JPH02500801A - 誘発的に発現された活性化因子タンパク質からの刺激下での組換え遺伝子の発現のための方法 - Google Patents

誘発的に発現された活性化因子タンパク質からの刺激下での組換え遺伝子の発現のための方法

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JPH02500801A JP63505870A JP50587088A JPH02500801A JP H02500801 A JPH02500801 A JP H02500801A JP 63505870 A JP63505870 A JP 63505870A JP 50587088 A JP50587088 A JP 50587088A JP H02500801 A JPH02500801 A JP H02500801A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 序論 遺伝的に構築された発現システムの使用による興味ある医薬用タンパク質の製造 が、ひじように興味ある対象であり、そして最近その研究がなされて来た。多く の興味あるタンノマク質は、自然に分泌されるタンパク質であるので、それらは 、生物学的に機能する高分子になる前、時々、種々の翻訳後変性、たとえばグリ コジル化、特定の化学変性及び複雑な折りたたみを受ける。
生体外でのヒト及び他の真核生物の遺伝子の発現への2つの主要アプローチが使 用されて来た:まず第1に、真核生物産生細胞、すなわち最っとも一般的には細 菌、たとえばE。
コ!J (E、coli)及び少ない程度の枯草菌が使用されて来た。
これらの細胞系は、比較的多くの単純ポリペプチドの高いレベルでの産生のため に適切であることがわかっているが、しかし他方では、ある限界、たとえばグリ コジル化、等を行なうためにS−8架橋を形成するためのそのような産生細胞の 無能力性が示され;さらに、高レベルの発現は、細菌の内部に不溶性粒状物の形 で生成物の蓄積を時々導ひいている。幾分複雑な再生段階が、これらの不溶性粒 状物から活性タン)iり質を産生ずるために必要とされ、そしてその最終生成物 は天然の高分子の構造形の混合物である。
第2のアプローチは、真核生物のタンパク質の産生のために原核生物の産生細胞 を使用することであった。そのような細胞タイプの最っとも単純な適用は、多く の従来の発酵実験がすでに存在する酵母の使用であった。酵母における好結果を もたらすタンパク質産生の多くの例、たとえばHB表面抗原サブユニットワクチ ン、インターフェロン、インターロイキン、等が存在する。タンパク質生成物の 分泌のレベルで、及び酵母に対して特異的であり且つ問題のタンパク質のために 天然の産生細胞タイプに存在するタンパク質とは異なる翻訳後の変性反応による 制限が存在する。
これらの目的を考慮して、遺伝子の発現を誘導するために熱シヨツク遺伝子の発 現制御要素の使用が、1981年3月に初めてBromley及びνoel]m yにより提案され、そしてアメリカ特許出願第628.588号に開示された。
この進展を導ひく理由は、熱シヨツク遺伝子自体が熱処理された細胞にひじょう に高いレベルで発現され、そしてこれらの遺伝子がひじょうに強い発現の調節を 受けること、すなわちそれらは、ストレスを受けた細胞において高い活性を有す るが、しかし細胞増殖の正常な条件下では実質的に不活性であることであった。
従って、合成の高いレベルで対象の遺伝子の発現を誘導するために熱シヨツク遺 伝子の転写及び翻訳調節要素を使用することが可能であるように思われる。この 概念は、後に完全に確認され、そしていくつかの出版物及び特許出願(この後、 参照のこと)の目的になった。
外来性遺伝子(たとえば構造遺伝子)の発現を調節するために、すなわち適切な 原核生物及び真核生物宿主細胞中に組換えDNA構造体を導入し、そしてその培 養物をストレスにさらすために熱シヨツク配列を使用する技法の進展が、さらに PCT/EP86100451に開示されている。本発明者は、新しい熱誘導性 タンパク質発現装置及び外来性調節要素により誘導される遺伝子の発現の時間を 実質的に延長し、且つその遺伝子の効率を実質的に高めることができる方法の説 明を所望する。
発明の要約 この後記載される実験においては、本発明者は、対象の遺伝子の発現がヒト免疫 欠損ウィルス(HI V)のトランス−活性化因子tar−mタンパク質により 調節される過渡発現アッセイにおいて、熱シヨツクプロモーターの転写制御下で それ自体合成される、後天性免疫不全症候群(AIDS)の原因物質を例示する 。説明されるべきいくつかの理由に関しては、このタイプの発現システムは、対 象の遺伝子の発現が、結合された熱シヨツクプロモーターにより直接調節される 従来のシステムよりも卓越する見込みがある。
これまでに開示された一連の初期の実験(前の文献を参照のこと)においては、 本発明者は、ショウジヨウバエのhsp 70遺伝子及びヒ)hsp70遺伝子 からの熱シヨツク調節要素[Voellmyなど、 、(1985) PNAS  82.4959〜4953)を種々の試験遺伝子、たとえばE、コ!J (E 、coli)−β−ガラクトシダーゼ、ヒト成長ホルモン(hGH)、鶏リゾチ ーム及びインフルエンザウィルス赤血球凝集系遺伝子に連結し、そしてこれらの 遺伝子のタンパク質生成物が種々の細胞において熱誘導性になることを示した[  Lawsonなど、 、(1984) Mol。
