JPH05252936A - 大腸菌及びシュードモナスに於ける正確に処理されたヒト成長ホルモンの分泌 - Google Patents

大腸菌及びシュードモナスに於ける正確に処理されたヒト成長ホルモンの分泌

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JPH05252936A
JPH05252936A JP4276348A JP27634892A JPH05252936A JP H05252936 A JPH05252936 A JP H05252936A JP 4276348 A JP4276348 A JP 4276348A JP 27634892 A JP27634892 A JP 27634892A JP H05252936 A JPH05252936 A JP H05252936A
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coli
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グレゴリイ・ローレンス・グレイ
Herbert L Heyneker
ヘルベルト・ルイス・ヒンケル
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、シグナルペプチドを有するヒト成
長ホルモン(hGH,プレヒト成長ホルモン)の大腸菌
coli)及びシュードモナス(Pseudomonas
内での産生、並びにシグナル配列をタンパクのhGH部
分から開裂して成熟hGHを生成するための細菌宿主に
よる未処理(プレ)タンパクのプロセッシングに係る。 【構成】 ヒト成長ホルモンを含有する組換え原核生物
宿主細胞であって、前記ホルモンのアミノ酸配列が天然
に存在するヒト成長ホルモンのアミノ酸配列から成り、
前記ホルモンはその天然環境で付随する他のタンパクを
含んでおらず、かつ外来のN−末端メチオニンを有する
成熟ヒト成長ホルモンも含んでおらず、前記ホルモンは
前記原核生物宿主によって産生されたものであることを
特徴とする組換え原核生物宿主細胞。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は、シグナルペプチドを有するヒト
成長ホルモン(hGH,プレヒト成長ホルモン)の大腸
菌(coli)及びシュードモナス(Pseudomonas
)内での産生、並びにシグナル配列をタンパクのhG
H部分から開裂して成熟hGHを生成するための細菌宿
主による未処理(プレ)タンパクのプロセッシングに係
る。
【0002】ヒト成長ホルモン(hGH)はヒト下垂体
で分泌される。hGHは成熟形態では191個のアミノ
酸からなり、分子量が約21,500であり、従ってイ
ンシュリンの3倍以上も大きい。組換DNA技術が出現
する前のhGHは限られた入手源、即ちヒトの死体の下
垂体からやっかいな抽出によってしか得られなかった。
hGHはやけど、創傷の癒合、ジストロフィー,骨の癒
着,胃の散在性出血及び偽関節症の処置に有効であるこ
とが提案されていたにもかかわらず、前記のようにこの
物質は少量でしか得られないためその応用は下垂体機能
低下小人の治療に限られていた。実際、手に入り得るデ
ータから見積ると、組織から得られるhGHは下垂体機
能低下小人患者の約50%に対処する量でしかない。こ
のようにhGHを他の用途に利用することは不可能であ
る。
【0003】近年、組換宿主細胞,特にcoli
よって下垂体機能低下小人及びhGHが有効な他の症状
の処置に充分な量でhGHを産生し得ることが開示され
た。例えば米国特許第4,342,832号参照。この
ような技術の進歩は後述の理由でhGHによって改善さ
れる見込みのある病状等に悩む人々にとっては恵みとな
るが、米国特許第4,342,832号の方法を使用し
て得られるhGHは、天然のhGHには見られないアミ
ノ酸メチオニンがタンパクのN−末端に付いたhGHを
少なくとも実質的な量で含有する。この多少異なるhG
Hが感受性の個体に対する何らかの重大で望ましくない
副作用を生ずるかどうか証拠はないが、ともかくその構
造は「成熟」hGHとは異なるものである。ヒトの体内
で産生されるホルモンとは多少異なるホルモン,例えば
牛や他の動物の組織から抽出して得られた種々のインシ
ュリンが多年に亘りヒトの病気の治療に有効に使用され
てきた。それにもかかわらず、組換DNA技術の出現に
よって、体内で産生されるインシュリンと正しく同じア
