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JPH0330678A - Dna compound coding luciferase and manifestation vector containing the same compound - Google Patents

Dna compound coding luciferase and manifestation vector containing the same compound

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Publication number
JPH0330678A
JPH0330678A JP1167689A JP16768989A JPH0330678A JP H0330678 A JPH0330678 A JP H0330678A JP 1167689 A JP1167689 A JP 1167689A JP 16768989 A JP16768989 A JP 16768989A JP H0330678 A JPH0330678 A JP H0330678A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
luciferase
dna
cypridina
cypridina luciferase
cells
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP1167689A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2834187B2 (en
Inventor
Ichirou Tsuji Furederitsuku
フレデリック・一朗・辻
Juichi Osada
重一 長田
Marukomu Tonpuson Eritsuku
エリック・マルコム・トンプソン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osaka Bioscience Institute
Original Assignee
Osaka Bioscience Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Osaka Bioscience Institute filed Critical Osaka Bioscience Institute
Priority to JP1167689A priority Critical patent/JP2834187B2/en
Publication of JPH0330678A publication Critical patent/JPH0330678A/en
Application granted granted Critical
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  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)

Abstract

NEW MATERIAL:A DNA compound coding luciferase of Cypridinacea. USE:Producing a reagent for detecting various substances by taking advantage of chemical emission reaction. PREPARATION:For example, Cypridinacea is pulverized in liquid nitrogen, the fine powder is subjected to guanidine thiocyanate/cesium chloride method, whole cell RNA is extracted, poly(A)RNA is purified and separated by oligo(dT) cellulose column chromatography method. A cDNA library is constituted by using the mRNA by a conventional procedure, the cDNA library is screened by using complementary oligonucleotide probe by plaque hybrid method to select a clone containing DNA coding luciferase of Cypridinacea. A plasmid is extracted from the clone and treated with a restriction enzyme to give a DNA compound coding luciferase.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、海洋性甲殻類であるウミホタル(Vargu
la hilgendorfii、以前はCyprid
tna hilgendorriiと分類されていた)
の発光現象を触媒する酵素であるウミボタルルシフェラ
ーゼをコードするDNA化合物および該DNA化合物を
含有する発現ベクター、並びに該発現ベクターを用いて
適当な宿主細胞を形質転換し、得られた形質転換体を培
養することからなるウミボタルルシフェラーゼの製造方
法に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is directed to the marine crustacean, the sea firefly.
la hilgendorfii, formerly Cyprid
tna hilgendorrii)
An appropriate host cell is transformed using a DNA compound encoding Cypridina luciferase, an enzyme that catalyzes the luminescent phenomenon, an expression vector containing the DNA compound, and the expression vector. The present invention relates to a method for producing Cypridina luciferase, which comprises culturing.

[従来技術と発明が解決すべき課題] ルシフェラーゼは様々な生物種で観察されている化学発
光反応を触媒する酵素である。この発光反応は、酸素の
存在下、基質ルシフェリンがルシフェラーゼの酵素作用
によってオキジルシフェリンに酸化される反応であって
、下記式で示される。
[Prior Art and Problems to be Solved by the Invention] Luciferase is an enzyme that catalyzes chemiluminescent reactions observed in various biological species. This luminescent reaction is a reaction in which the substrate luciferin is oxidized to oxyluciferin by the enzymatic action of luciferase in the presence of oxygen, and is represented by the following formula.

ルシフェリン+O1→ オキジルシフェリン+CO1十光 反応機構は生物種によって異なっており、補助因子とし
てATPなどのヌクレオチドを必要とするものもある。
Luciferin + O1 → Oxyluciferin + CO1 The photoreaction mechanism differs depending on the species, and some require nucleotides such as ATP as cofactors.

近縁種間では相互に反応し得ることも知られているが、
基質特異性が極めて高く、同一種生物から得られたルシ
フェリンとルシフェラーゼとは反応するが、異種実物に
由来する酵素と基質とは原則として、交差反応しないと
されている。
It is also known that closely related species can interact with each other.
It has extremely high substrate specificity, and although it reacts with luciferin and luciferase obtained from the same species, it is said that, in principle, it does not cross-react with enzymes and substrates derived from different species.

このようにルシフェラーゼの基質(ルシフェリン)特異
性は極めて高く、その発光は鋭敏であることから、この
酵素−基質の化学発光反応を利用して様々な物質の検出
および/または定量を行うことができると考えられる。
As described above, the substrate specificity of luciferase (luciferin) is extremely high and its luminescence is sensitive, so it is possible to detect and/or quantify various substances using this enzyme-substrate chemiluminescent reaction. it is conceivable that.

一般に酵素反応は、その基質特異性に起因して高感受性
であり、かつ反応条件が温和であるために、様々な分野
で応用されている。例えば、過酸化水素の存在下で酸化
反応を触媒する西洋ワサビのベルキシダーゼは、極めて
広範囲に利用されている酵素の1つである。
In general, enzymatic reactions are highly sensitive due to their substrate specificity and require mild reaction conditions, so they are applied in various fields. For example, horseradish verxidase, which catalyzes oxidation reactions in the presence of hydrogen peroxide, is one of the most widely used enzymes.

とりわけ、この酵素は過酸化水素の発生を伴う反応を通
じて検出し得る物質の分析には重要である。
In particular, this enzyme is important for the analysis of substances that can be detected through reactions involving the generation of hydrogen peroxide.

これ以外にも有用な酵素が抽出、単離されているが、様
々な分野で、多様化する目的に応じて更に多くの利用可
能な酵素が必要とされている。従って、発光反応を触媒
する酵素であるルシフェラーゼを安定的に供給し得る方
法が確立されれば、該酵素の新たな用途が開発されると
考えられる。
Although other useful enzymes have been extracted and isolated, many more usable enzymes are needed in various fields to meet diversifying purposes. Therefore, if a method for stably supplying luciferase, an enzyme that catalyzes a luminescent reaction, is established, new uses for this enzyme will be developed.

ところでルシフェラーゼには、その触媒活性の発現に、
酸素およびルシフェリン以外の補助物質(微量のATP
などのヌクレオチド)を必要とするものと、必要としな
いものがある。前者に属するルシフェラーゼは補助物質
(微量のATP)の検出などに利用されている。これに
対して後者に属する酵素、例えばウミボタルルシフェラ
ーゼは酸素と基質(この場合はウミホタルルシフェリン
)以外の物質を必要としないことから、反応が単純であ
り、従って応用範囲が広く、有用性が高いと推測される
。ウミボタルルシフェラーゼの応用分野の開発研究、並
びに実用化を推進するためには、高純度のウミボタルル
シフェラーゼが安定的に供給される必要がある。しかし
ながら、他の生物由来の酵素と同様に、生物からの酵素
の抽出、単離および精製には、多くの時間と経費を要す
るので上記の需要を満たすことは困難である。従って、
簡便かつ効率のよい、ウミボタルルシフェラーゼの製造
方法の確立が望まれている。
By the way, luciferase has a number of factors in expressing its catalytic activity.
Auxiliary substances other than oxygen and luciferin (trace amounts of ATP
Some require nucleotides (such as nucleotides) and others do not. Luciferase, which belongs to the former category, is used to detect auxiliary substances (trace amounts of ATP). On the other hand, enzymes belonging to the latter category, such as Cypridina luciferase, require no substances other than oxygen and a substrate (in this case, Cypridina luciferin), so the reaction is simple, and therefore has a wide range of applications and is highly useful. It is assumed that. In order to promote development research and practical application of sea worm luciferase in the field of application, a stable supply of highly pure sea worm luciferase is required. However, as with enzymes derived from other organisms, the extraction, isolation and purification of enzymes from organisms requires much time and expense, making it difficult to meet the above demands. Therefore,
It is desired to establish a simple and efficient method for producing Cypridina luciferase.

