JPH06205683A - SphI制限エンドヌクレアーゼをコードする単離DNA及び該制限エンドヌクレアーゼを製造するための方法 - Google Patents

SphI制限エンドヌクレアーゼをコードする単離DNA及び該制限エンドヌクレアーゼを製造するための方法

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JPH06205683A
JPH06205683A JP5227992A JP22799293A JPH06205683A JP H06205683 A JPH06205683 A JP H06205683A JP 5227992 A JP5227992 A JP 5227992A JP 22799293 A JP22799293 A JP 22799293A JP H06205683 A JPH06205683 A JP H06205683A
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Abstract

(57)【要約】 【構成】1)Streptomyces phaeoc
hromogenes由来の制限エンドヌクレアーゼ遺
伝子を宿主中に導入して前記制限遺伝子を発現させ、
2)SphI制限エンドヌクレアーゼ活性をコードし発
現するプラスミドを含む宿主を発酵させ、3)SphI
制限エンドヌクレアーゼ活性をコードし発現するプラス
ミドを含む発酵した宿主からSphI制限エンドヌクレ
アーゼを精製することからなる、SphI制限エンドヌ
クレアーゼをクローニングし産生するための方法、並び
にSphI制限エンドヌクレアーゼをコードする単離D
NA。 【効果】実験室でDNAの特徴付け及び再構成を行うた
めの有用な道具である精製された制限エンドヌクレアー
ゼ及び修飾メチラーゼを多量に合成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、SphI制限エンドヌ
クレアーゼと修飾メチラーゼ(modificatio
n methylase)とをコードする組換えDN
A、並びに該組換えDNAからの前記酵素の製造に関す
る。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】制限エ
ンドヌクレアーゼは細菌中に天然に存在する酵素の一種
である。制限エンドヌクレアーゼは、他の混入細菌成分
から精製して、DNAを正確なフラグメントに切断する
ために実験室で使用できる。この性質を利用すれば、D
NA分子を唯一のものとして同定し且つその構成遺伝子
に分別することができる。制限エンドヌクレアーゼは現
代の遺伝子研究に不可欠の道具であることが判明した。
制限エンドヌクレアーゼは遺伝子工学及び分析を実施す
るための手段となる生化学的「はさみ」なのである。
【0003】制限エンドヌクレアーゼは、DNA分子の
特定のヌクレオチド配列(「認識配列」)を認識し、該
ヌクレオチド配列に結合することによって作用する。こ
のようにして結合した制限エンドヌクレアーゼは認識配
列内で、又は認識配列の片側に、DNA分子を開裂す
る。種々の制限エンドヌクレアーゼが種々の認識配列に
対して親和性を示す。これまでに調べられた数百種の細
菌の中で、ほぼ百の異なる制限エンドヌクレアーゼが同
定された。
【0004】細菌は種毎に僅かの制限エンドヌクレアー
ゼしか所有しない性向を有する。エンドヌクレアーゼは
通常、その由来源である細菌にちなんで命名される。例
えば、Haemophilus aegyptius種
は、HaeI、HaeII及びHaeIIIという3種
類の異なる制限エンドヌクレアーゼを合成する。これら
の酵素はそれぞれ配列(AT)GGCC(AT)、Pu
GCGCPy及びGGCCを認識し開裂する。これに対
し、大腸菌(Escherichia coli)RY
13は、配列GAATTCを認識する1種類の酵素Ec
oRIしか合成しない。
【0005】理論に拘束されたくはないが、自然界で
は、細菌細胞が安全に生存する上で制限エンドヌクレア
ーゼが保護的役割を果たしていると考えられる。制限エ
ンドヌクレアーゼは、該酵素がなければ細菌を破壊する
か又は細菌に寄生するであろうウイルス及びプラスミド
のような外来DNA分子による感染に細菌が耐えられる
ようにする。制限エンドヌクレアーゼは、感染DNA分
子の長さを走査して、認識配列が出現する毎に前記長さ
を開裂することにより前記耐性を与える。このようにし
て開裂が行われると、感染遺伝子の多くが失活し、DN
Aが非特異的エンドヌクレアーゼによって更に分解され
るようになる。
【0006】細菌保護系の第2の成分は修飾メチラーゼ
である。この種の酵素は制限エンドヌクレアーゼと相補
的な関係にあり、細菌が自己のDNAを保護し、該DN
Aを外来感染DNAから判別できるようにする手段を与
える。修飾メチラーゼは対応する制限エンドヌクレアー
ゼと同じヌクレオチド認識配列を認識しこれに結合する
が、DNAを開裂する代わりに、メチル基の付加によっ
て前記配列内のヌクレオチドのいずれかを化学的に修飾
する。メチル化の後は、制限エンドヌクレアーゼが認識
配列に結合することも、該認識配列を開裂することもな
い。細菌細胞のDNAは常に自己の修飾メチラーゼの活
性によって完全に修飾される。従って、内因性制限エン
ドヌクレアーゼの存在に対しては全く感受性を示さな
い。制限エンドヌクレアーゼの認識及び攻撃に対して感
受性を示すのは、修飾されていない、従って識別可能な
外来DNAだけである。
【0007】遺伝子工学技術の誕生により、現在では遺
伝子をクローン化し、これらの遺伝子によってコードさ
れるタンパク質及び酵素を従来の精製技術よりも多量に
産生することが可能である。制限エンドヌクレアーゼ遺
伝子のクローンを単離するための鍵は、この種のクロー
ンを、その発生頻度が10-3〜10-4と低いときに、複
雑な「ライブラリー」、即ち「ショットガン」法によっ
て誘導されるクローン集団内で同定する簡単で信頼でき
る方法を開発することにある。この方法は、クローンの
大部分を占める望ましくないクローンが破壊され、希少
な望ましいクローンが生き残るように、選択的であるの
が好ましい。
【0008】タイプIIの制限−修飾系はより高い頻度
でクローン化されている。第1のクローン化系では、バ
クテリオファージ感染が制限エンドヌクレアーゼクロー
ンの同定又は選択手段として使用された(EcoRI
I:Kosykhら、Molec.gen.Genet
178:717−719(1980);HhaII:
Mannら,Gene 3:97−112(197
8);PstI:Walderら、Proc.Nat.
Acad.Sci.78 1503−1507(198
1))。細菌はその中に制限−修飾系が存在していれば
バクテリオファージによる感染に耐えることができるた
め、原則として、クローン化制限−修飾遺伝子を有する
細胞が、ファージの作用を受けたライブラリーからの生
存者として選択的に単離され得る。しかしながらこの方
法の効果には限界があることが判明した。特に、クロー
ン化制限−修飾遺伝子が選択的生存を可能にするのに十
分なファージ耐性を常に示すとは限らないことが判明し
た。
【0009】別のクローニング方法は、プラスミドによ
って運ばれる(plasmid−borne)という特
徴が初期に付与された系を大腸菌クローニングプラスミ
ド中に移す操作を含む(EcoRV:Bouguele
retら、Nucl.Acid.Res.12:365
9−3676(1984);PaeR7:Ginger
as及びBrooks,Proc.Natl.Aca
d.Sci.USA 80:402−406(198
3);Theriault及びRoy,Gene19:
355−359(1982);PvuII:Blume
nthalら、J.Bacteriol.164:50
1−509(1985))。
【0010】第3の方法として、現在のところ活性メチ
ラーゼ遺伝子の選択によってクローン化されている更に
多くの系をクローニングするのに使用されている方法も
ある(例えば、1986年9月3日公開のEPO N
o.:193,413、及びBsuRI:Kissら,
Nucl Acid Res.13:6403−642
1(1985)参照)。制限遺伝子及び修飾遺伝子はし
ばしば密に関係しているため、これらの遺伝子はしばし
ば両方が同時にクローン化され得る。しかしながら、こ
の選択によって完全な制限系が得られるとは限らず、メ
チラーゼ遺伝子のみが得られることもある(BspR
I:Szomolanyiら、Gene 10:219
−225(1980);BcnI:Janulaiti
sら、Gene 20:197−204(1982);
BsuRI:Kiss及びBaldauf,Gene
21:111−119(1983);並びにMsPI:
Walderら、J.Biol.Chem.258:1
235−1241(1983))。
【0011】ある系では、クローニングの問題が、修飾
によって保護されていない宿主中にエンドヌクレアーゼ
遺伝子を挿入する試みに存在し得る。メチラーゼ遺伝子
及びエンドヌクレアーゼ遺伝子を共通のDNAフラグメ
ント上で挿入する場合は、エンドヌクレアーゼ遺伝子が
宿主の遺伝子を開裂する前にメチラーゼ遺伝子が宿主を
修飾又は保護しなければならない。
【0012】これらの系を大腸菌中でクローン化する上
での別の障害が、種々のメチラーゼのクローニングプロ
セスで発見された。多くの大腸菌株(クローニングで通
常使用されているものを含む)はシトシンメチル化含有
DNA(DNA containing cytosi
ne methylation)の導入に耐える系を有
する(Raleigh及びWilson、Proc.N
atl.Acad.Sci.,USA 83:9070
−9074(1986))。従って、どの大腸菌株をク
ローニングに使用するかを熟慮することも必要である。
【0013】精製した制限エンドヌクレアーゼは、そし
て制限エンドヌクレアーゼほどではないが修飾メチラー
ゼも、実験室でDNAの特徴付け及び再構成を行うため
の有用な道具であるため、これらの酵素を多量に合成す
る細菌株を組換えDNA技術によって得ることは商業的
に有利なことである。このような株は、精製操作を容易
にすると共に商業的に有用な量で酵素を産生する手段を
与えるため、有用と思われる。
【0014】
【課題を解決するための手段】発明の概要 本発明は、Streptomyces phaeoch
romogenes(NRRL B−3559)から得
ることができるSphI制限エンドヌクレアーゼ及び修
飾メチラーゼの遺伝子をコードする組換えDNAと、該
組換えDNAから前記酵素を製造するための方法とに関
する。本発明は、制限エンドヌクレアーゼSphI、即
ちDNA配列5’−GCATGC−3’を認識し、該認
識配列内で4塩基3’オーバーハングを残して第2のG
C対の間で開裂を行う酵素(Fuchs,L.Y.,
L.Corvarrubias,l.Escalant
e,S.Sanchez及びF.Bolivar,Ge
ne 10:39−46(1980))を発現する形質
転換宿主にも関する。本発明の方法で産生したSphI
制限エンドヌクレアーゼは実質的に純粋であり、実施例
1のステップ13に記載のように従来技術によって形成
した制限エンドヌクレアーゼ調製物に通常見られる混入
物を含んでいない。SphI制限−修飾系をクローニン
グするための好ましい方法の1つは、適当なベクターを
選択し、Streptomyces phaeochr
omogenes由来DNAを含むライブラリーを幾つ
か形成し、SphI修飾メチラーゼをコードするDNA
を含むクローンを単離し、メチラーゼクローンを含む大
腸菌及びStreptomyces lividans
株におけるエンドヌクレアーゼ活性のアッセイによって
エンドヌクレアーゼ遺伝子の存在の有無を確認し、前記
アッセイによって制限エンドヌクレアーゼが検出されな
かった場合にはクローン化DNAとSphI制限エンド
ヌクレアーゼのアミノ末端との配列決定を行い、これら
の配列の比較によってクローン化DNAフラグメント上
のエンドヌクレアーゼ遺伝子の位置を調べ、エンドヌク
レアーゼ遺伝子の残りを含む染色体DNAをクローン化
し、サザン分析を用いて該クローンのライブラリーをス