Gen、 Genet、198. 116〜124 ; Dreanoなど、  、(1986) Gene 49゜1〜8〕。たとえば、熱ショック−hGH遺 伝子構造体の安定して組込まれたコピーを担持する永久マウス細胞系は、他のプ ロモーターシステムを用いて得られたhGHに十分に匹敵するhGHを、ホルモ ンの発現のレベルでの熱誘導性方式において産生ずることが示された。[Dre anoなど0、(1986)Gene 49. 1〜8 ;Dreanoなど、  、(1987) Virus Re5earch。
印刷中〕。
しかしながら、選択されたタンパク質の連続した産生は、熱活性化の多数のサイ クルの使用を必要とする。熱シヨツク遺伝子は特定のストレス、たとえば熱に急 速に応答するけれども、これらの遺伝子は、ストレスが除かれるとすぐにそれら の正常な不活性状態に戻る。しかしながら、タンパク質生成物の合成は、完全に 急速には停止しない。合成は、活性転写の期間よりも24時間はど実際に続くこ とができる(対象の遺伝子のmRNAの半減期に依存して)。タンパク質産生に 適用される反復熱ショックの詳細のためには、叶eanoなど1、(1986)  Gene 49. 1〜8を参照のこと。しかしながら、産生目的のためには 、合成は、より長い期間(たとえば1又はそれ以上の週の間)にわたって維持さ れる必要がある。この結果を達成するためには、産生細胞の培養物が、次の欠点 を有すると思われる定期的な熱処理にゆだねられるべきである:a)現在の工業 用装置が適合されず、そして導入される調節されたシステムは高価であるので、 特に大規模な培養に関して、多くのサイクルのために発酵器の温度を定期的に高 めることは技術的に不便であり; b)最大の熱シヨツク誘導が、細胞増殖阻害を引き起こす温度で生じ、そして実 質的にそれよりも高い温度である場合、細胞の死が生じ、すなわち培養物中の細 胞の計数は、適用される熱シヨツクサイクルの数の関数として減少しく収量の減 少をもたらしながら); C)はとんどの産生時間の間、細胞は、多くの細胞活性が阻止され(たぶんグリ コジル化及びタンパク質の輸送でさえ)、そして一部減じられたレベルで維持さ れることが予測される熱シヨツク状態にあるであろう。
HIVの機構及び天然の発現制御の理解における最近の進歩は、tat−m(他 の比較しうるタンパク質、たとえばヒトT−細胞白血病ウシ)Ltス)lTLV =−I及びHTLV−II カら(7) tat −■及びtat−IIとは異 なる)として定義される新規のウィルス−コードされたトランス−活性化因子タ ンパク質の説明を導ひいて来た[Aryaなど、 、(1985) 5cien ce 229.69〜73 ;691〜701〕。感染された細胞における高レ ベルのウィルス発現は、少なくとも一部、tat−mに帰する。たとえば、細菌 性クロラムフエニコールアセチルトランスフエラーセin伝子を有するHIVウ ィルス(これまでは)ITLV−I[I )により感染されたヒ)T細胞系にお ける過渡アッセイにおいては、前記遺伝子の発現は、このウィルスの長い末端の 反復配列により向けられる場合、感染されていない細胞の場合と比べて300倍 以上刺激される。このトランス−活性化因子タンパク質は、長い末端の反復体の 一部、すなわちいわゆるLTRであるウィルスプロモーター[Rosenなど、  、(1986) Nature 319゜555〜559〕の転写部位の開始 近くのDNA標的配列と、直接的又は間接的に相互作用することが推定される。
tat−mはまた、転写後レベルでも作用するように思える[ Rosenなど 0、(1986)前記〕。最近の研究は、ウィルスの複製サイクルにおけるその tat−m遺伝子の正確な役割は不明確であるけれども、そのtat−m遺伝子 は、感染性HIVピリオンの産生のために必要とされることを示唆した[Fis cherなど、 、(1986)他のヒ)T細胞白血病ウィルス(HTLV)は 、それら自体のLTRプロモーター配列に対して作用する、トランス−作用性転 写活性化因子を含むことがまた示された。5odroskiなど0、(1984 ) 5cience 225.381〜385;Fujisawaなど、 、( 1985)PNAS 82.2277〜2281 ; 5eikiなど、 、( 1986) EMBOJ、 5゜561〜565 (IITLV−Iのためには )及びGreeneなど、 、(1986)Science 232.877〜 880(HTLV −IIのためには)を参照のこと。