[課題を解決するための手段] 本発明者らは、このような状況に鑑み、ウミボタルルシ
フェラーゼを遺伝子工学により製造することに着目し、
該酵素をコードするcDNAをクーニングし、そのDN
A配列を決定した。次いで、このようにして得たDNA
化合物を含有する発現ベクターを構築し、該発現ベクタ
ーを哺乳類の細胞で発現させ、培地中にウミボタルルシ
フェラーゼを分泌させることに成功した。
[Means for Solving the Problems] In view of this situation, the present inventors focused on producing Cypridina luciferase by genetic engineering,
The cDNA encoding the enzyme was cloned, and the DNA
The A sequence was determined. Next, the DNA obtained in this way
We constructed an expression vector containing the compound, expressed the expression vector in mammalian cells, and succeeded in secreting Cypridina luciferase into the culture medium.

即ち、本発明は、ウミボタルルシフェラーゼをコードす
るDNA化合物を提供するものである。
That is, the present invention provides a DNA compound encoding Cypridina luciferase.

また、本発明は、該DNA化合物を含有する発現ベクタ
ーを提供するものである。
The present invention also provides an expression vector containing the DNA compound.

また本発明は、該発現ベクターを用いて宿主細胞をトラ
ンスフェクトし、培養して培地からウミボタルルシフェ
ラーゼを回収することからなるウミボタルルシフェラー
ゼの製造方法を提供するものである。
The present invention also provides a method for producing Cypridina luciferase, which comprises transfecting a host cell using the expression vector, culturing it, and recovering Cypridina luciferase from the culture medium.

ウミボタルルシフェラーゼと基質ウミホタルルシフェリ
ンの化学発光反応は十分に研究されている[ハーベイ(
Harvey、 E、 N、 )、  Am、 J 、
 P hysiol。
The chemiluminescent reaction between Cypridina luciferase and the substrate Cypridina luciferin has been well studied [Harvey (
Harvey, E., N.), Am., J.
P hysiol.

42318−341. 1917およびジョンソン(J
 ohnson、 F 。
42318-341. 1917 and Johnson (J
ohnson, F.

H,)ら、Methods Enzymol、  57
331−364. 1978]。
H,) et al., Methods Enzymol, 57
331-364. 1978].

その反応は下記の反応式で示される。The reaction is shown by the reaction formula below.

ジオキセタノン中間体 オキシルシフェリン R3=−CH(CH,)CH,CH,を表す。)なお、
λ□え一460nmである。
Represents dioxetanone intermediate oxyluciferin R3=-CH(CH,)CH,CH. )In addition,
λ□ is 460 nm.

ウミボタルルシフェラーゼのcDNAのスクーニング、
ヌクレオチド配列の決定、発現ベクターの構築、宿主細
胞のトランスフェクションおよび培養は当該技術分野で
既知の方法を用いて行なわれた。その概要を以下に示す
Screening of Cypridina luciferase cDNA,
Nucleotide sequence determination, expression vector construction, host cell transfection and culture were performed using methods known in the art. The outline is shown below.

文献[ツジ(T suj i、 F 、 I 、 )M
ethods E nzymol。
Literature [Tsuji (F, I, ) M
ethos Enzymol.

(57,364−372,1978)]記載の方法で部
分精製したウミボタルルシフェラーゼをアフィニティー
カラムを用いて完全に精製した。この標本を、そのまま
エドマン分解法に付した場合にはアミノ酸を帰属するこ
とができなかった。これはペプチドのN末端アミノ酸の
アミ7基がブロックされていることを意味する。そこで
、精製ウミボタルルシフェラーゼをエンドペプチダーゼ
で消化し、得られたペプチド断片をエドマン分解法に付
すことによりアミノ酸配列を決定した。次いで、適当な
部分を用いてオリゴヌクレオチドプローブを設計し、D
NA合成装置(Applied Biosystems
 I nc、、 M。
(57, 364-372, 1978)], Cypridina luciferase was partially purified using an affinity column and completely purified. When this sample was directly subjected to the Edman degradation method, the amino acid could not be assigned. This means that the amine 7 group of the N-terminal amino acid of the peptide is blocked. Therefore, purified Cypridina luciferase was digested with endopeptidase, and the resulting peptide fragments were subjected to Edman degradation to determine the amino acid sequence. Next, design an oligonucleotide probe using the appropriate moiety, and
NA synthesizer (Applied Biosystems)
I nc,,M.

de1381A)を用い、ホスホラミダイト法(pho
sphoramidite method)[カルーサ
ーズ(Caruthers。
de1381A) using the phosphoramidite method (pho
sphoramidite method) [Caruthers.

M、H,)+  5ynthesis and App
lications of DNA and RNA、
編集二ナラング(N arang、 SA、)(Aca
demic Press、  New York)、 
pp、47−94r1987]によりオリゴヌクレオチ
ドプローブを合成した。
M,H,)+5ynthesis and App
lications of DNA and RNA,
Edited by Ninarang (SA) (Aca
demic Press, New York),
pp, 47-94r1987].

他方、千葉系で採集したウミホタル(ツジ、前掲)を液
体窒素中で微粉末に粉砕し、この粉末をチオシアン酸グ
アニジン/塩化セシウム法[チグイン(Chigwin
、 J 、 M、 )ら、BiocheIlistry
 L8. 5294−5299.1979]で処理して
全細胞RNAを抽出した。次いで、オリゴ(dT)セル
ロースカラムクロマトグラフィ[アビブ(A viv、
 H、)ら、P roc、 Natl、 Acad、 
S ci、 U S A 69.1408−°1412
.1972]にかけてポリ(A)RNAを精製し、モリ
シタ(Morishita、 K、)らによるJ 、 
B iol、 Chem、 (262,3844385
1、1987)の記載に準じてcDNAライブラリーを
構築した。
On the other hand, sea fireflies (Tsuji, supra) collected in the Chiba area were ground into fine powder in liquid nitrogen, and this powder was processed using the guanidine thiocyanate/cesium chloride method [Chigwin (Chigwin)].
, J., M.) et al., BiocheIlistry
L8. 5294-5299.1979] to extract total cellular RNA. Then, oligo(dT) cellulose column chromatography [Aviv,
H,) et al., Proc, Natl, Acad,
Sci, USA 69.1408-°1412
.. [1972] to purify poly(A) RNA, and J. Morishita et al.
Biol, Chem, (262,3844385
1, 1987).

このcDNAライブラリーを上記オリゴヌクレオチドプ
ローブを用い、プラークハイブリダイゼーション法[ヘ
ントンおよびデイビス(B enton、 W。
This cDNA library was subjected to plaque hybridization using the above oligonucleotide probe [Benton and Davis (Benton, W.).