ミノ酸配列を有するインシュリンを得ることが可能にな
った。これによって科学的のみならず医学的にも大きく
進歩した。即ち、ヒトインシュリンの製造方法を利用す
ることによって、動物のインシュリンを摂取した糖尿病
患者に起こる有害な副作用の危険が低下するからであ
る。従って、天然に存在するものとは少しだけ異なる活
性形態のhGHが利用できるにもかかわらず、アミノ酸
含量に於いて下垂体が産生するhGHの191個のアミ
ノ酸だけから成るhGHを有利に取得する必要性があ
る。更に、本発明はmetのないhGHを産業上利用し
得る量で産生する方法を開示する。
【0004】形質転換した微生物宿主中で異種hGHを
発現するためのベクターを得るのに組換DNA技術を使
用することは今では充分に確立された科学である。この
分野での最初の成功は、グラム陰性菌coliの菌
株,例えばcoliK−12株294を用いて達成
された。
【0005】しかしながら、複雑な異種ポリペプチドを
得るために微生物宿主としてcoliを使用するこ
とには制限がある。比較的小さいポリペプチドは、宿主
によって減成分解されるのを防ぐため、標的ポリペプチ
ドが大きいポリペプチドの1部として産生される融合タ
ンパクとして得なければならない。多くの場合、融合タ
ンパクとして産生された小タンパクは大きい分子から何
らかの方法で開裂して有用な産物を得なければならな
い。
【0006】大きい異種タンパクは細胞によって減成さ
れることがなく、適切に配置された開始コドンを含む直
接発現用遺伝子が適切なプロモーター遺伝子,例えば良
く知られたlacプロモーターに結合されていれば直接
に産生することができる。mRNAのコード配列の翻訳
開始シグナルは、アミノ酸メチオニン(Met)をコー
ドしているATG遺伝子コドンから生成したAUGであ
る。原核生物のあるものは得られるタンパクのN−末端
Metを除去しないので、細菌宿主中細菌のプロモータ
ーの制御下で異種DNAを発現させると時々第一アミノ
酸がメチオニンであるようなタンパクが得られる。例え
coliでのhGH産生に関する今日までの結果
が示しているところでは、宿主細胞は細胞内でメチオニ
ンを開裂するという限られた能力しか有していない。
又、細胞外で開裂する便利な方法もない。従って、前記
したように、米国特許第4,342,832号の方法に
よって微生物内で発現したhGHは、少なくとも実質的
な部分はメチオニン残基が付いている産物であり、この
メチオニンは、ある種の環境では、このタンパク産物を
治療用途に用いた場合異種タンパクとして認識させ得
る。
【0007】天然に存在する多くのタンパクは通常の環
境では最初付加的なペプチド配列が付いた形で発現され
る。この付加的ペプチド配列により、タンパクはそれが
製造された細胞の細胞膜を通過し得るようになる。この
ようにして開裂されるこの付加的ペプチドは「シグナ
ル」ペプチドと称される。シグナル配列の遺伝子を含有
する異種遺伝子が細菌プロモーターの制御下に配置され
且つ細菌が細胞内でシグナル配列を開裂すると、メチオ
ニンの付いていない成熟タンパクが得られるであろう。
しかし、宿主によって開裂されないと、シグナル配列は
細胞外では容易に開裂できないので成熟タンパクの単離
が複雑になる。
【0008】「未成熟」タンパク,即ちシグナル配列と
結合した所望のタンパクをcoliで産生しようと
いう努力が払われたが、coliの如きグラム陰性
菌はこのタンパクのシグナル配列を有効に開裂処理しな
いことが示唆されている。小さいタンパクであるプレプ
ロインシュリンはcoli中で部分的にプロセッシ
ングを受けてシグナルペプチドが除去されることが示さ
れた。しかしながら、線維芽細胞インターフェロン及び
白血球インターフェロンのような大きな分子ではうまく
いった例はない。線維芽細胞インターフェロンの場合
は、生物学的に活性な物質は産生されなかった(Tanigu
chi, T. et al., Proc. Natl. Acad. Sci., USA , 7
7, 5230〜5233 (1980) )。白血球インターフェロンの
場合は、生物学的に活性な物質が産生されたが、輸送さ
れず又適格なプロセッシングもされなかった。
【0009】予期に反し本発明者等は、プレ−hGHの
遺伝子、即ち成熟タンパクの191個のアミノ酸及びそ
のシグナルペプチドの26個のアミノ酸をコードしてい
る遺伝子がグラム陰性菌中で発現されてプレhGHが得
られ、このプレhGHは次に細胞内でプロセッシングを