クリーニングし、PCRを用いて前記ライブラリーから
エンドヌクレアーゼ遺伝子の残りを増幅し、調節された
プロモーターの後方に完全エンドヌクレアーゼ遺伝子を
クローン化し、これを中間コピー数プラスミド(med
ium copy number plasmid)上
のNlaIIIメチラーゼ遺伝子で予め保護した宿主中
に形質転換する操作を含む。
【0015】発明の詳細 本発明は、SphI制限エンドヌクレアーゼをコードす
る組換えDNA、並びにこのような組換えDNAから製
造した酵素に関する。
【0016】Streptomyces phaeoc
hromogenesからSphI制限エンドヌクレア
ーゼ遺伝子をクローニングすることは極めて困難であっ
た。一般的なメチラーゼ選択法によって得たメチラーゼ
クローンはいずれも完全な制限エンドヌクレアーゼ遺伝
子を含んでいなかった。制限エンドヌクレアーゼの位置
を決定するためには、メチラーゼクローンからのDNA
の配列と精製SphI制限エンドヌクレアーゼから得た
アミノ末端配列とを比較する必要があった。これらの結
果から、完全な制限−修飾系を得るためには約200〜
400bpをクローニングする必要があると推算され
た。しかしながら、従来の方法によって完全な制限エン
ドヌクレアーゼをクローン化する試みは総て失敗に終わ
った。その原因はおそらく、エンドヌクレアーゼ遺伝子
の致死率とSphIメチラーゼ遺伝子の比較的低い発現
とにある。試行された方法には、大腸菌及びStrep
tomyces lividans中で完全な制限修飾
系をクローニングする方法、並びにSphIメチラーゼ
で予め保護した大腸菌又はS.lividans中に制
限エンドヌクレアーゼ遺伝子をクローニングする方法が
ある。制限エンドヌクレアーゼの3’部分は最終的に、
S.phaeochromogenesゲノムDNAの
KasIライブラリーの構築によってクローン化された
(KasIは制限エンドヌクレアーゼ遺伝子内で該遺伝
子の3’末端の下流で開裂する)。PCRを用いてフラ
グメントを増幅することによりライブラリーから単離さ
れた正確なフラグメントはpUC19中にクローニング
された。PCR反応に使用されたプライマーは、制限エ
ンドヌクレアーゼ遺伝子内及びライブラリーの構築に使
用されたベクター内の配列を含んでいた。クローニング
後に、低コピープラスミド上の内因性プロモーターの制
御下でSphIメチラーゼで予め保護したS.livi
dans中で制限エンドヌクレアーゼ遺伝子を再構築す
る試みは総て失敗に終わった。完全な制限エンドヌクレ
アーゼ遺伝子は最終的に、Ptacプロモーターの制御
下で制限エンドヌクレアーゼ遺伝子を再構築することに
よって大腸菌中でクローン化され発現された。使用され
た宿主株は、中位コピー数プラスミドpSYX20上の
NlaIIIメチラーゼで予め保護した大腸菌である。
【0017】Bernanら,ASM Abstrac
ts 89:206(1986)及びBrooksら,
J.Cell.Biochem.Supplement
al14A:106(1990)の報告は、大腸菌宿主
中での発現が見られなくても、制限エンドヌクレアーゼ
遺伝子が部分的PstIライブラリーから単離したメチ
ラーゼクローン上に含まれている可能性があると述べて
いる。これは、Streptomycesから単離され
た別の制限修飾系SalIについても指摘されたことで
ある(Rodicio及びChater,Mol.Ge
n.Genet.213:349−353(198
8)、Slatkoら,未公開の研究成果)。しかしな
がら、DNAの配列決定及びSphI制限エンドヌクレ
アーゼのアミノ末端の配列決定の結果、メチラーゼクロ
ーン上には完全な制限エンドヌクレアーゼ遺伝子は含ま
れてないことが判明した。
【0018】SphI制限遺伝子を好ましくはクローン
化して発現するための本発明の方法は図1に示す通りで
あり、下記のステップを含む: 1. Streptomyces phaeochro
mogenesのDNAを精製する。
【0019】2. 完全SphIメチラーゼ遺伝子をフ
ラグメントに開裂する制限エンドヌクレアーゼ、例えば
PstI又はそのアイソシゾマーのうち任意のもので前
記DNAを完全に及び/又は部分的に消化する。前記フ
ラグメントはクローニング可能な大きさ、即ち約1.5
〜13kbでなければならない。試用した他のエンドヌ
クレアーゼは、ClaI、EcoRI、HindII、
NdeI、NheI、NsiI及びXbaIを含めて、
前述の条件を満たさなかった。
【0020】3. pBR322(又は好ましくは抗生
物質耐性遺伝子中に少なくとも1つのSphI部位を有
する任意の別のベクター)は、テトラサイクリン耐性遺
伝子中にSphI部位を1つ有するため好ましいクロー
ニングベクターである。
【0021】4. 消化したDNAをクローニングベク
ターに連結する。得られた混合物を用いて適当な宿主、
即ちhsdR-、mcrBC-株、例えば大腸菌株RR1
又はK802(それぞれATCC 31343及びAT
CC 33526)を形質転換する。
【0022】5. DNA/細胞混合物を、好ましく
は、形質転換細胞に対して選択的な抗生物質、例えばテ
トラサイクリンを含む富栄養培地にプレーティングす
る。インキュベーション後、形質転換細胞コロニーをま
とめて回収し、一次細胞ライブラリーを形成する。前述
のように、この種の一次細胞ライブラリーは、クローニ
ングエンドヌクレアーゼの様々な組合わせと、それぞれ
のクローニングエンドヌクレアーゼによるStrept
omyces phaeochromogenesDN
Aの完全な又は部分的な消化とを用いて最終的に合計1
0個構築した。
【0023】6. 組換えプラスミドを一次細胞ライブ
ラリーからin totoで精製して一次プラスミドラ
イブラリーを形成する。
【0024】7. 次いで、精製プラスミドライブラリ
ーを、Streptomyces phaeochro
mogenes細胞から調製したSphI制限エンドヌ
クレアーゼ又は任意のSphIアイソシゾマー、例えば
BbvIもしくはPaeIでin vitroで完全に
消化する。SphI制限エンドヌクレアーゼ消化は、修
飾されていないメチラーゼ無含有クローンを選択的に破
壊し、その結果SphIメチラーゼ含有クローンの相対
頻度が増加する。メチラーゼ無含有クローンの破壊を促
進するために、エキソヌクレアーゼ及び/又はホスファ
ターゼを消化に加えてもよい。
【0025】8. SphIメチラーゼクローンの同
定:消化したプラスミドライブラリーDNAを形質転換
によって大腸菌株RR1又はK802のような適当な宿
主に戻し、形質転換コロニーを抗生物質プレート上での
プレーティングによって再び得る。コロニーを採取し、
そのDNAを、SphI修飾遺伝子の存在について下記
のの方法で分析する:プラスミドDNAを精製し、in
vitroでSphI制限エンドヌクレアーゼと共に
インキュベートして、SphI消化に対して耐性である
かどうかを調べる。
【0026】9. メチラーゼ遺伝子がクローン化され
たことが確認されたら、そのクローンをSphI制限エ
ンドヌクレアーゼ活性についてアッセイする。活性が検
出されれば、SphI制限遺伝子はメチラーゼ遺伝子に
結合しており、クローン中に存在することになる。その
場合は、後述のステップ12まで飛び越すことができ
る。制限活性が検出されなければ、それは制限遺伝子が
メチラーゼ遺伝子に結合していないか、又は結合してい
るが完全な状態でメチラーゼ遺伝子と共にクローン化さ
れてはいないか、又は完全な状態でクローン化されてい
るが発現はされていないことを意味する。これら3つの
可能性のうちのいずれが現実のものであるかを調べるた
めに、クローン化フラグメントの制限地図を作り、欠失
を形成して、クローン化フラグメント内のメチラーゼ遺
伝子の相対位置を決定する。次いでこの情報を用いて、
制限遺伝子が結合しているものと仮定して、その制限遺
伝子をコードするのに十分なDNAがメチラーゼ遺伝子
のいずれかの側面に存在しているかどうかを調べる。D
NAが十分に存在していれば、制限遺伝子は結合してい
ないか、又はクローン中に存在していても発現されては
いないとみなされる(ステップ10に進む)。本発明の
PstIクローンpSphM6.0の場合のように、ク
ローン化DNA内でメチラーゼ遺伝子の両側に、結合制
限遺伝子をコードするのに十分な余地(room)が存
在していなければ、メチラーゼ遺伝子の一部分を用いて
Streptomyces phaeochromog
enes染色体の消化物をプローブし、サザンハイブリ
ダイゼーションによって、既存のクローン化DNAの境
界を超えて延びる領域のゲノム地図を形成する。このデ
ータは、制限−修飾領域をメチラーゼ遺伝子とより多く
の隣接DNAとを有する個々のフラグメントに開裂する
特定のエンドヌクレアーゼを同定するのに役立つ。この
ようなエンドヌクレアーゼによって形成されたフラグメ
ントの正確な大きさも前記データから計算される。制限
遺伝子と修飾遺伝子とが結合していれば、前述のような
フラグメントは制限遺伝子もコードすると考えられる。
【0027】10. Streptomyces又はN
ocardiaから単離した制限−修飾系に関する過去
の実験では、制限エンドヌクレアーゼ遺伝子を有するク
ローンは通常の粗細胞抽出物アッセイでは同定できない
ことが判明した。これは、大腸菌中での前記遺伝子の発
現度が低いためである。しかしながら、Nocardi
a及びStreptomyces由来の遺伝子は、St
reptomyceslividans中でクローニン
グするとしばしば検出可能な度合いまで発現し得る。メ
チラーゼ遺伝子を含み、場合によってはエンドヌクレア
ーゼ遺伝子も含むクローンpSphM6.0からのフラ
グメントを、pIJ486のようなStreptomy
cesベクター(Ward,J.M.ら,Mol.Ge
n.Genet.203:468−478に記述されて
いる)上にサブクローニングし、S.lividans
中に形質転換する。得られたS.lividans中ク
ローンをメチラーゼ及びエンドヌクレアーゼ遺伝子発現
について調べる。S.lividans中クローンから
発現されたエンドヌクレアーゼが存在すれば、エンドヌ
クレアーゼ遺伝子はクローン化されてはいるが大腸菌中
では発現されないことになる(ステップ12に飛び越
す)。本発明の場合のように発現が見られなければ、S
phIエンドヌクレアーゼをStreptomyces
phaeochromogenesからできるだけ均
質に精製し、最初の10〜20のアミノ酸のアミノ末端
配列を決定する。このタンパク質配列情報をメチラーゼ
クローンの翻訳されたDNA配列と比較して、エンドヌ
クレアーゼ遺伝子がそのクローン化フラグメント上に存
在するかどうかを調べ、存在していれば、エンドヌクレ
アーゼ遺伝子の出発点がフラグメント上のどの位置に当
たるかを調べる。これと同時に、タンパク質ゲルによっ
て制限エンドヌクレアーゼタンパク質の大きさは約27
kDであると決定される。これは、エンドヌクレアーゼ
遺伝子をコードするのに必要なDNAの量が約0.8k
bであることを意味する。SphI制限エンドヌクレア
ーゼを有するクローンは、エンドヌクレアーゼのアミノ
末端に関連した配列を含み、且つ前記配列の下流に少な
くとも0.8kbのDNAを有するものであると同定さ
れている。しかしながら本発明では、単離したメチラー
ゼクローンのいずれも、エンドヌクレアーゼ遺伝子を完
全にコードするのに十分なDNAをエンドヌクレアーゼ
出発点の下流に含んでいないことが判明した。
【0028】11. SphI制限エンドヌクレアーゼ
遺伝子の残部のクローニング:完全な制限エンドヌクレ
アーゼ遺伝子をメチラーゼ遺伝子と共に又はメチラーゼ
遺伝子なしに、保護してない、又はSphIメチラーゼ
で予め保護した大腸菌又はS.lividans宿主中
にクローニングする試みは総て失敗に終わった。Sph
I制限エンドヌクレアーゼ遺伝子を得るためには、まず
制限エンドヌクレアーゼ遺伝子の3’部分だけをクロー
ニングする必要がある。サザンブロット分析で決定され
るように制限エンドヌクレアーゼ遺伝子内で3’末端の
下流で切断を行う制限エンドヌクレアーゼを用いてS.
