JP7674739B2 - Modified fibroin - Google Patents
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Description
本発明は、改変フィブロインに関する。
The present invention relates to modified fibroins.
フィブロインは、繊維状のタンパク質の一種であり、βプリーツシートの形成につながるグリシン残基、アラニン残基及びセリン残基を最大90%含有する(非特許文献1)。フィブロインとして、昆虫及びクモ類が産生する糸を構成するタンパク質(絹タンパク質、ホーネットシルクタンパク質、スパイダーシルクタンパク質)等が知られている。
Fibroin is a type of fibrous protein that contains up to 90% of glycine, alanine and serine residues that lead to the formation of β-pleated sheets (Non-Patent Document 1). Known examples of fibroin include proteins that constitute the silk produced by insects and spiders (silk proteins, hornet silk proteins, spider silk proteins, etc.).
絹タンパク質は、優れた機械的特性、吸湿特性及び消臭特性を有し、衣服原料として広く用いられている素材である。また絹糸は免疫寛容な天然繊維であり、生体親和性が高いため手術用縫合糸等の用途にも用いられている。
Silk protein has excellent mechanical properties, moisture absorption properties, and deodorizing properties, and is widely used as a material for clothing. Silk thread is also used for surgical sutures, etc., because it is a natural fiber with immune tolerance and high biocompatibility.
クモには最大7種類の絹糸腺が存在し、それぞれ性質の異なるフィブロイン(スパイダーシルクタンパク質)を産生する。スパイダーシルクタンパク質は、その源泉の器官にしたがって、高い靭性を有する大瓶状スパイダータンパク質(major ampullate spider protein、MaSp)、高度な伸長力を有する小瓶状スパイダータンパク質(minor ampullate spider protein、MiSp)、並びに鞭状(flagelliform(Flag))、管状(tubuliform)、集合(aggregate)、ブドウ状(aciniform)及びナシ状(pyriform)の各スパイダーシルクタンパク質と命名されている。特に、優れた強度と伸度を有することにより高い靭性を有する大瓶状スパイダータンパク質において構造的研究が集中して行われている(特許文献1及び特許文献2)。
Spiders have up to seven types of silk glands, each producing fibroin (spider silk protein) with different properties. Spider silk proteins are named according to their source organs: major ampullate spider protein (MaSp), which has high toughness, minor ampullate spider protein (MiSp), which has high elongation force, and flagelliform (Flag), tubuliform, aggregate, aciniform, and pear-shaped (pyriform) spider silk proteins. In particular, structural research has been intensively conducted on major ampullate spider protein, which has high toughness due to its excellent strength and elongation (Patent Document 1 and Patent Document 2).
フィブロインに特異的な構造の一つとして、GPGXX、アラニン残基に富んだ伸長領域((A)n又は(GA)n)、GGX、及びスペーサーに分類されるアミノ酸モチーフが反復した構造が知られている(非特許文献2)。また、(GA)nモチーフを(A)nモチーフで置換することにより伸度は減少するが引張り強度が増すこと、GPGXXモチーフの数を増加させることにより伸度が増加すること、GPGXXモチーフのいくつかを(A)nモチーフで置換することにより引張り強度が増加することが報告されている(特許文献2)。また、GGX及びGPGXXモチーフは、糸に弾性を与える可撓性のらせん構造をとると考えられている(特許文献3)。
One of the structures specific to fibroin is a repeat structure of amino acid motifs classified as GPGXX, an alanine residue-rich extension region ((A) n or (GA) n ), GGX, and a spacer (Non-Patent Document 2). It has also been reported that the replacement of the (GA) n motif with the (A) n motif reduces the elongation but increases the tensile strength, that the elongation increases by increasing the number of GPGXX motifs, and that the tensile strength increases by replacing some of the GPGXX motifs with the (A) n motif (Patent Document 2). The GGX and GPGXX motifs are also thought to form a flexible helical structure that gives elasticity to the thread (Patent Document 3).
組換えスパイダーシルクタンパク質、及び組換え絹タンパク質は、いくつかの異種タンパク質生産系で産生されている。例えば、ヤギ、カイコ、植物、哺乳類細胞、酵母、カビ、グラム陰性細菌及びグラム陽性細菌等を宿主とした組換えタンパク質生産系による組換えフィブロイン生産が多数報告されており一定の成果が得られている(非特許文献3、特許文献4及び5)。
Recombinant spider silk proteins and recombinant silk proteins have been produced in several heterologous protein production systems. For example, many reports have been published on recombinant fibroin production using recombinant protein production systems with hosts such as goats, silkworms, plants, mammalian cells, yeasts, molds, gram-negative bacteria, and gram-positive bacteria, and certain results have been obtained (Non-Patent Document 3, Patent Documents 4 and 5).
近年、自動車、電気・電子等あらゆる産業分野において、耐熱性材料の需要が高まっている。フィブロインからなる絹は、優雅な風合いと美しい光沢、着心地の良さを持つ一方、水にぬれると縮む、黄変するなどの欠点があり、アイロンも160℃までの中温でかけることが推奨されるなど、一般的には耐熱性の低い繊維であると考えられている。耐熱性複合材料の素材として用いるためには、まず、絹タンパク質自体の耐熱性を向上させることが求められる。
In recent years, the demand for heat-resistant materials has been increasing in various industrial fields, including automobiles, electrical and electronics. Silk, which is made of fibroin, has an elegant texture, beautiful luster, and is comfortable to wear, but it has drawbacks such as shrinking and yellowing when wet, and it is recommended to iron it at a medium temperature of up to 160°C. It is generally considered to be a fiber with low heat resistance. In order to use it as a material for heat-resistant composite materials, it is first necessary to improve the heat resistance of the silk protein itself.
フィブロインからなる天然のクモの糸は、引張強度、靱性及び伸展性等の物理的な変化に対する特性に優れ、高い生体適合性及び生分解性を有し、さらに、耐熱性にも優れている。しかし、天然糸を産業上利用するカイコと相違し、クモは大量飼育が困難であるところから、クモの糸を模倣した人工合成繊維を製造し、前記物理的な変化に対する特性、並びに、生体適合性及び生分解性を有する糸、敷布等の素材や材料への応用が試みられているが、耐熱性について天然のクモ糸に匹敵する人工繊維の製造は、成功していない。
Natural spider silk made of fibroin has excellent properties against physical changes such as tensile strength, toughness, and extensibility, has high biocompatibility and biodegradability, and also has excellent heat resistance. However, unlike silkworms, which use natural silk industrially, it is difficult to mass-produce spiders, and therefore attempts have been made to produce artificial synthetic fibers that imitate spider silk and apply them to materials and ingredients such as silk and bedding that have the above-mentioned properties against physical changes, as well as biocompatibility and biodegradability, but no artificial fibers comparable in heat resistance to natural spider silk have been successfully produced.
したがって、本発明は、熱安定性が向上された改変フィブロインの提供を目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a modified fibroin having improved thermal stability.
本発明者らは、フィブロイン中に存在する(A)nモチーフの中におけるアラニン連続配列のアラニン含有量を増加させることにより、熱安定性が向上されたフィブロインが得られることを見出した。本発明はこの新規な知見に基づく。
The present inventors have found that by increasing the alanine content of the alanine consecutive sequence in the (A) n motif present in fibroin, a fibroin having improved thermal stability can be obtained. The present invention is based on this novel finding.
すなわち、本発明は、例えば、以下の各発明に関する。
〔1〕
式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含む改変フィブロインであって、
上記(A)nモチーフにおいて6残基以上連続するアラニン残基の残基数の合計が、全体のアミノ酸残基の総数の20%以上であり、
REPの疎水性度が、-1.0以上であり、
全体のアミノ酸残基の総数が、580以上である、改変フィブロイン。
[式1及び式2中、(A)nモチーフは4~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数が80%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは10~300の整数を示す。複数存在する(A)nモチーフは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。複数存在するREPは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。]
〔2〕
REPの疎水性度が、0以上である、〔1〕に記載の改変フィブロイン。
〔3〕
上記(A)nモチーフにおいて7残基以上連続するアラニン残基の残基数の合計が、全体のアミノ酸残基の総数の20%以上である、〔1〕又は〔2〕に記載の改変フィブロイン。
〔4〕
配列番号1、配列番号2若しくは配列番号3で示されるアミノ酸配列、又は配列番号1、配列番号2若しくは配列番号3で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を含む、改変フィブロイン。
〔5〕
更に、N末端及びC末端のいずれか一方又は両方にタグ配列を含む、〔1〕~〔4〕のいずれかに記載の改変フィブロイン。
〔6〕
上記タグ配列が、配列番号4又は配列番号5で示されるアミノ酸配列を含む、〔5〕に記載の改変フィブロイン。
〔7〕 配列番号6、配列番号7若しくは配列番号8で示されるアミノ酸配列、又は配列番号6、配列番号7若しくは配列番号8で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を含む、改変フィブロイン。
〔8〕
熱分解温度(Td)が268℃以上である、〔1〕~〔7〕のいずれかに記載の改変フィブロイン。
〔9〕
〔1〕~〔8〕のいずれかに記載の改変フィブロインをコードする核酸。
〔10〕
〔9〕に記載の核酸の相補鎖とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含む改変フィブロインをコードする核酸。[式1及び式2中、(A)nモチーフは4~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数が80%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは10~300の整数を示す。複数存在する(A)nモチーフは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。複数存在するREPは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。]
〔11〕
〔9〕に記載の核酸と90%以上の配列同一性を有し、かつ式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含む改変フィブロインをコードする核酸。
[式1及び式2中、(A)nモチーフは4~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数が80%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは10~300の整数を示す。複数存在する(A)nモチーフは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。複数存在するREPは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。]
〔12〕
改変フィブロインの製造方法であって、
改変フィブロインをコードする核酸配列と、当該核酸配列に作動可能に連結された1又は複数の調節配列とを有する発現ベクターで形質転換された宿主により、当該核酸を発現させる工程を含み、
上記改変フィブロインが、〔1〕~〔8〕のいずれかに記載の改変フィブロインである、製造方法。
〔13〕
式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含む改変フィブロインの熱安定性を向上させる方法であって、
改変前のフィブロインにおける少なくとも1つの(A)nモチーフ又はREPに、1又は複数のアラニン残基を挿入するか、又はアラニン残基と隣り合う他のアミノ酸残基をアラニンに置換することにより、少なくとも1つの(A)nモチーフ中の連続するアラニン残基のアラニン残基数を増加させることを含み、
改変前のフィブロインと比較して、改変後のフィブロインの熱分解温度(Td)が5℃以上高い、方法。
[式1及び式2中、(A)nモチーフは4~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数が80%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは10~300の整数を示す。複数存在する(A)nモチーフは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。複数存在するREPは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。]
〔14〕
改変前のフィブロインが、天然由来のフィブロインである、〔13〕に記載の方法。
〔15〕
上記天然由来のフィブロインが、昆虫又はクモ類由来のフィブロインである、〔14〕に記載の改変フィブロイン。
〔16〕
上記天然由来のフィブロインが、クモ類の大瓶状スパイダータンパク質(MaSp)又は小瓶状スパイダータンパク質(MiSp)である、〔15〕に記載の改変フィブロイン。
〔17〕
〔1〕~〔8〕のいずれかに記載の改変フィブロインを含み、
繊維、糸、フィルム、発泡体、粒体、ナノフィブリル、ゲル及び樹脂からなる群から選択される、製品。
That is, the present invention relates to, for example, the following inventions.
[1]
A modified fibroin comprising a domain sequence represented by the formula 1: [(A) n motif-REP] m or the formula 2: [(A) n motif-REP] m -(A) n motif,
(A) the total number of 6 or more consecutive alanine residues in the n motif is 20% or more of the total number of all amino acid residues;
The hydrophobicity of the REP is −1.0 or more;
A modified fibroin having a total number of amino acid residues of 580 or more.
[In formula 1 and formula 2, (A) n motif represents an amino acid sequence composed of 4 to 27 amino acid residues, and the number of alanine residues relative to the total number of amino acid residues in (A) n motif is 80% or more. REP represents an amino acid sequence composed of 10 to 200 amino acid residues. m represents an integer of 10 to 300. A plurality of (A) n motifs may be the same amino acid sequence as each other or different amino acid sequences. A plurality of REPs may be the same amino acid sequence as each other or different amino acid sequences.]
[2]
The modified fibroin according to [1], wherein the hydrophobicity of the REP is 0 or more.
[3]
The modified fibroin according to [1] or [2] above, wherein the total number of consecutive alanine residues in the n motif (A) is 20% or more of the total number of amino acid residues.
[4]
A modified fibroin comprising an amino acid sequence shown in SEQ ID NO:1, SEQ ID NO:2 or SEQ ID NO:3, or an amino acid sequence having 90% or more sequence identity to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO:1, SEQ ID NO:2 or SEQ ID NO:3.
[5]
The modified fibroin according to any one of [1] to [4], further comprising a tag sequence at either or both of the N-terminus and the C-terminus.
[6]
The modified fibroin according to [5], wherein the tag sequence comprises the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4 or SEQ ID NO: 5.
[7] A modified fibroin comprising an amino acid sequence shown in SEQ ID NO:6, SEQ ID NO:7, or SEQ ID NO:8, or an amino acid sequence having 90% or more sequence identity to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO:6, SEQ ID NO:7, or SEQ ID NO:8.
[8]
The modified fibroin according to any one of [1] to [7], having a thermal decomposition temperature (Td) of 268°C or higher.
[9]
A nucleic acid encoding the modified fibroin according to any one of [1] to [8].