受けて成熟タンパクからシグナルペプチドが開裂される
ことを発見した(プレhGH又はプレタンパクとは、天
然環境下で所望タンパクを分泌させるシグナル配列を含
有する所望のタンパクを意味する)。その結果としてh
GHが成熟形態で、天然環境では関連結合している他の
タンパクを含まない状態で得られる。即ち、本発明方法
を使用すると、ヒト由来のタンパクを含まないhGH
を、天然に存在するタンパクのアミノ酸配列に加えて余
分なメチオニンを含まない形態で産業上有用な量で得る
ことが可能になる。
【0010】又、本発明は、coliとPseud
omonasの両方及び他の原核生物細菌種で使用する
ことができる、未成熟タンパクの遺伝子の発現用複製可
能ベクターをも提供する。更に本発明は、このようなベ
クターで形質転換された原核生物宿主を提供する。
【0011】従って本発明の目的は、組換DNA技術に
よってhGHを得るための改良方法である。
【0012】他の目的は、天然の形態には見られない付
加的アミノ酸を含有しないhGHを取得することであ
る。
【0013】これらの目的及びその他の目的の達成は、
以下に記載する好ましい態様から明らかになるであろ
う。
【0014】本発明の一般的手順は、宿主原核細胞内で
複製可能であり且つ発現を司どるDNAに有効に(発現
するように)連結されている未成熟hGHの発現をコー
ドしているDNA配列を含有する発現ベクター又はクロ
ーニングベヒクルの調製である。本明細書中で使用する
「原核生物」という用語は、核を含有せず従ってその染
色体が細胞質から分離されていない細胞を意味する。原
核生物は例えば細菌を包含するが酵母の如き有核微生物
は包含しない。
【0015】特定的には、プラスミドは、プレhGHを
発現し且つプレhGHからシグナル配列を開裂処理する
という細菌宿主の能力を示すべくcoli及びPs
eudomonas菌株の双方を形質転換するために使
用し得る発現ベクターとして構築した。
【0016】既に示されているように、coli
で異種DNAを発現すべく改良された基本的プラスミド
であるcoliプラスミドpBR322は、広範囲
の宿主でクローン化されると、Pseudomonas
Ps.)aerugenosa.)中に安定に維
持でき、同様にcoliプラスミドであるスルホン
アミド耐性(SuR ),ストレプトマイシン耐性(Sm
R )のプラスミドpRSF1010も同じである。 Woo
d et al., J. Bacteriol., 14, 1448 (1981)及び Saka
gouchi, Current Topics in Microbiology and Immun
ology, 96, 31(1982) 参照。従ってhGHをコードして
おり且つcoliPs.双方の菌株を形質転換す
るのに使用し得るプラスミドを得るために、タンパクの
発現用遺伝子を含有するハイブリッドプラスミドをpB
R322及びpRSF1010から調製した。
【0017】未成熟hGH,即ちシグナル配列の26個
のアミノ酸に結合したhGHの191個のアミノ酸の発
現をコードするプラスミドの構築を図1Bに示す。この
構築には、de Boer, H. et al., Promoters : Structu
re and Function, eds. Rodriguez, R. and Chamberli
n, M. J. (Praeger, New York), 462-481 (1982) に記
載されているpBR322誘導体、即ちpHGH207
−1を使用する。
【0018】図1Bに示したpHGH207−1をEc
RIで部分消化し、最大断片をポリアクリルアミドゲ
ル電気泳動で精製した。この断片からDNAポリメラー
ゼKlenow断片を用いて第2鎖を合成(second str
and synthesis )し、T4DNAリガーゼを用いて結合
して、trpプロモーター‐リボゾーム結合部位とhG
H構造遺伝子との接合部に唯一のEcoRI部位を有す
るプラスミドpHGH207−1* を形成した。pHG
H207−1* PstIで部分的に開裂し、最大断片
をポリアクリルアミドゲル電気泳動で精製した。この断
片からDNAポリメラーゼKlenow断片を用いて第
2鎖合成し、T4DNAリガーゼを用いて結合して、h
GH構造遺伝子中に唯一のPstI部位を有するプラス
ミドpHGH207−1* −APSを作成した。pHG
H207−1* −APSをEcoRI及びPstIで完
全に消化し、最大断片をポリアクリルアミドゲルを用い