phaeochromogenesゲノムDNAのライ
ブラリーを構築する。ライブラリーが得られれば、Gr
unsteinコロニー又はサザンハイブリダイゼーシ
ョンによって制限エンドヌクレアーゼ遺伝子の3’部分
を含む正確なクローンを同定し、次いでPCR増幅を用
いてライブラリーから単離もしくは増幅することができ
る。制限エンドヌクレアーゼ遺伝子の3’末端を含むフ
ラグメントのクローンが単離されれば、これを用いて制
限エンドヌクレアーゼ遺伝子を再構築して完全な遺伝子
を得ることができる。
【0029】12. 過剰発現:制限遺伝子を含むクロ
ーンを過剰発現できる方法は幾つかある。DNA配列決
定、詳細な地図の作成及び欠失データは、制限エンドヌ
クレアーゼ遺伝子を過剰発現させる最良の方法の決定に
役立つ。過剰発現させる方法の1つは、大腸菌によって
強く認識されるプロモーター、例えばpAGR3上のP
tac(New England Biolabsの
W.Jackから入手可能)を制限エンドヌクレアーゼ
遺伝子の開始点の前に直接挿入する操作を含む。この操
作は、制限エンドヌクレアーゼ遺伝子の開始点及び終了
点の近傍に適当な制限部位をみつけ、pAGR3のプロ
モーターの近傍に相容性制限部位をみつけ、制限遺伝子
をPtacプロモーターと一直線に並ぶようにpAGR
3に移し込むことによって実施し得る。あるいは、完全
な制限エンドヌクレアーゼ遺伝子の増幅のためにポリメ
ラーゼ連鎖反応を使用するために、制限エンドヌクレア
ーゼ遺伝子の前及び制限エンドヌクレアーゼ遺伝子の下
流のどこかで直接ハイブリダイズするプライマーを設計
することもできる。得られたDNAフラグメントは、p
AGR3のような発現ベクター内で誘発性プロモーター
(Ptac)の下流に直接挿入できる。使用し得る別の
調節されたプロモーターは、pUC19及びpBR32
2誘導体上のPlacUV5(Fuller,Gene
19:43−54(1982))及び1PL(Shi
matake及びRosenberg,Nature
254:128(1981))、並びにpET3Aベク
ター上のT7プロモーター(Brookhaven N
ational Lab.,Upton,NYのWil
liam Studierから入手可能)である。ま
た、強力なリボソーム結合部位(Shine & Da
lgarno Proc.Natl.Acad.Sc
i.USA 71,1342−1346(1974))
を遺伝子の前に配置して発現を増大させることもでき
る。本発明では、制限エンドヌクレアーゼを過剰発現す
る安定なクローンを得るために、宿主を制限エンドヌク
レアーゼ消化から予め保護しなければならない。この操
作は、別個のプラスミド上で、SphI制限部位と重な
り合う部位を修飾することによりSphI消化から保護
するNlaIIIのような異種メチラーゼ又はSphI
メチラーゼ中でクローニングすることによって達成され
る。使用するプラスミドは発現ベクターに対して相容性
のものでなければならない。メチラーゼはまた、過剰発
現した制限エンドヌクレアーゼ遺伝子による消化から宿
主のゲノムを保護するようなレベルで産生されなければ
ならない。本発明では、pACYC184のような低コ
ピー数プラスミド上にクローニングしたSphIメチラ
ーゼ遺伝子では完全な保護は得られないことが判明し
た。中位コピー数プラスミド上にクローニングしたNl
aIIIメチラーゼ遺伝子を用いると、宿主ゲノムがS
phI消化から完全に保護された。
【0030】前記遺伝子のDNA配列は、大腸菌中で更
に効果的に使用されるコドンを使用すべく、部位特異的
突然変異誘発又は遺伝子の再合成によって変えることが
できる(Ikemura,J.Mol.Biol.15
1:389−409(1981))。
【0031】13. 産生:SphIメチラーゼ又はエ
ンドヌクレアーゼは、抗生物質を適当に選択して発酵槽
内の富栄養培地で増殖させることにより、SphIメチ
ラーゼ遺伝子(又は異種メチラーゼ)及び過剰発現した
制限エンドヌクレアーゼ遺伝子を有するクローンから産
生し得る。その後細胞を遠心分離によって回収し、音波
処理により破壊して、SphIメチラーゼ及び制限エン
ドヌクレアーゼ活性を含む粗細胞抽出物を得る。
【0032】14. 精製:SphIメチラーゼ及びエ
ンドヌクレアーゼを含む粗細胞抽出物を、アフィニティ
クロマトグラフィー又はイオン交換クロマトグラフィー
のような標準的タンパク質精製方法によって精製する。
【0033】前述の諸ステップは本発明の好ましい実施
態様を構成するものであるが、当業者には明らかなよう
に、前述の方法は当業者に公知の技術に従って変えるこ
とができる。
【0034】
【実施例】以下の実施例は、本発明の現時点で好ましい
実施態様を説明するためのものである。尚、この実施例
は非限定的なものであり、本発明はこれに限定されるこ
とはない。
【0035】実施例1SphI修飾メチラーゼ及び制限エンドヌクレアーゼ遺
伝子のクローニング 1.DNAの精製: Streptomyces ph
aeochromogenesのDNAを調製するため
に、1gの細胞ペーストを5mlの0.1MTris−
HCl,0.1M EDTA pH7.6中に30分間
静かに振盪することにより再懸濁させた。該懸濁液を2
つの3.0mlアリコートに分けた。0.1M Tri
s−HCl,0.1M EDTA pH7.6中に1.