[10]
A nucleic acid that hybridizes under stringent conditions with the complementary strand of the nucleic acid according to [9] and codes for a modified fibroin comprising a domain sequence represented by formula 1: [(A) n motif-REP] m , or formula 2: [(A) n motif-REP] m- (A) n motif. [In formulas 1 and 2, (A) n motif represents an amino acid sequence consisting of 4 to 27 amino acid residues, and the number of alanine residues relative to the total number of amino acid residues in (A) n motif is 80% or more. REP represents an amino acid sequence consisting of 10 to 200 amino acid residues. m represents an integer of 10 to 300. A plurality of (A) n motifs may be the same amino acid sequence as each other or different amino acid sequences. A plurality of REPs may be the same amino acid sequence as each other or different amino acid sequences.]
[11]
A nucleic acid encoding a modified fibroin having a sequence identity of 90% or more with the nucleic acid according to [9] and comprising a domain sequence represented by formula 1: [(A) n motif-REP] m or formula 2: [(A) n motif-REP] m- (A) n motif.
[In formula 1 and formula 2, (A) n motif represents an amino acid sequence composed of 4 to 27 amino acid residues, and the number of alanine residues relative to the total number of amino acid residues in (A) n motif is 80% or more. REP represents an amino acid sequence composed of 10 to 200 amino acid residues. m represents an integer of 10 to 300. A plurality of (A) n motifs may be the same amino acid sequence as each other or different amino acid sequences. A plurality of REPs may be the same amino acid sequence as each other or different amino acid sequences.]
[12]
A method for producing modified fibroin, comprising the steps of:
expressing the nucleic acid by a host transformed with an expression vector having a nucleic acid sequence encoding the modified fibroin and one or more regulatory sequences operably linked to the nucleic acid sequence;
A method for producing the modified fibroin, wherein the modified fibroin is the modified fibroin described in any one of [1] to [8].
[13]
A method for improving the thermal stability of a modified fibroin containing a domain sequence represented by formula 1: [(A) n motif-REP] m or formula 2: [(A) n motif-REP] m -(A) n motif, comprising:
The method includes increasing the number of consecutive alanine residues in at least one (A) n motif by inserting one or more alanine residues into at least one (A) n motif or REP in the unmodified fibroin or by substituting another amino acid residue adjacent to the alanine residue with alanine;
The method comprises the step of: the thermal decomposition temperature (Td) of the modified fibroin is 5°C or more higher than that of the unmodified fibroin.
[In formula 1 and formula 2, (A) n motif represents an amino acid sequence composed of 4 to 27 amino acid residues, and the number of alanine residues relative to the total number of amino acid residues in (A) n motif is 80% or more. REP represents an amino acid sequence composed of 10 to 200 amino acid residues. m represents an integer of 10 to 300. A plurality of (A) n motifs may be the same amino acid sequence as each other or different amino acid sequences. A plurality of REPs may be the same amino acid sequence as each other or different amino acid sequences.]
[14]
The method according to [13], wherein the unmodified fibroin is naturally occurring fibroin.
[15]
The modified fibroin according to [14], wherein the naturally occurring fibroin is fibroin derived from an insect or arachnid.
[16]
The modified fibroin according to [15], wherein the naturally occurring fibroin is a large ampullate spider protein (MaSp) or a small ampullate spider protein (MiSp) of an arachnid.
[17]
The modified fibroin according to any one of [1] to [8] is included,
1. An article of manufacture selected from the group consisting of fibers, yarns, films, foams, granules, nanofibrils, gels and resins.
本発明によれば、熱安定性が向上された改変フィブロインの提供が可能となる。
According to the present invention, it is possible to provide a modified fibroin having improved thermal stability.
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。 The following describes in detail the form for implementing the present invention. However, the present invention is not limited to the following embodiment.
〔改変フィブロイン〕 本発明に係る改変フィブロインは、式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含むタンパク質である。改変フィブロインは、ドメイン配列のN末端側及びC末端側のいずれか一方又は両方に更にアミノ酸配列(N末端配列及びC末端配列)が付加されていてもよい。N末端配列及びC末端配列は、これに限定されるものではないが、典型的には、フィブロインに特徴的なアミノ酸モチーフの反復を有さない領域であり、100残基程度のアミノ酸からなる。 [Modified fibroin] The modified fibroin according to the present invention is a protein containing a domain sequence represented by formula 1: [(A) n motif-REP] m , or formula 2: [(A) n motif-REP] m- (A) n motif. The modified fibroin may further have amino acid sequences (N-terminal sequence and C-terminal sequence) added to either or both of the N-terminal and C-terminal sides of the domain sequence. The N-terminal sequence and the C-terminal sequence are typically, but are not limited to, regions that do not have repetitions of amino acid motifs characteristic of fibroin and consist of about 100 amino acid residues.
本明細書において「改変フィブロイン」とは、そのドメイン配列が天然由来のフィブロインのアミノ酸配列とは異なるフィブロインを意味する。本明細書でいう「天然由来のフィブロイン」は、そのアミノ酸配列が自然に存在する昆虫又はクモ類等が産生するフィブロインと同一であるフィブロインを意味する。天然由来のフィブロインもまた、式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含むタンパク質である。 As used herein, "modified fibroin" refers to a fibroin whose domain sequence is different from the amino acid sequence of naturally occurring fibroin. As used herein, "naturally occurring fibroin" refers to a fibroin whose amino acid sequence is identical to that of fibroin produced by naturally occurring insects, arachnids, etc. Naturally occurring fibroin is also a protein containing a domain sequence represented by formula 1: [(A) n motif-REP] m , or formula 2: [(A) n motif-REP] m- (A) n motif.
「改変フィブロイン」は、本発明で特定されるアミノ酸配列を有するものであれば、天然由来のフィブロインに依拠してそのアミノ酸配列を改変したもの(例えば、クローニングした天然由来のフィブロインの遺伝子配列を改変することによりアミノ酸配列を改変したもの)であってもよく、また天然由来のフィブロインに依らず人工的にアミノ酸配列を設計及び合成したもの(例えば、設計したアミノ酸配列をコードする核酸を化学合成することにより所望のアミノ酸配列を有するもの)であってもよい。なお、改変フィブロインのアミノ酸配列を改変したものも、そのアミノ酸配列が天然由来のフィブロインのアミノ酸配列とは異なるものであれば、改変フィブロインに含まれる。 A "modified fibroin" may be one whose amino acid sequence has been modified based on naturally occurring fibroin (e.g., one whose amino acid sequence has been modified by modifying the genetic sequence of a cloned naturally occurring fibroin) so long as it has the amino acid sequence specified in the present invention, or one whose amino acid sequence has been artificially designed and synthesized without relying on naturally occurring fibroin (e.g., one having a desired amino acid sequence obtained by chemically synthesizing a nucleic acid that codes for a designed amino acid sequence). Note that modified fibroin whose amino acid sequence has been modified is also included in the modified fibroin, so long as the amino acid sequence differs from that of naturally occurring fibroin.
本明細書において「ドメイン配列」とは、フィブロイン特有の結晶領域(典型的には、アミノ酸配列の(A)nモチーフに相当する。)と非晶領域(典型的には、アミノ酸配列のREPに相当する。)を生じるアミノ酸配列であり、式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるアミノ酸配列を意味する。ここで、(A)nモチーフは、アラニン残基を主とするアミノ酸配列を示し、アミノ酸残基数は4~27である。(A)nモチーフのアミノ酸残基数は、4~20、8~20、10~20、4~16、5~10、6~12、6~18、7~10、7~14、8~16、又は11~16であってもよい。また、(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数の割合は80%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは10~300の整数を示す。複数存在する(A)nモチーフは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。複数存在するREPは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。 In the present specification, the term "domain sequence" refers to an amino acid sequence that generates a crystalline region (typically corresponding to the (A) n motif of the amino acid sequence) and an amorphous region (typically corresponding to REP of the amino acid sequence) specific to fibroin, and means an amino acid sequence represented by formula 1: [(A) n motif-REP] m or formula 2: [(A) n motif-REP] m- (A) n motif. Here, the (A) n motif indicates an amino acid sequence mainly composed of alanine residues, and the number of amino acid residues is 4 to 27. The number of amino acid residues in the (A) n motif may be 4 to 20, 8 to 20, 10 to 20, 4 to 16, 5 to 10, 6 to 12, 6 to 18, 7 to 10, 7 to 14, 8 to 16, or 11 to 16. In addition, the ratio of the number of alanine residues to the total number of amino acid residues in the (A) n motif is 80% or more. REP represents an amino acid sequence composed of 10 to 200 amino acid residues. m represents an integer of 10 to 300. A plurality of (A) n motifs may have the same amino acid sequence as each other or different amino acid sequences. A plurality of REPs may have the same amino acid sequence as each other or different amino acid sequences.
(A)nモチーフは、(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数が80%以上であればよく、85%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、95%以上であることが更に好ましく、100%であること(アラニン残基のみで構成されることを意味する)が更により好ましい。ドメイン配列中に複数存在する(A)nモチーフは、少なくとも7つがアラニン残基のみで構成されることが好ましい。アラニン残基のみで構成されるとは、(A)nモチーフが、(Ala)k(Alaはアラニン残基を示し、kは4~27の整数、好ましくは4~20の整数、より好ましくは4~16の整数を示す。)で表されるアミノ酸配列を有することを意味する。 The (A) n motif may have a number of alanine residues of 80% or more, preferably 85% or more, more preferably 90 % or more, even more preferably 95% or more, and even more preferably 100% (meaning composed only of alanine residues). Of the (A) n motifs present in a plurality in the domain sequence, at least seven are preferably composed only of alanine residues. "Composed only of alanine residues" means that the (A) n motif has an amino acid sequence represented by (Ala) k (Ala represents an alanine residue, and k represents an integer of 4 to 27, preferably an integer of 4 to 20, more preferably an integer of 4 to 16).
本実施形態に係る改変フィブロインは、(A)nモチーフにおいて6残基以上連続するアラニン残基の残基数の合計が、全体のアミノ酸残基の総数の20%以上であり、REPの疎水性度が、-1.0以上であり、全体のアミノ酸残基の総数が、580以上である。 The modified fibroin of this embodiment has (A) an n motif in which the total number of consecutive alanine residues of 6 or more is 20% or more of the total number of amino acid residues, the hydrophobicity of REP is -1.0 or more, and the total number of amino acid residues is 580 or more.
本実施形態に係る改変フィブロインは、(A)nモチーフにおいて6残基以上連続するアラニン残基の残基数の合計が、全体のアミノ酸残基の総数の20%以上である。(A)nモチーフにおいて6残基以上連続するアラニン残基の残基数の合計とは、6残基以上連続するアラニン残基の残基数のみカウントした場合の、アラニン残基の残基数の総数を意味する。したがって、5残基のみ連続するアラニン残基の残基数はカウントされない。また、(A)nモチーフにおいて、アラニン残基間に他のアミノ酸残基が存在することで、アラニン残基が連続して6残基以上存在しない場合にも、そのアラニン残基の残基数はカウントされない。 In the modified fibroin according to the present embodiment, the total number of 6 or more consecutive alanine residues in the (A) n motif is 20% or more of the total number of amino acid residues. The total number of 6 or more consecutive alanine residues in the (A) n motif means the total number of alanine residues when only the number of 6 or more consecutive alanine residues is counted. Therefore, the number of 5 consecutive alanine residues is not counted. In addition, in the (A) n motif, when there are no 6 or more consecutive alanine residues due to the presence of other amino acid residues between the alanine residues, the number of the alanine residues is not counted.
(A)nモチーフにおいて6残基以上連続するアラニン残基の残基数の合計は、例えば、全体のアミノ酸残基の総数の21%以上、22%以上又は23%以上であってもよい。また、(A)nモチーフにおいて7残基以上連続するアラニン残基の残基数の合計が、例えば、全体のアミノ酸残基の総数の20%以上、21%以上、22%以上又は23%以上であってもよい。 The total number of 6 or more consecutive alanine residues in the (A) n motif may be, for example, 21% or more, 22% or more, or 23% or more of the total number of all amino acid residues. Also, the total number of 7 or more consecutive alanine residues in the (A) n motif may be, for example, 20% or more, 21% or more, 22% or more, or 23% or more of the total number of all amino acid residues.
本実施形態に係る改変フィブロインは、全体のアミノ酸残基の総数が、580以上である。全体のアミノ酸残基の総数は、例えば、590以上、600以上、610以上又は620以上であってもよい。 The modified fibroin of this embodiment has a total number of amino acid residues of 580 or more. The total number of amino acid residues of the entirety may be, for example, 590 or more, 600 or more, 610 or more, or 620 or more.
本実施形態に係る改変フィブロインは、REPのアミノ酸配列中に、GGXモチーフ及びGPGXXモチーフ(Gはグリシン残基、Pはフェニルアラニン残基、Xはグリシン残基以外のアミノ酸残基を示す。)から選ばれる少なくとも1つのモチーフが含まれていることが好ましい。REP中にこれらのモチーフが含まれることにより、改変フィブロインの伸度を向上させることができる。 The modified fibroin according to this embodiment preferably contains at least one motif selected from the GGX motif and the GPGXX motif (wherein G represents a glycine residue, P represents a phenylalanine residue, and X represents an amino acid residue other than a glycine residue) in the amino acid sequence of REP. By containing these motifs in REP, the extensibility of the modified fibroin can be improved.