類似する観察が、ウシ白血病ウィルス[Rosenなど0、(1985)[:e ll 41.813〜823]及びビスナウィルス〔He5sなど1、(198 5) 5cience 229.482〜485 ]のLTRに対して得られた 。さらに、同じ配列が、ある細胞遺伝子、たとえばインターロイキン−2及びそ の受容体の誘導を担当すると思われるHIVが複製される細胞の他に、tat− m−活性化LTRプロモーターは、種々の細胞、たとえばB及びT’Jンバ球細 胞系(Raji、 Jurkat、 He−)及びまた)IeLa、 COS  3T3. CHO細胞[5odroskiなど、 、<1985>、 5cie nce 229.74〜77; Rosenなど、、(1986)、Natur e 阻9.555〜559 ; Rosenなど0、(1986)、J、Vir ol 57. 379〜384: Finbergなど、、(1986)。
Ce1l 46.808〜817〕において活性的である。
従って、本発明者は、前に記載された熱シヨツク発現システムに追加の最適寸法 を付与するために、HIV tat−m遺伝子を用いて、trans−活性化因 子現象を使用した[P、 Bromley及びR,Voellmy、(1983 )アメリカ特許出願第628.588号;P、 Bromleyなど、、(19 85) PCT/EP86/ 00451 : P、 Bromleyなど、  、(1986)ヨーロッパ特許出願第86/810.455.5号〕。
その選択された基本アプローチは、熱シヨツクプロモーターによる対象の遺伝子 の発現の直接的な誘導を放棄することであり;代わりに請求の範囲第1項に説明 されているように、対象の遺伝子が旧V LTRプロモーター配列の制御下に置 かれ、次に後者はトランス−活性化因子タンパク質により刺激されるようになる 。トランス−活性化因子タンパク質は、tat遺伝子の誘発された発現によりそ の場で産生される。従って、次にこれらの対象の遺伝子のLTR誘導発現は、特 定のタンパク質産生のために適切に選択された細胞に産生されるtat−III タンパク質の量により調節される。好都合には、これらの細胞におけるtat− mレベルは、対象の遺伝子と一緒に細胞中に同時導入されるヒト熱シヨツクプロ モーターの制御下に置かれる組換えtat−III遺伝子により調節される。当 然本発明はまた、対象の遺伝子を誘導するために、内因性刺激因子、たとえばt at −I及びtat −IIにより調節される他のプロモーターの使用も含む 。
この効果的な調節カスケードの利点は、次の通りである:1、熱ショックの後、 tat−111mRNA及びtat−IIIタンパク質が、LTRプロモーター を過剰刺激すために十分な量で製造される。対象の遺伝子の発現が、tat−m が存在する場合にかぎり生じると予測されるので(ひじょうに少量でさえ)、対 象の遺伝子の発現は、熱シヨツク後の延長された期間、すなわちtat−DIの 最後の分子が細胞の代謝機構において使い尽くされるまで続くであろう。この後 得られた結果は、tat−■活性化LTRプロモーターが、強力なプロモーター システムであることを示す。
ひじょうに影響されやすいLTRプロモーターとtat−III発現の強い熱シ ヨツク制御との組合せは、選択された遺伝子のほとんど完全な誘発性発現をいつ でも可能にするように思われ、そして産生が短い期間の単一の熱ショックにより 開始される場合、産生は延長された時間効果的に続くであろう。
HIV−LTRプロモーターの制御下に置かれ得る対象の遺伝子は多く、そして ウィルス抗原、血液因子、ホルモン、酵素的に活性的なタンパク質、構造タンパ ク質、診断試験等のためのタンパク質、たとえばヒト肝炎表面抗原(HBsAg ) ;組織プラスミノーゲン活性化因子(tPA);ヒト成長ホルモン(hGH );腫瘍壊死因子(TNF);インターロイキン及び臨床的及び医薬的対象の他 の生成物を包含する。
HIV−LTRプロモーター配列(ハイブリッド遺伝子1)及び第2ハイブリツ ド遺伝子(2)()ランス−活性化因子遺伝子が熱シヨツク配列により誘導され る)の転写制御下に対象の遺伝子を配置することに起因する構造体は、好ましく はプラスミドベクターの形で宿主細胞中に導入される。これらのプラスミドは、 容易なりローン選択のために選択マーカー遺伝子を有する又は有さない、通常知 られているプラスミドに起因する。限定的な例は、この後提供されない。たとえ ばウィルス起源の当業界で既知の他のタイプのキャリヤーがまた、使用され得る 。ハイブリッド遺伝子(1)及び(2)は、1つのベクター又は別々のベクター の部分であり、それによって宿主細胞への導入がトランスフェクション又は同時 トランスフェクションにより行なわれる。本発明は、活性化因子により刺激され た調節配列の制御下でたった1つの対象の遺伝子に限定されない。複数の対象の 遺伝子が、1又はいくつかの(それぞれの遺伝子のために1つ)調節配列の制御 下に含まれ得る。
宿主細胞は、通常の条件下で増殖するそれらの能力、ハイブリッド遺伝子(1) 及び(2)を受け入れるだめのそれらの能力及び必要とされる操作条件下でそれ らの発現を阻止しないそれらの能力のために選択される。実際には、当業界で知 られているほとんどの受容細胞、たとえばCHO(チャイニーズハムスターの卵 巣細胞) 、CO3,)IeLa、 3T3細胞、等が適切である。
これらの細胞の増殖は、通常の培養培地により通常の手段を用いてもたらされ; 他方、ヨーロッパ特許出願第86/810、455.5号に開示されるような増 殖が腫瘍の形で温血動物にもたらされ得る。