7mg/mlのリゾチームを溶解した溶液3.5mlを
各アリコートに加え、それぞれを37℃で15分間イン
キュベートした。SDSを1%まで加え、プロテイナー
ゼKを0.13mg/mlまで加え、これらのアリコー
トを37℃で1時間インキュベートした。10%SDS
及び8%サルコシルの溶液0.4mlを各アリコートに
加え、インキュベーションを55℃で2時間続けた。2
つのアリコートを合わせ、DNA緩衝液(10mM T
ris−HCl,1mM EDTA pH8.0)を4
回交換して24時間透析した。透析したDNA溶液を塩
化セシウム−エチジウムブロミド平衡密度勾配遠心分離
に使用できるようにするために、総量をDNA緩衝液で
40mlに増加し、該DNA溶液を2つの20mlアリ
コートに分け、各々に20gの塩化セシウム及び0.2
mlの5mg/mlエチジウムブロミドを加えた。該D
NA溶液を44,000rpmで48時間遠心し、得ら
れたDNAバンドをシリンジ及び18ゲージニードルを
用いて取り出した。同量の氷冷水飽和N−ブタノールで
4回抽出することによりエチジウムブロミドを除去し
た。塩化セシウムは透析によって除去した。次いで、N
aClを0.5Mまで加え、0.55倍容のイソプロピ
ルアルコールを表面に層状に加えて、DNAを沈澱させ
た。沈澱したDNAをガラス棒上に巻き付けた。該DN
Aを、最終濃度約385μg/mlで2mlの10mM
Tris,1mM EDTA pH8.0中に溶解し
た。
【0036】ステップ2〜10の注意事項:前述のよう
に、合計5種の異なる制限エンドヌクレアーゼをそれぞ
れ使用してS.phaeochromogenes染色
体を消化し、10のライブラリーを構築しスクリーニン
グした。メチラーゼクローンは部分的PstIライブラ
リーだけでしか得られられなかったため、ここでは部分
的PstIライブラリーのみを詳述する。他の9個のラ
イブラリーは、以下に略述する方法と類似の方法で作製
した。
【0037】2.部分消化: 精製DNAを以下のよう
にPstIで開裂して部分消化を行なった。10mM
Tris pH7.5,10mM MgCl2,100
mMNaCl,10mM β−メルカプトエタノール緩
衝液中500ug/mlのDNAの溶液100μlを、
1つの100μlアリコートと7つの50μlアリコー
トとに分けた。100μlの試験管に40単位のPst
Iを加え、DNA1μg当たり4単位の酵素とした。こ
の第1の試験管から50μlを取り出し、第2の試験管
に移して2単位PstI/μgとし、以下同様にして、
前の試験管の半分の量のPstIを次の試験管に移し
た。これらの試験管を37℃で1時間インキュベート
し、72℃で15分間熱処理し、各試験管から15μl
ずつ採取してアガロースゲル電気泳動で分析した。中程
度の、但し不完全な消化を示す試験管を、クローニング
用部分消化フラグメント源として選択した(使用した部
分消化試験管は0.25U/μg、0.12U/μg、
0.06U/μg及び0.03U/μg試験管であ
る)。個々の反応液を一緒に混ぜ合わせ、下記のステッ
プ3に記載のように使用した。
【0038】3.連結反応: フラグメント化したDN
Aを以下の方法でpBR322に連結した。6μgのP
stI部分消化Streptomyces phaeo
chromogenes DNA(60μl)を、Ps
tIで切断し脱リン酸化した3.0μgのpBR322
(30μl)と混合した。20μlの10×連結反応ミ
ックス(500mM Tris pH7.5,100m
M MgCl2,100mM DTT,5mM AT
P)を加え、更に110.5μlの無菌蒸留水を加えて
最終量を198μlとした。7.5μlの濃縮T4 D
NAリガーゼ(2×106U/ml)を加え、該混合液
を17℃で4時間インキュベートし、次いで10μlの
クロロホルムを加えて殺菌した。約62.5μlの連結
DNAを使用して大腸菌株K802を次のように形質転
換した。DNAを0.5mlのSSC/CaCl2(5
0mM NaCl,5mM クエン酸三ナトリウム,6
7mM CaCl2)と氷上で混合し、1.0mlの氷
冷コンピテント大腸菌K802(hsdR-+,mcr
-,mcrBC- ATCC No.33526)細胞
を加えた。42℃で5分間インキュベートした後、10
mlのルリアブロス(Lブロス)を加えて細胞を希釈
し、37℃で4時間インキュベートした。
【0039】4.一次細胞ライブラリー: 形質転換細
胞培養液を簡単に遠心し、上清を捨て、細胞を1.0m
lのLブロス中に再懸濁させた。200μlアリコート
を、25μg/mlのテトラサイクリンを含むルリア寒
天(L寒天)プレート上にプレーティングした。37℃
で一晩インキュベートした後、各プレートに2.5ml
の10mM Tris pH7.5,10mM MgC
2を注入し、形質転換コロニーをまとめて掻き取り、
プールし、一次細胞ライブラリーを形成した。 5.一次プラスミドライブラリー: 一次プラスミドラ
イブラリーを以下のように形成した。2.5mlの一次
細胞ライブラリーを、10μg/mlのテトラサイクリ
ンを含むLブロス500ml中に接種した。該培養液を
37℃で一晩振盪し、次いで4000rpmで5分間遠
心した。上清を捨て、細胞ペレットを10mlの25%
スクロース,50mM Tris pH8.0中に室温
で再懸濁させた。5mlの0.25M EDTA pH
8.0を加え、次いで0.25MTris pH8.0
中10mg/mlのリゾチームの溶液3mlを加えた。
得られた溶液を氷上に3時間放置し、次いで12mlの
溶解用ミックス(1%Triton X−100、50
mM Tris pH8.0、67mM EDTA)を
ピペットで強く注入し、該細胞懸濁液を静かに撹拌して
溶解を完了させた。溶解後、混合液を50mlプラスチ
ック遠心管に移し、17000rpm,4℃で45分間
遠心した。上清をピペットで取り出した。20.0gの
固体CsClを計量して50mlプラスチック製ねじ蓋
付き試験管に入れ、22.0gの上清をピペットで加え
て混合した。該混合液に1.0mlのエチジウムブロミ
ド溶液(10mM Tris pH8.0、1mM E
DTA、100mM NaCl中5mg/mlのエチジ
ウムブロミド)を加えた。得られた溶液を2つの5/8
インチ×3インチのポリアロマー遠心管に移し、密封し
た。これらの遠心管をBeckman Ti70ロータ
ーで、44000rpm、17℃で42時間遠心した。
プラスミドを回収すべく遠心管の頂部にメスで孔をあ
け、2つの蛍光DNAバンドのうち低い方を紫外光下で
シリンジによって回収した。両管から得た低い方のバン
ドをねじ蓋付きガラス試験管に一緒に入れ、同量の氷冷
水飽和N−ブタノールで4回抽出することによりエチジ
ウムブロミドを除去した。 抽出後の溶液を透析チュー
ブに移し、DNA緩衝液を4回交換して24時間透析し
た。透析後のDNA溶液を予め計量した50ml無菌遠
心管に移し、量を測定した。5M NaClを最終濃度
0.4Mまで加え、2倍容のイソプロパノールを加えて
混合した。該溶液を−20℃で一晩貯蔵してDNAを沈
澱させた。沈澱後、溶液を15000rpm、0℃で1
5分間遠心し、上清を捨てた。試験管を15分間ベンチ
上に放置して空気乾燥し、次いでDNAペレットを50
0μlのDNA緩衝液中に溶解し、−20℃で貯蔵し
た。このようにして調製したプラスミドのDNA濃度は
100〜200μg/mlであった。
【0040】6.プラスミドプールの消化: ゲル精製
した一次プラスミドプールを以下のように消化して非S
phIメチラーゼクローンを破壊した。プラスミドDN
AをSphI緩衝液(50mM NaCl、10mM
Tris pH8.0、10mM MgCl2、5mM
β−メルカプトエタノール)で30μg/mlに希釈
した。調製した量は合計900μlである。16U/μ
gのSphIを加え、該混合液を37℃で2時間インキ
ュベートした。12分間72℃に加熱して反応液中の酵
素を死滅させた。該消化物にEXoIIIヌクレアーゼ
をDNA1μg当たり50Uの濃度で加えた。37℃で
1時間インキュベートした後、試験管にクロロホルムを
10μl加えた。遠心分離によってクロロホルムを除去
した。
【0041】7.形質転換: 各試験管から採取した1
2.5μl試料を用いて大腸菌RR1を形質転換した。
42℃で3分間インキュベートし、Lブロス中37℃で
45分間増殖させた後、細胞/DNA混合物を、25μ
g/mlのテトラサイクリンを含むL寒天プレート上に
プレーティングした。37℃で一晩インキュベートした
後、プレートを調べた。SphIでのプラスミドライブ
ラリーの消化により、形質転換体の数は約103に減少
していた。
【0042】8.生存固体の分析: セクション7で得
た生存コロニーのうち28個をテトラサイクリン含有L
ブロス培養液10ml中で増殖させ、それらが保有する
プラスミドを、Birnboin及びDoly(Nuc
leic Acids Res.7:1513(197
9))の方法を改変した下記のミニプレッププラスミド
精製方法によって調製した。
【0043】ミニプレップ操作:各培養液を8000r
pmで5分間遠心した。上清を捨て、細胞ペレットを、
1mg/mlのリゾチームを含む1.0mlの25mM
Tris、10mM EDTA,50mM グルコー
ス、pH8.0中に再懸濁させた。室温で10分後、
2.0mlの0.2M NaOH、1%SDSを各試験
管に加え、これらの試験管を振盪して細胞を溶解させ、
次いで氷上に配置した。溶液が透明になった時点で1.
5mlの3M酢酸ナトリウムpH4.8を各試験管に加
え、振盪した。形成された沈澱物を15000rpm、
4℃で10分間遠心した。各上清を、イソプロパノール
3mlを入れた遠心管内に注入し、混合した。室温で1
0分後、前記遠心管を15000rpmで10分間遠心
し、沈澱核酸をペレット化した。上清を捨て、ペレット
を室温で30分間空気乾燥した。乾燥したペレットを8
50μlの10mM Tris、1mM EDTA p
H8.0中に再懸濁させた。75μlの5M NaCl
を各々に加え、該溶液を、575μlのイソプロパノー
ルを入れたエッペンドルフ試験管に移し、再び室温で1
0分間沈澱させた。これらの試験管をマイクロ遠心機で
45秒間遠心し、上清を捨て、ペレットを空気乾燥し
た。該ペレットを、100μg/mlのRNaseを含
む500μlの10mM Tris pH8.0、1m
M EDTA中に溶解し、37℃で1時間インキュベー
トしてRNAを消化した。50μlの5MNaCl及び
350μlのイソプロパノールを順次加えてDNAをも
う一度沈澱させた。室温で10分後、DNAを45秒間
遠心することにより沈降させ、上清を捨て、ペレットを
150μlの10mM Tris、1mM EDTA
pH8.0からなる最終溶液中に再溶解した。その後、
SphIでの消化によりプラスミドミニプレップを分析
した。
【0044】9.メチラーゼ遺伝子クローン: 1つの
プラスミドがSphI耐性を示し、2つのPstIフラ
グメントを保有することが判明した(図2)。大腸菌ク
ローンから調製した抽出物を下記のin vitro制
限アッセイにかけた。
【0045】エンドヌクレアーゼ活性について試験すべ
きクローンの培養液50mlを、25μg/mlのテト
ラサイクリンを含むLブロスで37℃で一晩増殖させ
た。5000rpmで5分間遠心することにより細胞を
ペレット化した。上清を捨て、ペレットを3mlの音波
処理緩衝液(20mM KPO4 pH7.4、10m
M β−メルカプトエタノール)中に再懸濁させた。該
細胞懸濁液にリゾチームを最終濃度200μg/mlで
加えた。該混合液を氷上に3時間維持し、次いで−20
℃で凍結した。該混合物を氷上で解凍し、得られた懸濁
液2mlを音波処理緩衝液2mlと混合した。該懸濁液
に、Triton X−100の25%溶液を0.4μ
l加え、ピペットに出し入れすることにより混合した。
破壊された細胞を5,000rpmで10分間遠心し
た。該細胞抽出物7.5μlを120μlの1×Sph
I緩衝液及び50μg/ml pBR322 DNA
(PstIで予め消化したもの)と一緒に37℃で2時
間インキュベートすることにより、上清の制限エンドヌ
クレアーゼ活性をアッセイした。15μl試料を電気泳
動によって調べたところ、制限エンドヌクレアーゼ活性
は認められなかった。
【0046】10. 4.5及び0.9kb PstI
挿入物内のメチラーゼ遺伝子の位置: SphIメチラ
ーゼクローンを多数の制限エンドヌクレアーゼで消化し
て、クローン化DNAの制限マップを作成した。該マッ
プを用いて前記挿入物内の種々の領域を欠失させ、その
結果生じるメチル化への影響を調べた。PstI部位に
またがる〜1kbメチラーゼ遺伝子の位置が正確に定め
られ、該遺伝子の両側のクローン化DNAの長さは3.