D、 & Davis、R,W、)、  5cienc
e 196. 180−182゜1977]でスクリー
ニングした。陽性を示す8個のクローンから2個のクロ
ーンVL16およびVL18を選択し、制限酵素地図を
作成した。クローン■L16はルシフェラーゼのN−末
端側を、VL13 はC−末端側を夫々コードしており
、互いに830ヌクレオチドの重複部分を有する(第2
図すおよびC)。そこでこれらの2断片をEcoR1消
化し、得られた断片をサブクローニングし、7−Dea
za D N A配列決定キット(宝酒造)、および[
α−31P]dcTP(222TBq/imol)(N
ewEngland Nuclear)を用いるジデオ
キシヌクレオチド鎖成長停止反応[サンガー(S an
ger、 F 、 )ら、P roc、 Natl、 
Acad、 S ci、 U S A 74.5463
−5487゜1977およびチェノ(Chen、 E、
Y、)ら、DNA4゜165−170.1985]によ
ってヌクレオチド配列を決定した。完全長のcDNAの
制限酵素地図を第2図aに、ヌクレオチド配列および推
定のアミノ酸配列を第3図に示す。この推定のアミノ酸
配列は上記のエドマン分解法で決定したアミノ酸配列と
完全に一致していた。
D., & Davis, R.W.), 5cienc.
e 196. 180-182°1977]. Two clones, VL16 and VL18, were selected from the eight positive clones and a restriction enzyme map was created. Clone L16 encodes the N-terminal side of luciferase, and VL13 encodes the C-terminal side, and they have an overlapping region of 830 nucleotides (the second
Figures and C). Therefore, these two fragments were digested with EcoR1, the obtained fragments were subcloned, and 7-Dea
za DNA sequencing kit (Takara Shuzo), and [
α-31P] dcTP (222TBq/imol) (N
Dideoxynucleotide chain growth termination reaction using Sanger (England Nuclear)
Ger, F.) et al., Proc, Natl.
Acad, Sci, USA 74.5463
-5487°1977 and Cheno (Chen, E.
The nucleotide sequence was determined by Y. et al., DNA4゜165-170.1985]. The restriction enzyme map of the full-length cDNA is shown in Figure 2a, and the nucleotide sequence and deduced amino acid sequence are shown in Figure 3. This deduced amino acid sequence completely matched the amino acid sequence determined by the Edman degradation method described above.

次にクローンVL16およびVL18から構築した完全
長のcDNAクローン(第2図d参照)を用いて発現ベ
クターを構築した。発現ベクターは原核性または真核性
のいずれであってもよい。当業者にとっては、適当な出
発物質としてのベクターを選択し、これに所望のペプチ
ドをコードするDNA化合物を挿入し、該ペプチドの発
現ベクターを構築する方法は周知である。本明細書では
、生成物が培地に分泌されるために処理が容易であるこ
とから、哺乳類の細胞で発現可能な発現ベクターを例示
した。本発明の例示ベクターであるプラスミドpRS 
V V Lは、ウミボタルルシフェラーゼをコードする
cDNAをラウス肉腫ウィルスのロングターミナルリピ
ートのプロモーターの下流に含有している。このプラス
ミドpRS V V Lを用い、常法通り宿主細胞をト
ランスフエフ:・する。
Next, an expression vector was constructed using full-length cDNA clones constructed from clones VL16 and VL18 (see FIG. 2d). Expression vectors may be either prokaryotic or eukaryotic. Those skilled in the art are well aware of methods for selecting a suitable starting vector, inserting a DNA compound encoding a desired peptide into it, and constructing an expression vector for the peptide. In this specification, expression vectors that can be expressed in mammalian cells are exemplified because the products are secreted into the culture medium and are therefore easy to process. Plasmid pRS, an exemplary vector of the present invention
V V L contains cDNA encoding Cypridina luciferase downstream of the Rous sarcoma virus long terminal repeat promoter. This plasmid pRS V V L is used to transfect host cells in a conventional manner.

トランスフェクションの方法および宿主細胞は適宜選択
し得るが、本発明においては、リン酸カルシウム法(G
 raham、 F 、 L 、ら、Virology
 52. 456467、 1973およびWigle
r、M ら、Ce1l 14.725−731.197
8)によりサルのCOS細胞[グルラマン(Gluzm
an、Y、)、  Ce1l 23. 175−182
. 1981゜(7XIO’)]をトトランスフエフし
た。ウミボタルルシフェラーゼの発現に適した培地でイ
ンキュベートした後、培地を回収し、細胞を収穫して細
胞抽出物を調製した。
Transfection methods and host cells can be selected as appropriate, but in the present invention, the calcium phosphate method (G
raham, F., L. et al., Virology
52. 456467, 1973 and Wigle
r, M et al. Ce1l 14.725-731.197
8), monkey COS cells [Gluzm
an, Y, ), Ce1l 23. 175-182
.. 1981° (7XIO')] was transferred. After incubation with a medium suitable for expression of Cypridina luciferase, the medium was collected, cells were harvested, and cell extracts were prepared.

このようにして得られた培地および細胞抽出物のウミボ
タルルシフェラーゼ活性をMitchellHasti
ngs光度計により測定した[ミッチェル(Miteh
el I、 G 、 W、 )ら、A nal、 B 
iochem、  39. 243−250]。
The Cypridina luciferase activity of the culture medium and cell extracts thus obtained was determined by Mitchell Hasti.
Measured by ngs photometer [Miteh
el I, G, W, ) et al., A nal, B
iochem, 39. 243-250].

その結果、細胞抽出物から検出されるウミボタルルシフ
ェラーゼ活性は僅かであったが、培地からは明確なトラ
ンスフェラーゼ活性が検出されたく第4図)。この発光
は極めて鋭敏であって、培地1〇−中の5μQを用いバ
ックグラウンドよりも明らかに高いシグナルが検出され
た。
As a result, only a small amount of Cypridina luciferase activity was detected in the cell extract, but clear transferase activity was detected in the medium (Fig. 4). This luminescence was extremely sensitive, and a signal clearly higher than the background was detected using 5 μQ in medium 10−.

このように、本発明によればウミボタルルシフェラーゼ
を遺伝子工学的に、容易に製造することができる。
As described above, according to the present invention, Cypridina luciferase can be easily produced by genetic engineering.

本発明によりホタルルシフェラーゼをコードするDNA
化合物のヌクレオチド配列か明らかにされたので、当業
者は遺伝子工学における既知の手段を用いて容易にホタ
ルルシフェラーゼを製造することができる。本発明のウ
ミボタルルシフェラーゼをコードするDNA化合物の発
現に適した発現ベクターの構築のための出発物質(プロ
モーター等を含む発現ベクター)および宿主細胞は多数
知られており、本明細書に例示したプロモーター−宿主
系以外の系を選択して本発明方法と同様の効果をあげる
ことができる。当業者にとって、適当なプロモーター−
宿主系を選択し、発現ベクターを構築し、得られた発現
ベクターを用いて宿主細胞を形質転換し、培養して生成
物を単離する方法は既知である。従って、当業者ならば
、本発明が例示のプラスミド、pRSVVLに限定され
るものではな(、本発明のウミボタルルシフェラーゼを
コードするDNA化合物の発現に適したあらゆる発現ベ
クターを包含するものであるということを容易に理解す
るであろう。そのような他の発現ベクターに適するプロ
モーターとして、下記のものを挙げることができる。
DNA encoding firefly luciferase according to the present invention
Now that the nucleotide sequence of the compound has been determined, those skilled in the art can readily produce firefly luciferase using known means in genetic engineering. Many starting materials (expression vectors containing promoters, etc.) and host cells for constructing expression vectors suitable for expressing the DNA compound encoding the Cypridina luciferase of the present invention are known, and the promoters exemplified herein - The same effects as the method of the present invention can be achieved by selecting a system other than the host system. For those skilled in the art, suitable promoters -
Methods are known for selecting a host system, constructing an expression vector, transforming host cells with the resulting expression vector, culturing, and isolating the product. Accordingly, those skilled in the art will appreciate that the present invention is not limited to the exemplary plasmid, pRSVVL, but includes any expression vector suitable for the expression of a DNA compound encoding the Cypridina luciferase of the present invention. It will be readily appreciated that suitable promoters for such other expression vectors include the following.