本実施形態に係る改変フィブロインが、REP中にGPGXXモチーフを含む場合、GPGXXモチーフ含有率は、通常1%以上であり、5%以上であってもよく、10%以上であるのが好ましい。これにより、改変フィブロインの伸度をより向上させることができる。GPGXXモチーフ含有率の上限に特に制限はなく、50%以下であってよく、30%以下であってもよい。 When the modified fibroin of this embodiment contains a GPGXX motif in the REP, the GPGXX motif content is typically 1% or more, may be 5% or more, and is preferably 10% or more. This allows the elongation of the modified fibroin to be further improved. There is no particular upper limit to the GPGXX motif content, and it may be 50% or less, or 30% or less.
本明細書において、「GPGXXモチーフ含有率」は、以下の方法により算出される値である。 In this specification, "GPGXX motif content" is a value calculated by the following method.
式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含むフィブロインにおいて、最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除いた配列に含まれる全てのREPにおいて、その領域に含まれるGPGXXモチーフの個数の総数を3倍した数(即ち、GPGXXモチーフ中のG及びPの総数に相当)をxとし、最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除き、更に(A)nモチーフを除いた全REPのアミノ酸残基の総数をyとしたときに、GPGXXモチーフ含有率はx/yとして算出される。 In a fibroin containing a domain sequence represented by formula 1: [(A) n motif-REP] m , or formula 2: [(A) n motif-REP] m- (A) n motif, the GPGXX motif content is calculated as x/y, where x is three times the total number of GPGXX motifs contained in all REPs contained in the sequence obtained by excluding from the domain sequence the sequence from the (A) n motif located at the most C-terminal side to the C-terminus of the domain sequence (i.e., equivalent to the total number of G and P in the GPGXX motif), and y is the total number of amino acid residues in all REPs contained in the domain sequence obtained by excluding from the domain sequence the sequence from the (A) n motif located at the most C-terminus side to the C-terminus of the domain sequence and further excluding the (A)n motif.
GPGXXモチーフ含有率の算出において、「最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除いた配列」を対象としているのは、「最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列」(REPに相当する配列)には、フィブロインに特徴的な配列と相関性の低い配列が含まれることがあり、mが小さい場合(つまり、ドメイン配列が短い場合)、GPGXXモチーフ含有率の算出結果に影響するので、この影響を排除するためである。なお、REPのC末端に「GPGXXモチーフ」が位置する場合、「XX」が例えば「AA」の場合であっても、「GPGXXモチーフ」として扱う。 In calculating the GPGXX motif content, the target is "the sequence excluding the sequence from the (A) n motif located at the most C-terminal side to the C-terminus of the domain sequence from the domain sequence" because the "sequence from the (A) n motif located at the most C-terminus side to the C-terminus of the domain sequence" (sequence corresponding to REP) may contain a sequence that has low correlation with the sequence characteristic of fibroin, and when m is small (i.e., when the domain sequence is short), this affects the calculation result of the GPGXX motif content, and this influence is to be eliminated. Note that when the "GPGXX motif" is located at the C-terminus of REP, even if "XX" is, for example, "AA", it is treated as a "GPGXX motif".
図1は、改変フィブロインのドメイン配列を示す模式図である。図1を参照しながらGPGXXモチーフ含有率の算出方法を具体的に説明する。まず、図1に示した改変フィブロインのドメイン配列(「[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフ」タイプである。)では、全てのREPが「最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除いた配列」(図1中、「領域A」で示した配列。)に含まれているため、xを算出するためのGPGXXモチーフの個数は7であり、xは7×3=21となる。同様に、全てのREPが「最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除いた配列」(図1中、「領域A」で示した配列。)に含まれているため、当該配列から更に(A)nモチーフを除いた全REPのアミノ酸残基の総数yは50+40+10+20+30=150である。次に、xをyで除すことによって、x/y(%)を算出することができ、図1の改変フィブロインの場合21/150=14.0%となる。 FIG. 1 is a schematic diagram showing the domain sequence of a modified fibroin. A method for calculating the GPGXX motif content will be specifically described with reference to FIG. 1. First, in the domain sequence of the modified fibroin shown in FIG. 1 (which is of the "[(A) n motif-REP] m -(A) n motif" type), all REPs are included in the "sequence obtained by removing from the domain sequence the sequence from the (A) n motif located at the most C-terminal side to the C-terminus of the domain sequence" (the sequence shown in "Region A" in FIG. 1), so the number of GPGXX motifs for calculating x is 7, and x is 7×3=21. Similarly, all REPs are included in the "sequence obtained by removing from the domain sequence the sequence from the (A) n motif located at the most C-terminus side to the C-terminus of the domain sequence" (the sequence shown in "Region A" in FIG. 1), so the total number y of amino acid residues of all REPs obtained by further removing the (A) n motif from the sequence is 50+40+10+20+30=150. Next, x/y (%) can be calculated by dividing x by y, which is 21/150=14.0% in the case of the modified fibroin of FIG.
本実施形態に係る改変フィブロインは、グルタミン残基含有率が9%以下であることが好ましく、7%以下であることがより好ましく、4%以下であることが更に好ましく、0%であることが特に好ましい。これにより、本発明による効果をより一層顕著に奏することができる。 The modified fibroin of this embodiment preferably has a glutamine residue content of 9% or less, more preferably 7% or less, even more preferably 4% or less, and particularly preferably 0%. This allows the effects of the present invention to be more pronounced.
本明細書において、「グルタミン残基含有率」は、以下の方法により算出される値である。 In this specification, "glutamine residue content" is a value calculated by the following method.
式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含むフィブロインにおいて、最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除いた配列(図1の「領域A」に相当する配列。)に含まれる全てのREPにおいて、その領域に含まれるグルタミン残基の総数をwとし、最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除き、更に(A)nモチーフを除いた全REPのアミノ酸残基の総数をyとしたときに、グルタミン残基含有率はw/yとして算出される。グルタミン残基含有率の算出において、「最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除いた配列」を対象としている理由は、上述した理由と同様である。 In a fibroin containing a domain sequence represented by formula 1: [(A) n motif-REP] m , or formula 2: [(A) n motif-REP] m- (A) n motif, in all REPs contained in a sequence (sequence corresponding to "region A" in Figure 1) obtained by removing from the domain sequence the sequence from the (A) n motif located at the most C-terminal side to the C-terminus of the domain sequence, the total number of glutamine residues contained in the region is w, and the total number of amino acid residues of all REPs removed from the domain sequence from the sequence from the (A) n motif located at the most C-terminus side to the C-terminus of the domain sequence and further excluding the (A) n motif is y, the glutamine residue content is calculated as w/y. The reason for targeting "the sequence removed from the domain sequence from the (A) n motif located at the most C-terminus side to the C-terminus of the domain sequence" in calculating the glutamine residue content is the same as that described above.
本実施形態に係る改変フィブロインは、そのドメイン配列が、改変前のフィブロインと比較して、REP中の1又は複数のグルタミン残基を欠失したこと、又は他のアミノ酸残基に置換した
ことに相当するアミノ酸配列を有するものであってよい。
The modified fibroin of this embodiment may have an amino acid sequence in which the domain sequence is such that, compared to the fibroin before modification, one or more glutamine residues in REP have been deleted or replaced with other amino acid residues.
「他のアミノ酸残基」は、グルタミン残基以外のアミノ酸残基であればよいが、グルタミン残基よりも疎水性指標の大きいアミノ酸残基であることが好ましい。アミノ酸残基の疎水性指標については、公知の指標(Hydropathy index:Kyte J,&Doolittle R(1982)“A simple method for displaying the hydropathic character of a protein”,J.Mol.Biol.,157,pp.105-132)を使用する。具体的には、各アミノ酸の疎水性指標(ハイドロパシー・インデックス、以下「HI」とも記す。)は、下記表1に示すとおりである。 The "other amino acid residue" may be any amino acid residue other than glutamine residue, but is preferably an amino acid residue with a higher hydrophobicity index than glutamine residue. The hydrophobicity index of amino acid residues is determined by a known index (Hydrophathy index: Kyte J, & Doolittle R (1982) "A simple method for displaying the hydropathic character of a protein", J. Mol. Biol., 157, pp. 105-132). Specifically, the hydrophobicity index (hydropathy index, hereinafter also referred to as "HI") of each amino acid is as shown in Table 1 below.
表1に示すとおり、グルタミン残基よりも疎水性指標の大きいアミノ酸残基としては、イソロイシン(I)、バリン(V)、ロイシン(L)、フェニルアラニン(F)、システイン(C)、メチオニン(M)アラニン(A)、グリシン(G)、スレオニン(T)、セリン(S)、トリプトファン(W)、チロシン(Y)、プロリン(P)及びヒスチジン(H)から選ばれるアミノ酸残基を挙げることができる。これらの中でも、イソロイシン(I)、バリン(V)、ロイシン(L)、フェニルアラニン(F)、システイン(C)、メチオニン(M)及びアラニン(A)から選ばれるアミノ酸残基であることがより好ましく、イソロイシン(I)、バリン(V)、ロイシン(L)及びフェニルアラニン(F)から選ばれるアミノ酸残基であることが更に好ましい。 As shown in Table 1, amino acid residues having a higher hydrophobicity index than glutamine residues include amino acid residues selected from isoleucine (I), valine (V), leucine (L), phenylalanine (F), cysteine (C), methionine (M), alanine (A), glycine (G), threonine (T), serine (S), tryptophan (W), tyrosine (Y), proline (P) and histidine (H). Among these, amino acid residues selected from isoleucine (I), valine (V), leucine (L), phenylalanine (F), cysteine (C), methionine (M) and alanine (A) are more preferred, and amino acid residues selected from isoleucine (I), valine (V), leucine (L) and phenylalanine (F) are even more preferred.
本実施形態に係る改変フィブロインは、REPの疎水性度が、-1.0以上であればよく、-0.9以上であることが好ましく、-0.8以上であることがより好ましく、-0.7以上であることが更に好ましく、0以上であることが更に好ましく、0.2以上であることが更に好ましく、0.3以上であることが更により好ましく、0.4以上であることが特に好ましい。REPの疎水性度の上限に特に制限はなく、例えば、1.0以下であってよく、0.7以下であってもよい。REPの疎水性度は、例えば、-1.0以上1.0以下であってよく、0以上0.7以下であってもよい。 In the modified fibroin of this embodiment, the hydrophobicity of the REP may be -1.0 or more, preferably -0.9 or more, more preferably -0.8 or more, even more preferably -0.7 or more, even more preferably 0 or more, even more preferably 0.2 or more, even more preferably 0.3 or more, and particularly preferably 0.4 or more. There is no particular upper limit to the hydrophobicity of the REP, and it may be, for example, 1.0 or less, or 0.7 or less. The hydrophobicity of the REP may be, for example, -1.0 or more and 1.0 or less, or 0 or more and 0.7 or less.
本明細書において、「REPの疎水性度」は、以下の方法により算出される値である。 In this specification, "hydrophobicity of REP" is a value calculated by the following method.
式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含むフィブロインにおいて、最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除いた配列(図1の「領域A」に相当する配列。)に含まれる全てのREPにおいて、その領域の各アミノ酸残基の疎水性指標の総和をzとし、最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除き、更に(A)nモチーフを除いた全REPのアミノ酸残基の総数をyとしたときに、REPの疎水性度はz/yとして算出される。REPの疎水性度の算出において、「最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除いた配列」を対象としている理由は、上述した理由と同様である。 In a fibroin containing a domain sequence represented by formula 1: [(A) n motif-REP] m , or formula 2: [(A) n motif-REP] m- (A)n motif, in all REPs contained in the sequence obtained by removing from the domain sequence the sequence from the (A) n motif located at the most C-terminal side to the C-terminus of the domain sequence (the sequence corresponding to "region A" in Figure 1), the sum of the hydrophobicity indexes of each amino acid residue in the region is z, and the total number of amino acid residues in all REPs removed from the domain sequence from the sequence from the (A) n motif located at the most C-terminus side to the C-terminus of the domain sequence and further excluding the (A) n motif is y, the hydrophobicity of the REP is calculated as z/y. The reason for targeting "the sequence obtained by removing from the domain sequence the sequence from the (A) n motif located at the most C-terminus side to the C-terminus of the domain sequence" in calculating the hydrophobicity of the REP is the same as that described above.
本実施形態に係る改変フィブロインは、改変フィブロインを構成する全てのアミノ酸残基の疎水性指標(HI)の総和を求め、次にその総和を全アミノ酸残基数で除した値(平均HI)が、-1.0以上であることが好ましく、-0.9以上であることがより好ましく、-0.8以上であることが更に好ましく、-0.7以上であることが更に好ましく、0以上であることが更に好ましく、0.2以上であることが更に好ましく、0.3以上であることが更により好ましく、0.4以上であることが特に好ましい。改変フィブロインの平均HIの上限に特に制限はなく、例えば、1.0以下であってよく、0.7以下であってもよい。改変フィブロインの平均HIは、例えば、-1.0以上1.0以下であってよく、0以上0.7以下であってもよい。 The modified fibroin of this embodiment is obtained by calculating the sum of the hydrophobicity index (HI) of all amino acid residues constituting the modified fibroin and then dividing the sum by the total number of amino acid residues (average HI), which is preferably -1.0 or more, more preferably -0.9 or more, even more preferably -0.8 or more, even more preferably -0.7 or more, even more preferably 0 or more, even more preferably 0.2 or more, even more preferably 0.3 or more, and particularly preferably 0.4 or more. There is no particular upper limit to the average HI of the modified fibroin, and it may be, for example, 1.0 or less, or 0.7 or less. The average HI of the modified fibroin may be, for example, -1.0 or more and 1.0 or less, or 0 or more and 0.7 or less.
