝子中の一部、又は全てのN型糖鎖付加部位に変異を導入することでN型糖鎖付加能を消失させた上で、元のALPと同等の比活性を有し、宿主を問わず過剰N型糖鎖付加を生じない新規な組み換えアルカリホスファターゼを提供する。
【選択図】なし
Description
(1)真核生物組織由来の組み換えアルカリホスファターゼの突然変異体であって、N型糖鎖付加部位又はN型糖鎖付加モチーフの一部若しくは全てに変異を有し、該糖鎖付加部位にN型糖鎖が結合しなくなるために、アルカリホスファターゼ全体の糖鎖付加量が減少したことを特徴とするアルカリホスファターゼ。
(2)組み換えアルカリホスファターゼの突然変異体の比活性が5,000U/mg以上である項目(1)記載のアルカリホスファターゼ。
(3)組み換えアルカリホスファターゼの突然変異体の比活性が7,000U/mg以上である項目(1)記載のアルカリホスファターゼ。
(4)真核生物組織が哺乳動物組織であり、N型糖鎖付加モチーフのうち、1〜3箇所に変異を有し糖鎖付加能を失ったために、アルカリホスファターゼ全体の糖鎖付加量が減少したことを特徴とする項目(1)、(2)又は(3)記載のアルカリホスファターゼ。
(5)哺乳動物組織がウシ小腸であり、変異を有することでN型糖鎖付加能を失ったN型糖鎖付加モチーフが配列番号1のAsn141Thr142Thr143、Asn268Arg269Thr270及びAsn429Gly430Ser431のうちの1〜3箇所である項目(4)記載のアルカリホスファターゼ、又は上述のアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を含むアルカリホスファターゼ。
(6)変異を有することでN型糖鎖付加能を失ったN型糖鎖付加モチーフの変異がAsnからGln又はLysへの置換である項目(4)又は(5)記載のアルカリホスファターゼ、又は上述のアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を含むアルカリホスファターゼ。
(7)配列番号1のAsn268Arg269Thr270の変異がAsn→Asp、Asn→His又はThr→Cysである項目(4)又は(5)記載のアルカリホスファターゼ、又は上述のアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を含むアルカリホスファターゼ。
(8)変異を有することでN型糖鎖付加能を失ったN型糖鎖付加モチーフが配列番号1のAsn141Thr142Thr143及びAsn429Gly430Ser431の1〜2箇所である項目(4)、(5)又は(6)記載のアルカリホスファターゼ、又は上述のアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を含むアルカリホスファターゼ。
本発明のALP(以下、本発明ALPと略称する。)とは、真核生物組織由来の組み換えALPの突然変異体であって、アミノ酸配列中に保持するN型糖鎖付加部位又はN型糖鎖付加モチーフの一部若しくは全てに変異を有し、該糖鎖付加部位にN型糖鎖が結合しなくなるために、ALP全体の糖鎖付加量が減少したALPである。
本発明ALPは、微生物、動物あるいは植物起源の酵素を探索して、自然界より得ることができる。更に、遺伝子工学的技術あるいは変異処理等の方法を用い、本発明酵素と異なる理化学的性質を有するALP(以下、性質を異にするALPと略称する。)を改変することにより、本発明ALPを得ることもできる。本発明でいう性質を異にするALPとしては、先に述べた既知のALP等が挙げられ、新たに探索して得られたALPあるいは遺伝子工学的技術により改変して得られたALP等でもよい。例えば、既知のALPとしては、ヒト、ラット、マウス等の哺乳類あるいはエビ等、広く真核生物の肝臓、胎盤等各種臓器由来のALPが挙げられ、好ましくは、ウシ(Bos taurus)小腸由来の高比活性型ALP〔BIAPII;Manes等,J.Biol.Chem., 273,No.36,23353-23360(1998)記載〕等が挙げられる。上記ALPは、シグナル配列を有する分泌蛋白質であり、本来のシグナル配列を残したまま用いてもよく、宿主ベクター系由来のシグナル配列を利用してもよい。
このようにして得られた染色体DNA又はcDNAのライブラリーを作製する。
次いで、上記性質を異にするALPのアミノ酸配列に基づき、適当なプローブDNAを合成して、これを用いて染色体DNA又はcDNAのライブラリーからスクリーニングする方法あるいは上記アミノ酸配列に基づき、適当なプライマーDNAを作製して、5’RACE法あるいは3’RACE法等の適当なポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)により、目的の遺伝子断片を含むDNAを増幅させ、これらを連結させて全長の目的遺伝子を含むDNAを得ることができる。
A.試薬の調製