即ち、動物細胞での発現のプロモーターとしては、サル
5V4Qウイルスプロモーター、サイトメガロウィルス
プロモーター、アデノウィルスプロモーター、AIDS
ウィルスプロモーター、蚕多角形ウィルスプロモーター
などである。この際、マウスNIH3T3細胞、C12
7細胞、L細胞、ハムスターCHO細胞、ヒトHeLa
細胞や蚕などを宿主細胞として用いることができる。ま
た、原核細胞での発現プロモーターとしては、λファー
ジPLプロモーター、Tacプロモーター、T7プロモ
ーター、lacプロモーターなどが知られており、大腸
菌を宿主として発現させることができる。さらに、酵母
や枯草菌を宿主として、それに適するプロモーターを使
用して、ウミボタルルシフェラーゼを発現させることも
可能である。
That is, promoters for expression in animal cells include monkey 5V4Q virus promoter, cytomegalovirus promoter, adenovirus promoter, and AIDS promoter.
Viral promoters, silkworm polygon virus promoters, etc. At this time, mouse NIH3T3 cells, C12
7 cells, L cells, hamster CHO cells, human HeLa
Cells, silkworms, etc. can be used as host cells. Further, as expression promoters in prokaryotic cells, λ phage PL promoter, Tac promoter, T7 promoter, lac promoter, etc. are known, and expression can be performed using E. coli as a host. Furthermore, it is also possible to express Cypridina luciferase using yeast or Bacillus subtilis as a host using a suitable promoter.

以下に実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。EXAMPLES The present invention will be explained in further detail by way of Examples below.

実施例1 ウミホタルcDNAのクローニング1、ウミ
ボタルルシフェラーゼの精製および配列決定 ッジ(Tsuji、 F、 1.)の方法[Metho
ds Enzymol、(57,364−372,19
78)コに従って部分精製したウミボタルルシフェラー
ゼを2.0M NaCQ10゜07M Tris−HC
C(pH7,2)中で平衡させたトリブタミンアフイニ
ティカラム(P 1erce Chemical)を用
い、30%エチレングリコール10.17M NaCl
210.07M Tris−HCC(pH7,2)で段
階的に溶離した。次いで、限外濾過によって濃縮した後
、p−アミノベンズアミジンアフィニティ力ラム(P 
1erce Chemical)を用い、同様のクロマ
トグラフィ条件下、均質になるまで精製した。
Example 1 Cloning of Cypridina cDNA 1, purification and sequencing of Cypridina luciferase Method of Tsuji (Tsuji, F., 1.)
ds Enzymol, (57, 364-372, 19
78) Cypridina luciferase partially purified according to
A tributamine affinity column (Pierce Chemical) equilibrated in 30% ethylene glycol 10.17M NaCl (pH 7.2) was used.
Stepwise elution was performed with 210.07M Tris-HCC (pH 7,2). Then, after concentration by ultrafiltration, p-aminobenzamidine affinity column (P
It was purified to homogeneity under similar chromatographic conditions using 1erce Chemical).

精製したウミボタルルシフェラーゼのドデシル硫酸ナト
リウム/勾配ポリアクリルアミドゲル電気泳動にかけた
。勾装置0−15%ファストゲル(PhastGelX
Pharmacia)により試料を分析し、ファストゲ
ル銀染色キット(P harmacia)でタンパク質
を観察すると、Mr68,000の一本の帯を示した。
Purified Cypridina luciferase was subjected to sodium dodecyl sulfate/gradient polyacrylamide gel electrophoresis. Gradient device 0-15% fast gel (PhastGelX
When the sample was analyzed using a Fast Gel Silver Staining Kit (Pharmacia) and the protein was observed using a Fast Gel Silver Staining Kit (Pharmacia), it showed a single band of Mr68,000.

結果を第1図に示す。図中、レーン1はファルマシア製
の低分子量マーカーであり、レーン2はアフィニティク
ロマトグラフィで精製したウミボタルルシフェラーゼ(
50r+9)である。マーカータンパク質の分子量は牛
ロダルトンで示されている。
The results are shown in Figure 1. In the figure, lane 1 is a low molecular weight marker manufactured by Pharmacia, and lane 2 is Cypridina luciferase purified by affinity chromatography (
50r+9). Molecular weights of marker proteins are indicated in bovine rhodalton.

精製したタンパク質120μ9を、トリプシン(Boe
hringer−MannheiIll)、リシルエン
ドペプチダーゼ(和光純薬)またはアルギニルエンドペ
プチダーゼ(宝酒造)によってエンドペプチダーゼ消化
した。
120 μ9 of the purified protein was treated with trypsin (Boe
Endopeptidase digestion was performed using lysyl endopeptidase (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) or arginyl endopeptidase (Takara Shuzo).

この消化物をC1a−タンパク質−ペプチドHPLCカ
ラム(V ydac)を用いる逆相クロマトグラフィに
かけ、各々のペプチド断片を単離した。次いで気相タン
パク質シークエネーター(Applied Biosy
stems  I nc、、 Model 477 A
)を用いるエドマン分解法によって、未消化のルシフェ
ラーゼと精製ペプチドのN−末端アミノ酸配列を決定し
た。
This digest was subjected to reverse phase chromatography using a C1a-protein-peptide HPLC column (Vydac) to isolate each peptide fragment. Then, a gas phase protein sequencer (Applied Biosys
stems Inc., Model 477 A
) The N-terminal amino acid sequences of the undigested luciferase and purified peptide were determined by the Edman degradation method.

2、 lllRNAの調製およびcDNAのライブラリ
二〇桿茅 千葉県で採集したウミホタル(ツジ、前掲)を即座に液
体窒素中で凍結させた。このウミホタル(オスタコッズ
、ostacods) (重量59)を、ウルトラター
ラックスホモジナイザー(ultraturrax h
omogenizerXJ anke & Kunke
l)を用い、液体窒素中で微粉砕した。この微粉末をチ
オシアン酸グアニジン/塩化セシウム法[チグイン(C
higwin、 J 、 M、)ら、Biochemi
stry 1g、 5294−529L 1979コに
付して全細胞RNAを抽出した。次いで、オリゴ(dT
)セルロースカラムクロマトグラフィ法[アビブ(Av
iv、H,)  ら、Proc、Natl、Acad、
Sci、USA 69、1408−1412.1972
]によってボ1バA)RN Aを精製した。このmRN
Aを用いてcDNAライブラリーを構築したが、その際
低融解アガロース(BioRad)を用いる2回の精製
で二本鎖のEcoR1消化cDNAをサイズ選別する外
は、モリシタ(Morishita、 K、)らの方法
[J 、 B iol、 Chem、 (262,3g
44−3851. 1987コに従った。
2. Preparation of lllRNA and cDNA library Niokamaya A sea firefly (Tsuji, supra) collected in Chiba Prefecture was immediately frozen in liquid nitrogen. This sea firefly (ostacods) (weight 59) was processed using an ultraturrax homogenizer.
omogenizerXJ anke & Kunke
1) in liquid nitrogen. This fine powder was prepared using the guanidine thiocyanate/cesium chloride method [thiguine (C
higwin, J., M.) et al., Biochemi
Total cellular RNA was extracted by subjecting the cells to Stry 1g, 5294-529L 1979. Then oligo(dT
) Cellulose column chromatography method [Av
iv, H,) et al., Proc, Natl, Acad,
Sci, USA 69, 1408-1412.1972
] Bo1ba A) RNA was purified. This mRN
A cDNA library was constructed using the method of Morishita, K., except that double-stranded EcoR1-digested cDNA was size-selected by two rounds of purification using low-melting agarose (BioRad). Method [J, Biol, Chem, (262,3g
44-3851. I followed 1987.