天然由来のフィブロインは、式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含むタンパク質であり、具体的には、例えば、昆虫又はクモ類が産生するフィブロインが挙げられる。 Naturally derived fibroin is a protein containing a domain sequence represented by formula 1: [(A) n motif-REP] m or formula 2: [(A) n motif-REP] m -(A) n motif, and specific examples thereof include fibroins produced by insects or arachnids.
昆虫が産生するフィブロインとしては、例えば、ボンビックス・モリ(Bombyx mori)、クワコ(Bombyx mandarina)、天蚕(Antheraea yamamai)、柞蚕(Anteraea pernyi)、楓蚕(Eriogyna pyretorum)、蓖蚕(Pilosamia Cynthia ricini)、樗蚕(Samia cynthia)、栗虫(Caligura japonica)、チュッサー蚕(Antheraea mylitta)、ムガ蚕(Antheraea assama)等のカイコが産生する絹タンパク質、スズメバチ(Vespa simillima xanthoptera)の幼虫が吐出するホーネットシルクタンパク質が挙げられる。 Fibroin produced by insects includes, for example, Bombyx mori, Bombyx mandarina, Antheraea yamamai, Antheraea pernyi, Eriogyna pyretorum, Pilosamia cynthia ricini, Samia cynthia, Caligra japonica, Antheraea mylitta, and Antheraea japonica. and hornet silk protein excreted by larvae of hornet (Vespa simillima xanthoptera).
昆虫が産生するフィブロインのより具体的な例としては、例えば、カイコ・フィブロインL鎖(GenBankアクセッション番号M76430(塩基配列)、AAA27840.1(アミノ酸配列))が挙げられる。 A more specific example of fibroin produced by insects is silkworm fibroin L chain (GenBank accession number M76430 (base sequence), AAA27840.1 (amino acid sequence)).
クモ類が産生するフィブロインとしては、例えば、オニグモ、ニワオニグモ、アカオニグモ、アオオニグモ及びマメオニグモ等のオニグモ属(Araneus属)に属するクモ、ヤマシロオニグモ、イエオニグモ、ドヨウオニグモ及びサツマノミダマシ等のヒメオニグモ属(Neoscona属)に属するクモ、コオニグモモドキ等のコオニグモモドキ属(Pronus属)に属するクモ、トリノフンダマシ及びオオトリノフンダマシ等のトリノフンダマシ属(Cyrtarachne属)に属するクモ、トゲグモ及びチブサトゲグモ等のトゲグモ属(Gasteracantha属)に属するクモ、マメイタイセキグモ及びムツトゲイセキグモ等のイセキグモ属(Ordgarius属)に属するクモ、コガネグモ、コガタコガネグモ及びナガコガネグモ等のコガネグモ属(Argiope属)に属するクモ、キジロオヒキグモ等のオヒキグモ属(Arachnura属)に属するクモ、ハツリグモ等のハツリグモ属(Acusilas属)に属するクモ、スズミグモ、キヌアミグモ及びハラビロスズミグモ等のスズミグモ属(Cytophora属)に属するクモ、ゲホウグモ等のゲホウグモ属(Poltys属)に属するクモ、ゴミグモ、ヨツデゴミグモ、マルゴミグモ及びカラスゴミグモ等のゴミグモ属(Cyclosa属)に属するクモ、及びヤマトカナエグモ等のカナエグモ属(Chorizopes属)に属するクモが産生するスパイダーシルクタンパク質、並びにアシナガグモ、ヤサガタアシナガグモ、ハラビロアシダカグモ及びウロコアシナガグモ等のアシナガグモ属(Tetragnatha属)に属するクモ、オオシロカネグモ、チュウガタシロカネグモ及びコシロカネグモ等のシロカネグモ属(Leucauge属)に属するクモ、ジョロウグモ及びオオジョロウグモ等のジョロウグモ属(Nephila属)に属するクモ、キンヨウグモ等のアズミグモ属(Menosira属)に属するクモ、ヒメアシナガグモ等のヒメアシナガグモ属(Dyschiriognatha属)に属するクモ、クロゴケグモ、セアカゴケグモ、ハイイロゴケグモ及びジュウサンボシゴケグモ等のゴケグモ属(Latrodectus属)に属するクモ、及びユープロステノプス属(Euprosthenops属)に属するクモ等のアシナガグモ科(Tetragnathidae科)に属するクモが産生するスパイダーシルクタンパク質が挙げられる。スパイダーシルクタンパク質としては、例えば、MaSp(MaSp1及びMaSp2)、ADF(ADF3及びADF4)等の牽引糸タンパク質、MiSp(MiSp1及びMiSp2)等が挙げられる。 Fibroin produced by spiders includes, for example, spiders belonging to the Araneus genus, such as the Japanese raven spider, the Japanese garden raven spider, the red raven spider, the green raven spider, and the Japanese bean raven spider; spiders belonging to the Neoscona genus, such as the Japanese mountain raven spider, the Japanese house raven spider, and the Japanese Satsuma spider; spiders belonging to the Pronus genus, such as the Japanese dwarf raven spider; spiders belonging to the Cyrtarachne genus, such as the Japanese spine spider and the Japanese giant spine spider; spiders belonging to the Gaster genus, such as the Japanese spine spider and the Japanese spine spider; spiders belonging to the genus Acantha, spiders belonging to the genus Ordgarius such as Orbweaver Spider and Orbweaver Spider, spiders belonging to the genus Argiope such as Orbweaver Spider, Orbweaver Spider and Orbweaver Spider, spiders belonging to the genus Arachnura such as Orbweaver Spider, Orbweaver Spider and Orbweaver Spider, spiders belonging to the genus Acusilas such as Orbweaver Spider, spiders belonging to the genus Cytophora such as Orbweaver Spider, Orbweaver Spider and Orbweaver Spider, spiders belonging to the genus Poltys such as Orbweaver Spider, Orbweaver Spider and Orbweaver Spider spider silk proteins produced by spiders belonging to the genus Cyclosa, such as the bush spider, the four-headed bush spider, the round bush spider, and the black bush spider, and spiders belonging to the genus Chorizopes, such as the Japanese bush spider, as well as spiders belonging to the genus Tetragnatha, such as the long-legged spider, the long-legged spider, the broad-legged spider, and the scale-like long-legged spider, spiders belonging to the genus Leucauge, such as the large white-legged spider, the medium-legged spider, and the small white-legged spider, spiders belonging to the genus Orb Weaver, such as the golden orb spider and the giant orb spider, Examples of spider silk proteins include those produced by spiders belonging to the genus Nephila, spiders belonging to the genus Menosira such as the golden spider, spiders belonging to the genus Dyschiriognatha such as the small long-legged spider, spiders belonging to the genus Latrodectus such as the black widow spider, the redback spider, the gray widow spider and the three-spotted latrodectus, and spiders belonging to the family Tetragnathiidae such as spiders belonging to the genus Euprosthenops. Examples of spider silk proteins include dragline proteins such as MaSp (MaSp1 and MaSp2) and ADF (ADF3 and ADF4), MiSp (MiSp1 and MiSp2), and the like.
クモ類が産生するフィブロインのより具体的な例としては、例えば、fibroin-3(adf-3)[Araneus diadematus由来](GenBankアクセッション番号AAC47010(アミノ酸配列)、U47855(塩基配列))、fibroin-4(adf-4)[Araneus diadematus由来](GenBankアクセッション番号AAC47011(アミノ酸配列)、U47856(塩基配列))、dragline silk protein spidroin 1[Nephila clavipes由来](GenBankアクセッション番号AAC04504(アミノ酸配列)、U37520(塩基配列))、major angu11ate spidroin 1[Latrodectus hesperus由来](GenBankアクセッション番号ABR68856(アミノ酸配列)、EF595246(塩基配列))、dragline silk protein spidroin 2[Nephila clavata由来](GenBankアクセッション番号AAL32472(アミノ酸配列)、AF441245(塩基配列))、major anpullate spidroin 1[Euprosthenops australis由来](GenBankアクセッション番号CAJ00428(アミノ酸配列)、AJ973155(塩基配列))、及びmajor ampullate spidroin 2[Euprosthenops australis](GenBankアクセッション番号CAM32249.1(アミノ酸配列)、AM490169(塩基配列))、minor ampullate silk protein 1[Nephila clavipes](GenBankアクセッション番号AAC14589.1(アミノ酸配列))、minor ampullate silk protein 2[Nephila clavipes](GenBankアクセッション番号AAC14591.1(アミノ酸配列))、minor ampullate spidroin-like protein[Nephilengys cruentata](GenBankアクセッション番号ABR37278.1(アミノ酸配列)等が挙げられる。 Specific examples of fibroins produced by spiders include fibroin-3 (adf-3) [derived from Araneus diadematus] (GenBank accession numbers AAC47010 (amino acid sequence), U47855 (base sequence)), fibroin-4 (adf-4) [derived from Araneus diadematus] (GenBank accession numbers AAC47011 (amino acid sequence), U47856 (base sequence)), dragline silk protein spidroin 1 [derived from Nephila clavipes] (GenBank accession numbers AAC04504 (amino acid sequence), U37520 (base sequence)), major angu11ate spidroin 1 [derived from Latrodectus hesperus] (GenBank accession numbers ABR68856 (amino acid sequence), EF595246 (nucleotide sequence)), dragline silk protein spidroin 2 [derived from Nephila clavata] (GenBank accession numbers AAL32472 (amino acid sequence), AF441245 (nucleotide sequence)), major ampullate spidroin 1 [derived from Eurosthenops australis] (GenBank accession numbers CAJ00428 (amino acid sequence), AJ973155 (nucleotide sequence)), and major ampullate spidroin 2 [derived from Eurosthenops australis] (GenBank accession number CAM32249.1 (amino acid sequence), AM490169 (nucleotide sequence)), minor ampullate silk protein 1 [Nephila clavipes] (GenBank accession number AAC14589.1 (amino acid sequence)), minor ampullate silk protein 2 [Nephila clavipes] (GenBank accession number AAC14591.1 (amino acid sequence)), minor ampullate spidroin-like protein [Nephila cruentata] (GenBank accession number ABR37278.1 (amino acid sequence) and the like.
天然由来のフィブロインのより具体的な例としては、更に、NCBI GenBankに配列情報が登録されているフィブロインを挙げることができる。例えば、NCBI GenBankに登録されている配列情報のうちDIVISIONとしてINVを含む配列の中から、DEFINITIONにspidroin、ampullate、fibroin、「silk及びpolypeptide」、又は「silk及びprotein」がキーワードとして記載されている配列、CDSから特定のproductの文字列、SOURCEからTISSUE TYPEに特定の文字列の記載された配列を抽出することにより確認することができる。 More specific examples of naturally occurring fibroin include fibroins whose sequence information is registered in NCBI GenBank. For example, from among the sequences registered in NCBI GenBank that contain INV as a division, it can be confirmed by extracting sequences in which spidroin, amplify, fibroin, "silk and polypeptide", or "silk and protein" are described as keywords in DEFINITION, a specific product character string from CDS, and a specific character string in TISSUE TYPE from SOURCE.
NCBI GenBankにアミノ酸配列情報が登録されているフィブロインを例示した方法により確認したところ、663種類のフィブロイン(このうち、クモ類由来のフィブロインは415種類)が抽出された。抽出された全てのフィブロインのうち、式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含む天然由来のフィブロインは129種類存在した。このうち、更に上述の方法により算出されるGPGXXモチーフ含有率が10%以上である天然由来のフィブ
ロインは下記表2に示す6種類であった。表2に示した6種類の天然由来のフィブロインのグルタミン残基含有率は、いずれも9.2%以上であった。
When fibroins whose amino acid sequence information is registered in NCBI GenBank were confirmed by the method illustrated above, 663 types of fibroins (of which, 415 types were spider-derived fibroins) were extracted. Of all the extracted fibroins, there were 129 types of naturally derived fibroins containing a domain sequence represented by formula 1: [(A) n motif-REP] m or formula 2: [(A) n motif-REP] m -(A) n motif. Of these, the six types of naturally derived fibroins shown in Table 2 below had a GPGXX motif content of 10% or more as calculated by the above-mentioned method. The glutamine residue content of all of the six naturally derived fibroins shown in Table 2 was 9.2% or more.
本実施形態に係る改変フィブロインは、例えば、改変前のフィブロインのドメイン配列において、(A)nモチーフ又はREPに1又は複数のアラニン残基を挿入すること、又はアラニン残基と隣り合う他のアミノ酸残基をアラニンに置換したことに相当する改変に加えることにより、得ることができる。更に1又は複数のアミノ酸残基を置換、欠失、挿入及び/又は付加したことに相当するアミノ酸配列の改変があってもよい。アミノ酸残基の置換、欠失、挿入及び/又は付加は、部分特異的突然変異誘発法等の当業者に周知の方法により行うことができる。具体的には、Nucleic Acid Res.10,6487(1982)、Methods in Enzymology,100,448(1983)等の文献に記載されている方法に準じて行うことができる。 The modified fibroin according to the present embodiment can be obtained, for example, by adding a modification equivalent to inserting one or more alanine residues into the (A) n motif or REP in the domain sequence of the fibroin before modification, or substituting another amino acid residue adjacent to the alanine residue with alanine. Furthermore, the amino acid sequence may be modified equivalent to substituting, deleting, inserting and/or adding one or more amino acid residues. Substitution, deletion, insertion and/or addition of amino acid residues can be performed by a method well known to those skilled in the art, such as partial directed mutagenesis. Specifically, it can be performed according to the method described in literature such as Nucleic Acid Res. 10, 6487 (1982) and Methods in Enzymology, 100, 448 (1983).