5及び0.4kbであることが判明した。メチラーゼク
ローンは、メチラーゼ遺伝子の右側には連結制限エンド
ヌクレアーゼ遺伝子をコードするのに十分なDNA
(0.4kb)をもたないが、メチラーゼ遺伝子の左側
には十分な余地を有すると考えられた。しかしながら、
2つの遺伝子の間の距離、これら遺伝子の正確なサイ
ズ、及びこれら遺伝子が結合しているか否かは不明であ
ったため、クローンにおけるSphIエンドヌクレアー
ゼ活性の欠如は、制限遺伝子がクローン中に存在してい
ないか、又は存在していても発現はされていないことを
示すものであった。制限遺伝子が存在していても発現は
されていないという場合には、隣接DNAを有するクロ
ーン化メチラーゼ遺伝子をStreptomycesベ
クター中にサブクローニングし、これを用いてStre
ptomyces lividansを形質転換した
(ステップ11,12)。更に、メチラーゼクローンの
DNA配列決定及びタンパク質配列決定を行って、クロ
ーン中に制限遺伝子の一部分もしくは全体が存在してい
るか、又は全く存在していないかを決定した(ステップ
13〜14)。完全な制限遺伝子が存在していない場合
には、メチラーゼ遺伝子に隣接するDNAのより大きな
領域をクローニングした(ステップ15〜17)。
【0047】11. S.lividans中へのSp
hIメチラーゼサブクローンのクローニング: メチラ
ーゼクローンでは、制限エンドヌクレアーゼが連結して
いたならば、メチラーゼ遺伝子の正確な位置に依存し
て、制限エンドヌクレアーゼ遺伝子をコードするのに十
分なDNAがメチラーゼ遺伝子の片側にクローン化され
た。しかしながら、前記クローンは制限エンドヌクレア
ーゼ活性を発現しなかったし、2つのSphI制限−修
飾遺伝子が結合されているという証拠もなかったため、
メチラーゼサブクローンを、大腸菌よりもS.phae
ochromogenesに近い関係をもつ種である
S.lividans中にクローニングしてみることに
した[以下に記載するのはpSphM3.6由来の3.
6kb ApaI−BglIIフラグメントのクローニ
ングである。pSphM2.6から単離した2.6kb
のApaI−SnaBIフラグメントについても同様の
サブクローニングを行った(部位の位置については図2
参照)。結果は同じであったため、ここではApaI−
BglIIサブクローニングのみを詳述する]15μl
(1.0μg)のpSphM3.6を、20UのEco
RI、20UのScaI及び20UのHindIIIを含
む50μlの10mM Tris pH7.5、10m
M MgCl2、100μg/mlウシ血清アルブミ
ン、50mM NaCl中で37℃で2時間消化した。
全体を0.7%アガロースゲル中で2時間電気泳動にか
けた。DEAEアニオン交換ペーパー中に2時間電気泳
動させることにより、3.6kbのEcoRI−Hin
dIII制限フラグメントを回収した。前記ペーパー
を、0.1M NaCl、10mM Tris pH
8.0及び1mM EDTAを含む緩衝液150μlで
2回洗浄した。次いで、1.0MNaCl、10mM
Tris pH8.0及び1mM EDTAを含む緩衝
液75μlで前記ペーパーを4回洗浄することより、D
NAをペーパーから溶出させた。その結果得られたDN
Aフラグメント含有溶液を、300μlのフェノール/
クロロホルム及び300μlのクロロホルムで順次抽出
し、ドライアイス/エタノール浴中に15分間配置して
1mlの無水エタノールで沈澱させた。14000rp
mで5分間遠心してDNAをペレット化した。得られた
ペレットを70%エタノールで濯ぎ、空気乾燥し、最終
量10μlの10mM Tris pH8及び1mM
EDTA中に再懸濁させた。10μl(0.5μg)の
EcoRI−HindIII精製DNAフラグメント
を、EcoRI−HindIIIで切断し脱リン酸化し
たpIJ486(pIJ486は Norwich,E
nglandのHopwood,D.A.から入手)2
μl(0.2μg)に、1μlのT4 DNAリガーゼ
(400U)を含む1×連結緩衝液中50μlの最終量
で、12℃で一晩連結させた。10μlの連結反応ミッ
クスを、約4×109のS.lividans TK2
4(Hopwood,D.A.から入手。TK24は、
Hopwood,D.A.ら,Genetic Man
ipulation of Streptomyce
s,a Laboratory Manualに記載さ
れている)の原形質体(protoplasts)に加
えた。該原形質体は前出のHopwood,D.A.ら
の記述に従い、P緩衝液[103gのスクロース、0.
25gのK2SO4、2.02gのMgCl2.6H2O、
2mlの微量元素溶液及び800mlにするのに必要な
量の蒸留水。これを80mlアリコートずつ分配し、オ
ートクレーブ処理する。使用前に各80mlアリコート
に下記の成分を加える:1mlの0.5%KH2PO4
10mlの3.68%CaCl2.2H2O及び10ml
の5.73%TES緩衝液pH7.2。リットル当たり
の微量元素溶液:40mgのZnCl2、200mgの
FeCl3.6H2O、10mgのCuCl2.4H2O、
10mgのMnCl2.4H2O、10mgのNa24
7.10H2O及び10mgの(NH46Mo724.4
2O]中で調製した。原形質体/DNA混合物に0.
5mlの25%ポリエチレングリコール1000を加え
た。これを1mlピペットに3回出し入れした。該形質
転換用ミックス0.1mlを6つのR2YEプレートの
各々にプレーティングした[103gスクロース、0.
25g K2SO4、10.12g MgCl2・6H
2O、10gグルコース,0.1g Difcoカザミ
ノ酸及び800mlH2O。この溶液80mlを2.2
gのDifco寒天と混合し、オートクレーブ処理す
る。プレートを調製するために、前記ベース寒天溶液を
融解し、以下の無菌溶液を加える:1ml 0.5%K
2PO4、8ml 3.68%CaCl2・2H2O、
1.5ml 20%L−プロリン,10ml 5.73
%TES緩衝液 pH7.2、0.2ml微量元素溶液
及び0.5ml 1N NaOH。このプレート材料を
層流フード(laminar flow hood)内
に入れて1時間以上乾燥する]。30℃で一晩インキュ
ベートした後、前記プレートに1.0mlのチオストレ
プトン水溶液(0.5mg/ml)を塗布した。コロニ
ーが増殖するまでプレートを3〜4日間30℃に戻し
た。
【0048】12. 形質転換体の分析: チオストレ
プトン選択によって得たコロニーを、独立コロニーの単
離のために、5μg/mlのチオストレプトンを入れた
R2YEプレートで画線培養した。増殖したコロニーを
用いて、5μg/mlのチオストレプトンを含む5ml
のTSB、Oxoid Tryptone SoyaB
rothに接種した。これらの培養液を通気しながら3
0℃で24時間インキュベートした。培養液1mlにつ
いてミニプレップを実施した。この操作は、Birnb
oim及びDoly(Nucleic Acids R
es.7:1513(1979))によって記述されて
いる操作と同じであるが、相違点として、NaOH−S
DS溶液を加える前に、4mg/mlのリゾチーム、5
0mMグルコース、25mM Tris pH8.0及
び10mM EDTA中37℃で30分間インキュベー
トする必要がある。該ミニプレップDNA10μlを
0.7%アガロースゲル上で泳動させることにより分析
した。6つのクローンのうち2つが、pIJ486に挿
入された正確な大きさのフラグメントを有していると思
われた。これら2つの単離体に由来する胞子を回収し、
5μg/mlのチオストレプトンを含む500mlのT
SBに接種した。CsClプラスミドプレップを、前出
のHopwoodらの論文p93に記載の方法3をスケ
ールアップ(20倍)した方法に従って、前記培養液上
で調製した。得られたペレットを17mlの10mM
Tris pH8.0、1mM EDTA、18.7g
CsCl及び0.44ml エチジウムブロミド(5
mg/ml)中に再懸濁させた。該溶液を2つの5/8
インチ×3インチポリアロマー遠心管に移し、密封し
た。これらの管をBeckman Ti70ローター内
で44,000rpm、17℃で48時間遠心した。プ
ラスミドを回収するために管の頂部にメスで孔をあけ、
2つの蛍光DNAバンドのうち低い方を紫外光下でシリ
ンジにより回収した。両管から得た低い方のバンドを1
5mlのCorex管に一緒に入れ、同量の水と3倍容
のエタノールとを加えることによりエチジウムブロミド
を除去した。−20℃で2時間後、12,000rpm
で20分間遠心することによりDNAをペレット化し
た。得られたペレットを、2mlの10mM Tris
pH8.0、1mM EDTAに再懸濁させた。50
μlの8M LiClを加え、DNAをフェノール/ク
ロロホルム及びクロロホルムで順次抽出した。前述のよ
うに3倍容のエタノールを該水溶液に加えてDNAを沈
澱させた。ペレットを、500μlの10mM Tri
s pH8.0、1mM EDTAに再懸濁させた。精
製したプラスミドをEcoRI及びHindIIIで消
化して挿入物の存在を確認し、SphIで消化して、
S.lividans中のサブクローンがSphIメチ
ラーゼ活性を有しているかどうかを調べた。両サブクロ
ーンは明らかに同じものであり、正しい構造を有すると
共にメチラーゼ活性を示した。即ち、SphI制限エン
ドヌクレアーゼで消化することができなかった。Sph
I制限エンドヌクレアーゼ活性を調べるために、プラス
ミドプレップに使用したものと同様に増殖させた培養液
50mlをペレット化した。得られたペレットを10.