3、  cDNAクローンのスクリーニング上記1.で
調製したペプチドフラグメントの一部分はコドンアンビ
ギュイティが最小であるペプチド配列、T hr−Me
t−G 1u−A 5n−L eu−A 5p−G I
yGln−Lysを有していた。これを用い、コドン縮
重性が高い3箇所にデオキシイノシンを含ませ[オーツ
カ(Ohtsuka、 E、)ら、J 、 B iol
、 Chera、 260゜2605−2608.19
85]、下記の相補オリゴヌクレオチドプローブを設計
した: 5°(T/C)TT (T/C)TG I CC(A/
G )TCI AGGTT (T/C)TCCAT I
 GT 3’さらに、15位にGの代わりにAを有する
第2の相補プローブを合成した。オリゴヌクレオチドプ
ローブの合成はDNAシンセサイザー(Applied
B iosystems I nc、、 Model 
381 A)により、ホスホラミダイト法[カルーサー
(Caruthers、 M。
3. Screening of cDNA clones 1. A portion of the peptide fragment prepared in T hr-Me is a peptide sequence with minimal codon ambiguity.
t-G 1u-A 5n-L eu-A 5p-G I
It had yGln-Lys. Using this, deoxyinosine was included in three locations with high codon degeneracy [Ohtsuka, E. et al., J. Biol.
, Chera, 260°2605-2608.19
[85], designed the following complementary oligonucleotide probes: 5° (T/C) TT (T/C) TG I CC (A/
G)TCI AGGTT (T/C)TCCAT I
GT 3' Additionally, a second complementary probe having A instead of G at position 15 was synthesized. Oligonucleotide probes were synthesized using a DNA synthesizer (Applied
Biosystems Inc., Model
381 A) by the phosphoramidite method [Caruthers, M.

H,)+  5ynthesis and Appli
cations of DNAand RNA、 Na
rang、S、A、編、(Academic Pres
s、  New York)、 p9.47−94. 
1987]で行った。
H,) + 5ynthesis and Appli
cations of DNA and RNA, Na
Rang, S.A., ed., (Academic Pres.
s, New York), p9.47-94.
1987].

このオリゴヌクレオチドプローブを、T4ポリヌクレオ
チドキナーゼ(宝酒造)および[γ−”P]AT P(
222T Bq/*mol、 New England
 Nuclear)を用いて5゛末端標識しく比活性:
5−6xlO”cpIIl/ pmot)、得られた2
プローブの混合物を用いてプラークハイブリッド法[ベ
ントンおよびデイビス(Benton、W、 D、  
&  Davis、 R,W、)+5cience 1
96.180−182.1977]により、上記2゜で
調製したウミホタルcDNAライブラリーをスクリーニ
ングした。即ち、このプローブを用いてlXl0@個の
組換えファージをスクリーニングした。ハイブリダイゼ
ーションは、温度を28℃に下げ、フィルターを37°
C−??S S C(0,15MNaCQ、15aMク
エン酸ナトリウム、pH7,0)により洗浄する外は、
ウオール(Wahl、 G、 M、 )らの方法[Pr
oc、Natl、Acad、Sci、USA(76、3
683−3687,1979)]に従って行われた。ラ
イブラリーから8つの陽性クローンを単離し、その内、
挿入長さ1 、2 kbおよび1.5kbのクローンV
L15およびクローンVL18を選択してさらに分析し
、制限酵素地図を作成した。これらのクローンの制限酵
素地図を第2図に示す。
This oligonucleotide probe was combined with T4 polynucleotide kinase (Takara Shuzo) and [γ-”P]ATP (
222T Bq/*mol, New England
Specific activity:
5-6xlO"cpIIl/pmot), obtained 2
Plaque hybridization using a mixture of probes [Benton and Davis (Benton, W, D,
& Davis, R, W, )+5science 1
96.180-182.1977], the Cypridina cDNA library prepared at 2° was screened. That is, 1X10@ recombinant phages were screened using this probe. For hybridization, lower the temperature to 28 °C and filter at 37 °C.
C-? ? Except for washing with S S C (0,15M NaCQ, 15aM sodium citrate, pH 7,0).
The method of Wahl, G., M. et al. [Pr.
oc, Natl, Acad, Sci, USA (76, 3
683-3687, 1979)]. Eight positive clones were isolated from the library, among which
Clone V with insert lengths 1, 2 kb and 1.5 kb
L15 and clone VL18 were selected for further analysis and restriction enzyme maps were created. Restriction enzyme maps of these clones are shown in FIG.

4、ウミボタルルシフェラーゼのヌクレオチド配列の決
定 第2図すおよびCから分かるように、クローン■L16
およびクローンVL18には夫々、単一の内部EcoR
1部位があり、830個のヌクレオチド配列の重複部分
がある。これらの両クローンのEcoR1断片をpUC
3でサブクローニングした。7−Deaza DNA配
列決定キット(T akaraS huzo)を使用し
、[a−”P]dCTP(222TBq/zmol)(
New England Nuclear)を用いるジ
デオキシヌクレオチド鎖成長停止反応[サンガー(Sa
nger+ F 、 )ら、P roc、 N at 
1.Δcad、 S ci、 U 5A74、5463
−5467、1977およびチェノ(Chen、EY、
)ら、DNA 4. 165−170. 1985)]
に付してヌクレオチド配列を分析した結果、クローンV
L16はルシフェラーゼのN−末端部分をコードし、ク
ローンVL18はC−末端部分をコードしていることが
わかった。これらのクローンから構築される完全長のウ
ミボタルルシフェラーゼcDNΔの制限地図を第2図a
に、ヌクレオチド配列および推定のアミノ酸配列を第3
図に示す。第2図aにおいて、斜線部分は、推定のシグ
ナル配列である。第3図において、各列の上に記した番
号はヌクレオチド位置であり、各列の下に記した番号は
アミノ酸位置である。水平方向の矢印は、エンドペプチ
ダーゼ消化によって得られたアミノ酸配列と同一のアミ
ノ酸配列を有する領域を表す。N−グリコジル化に適合
する配列を四角で囲み、ポリアデニル化シグナルAAT
AAAを下線で示した。
4. Determination of the nucleotide sequence of Cypridina luciferase As shown in Figures 2 and C, clone L16
and clone VL18 each have a single internal EcoR
There is one site and an overlap of 830 nucleotide sequences. The EcoR1 fragments of both these clones were pUC
3 was subcloned. [a-”P]dCTP (222TBq/zmol) (
Dideoxynucleotide chain growth termination reaction using Sanger (New England Nuclear)
nger+ F, ) et al., Proc, Nat.
1. Δcad, Sci, U 5A74, 5463
-5467, 1977 and Chen, EY,
) et al., DNA 4. 165-170. 1985)]
As a result of nucleotide sequence analysis, clone V
It was found that L16 encodes the N-terminal portion of luciferase and clone VL18 encodes the C-terminal portion. The restriction map of the full-length Cypridina luciferase cDNAΔ constructed from these clones is shown in Figure 2a.
The nucleotide sequence and deduced amino acid sequence were added to the third
As shown in the figure. In FIG. 2a, the shaded area is the putative signal sequence. In FIG. 3, the numbers above each column are the nucleotide positions, and the numbers below each column are the amino acid positions. Horizontal arrows represent regions with identical amino acid sequences to those obtained by endopeptidase digestion. Sequences compatible with N-glycosylation are boxed and the polyadenylation signal AAT
AAA is underlined.

この配列から計算されるウミボタルルシフェラーゼの分
子量は62,171ダルトンであり、555個のアミノ
酸からなるタンパク質をコードする、1665個のヌク
レオチドからなるオーブンリーディングフレームを含ん
でいる。このオープンリーディングフレームには、オリ
ゴヌクレオチドプローブの構築に用いたアミノ酸配列が
含まれている。また、エドマン分解法によって決定した
他の7個のペプチドのアミノ酸配列は、ヌクレオチド配
列から推定されるアミノ酸配列と完全に一致していた。
The molecular weight of Cypridina luciferase calculated from this sequence is 62,171 Daltons, and it contains an open reading frame of 1665 nucleotides that encodes a protein of 555 amino acids. This open reading frame contains the amino acid sequence used to construct the oligonucleotide probe. Furthermore, the amino acid sequences of the other seven peptides determined by Edman degradation completely matched the amino acid sequences deduced from the nucleotide sequences.