本実施形態に係る改変フィブロインは、例えば、クローニングした天然由来のフィブロインの遺伝子配列に対して、(A)nモチーフ又はREPに1又は複数のアラニン残基を挿入すること、又はアラニン残基と隣り合う他のアミノ酸残基をアラニンに置換することに相当する変異を加えることにより得ることができる。また、例えば、天然由来のフィブロインのアミノ酸配列に対して(A)nモチーフ又はREPに1又は複数のアラニン残基を挿入すること、又はアラニン残基と隣り合う他のアミノ酸残基をアラニンに置換したことに相当するアミノ酸配列を設計し、設計したアミノ酸配列をコードする核酸を化学合成することにより得ることもできる。 The modified fibroin according to the present embodiment can be obtained, for example, by adding a mutation to the gene sequence of a cloned naturally-occurring fibroin, which corresponds to inserting one or more alanine residues into the (A) n motif or REP, or substituting other amino acid residues adjacent to the alanine residue with alanine. It can also be obtained, for example, by designing an amino acid sequence corresponding to inserting one or more alanine residues into the (A) n motif or REP, or substituting other amino acid residues adjacent to the alanine residue with alanine, and chemically synthesizing a nucleic acid encoding the designed amino acid sequence.
本発明に係る改変フィブロインの分子量は、特に限定されないが、例えば、40kDa以上700kDa以下であってよい。本発明に係る改変フィブロインの分子量は、例えば、40kDa以上、50kDa以上、60kDa以上、70kDa以上、80kDa以上、90kDa以上、又は100kDa以上であってよく、600kDa以下、500kDa以下、400kDa以下、300kDa以下、又は200kDa以下であってよい。 The molecular weight of the modified fibroin of the present invention is not particularly limited, and may be, for example, 40 kDa or more and 700 kDa or less. The molecular weight of the modified fibroin of the present invention may be, for example, 40 kDa or more, 50 kDa or more, 60 kDa or more, 70 kDa or more, 80 kDa or more, 90 kDa or more, or 100 kDa or more, and may be 600 kDa or less, 500 kDa or less, 400 kDa or less, 300 kDa or less, or 200 kDa or less.
本発明に係る改変フィブロインのより具体的な例として、(i)配列番号1、配列番号2若しくは配列番号3で示されるアミノ酸配列を含む、改変フィブロイン、又は(ii)配列番号1、配列番号2若しくは配列番号3で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を含む、改変フィブロインを挙げることができる。 More specific examples of the modified fibroin of the present invention include (i) a modified fibroin comprising an amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2, or SEQ ID NO: 3, or (ii) a modified fibroin comprising an amino acid sequence having 90% or more sequence identity to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2, or SEQ ID NO: 3.
(i)の改変フィブロインについて説明する。 配列番号1で示されるアミノ酸配列(Met-PRT1069)は、天然由来のフィブロインであるNephila clavipes(GenBankアクセッション番号:P46804.1、GI:1174415)の塩基配列及びアミノ酸配列に基づき、(A)nモチーフ中のアラニン残基が連続するアミノ酸配列をアラニン残基が連続する数を6つにし、QQを全てVFに置換し、かつ残りのQをIに置換する等のアミノ酸の改変を行ったものであり、REPの疎水性度は0.21である。 The modified fibroin (i) will be described. The amino acid sequence (Met-PRT1069) shown in SEQ ID NO: 1 is based on the base sequence and amino acid sequence of the naturally-occurring fibroin Nephila clavipes (GenBank accession number: P46804.1, GI: 1174415), and is modified by increasing the number of consecutive alanine residues in the amino acid sequence of consecutive alanine residues in the (A) n motif to six, substituting all QQ with VF, and substituting the remaining Q with I, and the hydrophobicity of REP is 0.21.
配列番号2で示されるアミノ酸配列(Met-PRT1070)は、配列番号1で示されるアミノ酸配列の各(A)nモチーフにおいて、アラニン残基を1残基挿入することにより、連続するアラニン残基数を増加させたものであり、REPの疎水性度は0.21である。 The amino acid sequence shown in SEQ ID NO:2 (Met-PRT1070) is obtained by increasing the number of consecutive alanine residues by inserting one alanine residue in each (A) n motif of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO:1, and the hydrophobicity of REP is 0.21.
配列番号3で示されるアミノ酸配列(Met-PRT1076)は、配列番号2で示されるアミノ酸配列のREPにおいて、いくつかのアミノ酸残基を欠失させたものであり、REPの疎水性度は0.21である。 The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 (Met-PRT1076) is the REP of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 in which several amino acid residues have been deleted, and the hydrophobicity of REP is 0.21.
配列番号1、配列番号2及び配列番号3で示されるアミノ酸配列は、いずれも6つ以上連続するアラニンの含有率は20%以上である(表3)。 The amino acid sequences shown in SEQ ID NO:1, SEQ ID NO:2 and SEQ ID NO:3 all have a content of six or more consecutive alanines of 20% or more (Table 3).
(ii)の改変フィブロインは、配列番号1、配列番号2又は配列番号3で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を含むものである。(ii)の改変フィブロインもまた、式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含むタンパク質である。上記配列同一性は、80%以上であってもよく、85%以上であってもよく、95%以上であることが好ましい。 The modified fibroin (ii) comprises an amino acid sequence having 90% or more sequence identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 3. The modified fibroin (ii) is also a protein comprising a domain sequence represented by formula 1: [(A) n motif-REP] m , or formula 2: [(A) n motif-REP] m- (A) n motif. The sequence identity may be 80% or more, or may be 85% or more, and is preferably 95% or more.
上述の改変フィブロインは、N末端及びC末端のいずれか一方又は両方にタグ配列を含んでいてもよい。これにより、改変フィブロインの単離、固定化、検出及び可視化等が可能となる。 The modified fibroin may contain a tag sequence at either or both of the N-terminus and C-terminus, which allows the modified fibroin to be isolated, immobilized, detected, visualized, etc.
タグ配列として、例えば、他の分子との特異的親和性(結合性、アフィニティ)を利用したアフィニティタグを挙げることができる。アフィニティタグの具体例として、ヒスチジンタグ(Hisタグ)を挙げることができる。Hisタグは、ヒスチジン残基が4から10個程度並んだ短いペプチドで、ニッケル等の金属イオンと特異的に結合する性質があるため、金属キレートクロマトグラフィー(chelating metal chromatography)による改変フィブロインの単離に利用することができる。タグ配列の具体例として、例えば、配列番号4又は配列番号5で示されるアミノ酸配列(Hisタグを含むアミノ酸配列)が挙げられる。 Examples of tag sequences include affinity tags that utilize specific affinity (binding ability, affinity) with other molecules. A specific example of an affinity tag is a histidine tag (His tag). A His tag is a short peptide consisting of about 4 to 10 histidine residues lined up, and has the property of specifically binding to metal ions such as nickel, and can be used to isolate modified fibroin by chelating metal chromatography. A specific example of a tag sequence is the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4 or SEQ ID NO: 5 (amino acid sequence including a His tag).
また、グルタチオンに特異的に結合するグルタチオン-S-トランスフェラーゼ(GST)、マルトースに特異的に結合するマルトース結合タンパク質(MBP)等のタグ配列を利用することもできる。 Tag sequences such as glutathione S-transferase (GST), which specifically binds to glutathione, and maltose binding protein (MBP), which specifically binds to maltose, can also be used.
さらに、抗原抗体反応を利用した「エピトープタグ」を利用することもできる。抗原性を示すペプチド(エピトープ)をタグ配列として付加することにより、当該エピトープに対する抗体を結合させることができる。エピトープタグとして、HA(インフルエンザウイルスのヘマグルチニンのペプチド配列)タグ、mycタグ、FLAGタグ等を挙げることができる。エピトープタグを利用することにより、高い特異性で容易に改変フィブロインを精製することができる。 Furthermore, an "epitope tag" utilizing an antigen-antibody reaction can also be used. By adding an antigenic peptide (epitope) as a tag sequence, an antibody against the epitope can be bound. Examples of epitope tags include HA (peptide sequence of influenza virus hemagglutinin) tag, myc tag, and FLAG tag. By using an epitope tag, the modified fibroin can be easily purified with high specificity.
さらにタグ配列を特定のプロテアーゼで切り離せるようにしたものも使用することができる。当該タグ配列を介して吸着したタンパク質をプロテアーゼ処理することにより、タグ配列を切り離した改変フィブロインを回収することもできる。 Furthermore, a tag sequence that can be cleaved with a specific protease can also be used. By treating the protein adsorbed via the tag sequence with a protease, the modified fibroin from which the tag sequence has been cleaved can be recovered.
タグ配列を含む改変フィブロインのより具体的な例として、(iii)配列番号6、配列番号7若しくは配列番号8で示されるアミノ酸配列を含む、改変フィブロイン、又は(iv)配列番号6、配列番号7若しくは配列番号8で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を含む、改変フィブロインを挙げることができる。 More specific examples of modified fibroins containing a tag sequence include (iii) modified fibroins containing an amino acid sequence shown in SEQ ID NO:6, SEQ ID NO:7, or SEQ ID NO:8, or (iv) modified fibroins containing an amino acid sequence having 90% or more sequence identity to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO:6, SEQ ID NO:7, or SEQ ID NO:8.
配列番号6、配列番号7又は配列番号8で示されるアミノ酸配列は、それぞれ配列番号1、配列番号2又は配列番号3で示されるアミノ酸配列のN末端に配列番号4又は配列番号5で示されるアミノ酸配列(Hisタグを含む)を付加したアミノ酸配列を有する。 The amino acid sequence represented by SEQ ID NO:6, SEQ ID NO:7 or SEQ ID NO:8 has an amino acid sequence in which the amino acid sequence represented by SEQ ID NO:4 or SEQ ID NO:5 (including a His tag) is added to the N-terminus of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO:1, SEQ ID NO:2 or SEQ ID NO:3, respectively.
(iii)の改変フィブロインは、配列番号6、配列番号7若しくは配列番号8で示されるアミノ酸配列からなるものであってもよい。 The modified fibroin (iii) may consist of an amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 7 or SEQ ID NO: 8.
(iv)の改変フィブロインは、配列番号6、配列番号7若しくは配列番号8で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を含むものである。(iv)の改変フィブロインもまた、式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含むタンパク質である。上記配列同一性は、80%以上であってもよく、85%以上であってもよく、95%以上であることが好ましい。 The modified fibroin (iv) comprises an amino acid sequence having 90% or more sequence identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 7, or SEQ ID NO: 8. The modified fibroin (iv) is also a protein comprising a domain sequence represented by formula 1: [(A) n motif-REP] m , or formula 2: [(A) n motif-REP] m- (A) n motif. The sequence identity may be 80% or more, or may be 85% or more, and is preferably 95% or more.
配列番号6で示されるアミノ酸配列(PRT1069)、配列番号7で示されるアミノ酸配列(PRT1070)及び配列番号8で示されるアミノ酸配列(PRT1076)で示されるアミノ酸配列は、いずれも6つ以上連続するアラニンの含有率は20%以上である(表4)。また、いずれもREPの疎水性度は0.21である。 The amino acid sequences shown in SEQ ID NO:6 (PRT1069), SEQ ID NO:7 (PRT1070), and SEQ ID NO:8 (PRT1076) all have a content of 6 or more consecutive alanines of 20% or more (Table 4). In addition, the hydrophobicity of REP in each of these sequences is 0.21.
上述の改変フィブロインは、組換えタンパク質生産系において生産されたタンパク質を宿主の外部に放出するための分泌シグナルを含んでいてもよい。分泌シグナルの配列は、宿主の種類に応じて適宜設定することができる。 The modified fibroin may contain a secretion signal for releasing the protein produced in the recombinant protein production system to the outside of the host. The sequence of the secretion signal can be appropriately set depending on the type of host.
[熱安定性] 熱安定性(耐熱性)の評価の指標としては、例えば、熱分解温度(Td)及びガラス転移点(Tg)が挙げられる。熱分解温度は、材料の熱分解が開始する温度であり、ガラス転移点は、材料が結晶から液体に変化する温度である。熱分解温度及び/又はガラス転移点が高い程、熱安定性が高いと言える。本発明の改変フィブロイン等のタンパク質の熱分解温度は、例えば、加熱に伴う試料の質量変化を観察する、熱重量分析により測定することができる。また、本発明の改変フィブロイン等のタンパク質のガラス転移点は、例えば、高分子のガラス転移、結晶化、融解現象を熱流変化として検出する分析法である、示差走査熱量分析により、測定することができる。熱分解温度及び/又はガラス転移点の測定は、例えば、示差熱‐熱重量同時測定装置(DTG-60H、島津製作所製)等を用いて行うことができる。例えば、高温でも一般特性が維持される及び高温に長時間さらしても一般特性が維持されることが挙げられる。本発明の改変フィブロイン等のタンパク質繊維の熱安定性は、例えば、長時間の高温処理に伴う試料の物性変化を観察する、試験片に一定の伸びを与えたときの抵抗力の大きさを測定する熱機械分析(TMA)ができる。 [Thermal stability] Examples of indicators for evaluating thermal stability (heat resistance) include thermal decomposition temperature (Td) and glass transition point (Tg). The thermal decomposition temperature is the temperature at which thermal decomposition of a material begins, and the glass transition point is the temperature at which a material changes from crystal to liquid. It can be said that the higher the thermal decomposition temperature and/or glass transition point, the higher the thermal stability. The thermal decomposition temperature of a protein such as the modified fibroin of the present invention can be measured, for example, by thermogravimetric analysis, which observes the mass change of a sample accompanying heating. In addition, the glass transition point of a protein such as the modified fibroin of the present invention can be measured, for example, by differential scanning calorimetry, which is an analytical method that detects the glass transition, crystallization, and melting phenomena of a polymer as changes in heat flow. The thermal decomposition temperature and/or glass transition point can be measured, for example, using a differential thermal-thermogravimetric simultaneous measurement device (DTG-60H, manufactured by Shimadzu Corporation). For example, general properties are maintained even at high temperatures, and general properties are maintained even when exposed to high temperatures for a long period of time. The thermal stability of protein fibers such as the modified fibroin of the present invention can be measured, for example, by thermomechanical analysis (TMA), which observes the changes in physical properties of a sample that accompany long-term high-temperature treatment and measures the magnitude of resistance when a test piece is subjected to a certain elongation.