(1)試薬1:1.0M MgCl2溶液
2.03gのMgCl2・6H2Oをイオン交換水に溶解し、10mlに定容する。
(2)試薬2:ジエタノールアミン(DEA)バッファー(用事調製)
52.2g DEA(Sigma社製)を400mlイオン交換水に溶解し、 0.25ml MgCl2溶液(試薬1)を加える。その後、37℃に暖めてから,2N HClでpH9.8に調整し、イオン交換水で500mlに定容する。
(3)試薬3:0.65M p-ニトロフェノールリン酸溶液
247mg p-ニトロフェノールリン酸(Sigma社製)を1mlのイオン交換水に溶解する。
(4)酵素希釈液
活性測定値が、0.10〜0.20U/mlになるようにDEAバッファー(試薬2)で希釈する。
B.測定法
2.90mlのDEAバッファー(試薬2)と0.05mlのp-ニトロフェノールリン酸溶液(試薬3)を混和し、37℃で5分加温する。その後、0.05mlの酵素希釈液を添加し、混合の後、分光光度計(U−3010、日立社製)により、405nmにおける吸光度を測定する。測定値(ΔODtest)は、405nmにおける2分後から4分後の1分間あたりの吸光度変化とする。なお対照液(ΔODblank)は、酵素液の代わりに0.05mlのDEAバッファーを加える以外は前記と同様にしたものである。下記の計算式に従い、算出した値を酵素活性値(U/ml)とした。
ΔOD/min(ΔODtest−ΔODblank)×3(ml)×希釈倍率
U/ml= ――――――――――――――――――――――――――――――
18.2×1.0×0.05(ml)
18.2:上記の測定条件下でのミリモル分子吸光係数(cm2/micromole)
1.0:光路長(cm)
(1)ウシ小腸からのRNA取得
ウシの小腸〔東京芝浦臓器社より購入〕を5mm幅程度に切り取り、液体窒素中で凍結させた後、凍結状態のまま乳鉢中で破砕した。約100mgの破砕したウシ小腸片を1mlのEASYPrepRNA(タカラバイオ社製)を加え、滅菌済み遠心チューブに移し、ホモジェナイザーにホモジェナイズした後、室温で5分間静置した。その後、クロロホルムを添加し、20秒間強く振った後、室温で10分間静置した。次いで、14000rpm、15分間、4℃にて遠心し、3層に分かれたうちの上層の水層のみを回収し、新しい滅菌済み遠心チューブに移した。そこに1mlのイソプロパノールを加え混合した後、室温で10分間静置した。それから14000rpm、15分間、4℃にて遠心し、沈殿を回収する。この沈殿がRNAであり、これを75%冷エタノールで洗った後、風乾した。これを0.2mlのDEPC処理済みの滅菌イオン交換水に懸濁し、RNA試料とした
RT−PCRは、Ready-to-Go RT−PCR Beadsキット(アマシャム社製)を使用した。反応は、キットの取扱説明書に従い実施し、ALP cDNA増幅にALPNFプライマー(配列番号5)及びALPNRプライマー(配列番号6)を使用し、ALPのcDNAが全長取得できるようにした。その結果、アガロースゲル電気泳動で、1.5kbpに相当する大きさのDNA断片の増幅が確認できた。このようにして得たDNA断片を制限酵素NdeI(第一化学薬品社製)で処理した後、プラスミドpKF19kを同じくNdeIで処理した後、BAP処理(タカラバイオ社製)により脱リン酸化を行ったものと混合し、Ligation Kit ver.2(タカラバイオ社製)を利用しライゲーションし、D.M.Morrisonの方法〔Method in Enzymology,68,326〜331,(1979)〕に従って大腸菌JM109(東洋紡社製)を形質転換した。形質転換株を夫々カナマイシン含有LB培地20mlで37℃で20時間振とう培養し、培養物を7000rpmで5分間遠心分離することにより集菌して菌体を得た。この菌体よりQIAGEN tip−100(キアゲン社製)を用いて組み換え体プラスミドDNAを抽出して精製し、組み換え体プラスミドDNAを100μg得た。回収したプラスミドをCEQ2000XL DNA解析システム(ベックマンコールター社製)を用いて塩基配列を決定したところ、プラスミドpKF19k上に組み込まれたcDNAは配列番号4に示される塩基配列を有していることが分かった。それを元に改変されたアミノ酸残基の同定を行ったところ、配列番号3に示されるアミノ酸配列を有していた。このようにして作製したプラスミドをpALPと命名した。
(1)アミノ末端側塩基配列を改変した組み換え体プラスミドpNALPの調製