翻訳開始コドンを16番目のヌクレオチドから始まるA
TGコドンに当てた。この推定の開始コドンの周囲のヌ
クレオチド配列は、多くの真核生物のmRNAに特徴的
なコンセンサス配列CC(A/G)CCAUGGと一致
している[コザック(K。
A translation start codon starting from the 16th nucleotide
Hit the TG codon. The nucleotide sequence surrounding this putative start codon is consistent with the consensus sequence CC(A/G)CCAUGG, which is characteristic of many eukaryotic mRNAs [Kozak (K.

zak、M、)、 Ce1l 15.1109−112
3.1978]。N−末端のアミノ酸配列は、分泌タン
パク質としてのルシフェラーゼの生物学的役割を果すた
めに、シグナル配列の特徴を多数有している[フォノ・
ハイネ(von He1jne、G、)、  Eur、
 J、Biochem、  133゜17−21.19
83]。なお、ブロックされているN−末端は後述の方
法で予想された。
zak, M.), Ce1l 15.1109-112
3.1978]. The N-terminal amino acid sequence has many characteristics of a signal sequence to play the biological role of luciferase as a secreted protein.
Heine (von Heljne, G.), Eur.
J, Biochem, 133°17-21.19
83]. Note that the blocked N-terminus was predicted by the method described below.

過ヨウ素酸−シッフ反応によるルシフェラーゼ陽性染色
によっても示されたが、アミノ酸残基186および40
8位に2つのN−グリコジル化部位(A 5n−X −
S er/ T hr)がある。残基258位には配列
A 5n−P ro−3etが存在しているが、一般に
この配列は効率良くグリコジル化されない[マーシャル
(Marshall、 R,D、)、  Ann、 R
ev、 B iochem虹、 673−702. 1
972]。N−グリコシダーゼFを作用させるとルシフ
ェラーゼ分子の大きさは2000−3000ダルトン減
少するが、0−グリコジル化部位に特異的な消化酵素で
はこのような減少は認められない。これらの結果は、ウ
ミボタルルシフェラーゼがN−グリコジル化されること
、ならびにヌクレオチド配列から推定されるポリペプチ
ドの理論分子量と、ゲル電気泳動(第1図)およびゲル
濾過と沈降平衡分析(ツジら、B 1oche+++1
stry 13.5204−5209. 1974)で
測定した天然タンパク質の分子量との差が炭水化物部分
の非存在または存在に関連していることを示している。
Amino acid residues 186 and 40 were also detected by luciferase positive staining by periodic acid-Schiff reaction.
Two N-glycosylation sites (A 5n-X −
Ser/Thr). Although the sequence A 5n-Pro-3et exists at residue position 258, this sequence is generally not efficiently glycosylated [Marshall, R, D, Ann, R.
ev, Biochem Niji, 673-702. 1
972]. When N-glycosidase F acts, the size of the luciferase molecule decreases by 2000-3000 daltons, but no such decrease is observed with digestive enzymes specific for the 0-glycosylation site. These results demonstrate that Cypridina luciferase is N-glycosylated, the theoretical molecular weight of the polypeptide estimated from the nucleotide sequence, gel electrophoresis (Figure 1), gel filtration, and sedimentation equilibrium analysis (Tsuji et al. B 1oche+++1
stry 13.5204-5209. (1974) show that the difference with the molecular weight of the native protein is related to the absence or presence of carbohydrate moieties.

アミン末端は、ルシフェリンの構造および反応機構が類
似している他の海洋生物の生物発光反応を触媒する酵素
の構造から類推した。そのような生物としてクラゲ(7
v i c t o r i a )を選び、その生物
発光反応と直接比較した[ジョンソン(Johnson
、 F 、 H、)ら、Methods Enzymo
l、  57. 271291、1978]。
The amine terminus was derived from the structure of luciferin and the structure of enzymes that catalyze bioluminescent reactions in other marine organisms, which have similar reaction mechanisms. Jellyfish (7
victoria) and directly compared its bioluminescent reaction [Johnson
, F., H.) et al., Methods Enzymo
l, 57. 271291, 1978].

クラゲの発光は、カルシウム結合タンパク質、エクオリ
ンによるものであって、このエクオリンがカルシウムイ
オンの存在下で励起されて発光する。エクオリンは、ア
ポエクオリン(アポタンパク質)、コエレンテラジンお
よび酸素分子の錯体であって、エクオリンがカルシウム
イオンと結合すると、配座変化が起こり、タンパク質が
オキシゲナーゼに転換され、次いで、分子内反応により
コエレンテラジンが酸化される。この反応における発光
体はアポエクオリンに結合した励起状態のコエレンテラ
ジンである[シモムラ(S hiIIlomura。
Jellyfish emit light due to the calcium-binding protein aequorin, which is excited in the presence of calcium ions and emits light. Aequorin is a complex of apoaequorin (apoprotein), coelenterazine, and oxygen molecules; when aequorin binds calcium ions, a conformational change occurs, converting the protein to oxygenase, and then an intramolecular reaction oxidizes coelenterazine. be done. The emitter in this reaction is coelenterazine in an excited state bound to apoaequorin [ShiIIlomura.

0、)ら、Tetrahedron Lett、  N
o、31. 2963−2966、1973]。
0, ) et al., Tetrahedron Lett, N
o, 31. 2963-2966, 1973].

ウミホタルとクラゲの生物発光反応の基質構造および機
構は相互に類似しているが殆ど交差反応しない。しかし
ながら、両者のアミノ酸配列の比較から、ウミボタルル
シフェラーゼの2領域(残基97〜154および残基3
53〜411)のアミノ酸配列が、アポエクオリンの1
領域(残基82〜144)のアミノ酸配列と有意な類似
性を示すことが分かった(第5図参照)。第5図は、ウ
ミボタルルシフェラーゼ(a)とクラゲ(A equo
rea)のエクオリン(b)とのアミノ酸配列の相同性
を示す図であって、D ayhof4の突然変異データ
ーマトリックス[デイホッフ(DayhofT、M、O
,)、  Schwartz。
Although the substrate structures and mechanisms of bioluminescence reactions in Cypridina and jellyfish are similar to each other, there is little cross-reactivity. However, from a comparison of their amino acid sequences, two regions of Cypridina luciferase (residues 97 to 154 and residue 3)
53-411) is the amino acid sequence of apoaequorin 1.
It was found that the amino acid sequence of this region (residues 82 to 144) shows significant similarity (see FIG. 5). Figure 5 shows sea worm luciferase (a) and jellyfish (A equi
rea) with aequorin (b), and the mutation data matrix of Dayhof4 [Dayhof (DayhofT, M, O
), Schwartz.

R,M、ら、 At1as of Protein 5
equence andS tructure(N a
tional B iochemical Resea
rchFoundation、 Washington
、D、C,)、 Vol、5. pp。
R, M, et al. At1as of Protein 5
sequence andS structure(N a
tional Biochemical Resea
rchFoundation, Washington
, D, C,), Vol. 5. pp.

345−352.1978]における同一残基を2つの
点(=)で示し、類似アミノ酸を1つの点(・)で示し
たものである。番号は各タンパク質のN−末端からの位
置を表す。アポエクオリン分子の大きさはウミボタルル
シフェラーゼの約1/3であり、189個のアミノ酸残
基からなっており、ウミボタルルシフェラーゼの類似領
域の一方または両方が発光に関与していると予測される
345-352.1978] are indicated by two dots (=), and similar amino acids are indicated by one dot (•). The numbers represent the position from the N-terminus of each protein. The size of the apoaequorin molecule is approximately one-third that of Cypridina luciferase, and it consists of 189 amino acid residues, and it is predicted that one or both of the similar regions of Cypridina luciferase are involved in luminescence. .