本実施形態における改変フィブロインは、熱分解温度が、268℃以上、270℃以上、272℃、280℃又は290℃以上であってよい。また、本実施形態における改変フィブロインの熱分解温度は、改変前のフィブロインと比較して、5℃以上、8℃以上、10℃以上又は12℃以上高いものであってよい。 The modified fibroin in this embodiment may have a thermal decomposition temperature of 268°C or more, 270°C or more, 272°C, 280°C or more, or 290°C or more. In addition, the thermal decomposition temperature of the modified fibroin in this embodiment may be 5°C or more, 8°C or more, 10°C or more, or 12°C or more higher than that of the fibroin before modification.
本実施形態における改変フィブロインは、ガラス転移点(Tg)が、185℃以上、190℃以上、192℃以上又は195℃以上であってよい。また、本実施形態における改変フィブロインのガラス転移点は、改変前のフィブロインと比較して、5℃以上、8℃以上、10℃以上又は12℃以上高いものであってよい。 The modified fibroin in this embodiment may have a glass transition point (Tg) of 185°C or more, 190°C or more, 192°C or more, or 195°C or more. The glass transition point of the modified fibroin in this embodiment may be 5°C or more, 8°C or more, 10°C or more, or 12°C or more higher than that of the fibroin before modification.
〔核酸〕 本発明に係る核酸は、本発明に係る改変フィブロインをコードする。核酸の具体例として、配列番号1、配列番号2又は配列番号3で示されるアミノ酸配列を含む改変フィブロイン、又はこれらのアミノ酸配列のN末端及びC末端のいずれか一方若しくは両方に配列番号4又は配列番号5で示されるアミノ酸配列(タグ配列)を結合させた改変フィブロイン等をコードする核酸が挙げられる。 [Nucleic acid] The nucleic acid according to the present invention encodes the modified fibroin according to the present invention. Specific examples of nucleic acids include nucleic acids encoding modified fibroins containing the amino acid sequences shown in SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2, or SEQ ID NO: 3, or modified fibroins having the amino acid sequence (tag sequence) shown in SEQ ID NO: 4 or SEQ ID NO: 5 bound to either or both of the N-terminus and C-terminus of these amino acid sequences.
一実施形態に係る核酸は、本発明に係る改変フィブロインをコードする核酸の相補鎖とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含む改変フィブロインをコードする核酸である。当該核酸によりコードされる改変フィブロインは、上記(A)nモチーフにおいて6残基以上連続するアラニン残基の残基数の合計が、全体のアミノ酸残基の総数の20%以上であることが好ましい。また、当該核酸によりコードされる改変フィブロインは、REPの疎水性度が、-1.0以上であることが好ましい。また、
当該核酸によりコードされる改変フィブロインは、全体のアミノ酸残基の総数が、580以上である。であることが好ましい。
A nucleic acid according to one embodiment is a nucleic acid which hybridizes under stringent conditions with a complementary strand of a nucleic acid encoding a modified fibroin according to the present invention, and encodes a modified fibroin comprising a domain sequence represented by formula 1: [(A) n motif-REP] m , or formula 2: [(A) n motif-REP] m- (A) n motif. In the modified fibroin encoded by the nucleic acid, the total number of 6 or more consecutive alanine residues in the (A) n motif is preferably 20% or more of the total number of all amino acid residues. In addition, in the modified fibroin encoded by the nucleic acid, the hydrophobicity of REP is preferably -1.0 or more. In addition,
The modified fibroin encoded by the nucleic acid preferably has a total number of amino acid residues of 580 or more.
「ストリンジェントな条件」とは、いわゆる特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件をいう。「ストリンジェントな条件」は、低ストリンジェントな条件、中ストリンジェントな条件及び高ストリンジェントな条件のいずれでもよい。低ストリンジェントな条件とは、少なくとも85%以上の同一性が配列間に存在する時のみハイブリダイゼーションが起こることを意味し、例えば、0.5%SDSを含む5×SSCを用い、42℃でハイブリダイズする条件が挙げられる。中ストリンジェントな条件とは、少なくとも90%以上の同一性が配列間に存在する時のみハイブリダイゼーションが起こることを意味し、例えば、0.5%SDSを含む5×SSCを用い、50℃でハイブリダイズする条件が挙げられる。高ストリンジェントな条件とは、少なくとも95%以上の同一性が配列間に存在する時のみハイブリダイゼーションが起こることを意味し、例えば、0.5%SDSを含む5×SSCを用い、60℃でハイブリダイズする条件が挙げられる。 "Stringent conditions" refers to conditions under which so-called specific hybrids are formed and non-specific hybrids are not formed. "Stringent conditions" may be low stringent conditions, medium stringent conditions, or high stringent conditions. Low stringent conditions mean that hybridization occurs only when there is at least 85% or more identity between the sequences, for example, 5xSSC containing 0.5% SDS is used and hybridization is performed at 42°C. Medium stringent conditions mean that hybridization occurs only when there is at least 90% or more identity between the sequences, for example, 5xSSC containing 0.5% SDS is used and hybridization is performed at 50°C. High stringent conditions mean that hybridization occurs only when there is at least 95% or more identity between the sequences, for example, 5xSSC containing 0.5% SDS is used and hybridization is performed at 60°C.
他の実施形態に係る核酸は、本発明に係る改変フィブロインをコードする核酸と90%以上の配列同一性を有し、かつ式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含む改変フィブロインをコードする核酸である。当該核酸によりコードされる改変フィブロインは、上記(A)nモチーフにおいて6残基以上連続するアラニン残基の残基数の合計が、全体のアミノ酸残基の総数の20%以上であることが好ましい。また、当該核酸によりコードされる改変フィブロインは、REPの疎水性度が、-1.0以上であることが好ましい。また、当該核酸によりコードされる改変フィブロインは、全体のアミノ酸残基の総数が、580以上であることが好ましい。上記配列同一性は、80%以上であってもよく、85%以上であってもよく、95%以上であることが好ましい。 A nucleic acid according to another embodiment is a nucleic acid encoding a modified fibroin having 90% or more sequence identity with a nucleic acid encoding a modified fibroin according to the present invention, and including a domain sequence represented by formula 1: [(A) n motif-REP] m , or formula 2: [(A) n motif-REP] m- (A) n motif. In the modified fibroin encoded by the nucleic acid, the total number of 6 or more consecutive alanine residues in the (A) n motif is preferably 20% or more of the total number of all amino acid residues. In addition, in the modified fibroin encoded by the nucleic acid, the hydrophobicity of REP is preferably -1.0 or more. In addition, in the modified fibroin encoded by the nucleic acid, the total number of all amino acid residues is preferably 580 or more. The sequence identity may be 80% or more, or may be 85% or more, and is preferably 95% or more.
〔宿主及び発現ベクター〕 本実施形態において、発現ベクターは、本発明に係る核酸配列と、当該核酸配列に作動可能に連結された1又は複数の調節配列とを有する。調節配列は、宿主における組換えタンパク質の発現を制御する配列(例えば、プロモーター、エンハンサー、リボソーム結合配列、転写終結配列等)であり、宿主の種類に応じて適宜選択することができる。発現ベクターの種類は、プラスミドベクター、ウイルスベクター、コスミドベクター、フォスミドベクター、人工染色体ベクター等、宿主の種類に応じて適宜選択することができる。 [Host and Expression Vector] In this embodiment, the expression vector has the nucleic acid sequence of the present invention and one or more regulatory sequences operably linked to the nucleic acid sequence. The regulatory sequence is a sequence that controls the expression of a recombinant protein in a host (e.g., a promoter, an enhancer, a ribosome binding sequence, a transcription termination sequence, etc.), and can be appropriately selected depending on the type of host. The type of expression vector can be appropriately selected depending on the type of host, such as a plasmid vector, a virus vector, a cosmid vector, a fosmid vector, an artificial chromosome vector, etc.
本発明に係る宿主は、本発明に係る発現ベクターで形質転換されたものである。宿主として、原核生物、並びに酵母、糸状真菌、昆虫細胞、動物細胞及び植物細胞等の真核生物のいずれも好適に用いることができる。 The host according to the present invention is transformed with the expression vector according to the present invention. As the host, any of prokaryotes and eukaryotes such as yeast, filamentous fungi, insect cells, animal cells and plant cells can be suitably used.
発現ベクターとしては、宿主細胞において自立複製が可能、又は宿主の染色体中への組込みが可能で、本発明に係る核酸を転写できる位置にプロモーターを含有しているものが好適に用いられる。 As an expression vector, one that is capable of autonomous replication in a host cell or that can be integrated into a host chromosome and contains a promoter in a position where it can transcribe the nucleic acid of the present invention is preferably used.
細菌等の原核生物を宿主として用いる場合は、本発明に係る発現ベクターは、原核生物中で自立複製が可能であると同時に、プロモーター、リボソーム結合配列、本発明に係る核酸及び転写終結配列を含むベクターであることが好ましい。プロモーターを制御する遺伝子が含まれていてもよい。 When a prokaryote such as a bacterium is used as a host, the expression vector according to the present invention is preferably a vector capable of autonomous replication in the prokaryote and containing a promoter, a ribosome binding sequence, the nucleic acid according to the present invention, and a transcription termination sequence. A gene that controls the promoter may also be included.
原核生物としては、エシェリヒア属、ブレビバチルス属、セラチア属、バチルス属、ミクロバクテリウム属、ブレビバクテリウム属、コリネバクテリウム属及びシュードモナス属等に属する微生物を挙げることができる。 Prokaryotes include microorganisms belonging to the genera Escherichia, Brevibacillus, Serratia, Bacillus, Microbacterium, Brevibacterium, Corynebacterium, and Pseudomonas.
エシェリヒア属に属する微生物として、例えば、エシェリヒア・コリ BL21(ノバジェン社)、エシェリヒア・コリ BL21(DE3)(ライフテクノロジーズ社)、エシェリヒア・コリ BLR(DE3)(メルクミリポア社)、エシェリヒア・コリ DH1、エシェリヒア・コリ GI698、エシェリヒア・コリ HB101、エシェリヒア・コリ JM109、エシェリヒア・コリ K5(ATCC 23506)、エシェリヒア・コリ KY3276、エシェリヒア・コリ MC1000、エシェリヒア・コリ MG1655(ATCC 47076)、エシェリヒア・コリ No.49、エシェリヒア・コリ Rosetta(DE3)(ノバジェン社)、エシェリヒア・コリ TB1、エシェリヒア・コリ Tuner(ノバジェン社)、エシェリヒア・コリ Tuner(DE3) (ノバジェン社)、エシェリヒア・コリ W1485、エシェリヒア・コリ W3110(ATCC 27325)、エシェリヒア・コリ(Escherichia coli) XL1-Blue、エシェリヒア・コリ XL2-Blue等を挙げることができる。 Examples of microorganisms belonging to the genus Escherichia include, for example, Escherichia coli BL21 (Novagen), Escherichia coli BL21(DE3) (Life Technologies), Escherichia coli BLR(DE3) (Merck Millipore), Escherichia coli DH1, Escherichia coli GI698, Escherichia coli HB101, Escherichia coli JM109, Escherichia coli K5 (ATCC 23506), Escherichia coli KY3276, Escherichia coli MC1000, Escherichia coli MG1655 (ATCC 47076), and Escherichia coli No. 49, Escherichia coli Rosetta (DE3) (Novagen), Escherichia coli TB1, Escherichia coli Tuner (Novagen), Escherichia coli Tuner (DE3) (Novagen), Escherichia coli W1485, Escherichia coli W3110 (ATCC 27325), Escherichia coli XL1-Blue, and Escherichia coli XL2-Blue.
ブレビバチルス属に属する微生物として、例えば、ブレビバチルス・アグリ、ブレビバチルス・ボルステレンシス、ブレビバチルス・セントロポラスブレビバチルス・フォルモサス、ブレビバチルス・インボカツス、ブレビバチルス・ラチロスポラス、ブレビバチルス・リムノフィルス、ブレビバチルス・パラブレビス、ブレビバチルス・レウスゼリ、ブレビバチルス・サーモルバー、ブレビバチルス・ブレビス47(FERM BP-1223)、ブレビバチルス・ブレビス47K(FERM BP-2308)、ブレビバチルス・ブレビス47-5(FERM BP-1664)、ブレビバチルス・ブレビス47-5Q(JCM8975)、ブレビバチルス・チョウシネンシスHPD31(FERM BP-1087)、ブレビバチルス・チョウシネンシスHPD31-S(FERM BP-6623)、ブレビバチルス・チョウシネンシスHPD31-OK(FERM BP-4573)、ブレビバチルス・チョウシネンシスSP3株(Takara社製)等を挙げることができる。 Examples of microorganisms belonging to the genus Brevibacillus include Brevibacillus agri, Brevibacillus borstelensis, Brevibacillus centroporas, Brevibacillus formosus, Brevibacillus invocatus, Brevibacillus lathyrosporus, Brevibacillus limnophilus, Brevibacillus parabrevis, Brevibacillus reuszeri, Brevibacillus thermolvar, Brevibacillus brevis 47 (FERM BP-1223), Brevibacillus brevis 47K (FERM BP-2308), Brevibacillus brevis 47-5 (FERM BP-1664), Brevibacillus brevis 47-5Q (JCM8975), Brevibacillus choshinensis HPD31 (FERM Examples of the Brevibacillus choshinensis strain include Brevibacillus choshinensis HPD31-S (FERM BP-6623), Brevibacillus choshinensis HPD31-OK (FERM BP-4573), and Brevibacillus choshinensis SP3 strain (manufactured by Takara Biosciences).