本発明においては、次の変法が可能である:たとえば本発明者及び他人が示すよ うに、ヒ)hsp70プロモーターは、対照温度でひじょうに低い基本レベルの 発現を有し、そして潜在的に増幅可能なシステムを用いる場合でさえ、厳密に言 えば誘発可能である。従って、これは本発明に容易に適用できる。そのような増 幅可能なシステムとして、ウシ乳頭腫ウィルス(BP■)ベクターに基ツかれる システム(ヨーロッパ特許出願第86810455.5号)、又は高濃度のメト トレキセートの存在下でジヒドロ葉酸レダクターゼ遺伝子の同時増幅により得ら れた多くのhsp70− c−mycハイブリッド遺伝子を含むCHO細胞系を 用いるシステム[Wurmなど、 、(1986) PNAS83、5414〜 5418)を使用することができる。tat−mLTR−ハイブリッドシステム は、遺伝子増幅の後、調節され得ることが提案される;たとえばまず、LTR由 来のハイブリッド遺伝子を適切な宿主細胞中に導入し、遺伝子増幅をもたらし、 そして最終細胞系に熱シヨツク由来のtat遺伝子ベクターを導入することがで きる。他の変異細胞においては、転写単位が細胞DNA中に組込まれ又はエビソ ーム状態(BPV配列を担持するベクターを有する)で維持される。
当然、hspプロモーター−tat−mハイブリッド遺伝子は、異なった分子量 のhspからの及び異なった起源の真核細胞(ヒト、ショウジヨウバエ、酵母、 植物、等)からの並びに構築されたhspプロモーター変異細胞からのプロモー ター及び/又は合成プロモーターを利用することができる。
本発明はまた、細胞系が2種の転写単位のうち1つを発現する場合に適用され; 次にそれは、請求の範囲に定義された目的を達成するために十分になり、すなわ ち対象の遺伝子の工業的な高いレベルでの合成を得るために、欠失転写単位によ りこれらの細胞をトランフエクトすることが十分になる。
本発明の変性された遺伝子を担持するために使用されるベクター上のマーカー配 列(たとえば抗生物質耐性遺伝子)の他に、前記ベクターはまた、菌株の同定の ための腫瘍配列、たとえばHarvey C−Ra5又はB P Vも担持する ことができる。
発明の詳細な記載及び例 1)プラスミドの構成。
1、I HIV−LTRの制御下でクロラムフェニコールアセチルトランスフェ ラーゼ遺伝を含むpLTR−Cat 0初期実験においては、試験遺伝子構造体 、すなわちpLTR−catが、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラ ーゼをコードするDNAフラグメントにHIV−LTR領域を連結することによ って調製された。この遺伝子生成物は、遺伝子発現の急速な制御を可能にする便 利にアッセイされた生成物である。HIVプロウィルスのゲノムを担持するプラ スミドHXB2−gpt [Fisherなど、、(1986)、 Natur e 220.367〜371]からのDNAを、旧ndfflにより消化し、末 端をフィルインし、そしてそのDNAをさらにRam)I I及びXhoIによ り消化した。
ウィルスゲノムの3’LTR領域からのX ho I ”−HlndIII ( 満たされている)フラグメント 〔座標8475〜9197. Ratnerな ど0、(1985)、 Nature 313.277〜284のヌクレオチド 配列を参照のこと〕を、電気泳動的に単離し、そしてプラスミドpSV2−ca tXX DNA(下を参照のこと)の大きなXbaI(満たされている)/Xh oIフラグメントに連結した。その混合物を用いて、E、コリを形質転換し、そ してその後、組換え体を担持する細菌コロニーを単離した。プラスミドDNAを 、多くのこれらの単離体から調製し、そして制限消化法により分析した。
LTR−catは、正しい組換体に混ざって存在した。プラスミドpSV2−  catXXは、pSV2− catの誘導体である[Gromanなど1、(1 982) PNAS 79.6777〜67811 。それは、pSV2− c atのユニークな旧ndIII部位の位置でXbaI部位及びpSV2− ca tのNde 1部位でXhoI部位を有する。
1.2 ヒトhsp 70プロモーターの制御下でtat−m遺伝子を含む)i s−tat−m。
ヒ)hsp70プロモーターの制御下でtat−IIIを発現することができる 構造体、すなわちH5−tatを、調製した。pHXB3−tat [Fein bergなど、 、(1986) Ce1l 46.807〜817]からのt at−mコード配列をBs5)I IIにより消化し、末端をフィルインし、そ のDNAをさらにXhoIにより消化し[Aryaなど9、(1985) 5c ience 229.69〜73におけるtat−mの配列を参照のこと〕、そ して長さ約700ntのtat−m遺伝子セグメントを単離した。ヒ) hsp 70β−ガラクトシダーゼ融合遺伝子を含むプラスミド[3285[I DNA  < p 17からのヌクレオチド−285〜ヌクレオチド+113 [R9V oel1myなど、 、(1985) PNAS 79゜1776〜1780  ; D8BからのフラグメントXbaI 〜XhoI 、 Am1nなど、 、 (1987) Mol、Ce1l Biol、7.1055〜1062を参照の こと〕)をXbaIにより消化しくhsp70 RNAリーダー領域のnt 1 13で切断)、末端をフィルインし、そのDNAをさらに5alIにより消化し くβ−ガラクトシダーゼ遺伝子コード配列の末端で切断)、そしてヒ)hsp7 0プロモーター及びRNAリーダー配列並びに3′ トレイラー及びベクター配 列を含む2つの消化フラグメントのうち大きなフラグメントを単離し、そして上 記tat−mセグメントに連結した。正しい組換え体を産生じ、そして上記のよ うにして同定した。