配列番号7〜10に記載の塩基配列を有するオリゴヌクレオチドをシグマジェノシス社の受託合成サービスにより入手した。尚、配列番号7〜10では、アミノ末端のコドンユセージを改善すると同時に、配列番号3の21番目をバリンからイソロイシンへ、23番目をバリンからアラニンへ、27番目をアスパラギン酸からアスパラギンへ改変するようにデザインした。配列番号7〜10の夫々をT4 Polynucleotide kinase(タカラバイオ社製)を用いてリン酸化した。一方、配列番号4を有するpALP DNAを鋳型とし、配列番号6及び51をプライマーとしてEx Taq polymerase(タカラバイオ社製)を用いてPCR反応を行い、C末端側をコードする遺伝子断片を調製した。更に、本断片をNdeI及びBiamHI(第一化学薬品社製)で処理した。更に、pKF19kDNAをNdeIで処理した後、BAP処理(タカラバイオ社製)により脱リン酸化を行った。このようにして得られたリン酸化オリゴヌクレオチドのうち、4本のリン酸化オリゴヌクレオチド、pALPDNA由来遺伝子断片及びpKF19k断片を適量混合し、Ligation Kit ver.2(タカラバイオ社製)を利用しライゲーションし、得られたプラスミドをpNALPと命名した。次いで、実施例1(A)(2)に記載の方法によりpNALP DNAを100μg調製した。
pNALP DNAに配列番号11及び12(配列番号3の141番目をリジンからアスパラギンに置換するようにデザインされている)の配列をプライマーとしてKOD plus polymerase(東洋紡社製)を用いて、PCR反応を行った後、アガロースゲル電気泳動にてプラスミドの全長に相当するDNA断片の増幅を確認し、制限酵素DpnI(メチル化したDNAに作用する;第一化学薬品社製)で処理した後、大腸菌JM109に形質転換し、カナマイシンを添加したLB寒天培地で選択した。生育してきたコロニーをカナマイシン入りの液体培地で培養し、ALP遺伝子を有するプラスミド100μgを回収し、塩基配列を確認し目的どおりの変異が導入されていることを確認した。
単一突然変異体Asn141Glnを生成するために、配列番号2の遺伝子配列を有するpNBIAPIIをテンプレートとし、配列番号52及び配列番号53のオリゴDNAをプライマーとして、KOD−plus−polymerase(東洋紡社製)を用いてPCR反応を行った。PCR反応終了後、アガロースゲル電気泳動によりプラスミドの全長に相当するDNAの増幅を確認し、DpnIで処理して、テンプレートとしたpNBIAPIIを切断して、変異型pNBIAPIIを取得した。ここで取得した変異型pNBIAPIIをpNBIAPIIΔ1と命名した。pNBIAPIIΔ1を用いて、大腸菌JM109株(東洋紡社製)を形質転換し、カナマイシンを添加した液体培地で培養して、pNBIAPIIΔ1を保有する形質転換体を得た。この形質転換体を培養し、プラスミドを抽出して塩基配列を確認し、目的通りの変異が導入されていることを確認した。以降、表2に基づいて順次、部位特異的変異を導入することで、各種のN型糖鎖付加部位改変型ALP遺伝子をコードした変異型pBIAPII及びそれらを保持する形質転換体を得た。このうち、pNBIAPIIΔ13は、独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センターにFERM ABP−10626として寄託されている。
(1)pRI0NBIAPIIの構築
組み換えALP(本発明ALP)生産酵母を作製するために、N型糖鎖付加部位改変型ALPをコードする遺伝子を変異型pNBIAPIIから切り出し、酵母中で自律複製可能なベクターであるpRI0M(特開平11−192094号公報)へと導入する操作を行った。pNBIAPIIΔ1をテンプレートとし,配列番号66及び配列番号67に示すオリゴDNAをプライマーとして、KOD−plus−polymerase(東洋紡社製)を用いてPCR反応を行い、本発明ALPをコードする遺伝子及びそのシグナル配列を含むDNA断片を増幅させた。その結果、アガロースゲル電気泳動で、1.5kbpに相当する大きさのDNA断片の増幅が確認できた。このようにして得たDNA断片を制限酵素SmaI及びKpnI(NEW ENGLAND社製)で処理した後、プラスミドpRI0Mを同様にSmaI及びKpnIで処理し、Ligation Kit ver.2(宝酒造社製)を利用しライゲーションし、大腸菌JM109(東洋紡社製)を形質転換した。アンピシリンを添加したLB培地20mlで形質転換株を37℃、20時間振とう培養し、培養物を7000rpmで5分間遠心分離することにより集菌して菌体を得た。この菌体より組み換え体プラスミドDNAを抽出して精製し、組み換え体プラスミドDNAを100μg得た。取得した本発明ALP誘導発現プラスミドベクターをpRI0NBIAPIIΔ1と命名した。以降、作製した変異型pNBIAPII全てにおいて同様の操作を行い、本発明ALP誘導発現ベクターを作製した。
作製した本発明ALP誘導発現ベクターpRI0NBIAPIIΔ1及び導入ベクターpAL7を用いて、特開平11−192094号公報記載の方法でSchizosaccharomyces pombeの形質転換体を作製し、そのグリセロールストックを作製した。以降作製した各種の本発明ALP誘導発現ベクターの全てを用いて同様の操作を行い、各種の本発明ALP生産酵母を16種類作製した。