3%スクロースで洗浄し、−70℃で凍結した。解凍
後、ペレットを湿潤細胞重量1g当たり3mlで50m
M Tris pH8.0、7mM β−メルカプトエ
タノール、1mM PMSF、1mM アジ化ナトリウ
ム及び200mMNAClの溶液に再懸濁させた。氷上
で音波処理した後、16,000rpmで45分間遠心
することにより破片を除去した。上清をSphI制限エ
ンドヌクレアーゼ活性についてアッセイした。pEGs
phM2−4及びpEGsphM2−6と称するこれら
のサブクローンは、S.lividans中で検出可能
なSphIエンドヌクレアーゼ活性を示さなかった。こ
れは、SphI制限エンドヌクレアーゼ遺伝子がSph
Iメチラーゼ遺伝子に結合していないか、又は該制限エ
ンドヌクレアーゼ遺伝子がSphIメチラーゼクローン
上で完全なものではないことを意味する。
【0049】13. エンドヌクレアーゼ遺伝子がクロ
ーン化フラグメント上に存在するか否かを調べるため
に、そして存在している場合にはその位置をつきとめる
ために、SphI制限エンドヌクレアーゼを下記の方法
でできるだけ均質に精製した:413gのStrept
omyces phaeochromogenesから
の粗細胞抽出物1.1リットルを下記のカラム上に下記
の順序で配置した:ホスホセルロース、ヘパリン−セフ
ァロース、Q−セファロース、MonoQ HPLC及
びMono−S HPLC。その結果、〜50%の純度
のSphI制限エンドヌクレアーゼ調製物が得られた。
【0050】前記精製SphI制限エンドヌクレアーゼ
を25〜30pM用いて、Applied Biosy
stems モデル470Aの気相タンパク質配列決定
器(gas phase protein seque
ncer)でアミノ末端タンパク質の配列決定を行っ
た。該制限エンドヌクレアーゼの最初の13個のアミノ
酸残基は、Thr Ser Lys Asp Pro
Ile Val LeuSer Ala Asp Gl
n Ile(SEQ ID NO:1)と決定された。
【0051】14. 前記領域のDNA配列決定では、
前記制限エンドヌクレアーゼ遺伝子の5’領域が部分的
PstIクローンpSphM6.0上に存在するが、該
クローン上には完全な制限エンドヌクレアーゼ遺伝子は
存在せず、前記制限遺伝子はメチラーゼ遺伝子の下流に
あり、メチラーゼ遺伝子と同じ方向で転写されることが
確認された(SEQ ID NO:2)。該配列からは
更に、制限エンドヌクレアーゼの残りをクローニングし
次いで大腸菌中でのクローン化遺伝子の発現を誘起する
ための後続操作のベースとして使用されるデータも得ら
れた。
【0052】15. 制限エンドヌクレアーゼ遺伝子の
残りをクローニングするのに最も有用な酵素を決定すべ
く、サザンブロット法(Southern,E.197
5,J.Mol.Bio.,98:503)を用いて隣
接領域のゲノム地図を決定した。メチラーゼ遺伝子の一
部分又は全体を含む幾つかのクローンを使用して、サザ
ン、特定的にはpUC19中にクローニングされた0.
9kb PstIフラグメント又は1.4kb Sma
I−ApaIフラグメント(図2)をプローブした。こ
れらのプラスミドを下記の方法でニックトランスレーシ
ョンにかけた:1μl(0.5μg)のDNAと、10
μlの緩衝液(500mM TrispH7.8、10
0mM β−メルカプトエタノール、50mM MgC
2)と、4μlのdNTP(各々0.1mmol)
と、5μlのα−32P−dCTP(100pmole
s、800キュリー/ミリモル)と、1μlのDNAポ
リメラーゼI(20単位)と、1μlのDNAseI
(1μg/ml)と78μlのH2Oとを混合し、15
℃で3時間インキュベートした。該混合物を5分間沸騰
させ、即座に氷上に配置した。
【0053】サザンブロットは下記のように調製した:
S.phaeochromogenes DNAを制限
エンドヌクレアーゼApaI、BamHI、BclI、
BglII、BstYI、EcoRI,KasI、Ml
uI、MscI、PvuII、PmlI、SacI,S
alI,ScaII、SfiI、SmaI,SnaBI
及びStuIで別個に消化した。消化物を1.0%アガ
ロースゲル上で電気泳動にかけた。該ゲルを0.25M
HClに10分間、0.5M NaOH、1.5M
NaClに30分ずつ2回、次いで0.5M Tris
pH7.5、1.5M NaClに30分ずつ2回浸
漬した。ニトロセルロースシートを水に短時間浸漬し、
次いで10×SSC(1.5M NaCl、150mM
クエン酸三ナトリウム)に浸漬した。厚さ2インチに積
重したペーパータオルと、Whatman 3MMペー
パー(10×SSCに浸漬したもの)2枚と、湿潤ニト
ロセルロースメンブラン1枚と、処理したアガロースゲ
ルと、もう1枚のニトロセルロースメンブランと、もう
2枚の3MMペーパーと、厚さ2インチに積重したペー
パータオルとを用いてサンドイッチを形成した。該サン
ドイッチに重みをかけて押さえ付け、ニトロセルロース
シートへのDNAの移動を室温で一晩生起させた。該ニ
トロセルロースシートを0.9M NaCl、90mM
クエン酸三ナトリウムで10分間濯ぎ、真空炉で80
℃で1.5時間加熱して、移動したDNAフラグメント
をニトロセルロースに固定させた。4mlの20g/l
Ficoll、20g/lポリビニルピロリドン及び
12g/lウシ血清アルブミンと、15mlの20×S
SC(4.5mlの3M NaCl、0.3Mのクエン
酸三ナトリウム)と、100mg/mlの変性し音波処
理したサケ精子DNA1mlと、80mlのH2Oとか
らなる溶液を15ml入れたプラスチック袋の中に前記
シートを配置した。該シートを振盪しながら65℃で2
時間インキュベートしてプレハイブリダイズした。10
0μlの放射性プローブを前記袋に加え、インキュベー
ションを振盪下65℃で一晩続けた。次いで、ニトロセ
ルロースシートを2×SSC及び0.1%SDSで30
分ずつ2回65℃で洗浄し、0.2×SSC及び0.1
%SDSで30分間65℃で洗浄した。該シートを空気
乾燥し、一晩かけてオートラジオグラムを作製した。
【0054】該サザンブロットデータから、10種のエ
ンドヌクレアーゼコーディングフラグメントの大体の寸
法が判明した。ApaI,BamHI,BstYI、K
asI、MluI、PvuII,SacI,SmaI及
びStuIフラグメントはメチラーゼ遺伝子の右側にD
NAを有する(図2)。プローブはApaI消化物中で
1.2kbバンドにハイブリダイズし、BamHI消化
物中で7.5kbバンドに、BstYI消化物中で4.
9kbバンドに、KasI消化物中で0.9kbバンド
に、MluI消化物中で3.6kbバンドに、PvuI
I消化物中で1.8kbバンドに、SacI消化物中で
4.5kbバンドに、SmaI消化物中で2.4kbバ
ンドに、そしてStuI消化物中では7.5kbバンド
にハイブリダイズした。その他のバンドはクローン化す
るには大きすぎると判断された。
【0055】16. SphIメチラーゼ遺伝子の下流
の領域を有するクローンの単離:SphIメチラーゼで
予め保護した又は保護してない大腸菌又はS.livi
dans宿主中に完全SphI制限エンドヌクレアーゼ
遺伝子をメチラーゼと共に又はメチラーゼ無しにクロー
ニングする試みは総て失敗したため、前記制限エンドヌ
クレアーゼ遺伝子の3’末端のみをクローニングする試
みを行った。DNA配列及びサザン分析の結果、Kas
I(又はNarI)は制限エンドヌクレアーゼ遺伝子内
で切断を行い、約0.9kb下流の次の部位が制限エン
ドヌクレアーゼ遺伝子の3’末端の下流のDNAを開裂
する筈であることが判明した。0.9kbのKasIフ
ラグメントをクローニングすれば、制限エンドヌクレア
ーゼ遺伝子の残りが得られる筈である。100μl(9
μg)のゲノムDNAを採取し、120μlの10mM
Tris−HCl、10mM MgCl2、50mM
NaCl、1mM DTT pH7.9、100μg/
ml BSA及び20UKasI中で37℃で2時間消
化することによりS.phaeochromogene
sゲノムDNAでKasIライブラリーを形成した。全
体を0.7%アガロースゲルで2時間電気泳動にかけ
た。0.7〜1.0kbの大きさのDNAフラグメント
をDEAEアニオン交換ペーパー中に2時間電気泳動さ
せることによって回収した。ステップ11と同様の方法
でDNAをDEAEペーパーから溶出した。このペレッ
ト化DNAを20μlの10mM トリス pH8.
0、1mM EDTAに再懸濁させた。精製KasI消
化フラグメント20μl(〜0.5μg)を、KasI
で開裂し脱リン酸処理した5μl(0.2μg)のpU
C19に、1×連結反応緩衝液(1μlのT4 DNA
リガーゼ(400U)含有)中50μlの最終量で4℃
で48時間にわたり連結させた。Millipore
VS 0.025μMフィルターを用いて滴下透析(d
rop dialysis)により10μlの連結反応
液を脱イオン処理した。次いでDNAを大腸菌ED87
67中にエレクトロポレート(electropora
te)させた。該大腸菌は、Lブロス中で1リットルの
細胞をKlett 50〜80まで増殖させることによ
りエレクトロポレーション(elctroporati
on)用に調製した。前記細胞は氷上で15〜30分間
冷却し、その後4,000rpmで15分間冷間遠心し
てペレット化した。該ペレットを氷冷無菌水で2回、1
0%グリセロールで1回洗浄した。洗浄したペレットを
1〜2mlの10%グリセロールに再懸濁させて最終細
胞濃度を3×1010細胞/mlとした。細胞は必要時ま
で100μlアリコート中−70℃で凍結した。調製し
た細胞中にDNAをエレクトロポレートさせるべく、前
記細胞をゆっくり解凍し、氷上に配置した。該細胞40
μlを10μlの連結し透析したDNAと混合した。該
混合物を、冷却した0.2cmのエレクトロポレーショ
ンキュベット内に配置した。該DNA細胞混合物に時定
数4〜5msec、12.5kV/cmで電気パルスを
印加した。大腸菌を2mlのLブロスで即座に希釈し、
37℃で1時間増殖させ、その後150mmのアンピシ
リン含有L寒天プレート8つにプレーティングした。3
7℃で一晩インキュベートした後、前記プレートに10
mlのLブロスを注入し、コロニーをまとめて掻き取っ
た。各プレートを別個にプールして、それぞれ5,00
0〜6,000のコロニーを含むサブライブラリーを形
成した。各サブライブラリー0.8mlに0.2mlの
グリセロールを加え、凍結ストックとして−70℃に維
持した。D.Ish−Horowiczのミニプレップ
操作(T.Maniatis,E.F.Fritsch
及びJ.Sambrook,Molecular Cl
oning,a Laboratory Manua
l,Cold Spring Harbor Labo
ratory Press,1982,pp368−3
69に記載)を用いて、但し操作全体を5倍にスケール
アップして、各サブライブラリーの残り9ml中の細胞
からプラスミドを単離した。最終DNAペレットを8.