1.3 p285−cat(対照) pD285DをXbaI−XhoIにより消化した。5′非転写体の285−b p及びヒトhsp 70のRNAリーダー配列の113−bpを含む398−  bp(D得られたフラグメントを、pSV2 catXX(7)Xho I及び XbaI部位に挿入し、hsp70−cat融合遺伝子を含むp285 cat を得た。
1.4 p17env この態様においては、tatタンパク質及びHIVエンベロープタンパク質をコ ードするDNA配列を、熱シヨツクプロモーターの制御下に置いた。請求の範囲 第1項の方法を実施した後、転写及び翻訳生成物の細胞内プロセッシングが生じ た証拠であるLTR誘導性遺伝子の刺激の低下は経験されなかった。pLET  [Guyaderなど、 、(1987) Nature 326.662〜6 69]からの3.8 Kbの5acIフラグメントは、HIV配列〔R及びU3 領域の一部を含むフラグメントを担持する座標nt30〜nt185 、続いて ウィルスgp160. gp120及びgp41 (タンパク質分解性切断によ り与えられる)をコードするnt5232〜8459) 、及びトランス−活性 化因子配列[Wein Hobsonなど9、(1985) Ce11.409 17を参照のこと〕並びに続いて88表面抗原ターミネータ−を含む。このフラ グメントを、P17J。
[[]teanoなど、 、(1987) Gene 49.〜8)のユニーク 5ac1部位にヒ)hsp70プロモーターの制御下で挿入した。
1、5 HIV−LTRノ制御下テノヒト成長ホルモン(hGH)遺伝子。
もう1つの例においては、ヒト成長ホルモン(hGH)it伝子を、次のように して)IIV−LTR配列の制御下に置いたニブラスミドP17hG)lneo  [Bromleyなど、 、(1985) PCT/EP86100451  ]が、hsp To配列とhGH配列との間に位置する部位を5ail及びXb aIにより消化された。同時に、pLTR−catをXhoI及びXbaIによ り消化し; LTR配列を含む0、7 Kbのフラグメントを単離し、そして上 記フラグメント中に挿入し、その得られたプラスミドp17LTRhG)Ine oはhGH遺伝子の後ろにヒ)hsp70及びLTRプロモーターを担持し、そ してpSV2neo [5outhern及びBerg、(1982) J、M o1.Appl。
Gen、 1 、327〜341〕からのネオマイシン転写単位を含む。
hGH発現に関して、トランス−活性化因子タンパク質による刺激下でのp17 LTRhGHneoの性能を、直接的な熱シヨツクプロモーター制御下でのその 遺伝子の性能と比較するために、本発明者は対照としてプラスミドI)17hG Hneoを用いた。
このプラスミドは、ヒ)hsp70遺伝子プロモーターの発現制御下に置かれた hGH遺伝子を含み;このプラスミド構造は前に記載された(上記Bormle yの文献を参照のこと)。
2)遺伝子発現実験 2.1 )1eLa細胞におけるLTR−cat発現。
LTR−cat遺伝子は、tat−mの存在下で(但し、tat −■の不在下 ではない)、catの合成を効果的に指図することが見出された。catの存在 及びその濃度は、Gormanなど1、(1982)、 PNAS 79.67 77〜6781の技法により確かめれた。
)1eLa細胞を、285−catプラスミド構成体、ヒトhsp70−cat 融合遺伝子(対照)又はLTR−cat及び)Is−tat−mの混合物により 、DEAEデキストラン技法に従ってトランスフェクトした。トランスフェクシ ョンの後1日してから、培養物の半分を42℃での3時間の熱処理にゆだね、残 る培養物を37℃で維持した。次に、すべての培養物をさらに37℃でインキュ ベートした。熱処理の後1日又は5日後、細胞を収穫し、抽出物を用意し、モし てcatレベルを決定した[Gormanなど、、(1982)、PNAS 7 9. 6777〜6781’l。
高レベルのcat活性が、熱処理後1日で、285−catを含む細胞に見出さ れた(第1表)。実質的に活性は、熱処理されなかったトランスフェクト細胞に は存在しなかった。熱処理後5日では、ひじょうに低レベル(5倍の低下)のC at活性が、285−cat含有細胞に見出された。これは、Cat産生が熱処 理の後、ひじょうに長い間続かなかったことを示唆する。初日に産生されたca t酵素の多くは、5日後衰退したに違いない。