るゲル電気泳動によって精製した。この断片はtrp
ロモーターと成熟hGH遺伝子の5′端を含有してい
る。
【0019】図1Bに示した第2のプラスミドpHGH
cDNAを Martial et al., Science , 205, 602-
606 (1979)に記載の如く調製し、HpaIIで処理してh
GHのシグナルペプチドDNA配列と成熟hGHのアミ
ノ末端部分との大部分をコードしている462塩基対
(bp)断片を切除した。この断片をポリアクリルアミ
ドゲルを用いるゲル電気泳動で精製した。この断片を
stIで消化してhGHのシグナルペプチドDNA配列
と成熟hGHのアミノ−末端部分との大部分をコードし
ている192bp断片を切除した。この断片をポリアク
リルアミドゲルを用いるゲル電気泳動によって精製し
た。
【0020】図1Aに未成熟hGHのシグナルポリペプ
チドのアミノ酸配列とmRNA配列とを示す。この配列
は細菌中での翻訳開始シグナルとなるf−Metのコド
ンAUGを有しており、更に5′端近くにHpaII部位
を有している。シグナル配列の遺伝子を完全にすると共
EcoRI及びHpaII部位を形成するために、図1
Bに示す2個の合成オリゴヌクレオチドをCrea, Proc.
Nat′l . Acad. Sci ., USA , 75, 5765 (1978)
の改良トリエステル法で合成した。2個の合成オリゴヌ
クレオチドの各5μgの試料をGoeddel et al., Proc.
Nat′l . Acad. Sci. USA, 76, 106 (1979)に記載の如
くT4ポリヌクレオチドキナーゼ及び[γ−32P]AT
P(NEN)を用いてリン酸化した。次にこれら反応生
成物を混合し、90℃で5分間加熱し、次いで22℃に
冷却することで2個の分子をアニールした。
【0021】断片pHGH207−1及びpHGHcD
NA並びに合成オリゴヌクレオチドを、T4リガーゼを
用いる3断片結合法(three way ligation)によって結
合して図1Bに示すプラスミドpPreHGH207−
1を得た。このプラスミドpPreHGH207−1を
coliK−12株294(coli294)
中でクローン化した。このcoli294は197
6年10月28日にAmerican Type Culture Collection
に寄託されており、ATCC受託番号は31446であ
る。このプラスミドをTcR のコロニーから単離した。
trpプロモーター並びにhGHシグナルポリペプチド
及びアミノ末端アミノ酸のコドンを含有する領域のヌク
レオチド配列はジデオキシチェインターミネーション法
で確認した。Messing, J., Crea, R., and Seeburg, P.
H., Nucleic Acids Res ., 9,309-321 (1981)参照。
【0022】pPreHGH207−1及びpHGH2
07−1をXbaI及びBamHIで消化した。pPr
eHGH207−1の小さい方の断片をゲル電気泳動で
精製した。この断片はプレhGH遺伝子全体を含有す
る。pHGH207−1の大きい方の断片をゲル電気泳
動で精製した。この断片はtrpプロモーターを含んで
いる。これら2個の断片を混合し、T4DNAリガーゼ
で処理するとプラスミドpPreHGH207−2が得
られた。このプラスミドはtrpプロモーターとプレh
GH遺伝子を含有する。pPreHGH207−2及び
pRSF1010をEcoRIで処理し、T4リガーゼ
で結合してプラスミドpRPH−2を得た。このプラス
ミドを使用してcoli294を形質転換した。p
RPH−2をTcR 及びSmR を示すコロニーから得
た。
【0023】発現ベクターpRPH−2を使用して
.株PAO2003を形質転換した。Chandler e
t al., Mutat. Res., 23, 15 (1974) 参照。pRPH
−2で形質転換した細胞を、50μg/mlのテトラサ
イクリンを含むLuriaブロス(LB)中37℃で一
晩対数期まで増殖させた。セルペレットを30mM T
ris, pH8.0, 20△ドデシル硫酸ナトリウ
ム(SDS)に再懸濁し超音波処理した。細胞抽出物
を、Phaedabas hGH PRIST キット(Pharmacia )を用い
るラジオイムノアッセイによって分析するため順次希釈
した。実質的レベルのhGHが確認された(4×102
ng/ml/A550 )。細胞抽出物をポリアクリルアミ