5mlの10mM Tris pH8.0、1mM E
DTA、9.35g CsCl及び0.25mlエチジ
ウムブロミド(5mg/ml)に再懸濁させた。ステッ
プ12と同様に勾配を形成してDNAを精製した。サブ
ライブラリーから精製したプラスミドをステップ15と
同様にKasIで消化し、アガロースゲル上を泳動さ
せ、ブロットし、pSph0.9でプローブした。8つ
のサブライブラリーのうち3つが所望の0.9kb K
asIフラグメントを有しており、このフラグメントは
プローブとして使用した0.9kb PstIフラグメ
ントにハイブリダイズした。これらのサブライブラリー
から前記フラグメントを増幅するために、2つのオリゴ
ヌクレオチドプライマーを調製した。プライマー1はK
asI部位の5’側のpUC19配列の一部分と、Ka
sI部位の3’側でクローニングされ且つ配列決定され
た制限エンドヌクレアーゼ遺伝子の領域とを含む:5’
CGC ATC AGG CGCCGT CAC C
AC GGG C 3’(SEQ ID NO:3)。
プライマー2は、New England Biola
bs製のM13/pUC逆配列決定プライマー(製品#
1233)である。クローニングベクターpUC19の
一部分を含むSphI制限エンドヌクレアーゼ遺伝子の
3’セグメントを、10mM KCl、10mM (N
42SO4、20mM Tris−HCl(pH8.
8)、2mM MgSO4、0.1% Triton
X−100、各200μMのdNTP、100μg/m
l BSA、5% DMSO中で、1UVent(登録
商標)DNAポリメラーゼとのPCR反応を、95℃で
1.5分間、60℃で1.5分間及び72℃で2分間で
20サイクル行うことによりサブライブラリーから増幅
した。該反応混合物を0.7%アガロースゲルで電気泳
動させた。約1.0〜1.2kbの大きさのフラグメン
トをステップ11と同様にDEAEペーパーを用いて精
製した。精製フラグメントをKasIで消化し、Kas
I消化脱リン酸化pUC19中に連結した。得られた連
結体を大腸菌ED8767中にエレクトロポレートさ
せ、アンピシリン含有L寒天にプレーティングした。I
sh−Horowiczの方法(Maniatisら、
前述の文献)を用いて36の独立コロニー上でプラスミ
ドDNAミニプレップを調製した。36のコロニーのう
ち1つが、正確な大きさの0.9kb挿入物を有するプ
ラスミドを含んでいた。制限地図を作成したところ、該
コロニーは正しい制限酵素部位を有していた。サザン分
析の結果、新たに単離された前記コロニーはpSph
0.9にハイブリダイズすることが判明した。これは、
クローン化したフラグメントがおそらくは所望のフラグ
メントであることを意味するものである。前記0.9k
b KasIフラグメントはSphI制限エンドヌクレ
アーゼ遺伝子の3’部分しか含んでいなかったため、遺
伝子が再構築されるまではエンドヌクレアーゼ活性試験
は不可能であった。該クローンをpEGsph42−
1.4と命名した(図3)。
【0056】17. SphI制限エンドヌクレアーゼ
の再構築及び過剰発現:10μl(5μg)のpEGs
ph42−1.4を使用して制限エンドヌクレアーゼ遺
伝子を再構築し、3μl(5μg)のpSph0.9を
別個に1×NEBuffer4(20mM Tris−
アセテート、10mM 酢酸マグネシウム、50mM酢
酸カリウム、1mM DTT pH7.9)中37℃で
2時間にわたりMscIで消化した。インキュベーショ
ン後、消化物をフェノール:クロロホルムの1:1混合
物で1回、クロロホルムで1回抽出し、1/10倍容の
3M酢酸ナトリウムと2.5倍容の95%エタノールと
で沈澱させた。エッペンドルフ遠心器で室温で5分間遠
心してDNAをペレット化し、70%エタノールで1回
洗浄した。該ペレットを1×NEBuffer2に再懸
濁させた。MscIで消化したpSph0.9を、20
UのXbaIの添加によって更に消化し、MscIで消
化したpEGsph42−1.4を20UのHindI
IIの添加によって更に消化した。37°で2時間後、
DNAを0.7%アガロースゲル上で泳動させた。Bi
o−Rad Prep−A−Geneキットを製造業者
の指示通りに使用して、pSph0.9消化物から0.
6kbバンドを精製し、pEGsph42−1.4消化
物から1kbバンドを精製した。これら2つのフラグメ
ント(各々〜0.5μg)を1×リガーゼ緩衝液、T4
DNAリガーゼ(400U)中12℃で18時間連結
反応させた(図4)。この連結フラグメントを、Sph
Iメチラーゼで予め保護したS.lividans宿主
中で高コピープラスミド中にクローニングする試みは総
て失敗に終わったため、再構築フラグメントを、調節し
た大腸菌プロモーターの後ろに直接クローニングしてみ
ることにした。DNA及びタンパク質の配列データを用
いて2つのオリゴヌクレオチドプライマーを形成した。
第1のオリゴヌクレオチドプライマーは、タンパク質の
配列決定によりエンドヌクレアーゼ遺伝子の出発点であ
ることが判明したAUGコドンと重複する配列を含んで
おり、2つの塩基が変化してBspHI部位を形成して
いた:5’ CCT TCG ACT ATA GTG
AAG TCA TGA CAA G 3’ SEQ
ID NO:4。第2のオリゴヌクレオチドプライマ
ーはpUC19中のKasI部位の左側に配列を含んで
おり、増幅したフラグメントのクローニングを助けるた
めにHindIII部位が該プライマー中に含まれてい
る:5’ GCG CAG CCT GAA TG
AGC TTG GCG CC 3’SEQ ID N
O:5。これら2つのプライマーを、pSph0.9及
びpEGsph42−1.4(既述)由来の連結フラグ
メントと一緒に、1kb DNAフラグメントを増幅す
るためのPCR(ステップ16の条件を使用する)で鋳
型として使用した。ステップ11と同様にDEAEペー
パーを用いてバンドを精製した。精製したPCR生成物
を1×NEBuffer4中で2UのBspHIで2時
間消化し、次いで1×NEBuffer2中で20Uの
HindIIIで消化し、DEAEペーパーを用いてア
ガロースゲルから精製した(図4)。精製フラグメント
(〜0.1μg)を、400UのTA DNAリガーゼ
を用いて37℃で2時間にわたり総量40μlでNco
I及びHindIII(〜0.05μg)で消化したP
tac発現ベクターpAGR3(New England
Biolabs、W.Jackから入手)中に連結し
た。(pAGR3は、アンピシリン耐性遺伝子とlac
qの単一コピーと、Ptacプロモーターと、リード
スルー(read−through)転写を防止するた
めのPtacプロモーターの上流のrrnbターミネー
ターの4倍直接反復(4 fold direct r
epeat)と、lacリボソーム結合部位の下流のN
coI部位とを含むpBR322ベースのベクターであ
る。)pSYX20上のNlaIIIメチラーゼ遺伝子
を有するコンピテント大腸菌ED8767を形質転換す
るために前記連結体を20μl使用した。[NlaII
Iメチル化認識部位CATGはSphI制限エンドヌク
レアーゼ認識部位と重複するため宿主をSphI消化か
ら防護する。pSYX20(ATCC#75260)は
pSC101複製開始点上にKanr及びTcr遺伝子を
有する中間コピー数プラスミドである。Tcr遺伝子に
挿入されたメチラーゼ遺伝子はTcプロモーターから構
築的に発現できる。]形質転換細胞を37℃で30分間
増殖させ、アンピシリン(100μg/ml)とカナマ
イシン(50μg/ml)とを含むL寒天にプレーティ
ングした。36のコロニーを採取し、独立したコロニー
を単離すべく、アンピシリン及びカナマイシン含有L寒
天上で画線培養した。ステップ8のミニプラスミドプレ
ップ操作を用いて個々のコロニーからプラスミドを単離
した。各ミニプレップ5μlのHindIII消化物を
pAGR3のHindIII消化物と比較した。36の
クローンのうち24がpAGR3より大きいプラスミド
を有していると思われた。特徴を更に調べるために、こ
れらのクローンから6つを選択した。これら6つのクロ
ーンをアンピシリン及びカナマイシン含有Lブロス20
0ml中でKlett60(中間対数期)まで増殖さ
せ、1mM IPTGで誘導した。誘導後2時間で培養
液を50ml採取した。遠心分離によって細胞を回収
し、音波処理用冷却緩衝液(50mM Tris pH
8.0、10mM β−メルカプトエタノール、50m
M NaCl、1mM PMSF及び1mMアジ化ナト
リウム)で1回洗浄し、ペレットを−70℃で凍結し
た。30分後、ペレットを氷上で解凍し、細胞1g当た
り3mlの音波処理用緩衝液に再懸濁させ、氷上で音波
処理した。音波処理した細胞抽出物を16,000rp
mで1時間遠心した。各抽出物1μlを、12μlのp
BR322(12μg)と90μlの10×NEBuf
fer2と22.5μlのPstI(20U/μl)と
を含むDNA混合物49μlと混合し、水で900μl
にした。該試験管から25μlを採取して25μlのD
NA混合物と混合し、1:1の希釈を行った。1:1希
釈を更に3回続けて行った。該反応混合物を37℃で1
時間インキュベートした。25μlの反応混合物全部を
0.7%アガロースゲル上で泳動させた。粗細胞抽出物
からの力価を、精製SphI制限エンドヌクレアーゼか
らの既知の力価と比較した。6つのクローンのうち1つ
は、検出可能なSphI制限エンドヌクレアーゼ活性を
殆ど又は全く示さなかった。これに対し、5つのクロー
ンはSphI制限エンドヌクレアーゼ活性が大きすぎ
て、該アッセイでは力価を正確に測定することができな
かった。しかしながら、該酵素の力価は細胞1g当たり
105単位を超えると推定された。更に滴定したとこ
ろ、SphI制限エンドヌクレアーゼ活性は約1.5×
107〜3×107であった。この値は、Strepto
myces phaeochromogenesの粗抽
出物で観察される細胞1g当たりのSphI制限エンド
ヌクレアーゼ活性の約1000倍以上である。特徴を更
に調べ且つ最適化するために前記クローンから選択した
1つのクローンに株名NEB#808を付与し、プラス
ミドはpGEsph50−2と命名した。NEB#80
8の試料を、1992年8月5日にMaryland,
RockvilleのAmerican Type C
ulture Collectionに寄託した。受託
番号は69045である。NEB#808の粗抽出物か
ら得たSphI制限エンドヌクレアーゼ活性の滴定を図
5に示す。
【0057】18. SphI制限エンドヌクレアーゼ
は次の方法でNEB#808から産生し得る。まず、ア