1日目、LTR−cat及び13−tat−mプラスミドの両者を受けた熱シヨ ツク細胞におけるcatレベルはひじょうに高く、285−cat−含有細胞に おいて達したレベルを相当に越えた。熱処理されなかった比較細胞は何も含まな かった。一層重要なことには、5日後、細胞は1日後に記録されたcat活性の 80%をなお有した。従って、実際の工業用目的のためには、刺激されたL T  Rプロモーターの効力は、ヒト熱シヨツクプロモーターのみよりも一層強く; 従って2種の構成体の組合せは、完全に誘発性であるけれども、強力な遺伝子発 現システムを提供する。cat産生が、熱調節されたtat−TII)ランス− 活性化因子遺伝子からの生成物の影vTにある細胞における合成は、たった1回 の初めの誘発性熱処理の後、数日間続く。
第1表、トランスフェクトされたHELA細胞におけるCat、活性。
プラスミド 誘発 ショック後の日数 285−cat なし 598 HS 14857 LTR−cat /H3−tat−III なし 632 2443HS 23 1756 186427 Mock Co/ HS 370 3252.2 CO3及びWish細胞にお けるLTR−catの発現。
CO8及びWish細胞を、LTR−cat遺伝子のみ、又はpH8−tat( O3−tat−mハイブリッド遺伝子を担持する)又はp17env (O3− gp160ハイブリッド遺伝子を担持する)のいづれかと混合してLTR−ca t遺伝子を含む構造体を用いて、DEAEデキストラン又は塩化カルシウム技法 によりトランスフェクトせしめた。24時間後、プラスミド混合物によりトラン スフェクトされた細胞を43℃で数時間熱処理し、そして37℃で一層インキユ ベーションし、残るトランスフェクトされた培養物を37℃で維持した。細胞抽 出及びcatアッセイを、上記のようにして行なった。
第2表は、CoS細胞を用いての6種の実験及びWish細胞を用いての4種の 実験においては、低レベルのcat活性がpLTR−cat )ランスフェクト 細胞に見出され、ところが同時トランスフェクトされた熱処理細胞においては、 高レベルのcat活性が存在したことを示す。p17envによる活性化の平均 割合は、それぞれCO8及びWish細胞において48及び8.5である。活性 化のレベルは、pH5−tat又はp17envを用いる場合、実質的に同じで あることが注目されるべきである。
これらの結果は、LTR−tatにより調節されたプロモーターシステムの強さ の他に、tat活性化が、ハイブリッド遺伝子(この生成物は、トランス−活性 化因子自体を与えるためにプロセッシングを受ける)により得られることを示す 。
第2表 トランスフェクトされたCO8(A)及びWistl細胞(B)におけるcat のレベルの比較。
pLTR−cat 215 1064 3382 259 420 8285p LTR−cat 2795 90035 111016 34913 743  168825+ p17env pLTR−cat 21737 31737 170104+pus−tat pLTR−cat 281 199 678 239pLTR−cat 984  613 8408 3548+p17env 2.3 ヒト成長ホルモン(hGH)の発現。
cat遺伝子についての前記例に開示されている方法に類似する方法で、hGH 遺伝子を含むプラスミドの発現を分析した。これらの発現実験においては、CO Sモンキー細胞が、hGHの過渡発現がこれらの細胞において有効であることを 示す実験のために選択された。2種のグループの実験を行なった。第1グループ (第3表)においては、培養細胞〔10%ウシ胎児血清(Fe2)により補充さ れたDulbecco培地10m1を含む100mmの直径の皿当り4.106 個)を、DEAEデキストラン方法を用いてトランスフェクトせしめた。2日後 、試験細胞を43℃で2時間加熱した。(対照は37℃で維持された)。次に、 産生されたhGHO量を、5日間(1,3及び5日後)にわたって確かめた。測 定は、5ensibead EIA。
Terumo Medical Corp、により供給されるELISAキット を用いて行なわれた。培地は、それぞれのサンプリングの後、交換された。1回 の実験は、プラスミドp522dhfr、すなわちPCT/EP8610045 1に開示されるβ−ガラクトシダーゼ含有プラスミドを含む。
第3表:トランスフェクトされた細胞によるhGHの分泌。
熱シヨツク後の日数 p17hGHneo +20 なし O<5 <5)Is−tat−III 4  O3<5 <5 <5p17LTRhGHneo 20 なし 14 40  21H3307045 p17LTRhGHneo+20 なし 36 70 52H3−tat−m  4 O3100165100p522dhfr 20 O3<1 <1 <1他 のグループの実験においては(第4表)、細106個又はそれ以下の細胞を、1 0%PC3により補充されたDulbecc。
培地50m1を含む60mm皿上でインキュベートせしめた。トランスフェクシ ョンをDEAEデキストラン方法を用いて行ない、そして実験の残りは、第1グ ループの実験に示されるようにして行なわれた。トランスフェクションの後、3 日目、細胞を75cm2フラスコ中に分散した。実験が2又はそれ以上のくり返 しから成る場合、hGHを測定する前、アリコートがプールされた。