アポエクオリンの残基87〜144に相当するウミボタ
ルルシフェラーゼの領域は残基97〜154であり、明
らかに10アミノ酸残基のシフトが認められる。このこ
とは、最初の11個のアミノ酸残基が分泌に必要なリー
ダーペプチドであり、ウミボタルルシフェラーゼのN−
末端が12番目のチロシンであることを示唆するもので
ある(第3図参照)。さらに、アラニンと隣接アミノ酸
残基との関係はシグナル配列の開裂部位に適合している
ジオン・ハイネ(von Heijne+ G、 )ら
、E ur。
The region of Cypridina luciferase corresponding to residues 87 to 144 of apoaequorin is residues 97 to 154, and a shift of 10 amino acid residues is clearly observed. This indicates that the first 11 amino acid residues are the leader peptide required for secretion, and the N-
This suggests that the terminal is the 12th tyrosine (see Figure 3). Furthermore, the relationship between alanine and adjacent amino acid residues matches the cleavage site of the signal sequence. von Heijne et al., Eur.

J 、 B iochem、 133.17−21.1
983]。以上から、ペプチドの開裂部位は11位であ
り、アミノ末端はチロシンであると予想される。
J, Biochem, 133.17-21.1
983]. From the above, it is predicted that the cleavage site of the peptide is at position 11, and the amino terminal is tyrosine.

ウミボタルルシフェラーゼのアミノ酸配列のもう1つの
特徴は、非常にシスティンに富む領域がN−末端部分に
存在することである。この領域ではアミノ酸残基39〜
82の間に9個のシスティン残基が認められる。しかし
ながら、ウミボタルルシフェラーゼには遊離のスルフヒ
ドリル基が検出されなかった(ツジら、前掲)ことから
、システィン残基はおそらく分子内のジスルフィド架橋
結合を形成していると考えられる。
Another feature of the amino acid sequence of Cypridina luciferase is the presence of a highly cysteine-rich region at the N-terminus. In this region, amino acid residues 39 to
Nine cysteine residues are found between the 82 and 82. However, since no free sulfhydryl groups were detected in Cypridina luciferase (Tsuji et al., supra), the cysteine residues probably form intramolecular disulfide bridges.

実施例2 ウミボタルルシフェラーゼを含有スる発現ベ
クターの構築 完全長のウミボタルルシフェラーゼのcDNAをラウス
肉腫ウィルスのロングターミナルリピートのプロモータ
ーの下に置いて発現ベクターを構築した。即ち、ウミボ
タルルシフェラーゼcDNAの5°末端および3°末端
に、それぞれHindI[およびBgl IIリンカ−
(宝酒造)を連結した。Dr。
Example 2 Construction of an expression vector containing Cypridina luciferase An expression vector was constructed by placing the full-length Cyprid luciferase cDNA under the Rous sarcoma virus long terminal repeat promoter. That is, HindI and Bgl II linkers were inserted at the 5° and 3° ends of the Cypridina luciferase cDNA, respectively.
(Takara Shuzo) was consolidated. Dr.

S 、 S ubramaniから得たホタルルシフェ
ラーゼをコードするプラスミドpR3VL[ドウエツト
(deWet、 J 、 R,) ら、Mol、 Ce
l 1. B iol、  7. 725−73断して
得た線状プラスミドと、上記cDNAのHindII[
およびBgl II断片とを連結することにより、ホタ
ルルシフェラーゼcDNAの代わりにウミボタルルシフ
ェラーゼcDNAを含有するHindl[−BglI[
断片を含有する発現プラスミドpRSVVLを得た。こ
のプラスミドで形質転換した大腸菌、E 5cheri
chia coli pRS V V Lは工業技術院
微生物工業技術研究所に寄託されている(受託臼:平成
元年6月15日、受託番号:FERMp−t0782)
Plasmid pR3VL encoding firefly luciferase obtained from S. subramani [deWet, J, R, et al., Mol, Ce.
l 1. Biol, 7. The linear plasmid obtained by cutting 725-73 and the HindII[
and Bgl II fragment, Hindl[-BglI[
An expression plasmid pRSVVL containing the fragment was obtained. E. coli transformed with this plasmid, E5cheri
chia coli pRS V V L has been deposited with the Institute of Microbial Technology, Agency of Industrial Science and Technology (Entrusted mortar: June 15, 1989, accession number: FERMp-t0782)
.

実施例3 プラスミドpRSVVLにょるc。Example 3 Plasmid pRSVVL c.

S細胞のトランスフェクフーIンおよびウミボタルルシ
フェラーゼの発現 1、  )ランスフェクション 10cyのペトリ皿に入れた10%ウシ胎児血清()(
yclone)を含有するダルベツコ(D ulbec
co)の改良イーグル培地(日永)lozgにサルCO
3細胞[グルラマン(GluzIIlan、Y、、  
Ce1l 23.175−182゜1981:ATCC
CRL1650]を播いた(7X108)。この細胞を
、リン酸カルシウム法[グラハム(G raham、 
F 、 L、 )ら、Virology 52.456
−467、 1973およびヴイグラー(Wigler
、 M、 )ら、Ce1114、725−731.19
78]を用い、実施例2で調製したプラスミドpR8V
vL DNA 1oμ9でトランスフェクトした。48
時間インキュベートした後、培地を回収し、細胞を収穫
した。次いで、細胞を凍結および解凍を繰り返した後、
遠心分離することによって細胞抽出物を調製した(de
Wet、 J 。
Transfection of S cells and expression of Cypridina luciferase (1) Transfection 10% fetal bovine serum () () in Petri dishes at 10 cy
Dulbecco (Dulbec) containing
co) modified Eagle medium (Hinaga) lozg with monkey CO
3 cells [GluzIIlan, Y,
Ce1l 23.175-182゜1981: ATCC
CRL1650] was seeded (7×108). These cells were isolated using the calcium phosphate method [Graham,
F, L, ) et al., Virology 52.456
-467, 1973 and Wigler
, M. ) et al., Ce1114, 725-731.19
78], the plasmid pR8V prepared in Example 2
vL DNA 1oμ9 was transfected. 48
After incubation for an hour, the medium was collected and the cells were harvested. Then, after repeatedly freezing and thawing the cells,
Cell extracts were prepared by centrifugation (de
Wet, J.

R1ら、前掲)。R1 et al., supra).

2、ウミボタルルシフェラーゼ活性の測定1、で調製し
た細胞抽出物および培地のウミボタルルシフェラーゼ活
性を、ウミホタルルシフェリンを基質として測定した。
2. Measurement of Cypridina luciferase activity The Cypridina luciferase activity of the cell extract and culture medium prepared in 1. was measured using Cypridina luciferin as a substrate.

容ff120++2のシンチレーションバイアル中、上
記1、で得た培地あるいは細胞抽出物を、200mM 
T ris−HCQ(pH7、6)により希釈して全1
を1.5xeとし、Mitchell−Hasting
s光度計に入れた[ミッチェル(Mitchell、G
、W、)ら、Anal、BiocheIll、 39.
243−250.1971]。他方、ツジの方法[Me
thods Enzymol、(57,364−372
,1978)]に従って調製したウミホタルルシフェリ
ンを200J!Mリン酸ナトリウム緩衝液(pH6,8
)に溶解(−/a度50nM)L、その1.51f2を
シンチレーションバイアルに注入した。ルシフェリンを
注入する直前に光度計のシャッターを開放し、注入した
点を0m1nとし、1.5++in後にシャッターを閉
じ、その間の発光を記録した。
In a scintillation vial with a volume of ff120++2, the medium or cell extract obtained in step 1 above was diluted with 200mM
Diluted with Tris-HCQ (pH 7, 6) to make a total of 1
is 1.5xe, Mitchell-Hasting
s photometer [Mitchell, G.
, W.) et al., Anal, Biochell, 39.
243-250.1971]. On the other hand, Tsuji's method [Me
thods Enzymol, (57, 364-372
Cypridina luciferin prepared according to 200 J! M sodium phosphate buffer (pH 6,8
) dissolved in (-/a degree 50 nM) L, its 1.51 f2 was injected into a scintillation vial. Immediately before injecting luciferin, the shutter of the photometer was opened, the injection point was set at 0 m1n, and after 1.5++ in, the shutter was closed and the luminescence was recorded during that time.