ンピシリン及びカナマイシン含有豊栄養培地を入れた発
酵槽で中間対数期まで増殖させる。次いでIPTGを最
終濃度1mMまで添加することにより前記培地を誘導
し、1〜2時間増殖させ続ける。その後、遠心分離によ
って細胞を回収する。
【0058】19. NEB#808からのSphI制
限エンドヌクレアーゼの精製:以下の操作は総て氷上又
は4℃で実施した。0.2M NaClを含む緩衝液A
(20mM リン酸カリウム pH6.9、0.1mM
EDTA、1mM β−メルカプトエタノール、5
%グリセロール)291mlに細胞97gを再懸濁さ
せ、11,500PSIGでフレンチプレスに1回通し
て破壊した。該抽出物を12,000rpm、4℃で9
0分間遠心し、得られた上清を、0.2M NaCl含
有緩衝液Aで平衡化したDEAEセファロースCL−6
Bのカラム(5×10cm)に通した。素通り液(fl
ow−through)を集め、緩衝液Aで1:1で希
釈し、0.1M NaCl含有緩衝液Aで平衡化したヘ
パリンセファロースCL−6Bのカラム(5×8cm)
にかけた。該カラムを、0.1MNaCl含有緩衝液A
350mlで洗浄し、0.1M NaCl含有緩衝液
A800mlと1M NaCl含有緩衝液A 800m
lとで調製した塩化ナトリウム直線勾配にかけた。フラ
クションを流速5ml/分で回収した。酵素活性ピーク
をプールし、0.55〜0.75M NaClでカラム
から溶離した。50mM NaCl含有緩衝液Aに対し
て一晩透析した後、プールした酵素を、50mM Na
Cl含有緩衝液Aで平衡化したMono Q(登録商
標)HR 10/10(8ml)に充填した。フラクシ
ョンを流速1.0ml/分で回収した。酵素活性ピーク
をプールし、0.3〜0.35M NaClでカラムか
ら溶離した。該プールを緩衝液AでNaCl濃度50m
Mまで希釈し、TSK−ヘパリンTosoHaas 5
PWカラム(7.5cm×7.5mm ID)に充填し
た。フラクションを流速1.0ml/分で回収した。酵
素活性ピークを0.42〜0.5M NaClでカラム
から溶離した。活性を含むフラクションをプールし、緩
衝液B(10mM Tris pH7.4、50mM
塩化ナトリウム、0.1mM EDTA、1mM DT
T、50%グリセロール)に対して透析することにより
濃縮した。この精製方法では合計10.8×106単位
の酵素が得られた。収率は1%である。
【0059】前記精製方法によって得たSphI制限エ
ンドヌクレアーゼは実質的に純粋であり、非特異的エン
ドヌクレアーゼ及びエキソヌクレアーゼを含んでいなか
った。SphI制限エンドヌクレアーゼ調製物の純度を
下記の基準に従って調べた。
【0060】1)連結反応:λDNAの20倍過剰消化
後には、産生したDNAフラグメントの95%以上がT
4 DNAリガーゼに連結した(5’末端濃度は16℃
で1〜2μM)。これらの連結フラグメントの95%は
再切断が可能であった。2)長時間の消化:1μgのλ
DNAと10単位の酵素とを含む50μlの反応混合物
を16時間インキュベートすると、1単位の酵素で1時
間反応させた場合と同じパターンのDNAバンドが形成
された。3)エキソヌクレアーゼ活性:音波処理した3
H DNA(105 cpm/μg)1μgを含む50
μlの反応液中37℃で4時間にわたり3,000単位
の酵素をインキュベートすると、0.01%未満の放射
能が放出された。4)エンドヌクレアーゼ汚染:1μgの
ΦX174RFI DNAを含む50μlの反応液中3
7℃で4時間にわたり150単位の酵素をインキュベー
トすると、25%未満がRF IIに転換した。試験は
総て次の反応緩衝液中で実施した:50mM NaC
l、10mM Tris−HCl、10mM MgCl
2、1mM DTT(pHは25℃で7.9)。
【0061】
【配列表】
配列番号(SEQ ID NO):1 配列の長さ:235 配列の型:アミノ酸 トポロジー:直鎖状 配列の種類:タンパク質 配列
【0062】
【化1】 配列番号:2 配列の長さ:2692塩基対 配列の型:核酸 鎖の数:二本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の特徴 特徴を表す記号:CDS 存在位置:703..1653 他の情報:/note=「メチラーゼ遺伝子は位置70
3で始まり1653で終わる。制限エンドヌクレアーゼ
は位置1703で始まり2410で終わる」 配列の特徴 特徴を表す記号:CDS 存在位置:1703..2410 配列
【0063】
【化2】
【0064】
【化3】
【0065】
【化4】
【0066】
【化5】 配列番号:3 配列の長さ:25塩基対 配列の型:核酸 鎖の数:不明 トポロジー:不明 配列
【0067】
【化6】 配列番号:4 配列の長さ:28塩基対 配列の型:核酸 鎖の数:不明 トポロジー:不明 配列
【0068】
【化7】 配列番号:5 配列の長さ:26塩基対 配列の型:核酸 鎖の長さ:不明 トポロジー:不明 配列
【0069】
【化8】
【図面の簡単な説明】
【図1】SphI制限エンドヌクレアーゼをクローン化
し産生するための好ましい方法の説明図である。クロー
ニングプロジェクトに着手した時には、SphI制限−
修飾系のクローニングでどのエンドヌクレアーゼ又は条
件が有利であるかも、またこれらのクローンにおける制
限及び修飾遺伝子の位置も不明であった。図1及び実施
例1に記載のクローニングの結果及びDNAの配列決
定、マッピング並びにクローンの特徴分析は、当初不明
であったSphI制限−修飾系のクローニング及び発現
の直接的経路を明らかにするものである。
【図2】PstIライブラリーのメチラーゼ選択によっ
て得たPstIの部分的クローンpSphM6.0の地
図である。
【図3】S.phaeochromogenesゲノム
DNAから調製したKasIライブラリーからSphI
制限エンドヌクレアーゼ遺伝子の残りを単離する方法を
簡単に示す説明図である。図面上部に示されている点々
模様の大きな四角い枠はKasIライブラリーを表し、
該枠内の2つの円は種々のクローンの中の2つのプラス
ミドであって、(円内に長い矢印で示されているよう
に)SphI制限エンドヌクレアーゼ遺伝子の残りを含
んでいる。矢頭は、KasIライブラリーから所望のフ
ラグメントを増幅するのに使用されるプライマーの位置
を示している。プラスミド上の小さな四角い枠はベクタ
ー上の多重クローニング部位の位置を示す。
【図4】pEGsph42−1.4と、pEGsphR
50−2を得るための制限エンドヌクレアーゼ遺伝子の
最構築及びPCRとを簡単に示す説明図である。pSp
hM0.9はpUC19にクローニングされたpSph
M6.0からの0.9kbのPstIフラグメントであ
る。pSphM0.9の地図に示されているXbaI部
位はベクター内の部位であり、SphI制限修飾系をコ
ードするDNAの一部分ではない。pEGsph42−
1.4内の点線は、地図上の該領域がベクターpUC1
9に由来するものであることを示している(HindI
II部位も含まれる)。再構築エンドヌクレアーゼ遺伝
子の下に記されている太枠で囲まれた矢印は、過剰発現
用にpEGsphR50−1を構築するためにエンドヌ
クレアーゼ遺伝子のPCRに使用されるプライマーの位
置及び方向を示している。
【図5】NEB#808の細胞抽出物から得たSphI
制限エンドヌクレアーゼ活性の力価をアガロースゲルの
電気泳動写真で示す説明図である。ゲルのレーンの番号
付けは左から右に向かって行われ、ゲルの左側のレーン
が1、右側のレーンが25である。16μlのpBR3
22(16μg)と80μlの10X NEBuffe
r2と、10μlのPstI(200U)とを混合し無
菌水で800μlにしてDNA混合物を形成した。NE
B#808から調製した粗抽出物1μlを49μlのD
NA混合物に加えた(図5、レーン1)。混合後、該試
験管から5μlを採取し、45μlのDNA混合物と一
緒に第2の試験管に加えた(図5、レーン2)。第2の
試験管から5μlを採取し、45μlのDNA混合物と
一緒に第3の試験管に加えた(図5、レーン3)。第3
の試験管から25μlを採取し、25μlのDNA混合
物と一緒に第4の試験管に加えた(図5、レーン4)。
1:1の希釈を更に6回行った(図5、レーン5〜1
6)。同様の1:1希釈をS.Phaeochromo
genesから精製した1μlのSphIについて行い
(図5、レーン18〜25)、粗抽出物中の酵素の力価
を評価した。37℃で1時間インキュベートした後、各
希釈物を25μlずつ0.7%アガロースゲル上に充填
し、2時間泳動させた。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年11月18日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図5
【補正方法】変更
【補正内容】
【図5】
───────────────────────────────────────────────────── 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 C12R 1:465) (C12N 1/21 C12R 1:19) (C12N 9/16 C12R 1:19)

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プラスミドpEGsph50−2から得
    られる、SphI制限エンドヌクレアーゼをコードする
    単離DNA。
  2. 【請求項2】 SphI制限エンドヌクレアーゼをコー
    ドする単離DNAをベクターに挿入したものからなる組
    換えベクター。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の単離DNAを含む組換
    えベクター。
  4. 【請求項4】 ベクターがプラスミドpEGsph50
    −2からなる請求項3に記載の組換えベクター。
  5. 【請求項5】 請求項2から4のいずれか一項に記載の
    組換えベクターで形質転換した宿主細胞。
  6. 【請求項6】 SphI制限エンドヌクレアーゼの製造
    方法であって、請求項2から4のいずれか一項に記載の
    組換えベクターで形質転換した宿主を前記エンドヌクレ
    アーゼの発現に適した条件下で培養することからなる方
    法。
  7. 【請求項7】 SEQ ID NO:2を含む請求項1
    に記載の単離DNA。
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