第4表 熱シヨツク後の日数 P17hGHneo 5 2 なし 0 2 0H3210 p17hGHneo + 5 2 なし 0 3 0HS−tat−m 5 3  O3310p17LTRhGHneo 5 2 なし 71483 O382 510 p17LTRhGHneo+ 5 2 なし 8339HS−tat−m 1  3 O3356415p17LTRhGHneo+ 5 2 なし 12 54  13HS−tat−m 5 3 O3256413p522dhfr 5 2  O3OO<2第3及び4表からの結果は、十分に予測どおりである。
hGHの合成及び成長培地中への分泌は、熱ショックの後、p522dhfrに 関しては実質的にゼロであることが見うけられる。
熱ショックの不在下で、P17hGHneoの応答はまた、熱ショックの後とる に足らないけれども、負である。p17LTRhGHneoによりトランスフェ クトされた細胞は、熱誘発なしに有効なレベルでhGHを産生じ、そしてこの産 生は、トランスフェクションの後、3及び5日目まで継続することが見うけられ る。
発現レベルの有意な上昇が、細胞が1回の熱ショックにゆだねられる場合に得ら れ、そしてこの上昇は、それぞれアッセイされた期間の後、明らかである。プラ スミドP17LTRhGHne。
及びO3−tat−mが5=1の重量比でCO8細胞中にトランスフェクトされ る場合、対照温度でのhGH発現レベルは、hGH含有プラスミドが単独で使用 される場合に得られるレベルに匹敵する。両プラスミドによりトランスフェクト された細胞の1回の熱ショックの後、hGH発現の有意な上昇が観察され、そし てこの上昇は実験の5日目まで維持される。
本発明者は、cat遺伝子を用いて得られる初期結果が、この遺伝子が真核生物 の分泌可能なタンパク質、すなわちhGHのための遺伝子と交換される場合にひ じょうに再現されることを上記実験から結論づける。これらの2種の遺伝子によ る結果の間の有意な差は、cat発現のための)IeLa細胞及びhGH発現の ためのCO8細胞の使用から推定される。
CO8細胞はhGH発現のために選択され、そしてこれは、Sν40ウィルスに 起因する複製の起点を担持するプラスミドベクターがこれらの細胞中でひじょう に増幅され得る事実による[Gluzman Y、、 (1982)、 Co1 d Spring Harbor LaboratoryPress、 NY  )。過渡発現のための細胞のこの選択は、cat及びhGH産生をアッセイする ために使用される試験の感受性の差異により必要とされる。catと比べて、対 照レベル以上の熱ショックでのhGHの産生レベルのかなりの低い差異は、たぶ ん、幾分かはhGHを含むプラスミドの増幅の結果、及び個々のCO8細胞によ り効果的に取られるそれぞれのプラスミドの割合に基づく結果である。本発明者 は、それぞれ異なった割合の同時トランスフェクトプラスミドが使用される場合 、CO8細胞におけるhGH産生の割合の変化を観察した。
この点を探究するための初期試みは、第4表の結果により確認される。この独立 した一連の実験においては、COSモンキー細胞におけるhGHの発現のために 得られた結果は、第3表に見られる結果にひじょうに類似する。CO8細胞にお けるくり返しの過渡発現アッセイの実験条件による定量的差異が存在するが、し かし定量点の見解から、tat−mの熱シヨツク発現の効果は、この遺伝子がL TRの制御下に置かれる場合、hGHの産生を明らかに高める。LTR(p17 LTRhGHneo)の単なる制御下でのhGHの比較的重要な発現は、CO8 細胞中に生じる少なくともプラスミド増幅の条件下でこのプロモーターの基礎レ ベルを示すことができる。
このプラスミドが、2種の重量比のH3−tat−m (1二1及び5:1)に より及び熱ショックの不在下で同時トランスフェクトされる場合の高いレベルの hGH産生は、たぶんH3−tat−mにおける熱シヨツク制御のわずかな漏れ の結果である。再びこの結果は、プラスミド増幅による過大視であり、そして明 らかにひじょうに低い最のtat −I[I生成物がLTR活性に対して相当な 効果を有すると思われることが注目されるべきである。1leLa細胞における catの発現のために観察される相当に強い制御は、このCO8細胞結果の説明 を支持するよう思われる。それにもかかわらず、第1〜4表のデータのセットの それぞれに明らかな証拠が存在する。すなわち本発明に記載される発現システム は、熱シヨツクプロモーターのみの使用よりも両者においてが相当に強力である ことが示される。さらに、初期の熱ショックの後、数日間の連続した発現の実際 の利点は、細胞がそれらの正常な増殖温度に戻された後、多くの真核生物のタン パク質の産生の商業的規模においてひじように重要なものであろう。
国際調査報告 1IIl−P11#””11jl”k”””嘩−PCT/EP88100640 国際調査報告 ゛