マグネシウム及び亜鉛添加YPDG10培地〔1%酵母エキス(オリエンタル酵母社製)、2%トリプトン(OXOID社製)、2%グルコース(和光純薬社製)、10μgG418sulfate(CALBIOCHEM社製)、5mM塩化マグネシウム、0.1mM塩化亜鉛〕10mlに各種の本発明ALP生産酵母のグリセロールストックを接種し、30℃で70時間振とうしながらインキュベートした。次いで、培養液を回収し、マルチビーズショッカー(安井器械社製)により菌体を破砕した。得られた菌体破砕上清を使用して活性試験を行い、各種の本発明ALP生産酵母菌体破砕上清の活性を評価した。その結果を表3に示した。
上記のようにして得られた本発明ALPを生産する形質転換体、分裂酵母(Schizosaccharomyces pombe)を三角フラスコ中の10μg/ml G418 Sulfate(Calbiochem社製)入り0.5%酵母エキス、3.0%グルコース培地100mLに植菌し、攪拌速度140rpmの条件で、30℃、48時間攪拌培養し、得られた培養液を10μg/ml G418 Sulfate(Calbiochem社製)、1.0%酵母エキス、2.0%ポリペプトン、2.0%グルコース、5mM塩化マグネシウム、0.1mM塩化亜鉛の培地20Lに植菌し、ジャーファーメンターを用いて、通気量0.5L/min、攪拌速度400rpmの条件で、30℃、60時間攪拌培養した。3000rpm、5分間遠心分離して集菌し、5mM塩化マグネシウム、0.1mM塩化亜鉛を含有した10mM トリス緩衝液(pH7.0)1Lに懸濁した。
本発明ALP試料の活性を測定し、蛋白質量をOD280の吸光度及びDC protein assay(Bio−Rad社製)により求めた。その活性及び蛋白質量から比活性を算出したところ、表4に示す結果となった。
本発明ALP試料をゲルろ過に供し、分子量を測定した。TSL−GEL G3000SWXL(東ソー社製)をHPLC8020システム(東ソー社製)に装着し、100mM NaCl含有100mMリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)中で測定したところ、表5に示した通りであった。又、本発明ALPのゲルろ過のパターンは、図2から図7に示すとおりであった。
Claims (8)
- 真核生物組織由来の組み換えアルカリホスファターゼの突然変異体であって、N型糖鎖付加部位又はN型糖鎖付加モチーフの一部若しくは全てに変異を有し、該糖鎖付加部位にN型糖鎖が結合しなくなるために、アルカリホスファターゼ全体の糖鎖付加量が減少したことを特徴とするアルカリホスファターゼ。
- 組み換えアルカリホスファターゼの突然変異体の比活性が5,000U/mg以上である請求項1記載のアルカリホスファターゼ。
- 組み換えアルカリホスファターゼの突然変異体の比活性が7,000U/mg以上である請求項1記載のアルカリホスファターゼ。
- 真核生物組織が哺乳動物組織であり、N型糖鎖付加モチーフのうち、1〜3箇所に変異を有し糖鎖付加能を失ったために、アルカリホスファターゼ全体の糖鎖付加量が減少したことを特徴とする請求項1、2又は3記載のアルカリホスファターゼ。
- 哺乳動物組織がウシ小腸であり、変異を有することでN型糖鎖付加能を失ったN型糖鎖付加モチーフが配列番号1のAsn141Thr142Thr143、Asn268Arg269Thr270及びAsn429Gly430Ser431のうちの1〜3箇所である請求項4記載のアルカリホスファターゼ、又は上述のアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を含むアルカリホスファターゼ。
- 変異を有することでN型糖鎖付加能を失ったN型糖鎖付加モチーフの変異がAsnからGln又はLysへの置換である請求項4又は5記載のアルカリホスファターゼ、又は上述のアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を含むアルカリホスファターゼ。
- 配列番号1のAsn268Arg269Thr270の変異がAsn→Asp、Asn→His又はThr→Cysである請求項4又は5記載のアルカリホスファターゼ、又は上述のアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を含むアルカリホスファターゼ。
- 変異を有することでN型糖鎖付加能を失ったN型糖鎖付加モチーフが配列番号1のAsn141Thr142Thr143及びAsn429Gly430Ser431の1〜2箇所である請求項4、5又は6記載のアルカリホスファターゼ、又は上述のアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を含むアルカリホスファターゼ。
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