ドゲル上12.5%SDS中で電気泳動した。抗−hG
Hウサギ抗−血清(Kabi社製)と 125I−標識Pr
otein Aを用いる免疫ブロット技術(immunoblot
ting technique)でhGHを可視化した。オートラジオ
グラフィーにより、細胞抽出物が抗−hGHと反応し真
正下垂体hGHと同じ電気泳動度を有する1種の主成分
を含有していることが判明した。いくらか泳動度の低い
小さいバンドも検出されたが、これは恐らく未処理のプ
レhGHであろう。
【0024】細胞抽出物の主要な反応性成分を精製して
免疫親和力クロマトグラフィー(immunoaffinity chrom
atography )及び高速液体クロマトグラフィーによる均
一成分を得た。アミノ−末端のアミノ酸配列はEdma
nの減成法(degradotion method)によって決定した。
Edman et al, European J. Biochem ., 1, 80 (1967)
参照。その結果均質であり、配列Phe−Pro−Th
r−Alaで始まることが判明した。これは下垂体hG
Hの配列に完全に相当する。
【0025】coliPsputidaのpR
PH−2による形質転換体を用いてプレhGHを発現さ
せ原核生物の開裂によって成熟hGHを得る実験を同様
に行なったところ、coliがシグナルペプチドを
有するインターフェロンのプロセッシングをしないとい
う過去の知見に反して、グラム陰性菌のプレhGHを首
尾よくプロセッシングする能力は普遍的な現象であるこ
とが示された。
【0026】本発明の精神を逸脱することなく好ましい
具体例に種々の改良を加えることができるということ
は、以上の記載から当業者には自明であろう。例えば、
使用する組換宿主がcoliであればプラスミドp
RSF1010を使用する必要は必ずしもない。即ち、
例えば図1A及び図1BのpPreHGH207−1又
はpPreHGH207−2を使用してcoli
で発現させることもできる。従って、本発明は請求項に
記載した法的範囲にのみ限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1Aは天然hGHに結合しているシグナルポ
リペプチドのアミノ酸配列及びmRNA配列を示す図で
ある。
【図2】図1BはhGH発現プラスミドpRPH2の構
築を示す図である。
【図3】図1BはhGH発現プラスミドpRPH2の構
築を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // A61K 35/74 D 7431−4C 37/36 8314−4C (C12N 1/21 C12R 1:19) 7804−4B (C12N 1/21 C12R 1:38) 7804−4B (C12P 21/02 C12R 1:19) 7804−4B (C12P 21/02 C12R 1:38) 7804−4B

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ヒト成長ホルモンを含有する組換え原核
    生物宿主細胞であって、前記ホルモンのアミノ酸配列が
    天然に存在するヒト成長ホルモンのアミノ酸配列から成
    り、前記ホルモンはその天然環境で付随する他のタンパ
    クを含んでおらず、かつ外来のN−末端メチオニンを有
    する成熟ヒト成長ホルモンも含んでおらず、前記ホルモ
    ンは前記原核生物宿主によって産生されたものであるこ
    とを特徴とする組換え原核生物宿主細胞。
  2. 【請求項2】 グラム陰性菌であることを特徴とする請
    求項1に記載の宿主細胞。
  3. 【請求項3】 大腸菌(coli)菌株であることを特
    徴とする請求項2に記載の宿主細胞。
  4. 【請求項4】 菌株が大腸菌(coli)K−12株 294
    であることを特徴とする請求項3に記載の宿主細胞。
  5. 【請求項5】 緑膿菌(Pseudomonas aeruginosa)の
    菌株であることを特徴とする請求項2に記載の宿主細
    胞。
  6. 【請求項6】 菌株PA 02003であることを特徴とする
    請求項5に記載の宿主細胞。
  7. 【請求項7】 シュードモナス・ピュチダ(Pseudomo
    nas putida)の菌株であることを特徴とする請求項2
    に記載の宿主細胞。
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