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.内因性活性化因子により調節されるプロモーターの発現制御下に置かれた対 象の遺伝子によりコードされるタンパク質を産生するための方法であって: 1)第1のハイブリッド遺伝子(1)を合成し、活性化因子タンパク質により刺 激され得るプロモーター配列の転写制御下に前記対象の遺伝子を組み入れ; 2)第2のハイブリッド遺伝子(2)を合成し、真核生物の誘発性プロモーター の制御下に前記活性化因子タンパク質を発現するための遺伝子を組み入れ; 3)前記第1及び第2のハイブリッド遺伝子をその中で発現するための適切な真 核生物宿主細胞系を選択し;4)前記第1及び第2のハイブリッド遺伝子を前記 宿主細胞中に導入し、それらを選択及び増殖にゆだね、そして増殖された細胞に ストレスをかけ、それによって活性化因子タンパク質を、前記第1の遺伝子の発 現を刺激するために前記第2の遺伝子により産生することを含んで成り、前記ス トレスを連続的に産生する前記活性化因子の量が、前記第2の遺伝子が正常に戻 された後の時間よりも相当に長い期間、前記対象のタンパク質の産生を促進する のに十分であることを特徴とする方法。
  2. 2.前記第1の遺伝子におけるプロモーターがレトロウイルスの長い末端反復( LTR)配列であり、そして前記活性化因子タンパク質がトランス−活性化因子 タンパク質であり、両者はHIVに由来し、そして前記第2の遺伝子における誘 発性プロモーターが真核生物の熱ショックプロモーターである請求の範囲第1項 記載の方法。
  3. 3.前記ハイブリッド遺伝子(2)の熱ショック制御されたDNAがHIVエン ベロープ配列(中でも糖タンパク質配列)を含み、この発現生成物は、トランス −活性化因子タンパク質を与えるために細胞内プロセッシングを受ける請求の範 囲第2項記載の方法。
  4. 4.前記ハイブリッド遺伝子が、トランスフェクション及び/又は感染により前 記宿主細胞中に導入されるDNAトランスファーベクターにより運はれる請求の 範囲第2又は3項記載の方法。
  5. 5.前記DNAベクターがプラスミド、コスミド又はウィルスDNAである請求 の範囲第4項記載の方法。
  6. 6.前記ハイブリッド遺伝子(1)及び(2)が、2種の独立した又はたった1 種のトランスファーベクターにより運ばれる請求の範囲第4項記載の方法。
  7. 7.前記ハイブリッド遺伝子(1)が、クロラムフェニコールトランスフェラー ゼ、すなわちcatをコードするDNAフラグメントに約0.7Xbの HIV −LTR領域を連結することによって調製されたプラスミドpLTR−catに 属し、そして前記ハイブリッド遺伝子(2)が、ヒトhsp70遺伝子プロモー ター及びRNAリーダー配列に連結されたHIVプロウイルスのゲノムを担持す るプラスミドのtat−III遺伝子から調製されたプラスミドHS−tat− IIIに属する請求の範囲第4項記載の方法。
  8. 8.前記ハイブリッド遺伝子(1)を担持するプラスミド、p17LTRhGH neoが、ヒト成長ホルモン(hGH)遺伝子に関連する約0.7KbのHIV −LTR領域を含み、そして前記ハイブリッド遺伝子(2)がHS−tat−I IIプラスミドに属する請求の範囲第4項記載の方法。
  9. 9.前記宿主細胞が、培養培地中における生体外培養により、又は温血動物中に おける生体内培養により増殖される請求の範囲第2又は3項記載の方法。
  10. 10.適切に選択された宿主細胞中での対象のタンパク質の発現のためのDNA システムであって、(1)トランス−活性化因子タンパク質によりそれ自体刺激 された、HIVからの長い末端反復(LTR)プロモーター配列の制御下で前記 タンパク質をコードする1又は複数の遺伝子から成る遺伝子的に構築された第1 構造体、及び(2)真核生物起源の連結された熱ショックプロモーターの運転作 用下でこのトランスー活性化因子タンパク質のその場での発現のための遺伝子か ら成る第2構造体〔ここで両構造体(1)及び(2)は前記宿主細胞に導入され る〕を含んで成るDNAシステム。
  11. 11.前記両者(1)及び(2)が、1種の単一DNAベクター上に担持される 単一の組換えDNA構造体に属する請求の範囲第10項記載のDNAシステム。
  12. 12.前記構造体(1)及び(2)が、2種の別々のトランスファーベクターの 2種の独立したDNA構造体に属する請求の範囲第10項記載のDNAシステム 。
  13. 13.前記トランスファーベクターが、プラスミド、コスミド又はウィルス配列 である請求の範囲第11又は12項記載のDNAシステム。
  14. 14.前記トランスファーベクターが、クローニングの間、菌株の同定のために 腫瘍又は抗生物質耐性配列を担持する請求の範囲第13項記載のDNAシステム 。
  15. 15.遺伝子増幅のための配列、たとえばメトトレキセートの存在下で作用する ジヒドロキシフォレート遺伝子をさらに含んで成る請求の範囲第10項記載のD NAシステム。
  16. 16.前記DNAベクターがさらに、エピソーム複製配列を担持する請求の範囲 第11〜15項記載のDNAシステム。
  17. 17.前記トランス−活性化因子遺伝子を、tat−I、tat−II及びta t−IIIから選択する請求の範囲第10項記載のDNAシステム。
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