14C−ヘキサデカン光を標準として光度測定し、光度
を1秒当たりの光量子数に変換した[ハツシング(Ha
stings J、W、)ら、J、Opt、Soc、A
m。
The light intensity was measured using 14C-hexadecane light as a standard, and the light intensity was converted into the number of photons per second [Hassing
stings J, W, ) et al., J, Opt, Soc, A
m.

53、1410−1415.・1963コ。その結果、
トランスフェクトされたCO8細胞の細胞抽出物に僅か
なルシフェラーゼ活性が検出された。しかし、CO8細
胞の培養培地には大量のルシフェラーゼ活性が検出され
たく第4図参照)。この培養培地からの発光は被検培地
の容量に正比例しており、発光は極めて鋭敏であった。
53, 1410-1415.・1963. the result,
Little luciferase activity was detected in cell extracts of transfected CO8 cells. However, a large amount of luciferase activity was detected in the culture medium of CO8 cells (see Figure 4). The luminescence from this culture medium was directly proportional to the volume of the test medium, and the luminescence was extremely sensitive.

即ち、ウミボタルルシフェラーゼ発現ベクターでトラン
スフェクトされたCos細胞の培養培地10峠から得た
僅か5μQの試料から、バックグランドよりも明らかに
高いシグナルが検出された。これに対して、DNAをト
ランスフェクトしていないCO8細胞の培養液がまたは
psVOcAT[ゴーマン(G orman、 C、M
、 )ら、Mo1. Cell、 B iol、  2
. 1044−1051. 1982]もしくはpR8
vL[ドウウェット(deWet、 J 、 R,)ら
、Mo1.Ce11.Biol、 Z、 725−73
7.1987]でトランスフェクトされたCO8細胞の
培地および細胞抽出物からの発光は、第4図記載・の発
光よりも2桁以上弱かった。
That is, a signal clearly higher than the background was detected from a sample of only 5 μQ obtained from culture medium 10 of Cos cells transfected with the Cypridina luciferase expression vector. In contrast, cultures of CO8 cells that were not transfected with DNA were transfected with psVOcAT [Gorman, C, M
, ) et al., Mo1. Cell, Biol, 2
.. 1044-1051. 1982] or pR8
vL [deWet, J, R, et al., Mo1. Ce11. Biol, Z., 725-73.
7.1987] was more than two orders of magnitude weaker than the luminescence shown in Figure 4.

以上の結果は、再構成されたcDNAが完全長のラミボ
タフレルシフェラーゼcDNAであること、そのcDN
Aがタンパク質を分泌するのに必要なシグナル配列をも
コードしていることを示すものである。
The above results indicate that the reconstructed cDNA is the full-length Lamibota luciferase cDNA, and that the cDNA
This shows that A also encodes a signal sequence necessary for secreting the protein.

[作用] 本発明のウミボタルルシフェラーゼをコードするDNA
化合物を用いて所望の宿主内でホタルルシフェラーゼを
発現させることができる。ウミボタルルシフェラーゼと
ウミホタルルシフェリンとの化学発光反応は酸素分子の
みを必要とする単純な反応である。しかし基質特異性が
高く、発光の測定感度は鋭敏である。しかも、実施例に
示すように、本発明の発現ベクターでトランスフェクト
されたCO8細胞は、ウミボタルルシフェラーゼを培養
培地に分泌することから、生成物の回収が極めて容易で
ある。これらの事実は、本発明のウミボタルルシフェラ
ーゼをコードするDNA化合物の有用性を明確に示すも
のである。従って、本発明のDNA化合物は生物医学の
分野に限らず、環境を始め、様々な分野で有用と思われ
る。
[Action] DNA encoding the Cypridina luciferase of the present invention
The compounds can be used to express firefly luciferase in a desired host. The chemiluminescence reaction between Cypridina luciferase and Cypridina luciferin is a simple reaction that requires only oxygen molecules. However, it has high substrate specificity and the sensitivity of luminescence measurement is sensitive. Furthermore, as shown in the Examples, CO8 cells transfected with the expression vector of the present invention secrete Cypridina luciferase into the culture medium, making it extremely easy to recover the product. These facts clearly demonstrate the usefulness of the DNA compound encoding Cypridina luciferase of the present invention. Therefore, the DNA compound of the present invention is believed to be useful not only in the biomedical field but also in various fields including the environment.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、精製したウミボタルルシフェラーゼのドデシ
ル硫酸ナトリウム/勾配ポリアクリルアミドゲル電気泳
動の結果を表す写真の模写図である。第2図は、ウミボ
タルルシフェラーゼcDNへの制限酵素地図および全長
クローンの構築に用いたクローンの制限酵素地図である
。(a)は完全長のウミボタルルシフェラーゼcDNA
、(b)はりo−ンVL16、(c)はクローンVL1
3の制限酵素部位を示す制限酵素地図であり、(d)は
クローンVL16およびVL18から構築された完全長
cDNAの制限酵素地図である。第3図は、ウミボタル
ルシフェラーゼcDNAのヌクレオチド配列および推定
のアミノ酸配列を示す模式図である。第4図は、CO8
細胞によって合成され分泌されたウミボタルルシフェラ
ーゼの活性の測定結果を示すグラフである。第5図はウ
ミボタルルシフェラーゼ(a)とクラゲのエクオリン(
b)アミノ酸配列の相同性を示す模式図である。
FIG. 1 is a reproduction of a photograph showing the results of sodium dodecyl sulfate/gradient polyacrylamide gel electrophoresis of purified Cypridina luciferase. FIG. 2 shows a restriction enzyme map of the Cypridina luciferase cDNA and a restriction enzyme map of the clone used to construct the full-length clone. (a) Full-length Cypridina luciferase cDNA
, (b) clone VL16, (c) clone VL1
(d) is a restriction enzyme map showing the restriction enzyme sites of No. 3, and (d) is a restriction enzyme map of the full-length cDNA constructed from clones VL16 and VL18. FIG. 3 is a schematic diagram showing the nucleotide sequence and deduced amino acid sequence of Cypridina luciferase cDNA. Figure 4 shows CO8
1 is a graph showing measurement results of the activity of Cypridina luciferase synthesized and secreted by cells. Figure 5 shows sea worm luciferase (a) and jellyfish aequorin (
b) Schematic diagram showing homology of amino acid sequences.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、ウミボタルルシフェラーゼをコードするDNA化合
物。 2、請求項1記載のDNA化合物を含有する発現ベクタ
ー。 3、プラスミドpRSVVLである請求項2記載の発現
ベクター。 4、請求項2または3記載の発現ベクターを用いて宿主
細胞をトランスフェクトし、培養することからなるウミ
ボタルルシフェラーゼの製造方法。
[Scope of Claims] 1. A DNA compound encoding Cypridina luciferase. 2. An expression vector containing the DNA compound according to claim 1. 3. The expression vector according to claim 2, which is a plasmid pRSVVL. 4. A method for producing Cypridina luciferase, which comprises transfecting host cells with the expression vector according to claim 2 or 3 and culturing them.
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