セラチア属に属する微生物として、例えば、セラチア・リクエファシエンス(Serratia liquefacience)ATCC14460、セラチア・エントモフィラ(Serratia entomophila)、セラチア・フィカリア(Serratia ficaria)、セラチア・フォンティコーラ(Serratia fonticola)、セラチア・グリメシ(Serratia grimesii)、セラチア・プロテアマキュランス(Serratia proteamaculans)、セラチア・オドリフェラ(Serratia odorifera)、セラチア・プリムシカ(Serratia plymuthica)、セラチア・ルビダエ(Serratia rubidaea)等を挙げることができる。 Examples of microorganisms belonging to the genus Serratia include Serratia liquefaciens ATCC14460, Serratia entomophila, Serratia ficaria, Serratia fonticola, Serratia grimesi, Serratia proteamaculans, Serratia odorifera, Serratia plymuthica, and Serratia rubidaea.
バチルス属に属する微生物として、例えば、バチルス・サチラス(Bacillus subtilis)、バチルス・アミロリケファシエンス(Bacillus amyloliquefaciens)等を挙げることができる。 Examples of microorganisms belonging to the genus Bacillus include Bacillus subtilis and Bacillus amyloliquefaciens.
ミクロバクテリウム属に属する微生物として、例えば、ミクロバクテリウム・アンモニアフィラム ATCC15354等を挙げることができる。 Examples of microorganisms belonging to the genus Microbacterium include Microbacterium ammoniaphylum ATCC 15354.
ブレビバクテリウム属に属する微生物として、例えば、ブレビバクテリウム・ディバリカタム(コリネバクテリウム・グルタミカム)ATCC14020、ブレビバクテリウム・フラバム(コリネバクテリウム・グルタミカムATCC14067)ATCC13826,ATCC14067、ブレビバクテリウム・インマリオフィラム(Brevibacterium immariophilum)ATCC14068、ブレビバクテリウム・ラクトフェルメンタム(コリネバクテリウム・グルタミカムATCC13869)ATCC13665,ATCC13869、ブレビバクテリウム・ロゼウムATCC13825、ブレビバクテリウム・サッカロリティカム(Brevibacterium saccharolyticum)ATCC14066、ブレビバクテリウム・チオゲニタリスATCC19240、ブレビバクテリウム・アルバムATCC15111、ブレビバクテリウム・セリヌムATCC15112等を挙げることができる。 Examples of microorganisms belonging to the genus Brevibacterium include Brevibacterium divaricatum (Corynebacterium glutamicum) ATCC14020, Brevibacterium flavum (Corynebacterium glutamicum ATCC14067) ATCC13826, ATCC14067, Brevibacterium immariophilum (Brevibacterium immariophilum) ATCC14068, Brevibacterium lactofermentum (Corynebacterium glutamicum ATCC13869) ATCC13665, ATCC13869, Brevibacterium roseum ATCC13825, Brevibacterium saccharolyticum (Brevibacterium Examples of the bacterium include Brevibacterium saccharolyticum ATCC 14066, Brevibacterium thiogenitalis ATCC 19240, Brevibacterium album ATCC 15111, and Brevibacterium serinum ATCC 15112.
コリネバクテリウム属に属する微生物として、例えば、コリネバクテリウム・アンモニアゲネス(Corynebacterium ammoniagenes)ATCC6871,ATCC6872、コリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)ATCC13032、コリネバクテリウム・グルタミカム ATCC14067、コリネバクテリウム・アセトアシドフィラム(Corynebacterium acetoacidophilum)ATCC13870、コリネバクテリウム・アセトグルタミカムATCC15806、コリネバクテリウム・アルカノリティカムATCC21511、コリネバクテリウム・カルナエATCC15991、コリネバクテリウム・グルタミカムATCC13020,ATCC13032,ATCC13060、コリネバクテリウム・リリウムATCC15990、コリネバクテリウム・メラセコーラATCC17965、コリネバクテリウム・サーモアミノゲネスAJ12340(FERMBP-1539)、コリネバクテリウム・ハーキュリスATCC13868等を挙げることができる。 Examples of microorganisms belonging to the genus Corynebacterium include Corynebacterium ammoniagenes ATCC6871, ATCC6872, Corynebacterium glutamicum ATCC13032, Corynebacterium glutamicum ATCC14067, Corynebacterium acetoacidophilum ATCC14067, Corynebacterium acetos ... Corynebacterium acetoglutamicum ATCC13870, Corynebacterium acetoglutamicum ATCC15806, Corynebacterium alkanolyticum ATCC21511, Corynebacterium callunae ATCC15991, Corynebacterium glutamicum ATCC13020, ATCC13032, ATCC13060, Corynebacterium lilium ATCC15990, Corynebacterium melassecora ATCC17965, Corynebacterium thermoaminogenes AJ12340 (FERMBP-1539), Corynebacterium herculis ATCC13868, and the like can be mentioned.
シュードモナス(Pseudomonas)属に属する微生物として、例えば、シュードモナス・プチダ(Pseudomonas putida)、シュードモナス・フルオレッセンス(Pseudomonas fluorescens)、シュードモナス・ブラシカセラム(Pseudomonas brassicacearum)、シュードモナス・フルバ(Pseudomonas fulva)、及びシュードモナス・エスピー(Pseudomonas sp.)D-0110等を挙げることができる。 Examples of microorganisms belonging to the genus Pseudomonas include Pseudomonas putida, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas brassicacearum, Pseudomonas fulva, and Pseudomonas sp. D-0110.
上記宿主細胞への発現ベクターの導入方法としては、上記宿主細胞へDNAを導入する方法であればいずれも用いることができる。例えば、カルシウムイオンを用いる方法〔Proc. Natl. Acad. Sci. USA,69,2110 (1972)〕、プロトプラスト法(特開昭63-248394号公報)、又はGene,17,107(1982)やMolecular & General Genetics,168,111(1979)に記載の方法等を挙げることができる。 Any method for introducing an expression vector into the host cell can be used as long as it is a method for introducing DNA into the host cell. For example, a method using calcium ions [Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 69, 2110 (1972)], a protoplast method (JP Patent Publication 63-248394), or a method described in Gene, 17, 107 (1982) or Molecular & General Genetics, 168, 111 (1979) can be mentioned.
ブレビバチルス属に属する微生物の形質転換は、例えば、Takahashiらの方法(J.Bacteriol.,1983,156:1130-1134)や、Takagiらの方法(Agric.Biol.Chem.,1989,53:3099-3100)、又はOkamotoらの方法(Biosci.Biotechnol.Biochem.,1997,61:202-203)により実施することができる。 Transformation of microorganisms belonging to the genus Brevibacillus can be carried out, for example, by the method of Takahashi et al. (J. Bacteriol., 1983, 156:1130-1134), the method of Takagi et al. (Agric. Biol. Chem., 1989, 53:3099-3100), or the method of Okamoto et al. (Biosci. Biotechnol. Biochem., 1997, 61:202-203).
本発明に係る核酸を導入するベクター(以下、単に「ベクター」という。)としては、例えば、pBTrp2、pBTac1、pBTac2(いずれもベーリンガーマンハイム社より市販)、pKK233-2(Pharmacia社製)、pSE280(Invitrogen社製)、pGEMEX-1(Promega社製)、pQE-8(QIAGEN社製)、pKYP10(特開昭58-110600号公報)、pKYP200〔Agric.Biol.Chem.,48,669(1984)〕、pLSA1〔Agric.Biol.Chem.,53,277(1989)〕、pGEL1〔Proc.Natl.Acad.Sci.USA,82,4306(1985)〕、pBluescript II SK(-)(Stratagene社製)、pTrs30〔Escherichiacoli JM109/pTrS3
0(FERM BP-5407)より調製〕、pTrs32〔Escherichia coli JM109/pTrS32(FERM BP-5408)より調製〕、pGHA2〔Escherichia coli IGHA2(FERM B-400)より調製、特開昭60-221091号公報〕、pGKA2〔Escherichia coli IGKA2(FERM BP-6798)より調製、特開昭60-221091号公報〕、pTerm2(US4686191、US4939094、US5160735)、pSupex、pUB110、pTP5、pC194、pEG400〔J.Bacteriol.,172,2392(1990)〕、pGEX(Pharmacia社製)、pETシステム(Novagen社製)等を挙げることができる。
Examples of vectors into which the nucleic acid according to the present invention is introduced (hereinafter simply referred to as "vectors") include pBTrp2, pBTac1, pBTac2 (all commercially available from Boehringer Mannheim), pKK233-2 (Pharmacia), pSE280 (Invitrogen), pGEMEX-1 (Promega), pQE-8 (QIAGEN), pKYP10 (JP Patent Publication 58-110600), pKYP200 [Agric. Biol. Chem., 48, 669 (1984)], pLSA1 [Agric. Biol. Chem., 53, 277 (1989)], pGEL1 [Proc. Natl. Acad. Sci., 1989, 53, 277 (1989)], pGEL2 [Proc. Natl. Acad. Sci., 1989, 53, 277 (1989)], pGEL1 ... USA, 82, 4306 (1985)], pBluescript II SK(-) (Stratagene), pTrs30 [Escherichia coli JM109/pTrS3
pTrs32 [prepared from Escherichia coli JM109/pTrS32 (FERM BP-5408)], pGHA2 [prepared from Escherichia coli IGHA2 (FERM B-400), JP-A-60-221091], pGKA2 [prepared from Escherichia coli IGKA2 (FERM BP-6798), JP-A-60-221091], pTerm2 (U.S. Pat. No. 4,686,191, U.S. Pat. No. 4,939,094, U.S. Pat. No. 5,160,735), pSupex, pUB110, pTP5, pC194, pEG400 [J. Bacteriol., 172, 2392 (1990)], pGEX (Pharmacia), and pET system (Novagen).
宿主としてEscherichia coliを用いる場合は、pUC18、pBluescriptII、pSupex、pET22b、pCold等を好適なベクターとして挙げることができる。 When Escherichia coli is used as the host, suitable vectors include pUC18, pBluescriptII, pSupex, pET22b, and pCold.
ブレビバチルス属に属する微生物に好適なベクターの具体例として、枯草菌ベクターとして公知であるpUB110、又はpHY500(特開平2-31682号公報)、pNY700(特開平4-278091号公報)、pHY4831(J.Bacteriol.,1987,1239-1245)、pNU200(鵜高重三、日本農芸化学会誌1987,61:669-676)、pNU100(Appl.Microbiol.Biotechnol.,1989,30:75-80)、pNU211(J.Biochem.,1992,112:488-491)、pNU211R2L5(特開平7-170984号公報)、pNH301(Appl.Environ.Microbiol.,1992,58:525-531)、pNH326、pNH400(J.Bacteriol.,1995,177:745-749)、pHT210(特開平6-133782号公報)、pHT110R2L5(Appl.Microbiol.Biotechnol.,1994,42:358-363)、又は大腸菌とブレビバチルス属に属する微生物とのシャトルベクターであるpNCO2(特開2002-238569号公報)等を挙げることができる。 Specific examples of vectors suitable for microorganisms belonging to the genus Brevibacillus include pUB110, which is known as a Bacillus subtilis vector, or pHY500 (JP Patent Publication No. 2-31682), pNY700 (JP Patent Publication No. 4-278091), pHY4831 (J. Bacteriol., 1987, 1239-1245), pNU200 (Udaka Shigezo, Journal of the Japanese Society of Agricultural Chemistry, 1987, 61: 669-676), pNU100 (Appl. Microbiol. Biotechnol., 1989, 30: 75-80), pNU211 (J. Biochem., 1992, 112: 488-491), pNU2 11R2L5 (JP-A-7-170984), pNH301 (Appl. Environ. Microbiol., 1992, 58:525-531), pNH326, pNH400 (J. Bacteriol., 1995, 177:745-749), pHT210 (JP-A-6-133782), pHT110R2L5 (Appl. Microbiol. Biotechnol., 1994, 42:358-363), or pNCO2 (JP-A-2002-238569), which is a shuttle vector between Escherichia coli and microorganisms belonging to the genus Brevibacillus.
プロモーターとしては、宿主細胞中で機能するものであれば制限されない。例えば、trpプロモーター(Ptrp)、lacプロモーター、PLプロモーター、PRプロモーター、T7プロモーター等の大腸菌又はファージ等に由来するプロモーターを挙げることができる。またPtrpを2つ直列させたプロモーター(Ptrp×2)、tacプロモーター、lacT7プロモーター、let Iプロモーターのように人為的に設計改変されたプロモーター等も用いることができる。 The promoter is not limited as long as it functions in the host cell. Examples of promoters include promoters derived from Escherichia coli or phages, such as the trp promoter (Ptrp), lac promoter, PL promoter, PR promoter, and T7 promoter. Artificially designed and modified promoters such as a promoter with two Ptrp promoters in series (Ptrp x 2), a tac promoter, a lacT7 promoter, and a let I promoter can also be used.
リボソーム結合配列であるシャイン-ダルガノ(Shine-Dalgarno)配列と開始コドンとの間を適当な距離(例えば6~18塩基)に調節したプラスミドを用いることが好ましい。本発明に係る発現ベクターにおいて、本発明に係る核酸の発現には転写終結配列は必ずしも必要ではないが、構造遺伝子の直下に転写終結配列を配置することが好ましい。 It is preferable to use a plasmid in which the distance between the Shine-Dalgarno sequence, which is a ribosome binding sequence, and the start codon has been adjusted to an appropriate distance (e.g., 6 to 18 bases). In the expression vector of the present invention, a transcription termination sequence is not necessarily required for the expression of the nucleic acid of the present invention, but it is preferable to place a transcription termination sequence immediately downstream of the structural gene.
真核生物の宿主としては、例えば、酵母、糸状真菌(カビ等)及び昆虫細胞を挙げることができる。 Eukaryotic hosts include, for example, yeast, filamentous fungi (molds, etc.), and insect cells.
酵母としては、例えば、サッカロマイセス(Saccharomyces)属、シゾサッカロマイセス(Schizosaccharomyces)属、クリベロマイセス(Kluyveromyces)属、トリコスポロン(Trichosporon)属、シワニオミセス(Schwanniomyces)属、ピキア(Pichia)属、キャンディダ(Candida)属、ヤロウィア属及びハンゼヌラ属等に属する酵母を挙げることができる。より具体的には、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)、シゾサッカロマイセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)、クリベロマイセス・ラクチス(Kluyveromyces lactis)、クリベロマイセス・マルキシアヌス(Kluyveromyces marxianus)、トリコスポロン・プルランス(Trichosporon pullulans)、シワニオマイセス・アルビウス(Schwanniomyces alluvius)、シワニオマイセス・オシデンタリス(Schwanniomyces occidentalis)、キャンディダ・ユーティリス(Candida utilis)、ピキア・パストリス(Pichia pastoris)ピキア・アングスタ(Pichia angusta)、ピキア・メタノリカ(Pichia methanolica)、ピキア・ポリモルファ(Pichia polymorpha)、ピキア・スチピチス(Pichia stipitis)、ヤロウィア・リポリティカ(Yarrowia lipolytica)、ハンゼヌラ・ポリモルファ(Hansenula polymorpha)等を挙げることができる。 Examples of yeasts include those belonging to the genera Saccharomyces, Schizosaccharomyces, Kluyveromyces, Trichosporon, Schwanniomyces, Pichia, Candida, Yarrowia, and Hansenula. More specifically, Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe, Kluyveromyces lactis, Kluyveromyces marxianus, Trichosporon pullulans, Schwanniomyces alluvius, Schwanniomyces occidentalis, Candida utilis, utilis, Pichia pastoris, Pichia angusta, Pichia methanolica, Pichia polymorpha, Pichia stipitis, Yarrowia lipolytica, Hansenula polymorpha, and the like.
酵母を宿主細胞として用いる場合の発現ベクターは通常、複製起点(宿主における増幅が必要である場合)及び大腸菌中でのベクターの増殖のための選抜マーカー、酵母における組換えタンパク質発現のためのプロモーター及びターミネーター、並びに酵母のための選抜マーカーを含むことが好ましい。 When yeast is used as a host cell, the expression vector typically preferably contains an origin of replication (if amplification in the host is required) and a selectable marker for propagation of the vector in E. coli, a promoter and terminator for expression of the recombinant protein in yeast, and a selectable marker for yeast.
発現ベクターが非組込みベクターの場合、さらに自己複製配列(ARS)を含むことが好ましい。これにより細胞内における発現ベクターの安定性を向上させることができる(Myers、A.M.、et al.(1986)Gene 45:299-310)。 When the expression vector is a non-integrative vector, it is preferable that it further contains an autonomously replicating sequence (ARS), which can improve the stability of the expression vector in the cell (Myers, A.M., et al. (1986) Gene 45:299-310).
酵母を宿主として用いる場合のベクターとしては、例えば、YEP13(ATCC37115)、YEp24(ATCC37051)、YCp50(ATCC37419)、YIp、pHS19、pHS15、pA0804、pHIL3Ol、pHIL-S1、pPIC9K、pPICZα、pGAPZα、pPICZ B等を挙げることができる。 When yeast is used as a host, examples of vectors include YEP13 (ATCC37115), YEp24 (ATCC37051), YCp50 (ATCC37419), YIp, pHS19, pHS15, pA0804, pHIL3Ol, pHIL-S1, pPIC9K, pPICZα, pGAPZα, pPICZ B, etc.
プロモーターとしては、酵母中で発現できるものであれば制限されない。例えば、ヘキソースキナーゼ等の解糖系の遺伝子のプロモーター、PHO5プロモーター、PGKプロモーター、GAPプロモーター、ADHプロモーター、gal 1プロモーター、gal 10プロモーター、ヒートショックポリペプチドプロモーター、MFα1 プロモーター、CUP 1プロモーター、pGAPプロモーター、pGCW14プロモーター、AOX1プロモーター、MOXプロモーター等を挙げることができる。 The promoter is not limited as long as it can be expressed in yeast. Examples include promoters of glycolytic genes such as hexose kinase, PHO5 promoter, PGK promoter, GAP promoter, ADH promoter, gal 1 promoter, gal 10 promoter, heat shock polypeptide promoter, MFα1 promoter, CUP 1 promoter, pGAP promoter, pGCW14 promoter, AOX1 promoter, MOX promoter, etc.
酵母への発現ベクターの導入方法としては、酵母にDNAを導入する方法であればいずれも用いることができ、例えば、エレクトロポレーション法(Methods Enzymol.,194,182(1990))、スフェロプラスト法(Proc.Natl.Acad.Sci.,USA,81,4889(1984))、酢酸リチウム法(J.Bacteriol.,153,163(1983))、Proc.Natl.Acad.Sci.USA,75,1929(1978)記載の方法等を挙げることができる。 Any method for introducing an expression vector into yeast can be used as long as it is a method for introducing DNA into yeast, such as the electroporation method (Methods Enzymol., 194, 182 (1990)), the spheroplast method (Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 81, 4889 (1984)), the lithium acetate method (J. Bacteriol., 153, 163 (1983)), and the method described in Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 75, 1929 (1978).
糸状真菌としては、例えば、アクレモニウム(Acremonium)属、アスペルギルス(Aspergillus)属、ウスチラーゴ(Ustilago)属、トリコデルマ(Trichoderma)属、ノイロスポラ(Neurospora)属、フザリウム(Fusarium)属、フミコーラ(Humicola)属、ペニシリウム(Penicillium)属、マイセリオフトラ(Myceliophtora)属、ボトリティス(Botryts)属、マグナポルサ(Magnaporthe)属、ムコア(Mucor)属、メタリチウム(Metarhizium)属、モナスカス(Monascus)属、リゾプス(Rhizopus)属、及びリゾムコア属に属する菌等を挙げることができる。 Filamentous fungi include, for example, the genus Acremonium, Aspergillus, Ustilago, Trichoderma, Neurospora, Fusarium, Humicola, Penicillium, Examples of fungi that can be used include fungi belonging to the genera Myceliophtora, Botrytis, Magnaporthe, Mucor, Metarhizium, Monascus, Rhizopus, and Rhizomucor.
糸状真菌の具体例として、アクレモニウム・アラバメンゼ(Acremonium alabamense)、アクレモニウム・セルロリティカス(Acremonium cellulolyticus)、アスペルギルス・アクレアツス(アキュレータス)(Aspergillus aculeatus)、アスペルギルス・アワモリ(Aspergillus awamori)、アスペルギルス・オリゼ(Aspergillus oryzae)、アスペルギルス・サケ(Aspergillus sake)、アスペルギルス・ゾジエ(ソーヤ)(Aspergillus sojae)、アスペルギルス・テュビゲンシス(Aspergillus tubigensis)、アスペルギルス・ニガー(Aspergillus niger)、アスペルギルス・ニデュランス(Aspergillus nidulans)、アスペルギルス・パラシチクス(Aspergillus parasiticus)、アスペルギルス・フィクム(フィキュウム)(Aspergillus ficuum)、アスペルギルス・フェニクス(Aspergillus phoeicus)、アスペルギルス・フォエチズス(フェチダス)(Aspergillus foetidus)、アスペルギルス・フラーブス(Aspergillus flavus)、アスペルギルス・フミガタス(Aspergillus fumigatus)、アスペルギルス・ヤポニクス(ジャポニカス)(Aspergillus japonicus)、トリコデルマ・ビリデ(Trichoderma viride)、トリコデルマ・ハージアヌム(Trichoderma harzianum)、トリコデルマ・リーゼイ(Trichoderma reseei)、クリソスポリウム・ルクノエンス(Chrysosporium lucknowense)、サーモアスクス(Thermoascus)、スポロトリクム(Sporotrichum)、スポロトリクム・セルロフィルム(Sporotrichum cellulophilum)、タラロマイセス(Talaromyces)、チエラビア・テレストリス(Thielavia terrestris)、チラビア(Thielavia)、ノイロスポラ・クラザ(Neurospora crassa)、フザリウム・オキシスポーラス(Fusarium oxysporus)、フザリウム・グラミネルム(Fusarium graminearum)、フザリウム・ベネナツム(Fusarium venenatum)、フミコーラ・インソレンス(Humicola insolens)、ペニシリウム・クリゾゲナム(Penicillium chrysogenum)、ペニシリウム・カマンベルティ(Penicillium camemberti)、ペニシリウム・カネセンス(Penicillium canescens)、ペニシリウム・エメルソニ(Penicillium emersonii)、ペニシリウム・フニクロスム(Penicillium funiculosum)、ペニシリウム・グリゼオロゼウム(Penicillium griseoroseum)、ペニシリウム・パープロゲナム(Penicillium purpurogenum)、ペニシリウム・ロケフォルチ(Penicillium roqueforti)、マイセリオフトラ・サーモフィルム(Myceliophtaora thermophilum)、ムコア・アンビグス(Mucor ambiguus)、ムコア・シイルシネロイデェス(Mucor circinelloides)、ムコア・フラギリス(Mucor fragilis)、ムコア・ヘマリス(Mucor hiemalis)、ムコア・イナエクイスポラス(Mucor inaequisporus)、ムコア・オブロンジエリプティカス(Mucor oblongiellipticus)、ムコア・ラ
セモサス(Mucor racemosus)、ムコア・レクルバス(Mucor recurvus)、ムコア・サトゥルニナス(Mocor saturninus)、ムコア・サブティリススミウス(Mocor subtilissmus)、オガタエア・ポリモルファ(Ogataea polymorpha)、ファネロケーテ・クリソスポリウム(Phanerochaete chrysosporium)、リゾムコア・ミーヘイ(Rhizomucor miehei)、リゾムコア・プシルス(Rhizomucor pusillus)、リゾプス・アルヒザス(Rhizopus arrhizus)等を挙げることができる。
Specific examples of filamentous fungi include Acremonium alabamense, Acremonium cellulolyticus, Aspergillus aculeatus, Aspergillus awamori, Aspergillus oryzae, Aspergillus sake, Aspergillus sojae, Aspergillus tubigensis, Aspergillus tumefaciens ... Aspergillus tubigensis, Aspergillus niger, Aspergillus nidulans, Aspergillus parasiticus, Aspergillus ficum, Aspergillus phoeicus, Aspergillus foetidus, Aspergillus flavus, Aspergillus fumigatus fumigatus, Aspergillus japonicus, Trichoderma viride, Trichoderma harzianum, Trichoderma reesei, Chrysosporium lucknowense, Thermoascus, Sporotrichum, Sporotrichum cellulophilum cellulophilum, Talaromyces, Thielavia terrestris, Thielavia, Neurospora crassa, Fusarium oxysporus, Fusarium graminerum, Fusarium venenatum, Humicola insolens, Penicillium chrysogenum, Penicillium camemberti camemberti, Penicillium canescens, Penicillium emersonii, Penicillium funiculosum, Penicillium griseoroseum, Penicillium purpurogenum, Penicillium roqueforti, Myceliophtaora thermophilum, Mucor ambigus Mucor circinelloides, Mucor fragilis, Mucor hiemalis, Mucor inaequisporus, Mucor oblongiellipticus, Mucor racemosus, Mucor recurvus, Mucor saturninus, Mucor subtilismius subtilissmus, Ogataea polymorpha, Phanerochaete chrysosporium, Rhizomucor miehei, Rhizomucor pusillus, Rhizopus arrhizus, and the like.
宿主が糸状真菌である場合のプロモーターとしては、解糖系に関する遺伝子、構成的発現に関する遺伝子、加水分解に関する酵素遺伝子等いずれであってもよく、具体的にはamyB、glaA、agdA、glaB、TEF1、xynF1tannasegene、No.8AN、gpdA、pgkA、enoA、melO、sodM、catA、catB等を挙げることができる。 When the host is a filamentous fungus, the promoter may be any of genes related to the glycolysis pathway, genes related to constitutive expression, and enzyme genes related to hydrolysis, and specific examples include amyB, glaA, agdA, glaB, TEF1, xynF1 tannasegene, No. 8AN, gpdA, pgkA, enoA, melO, sodM, catA, and catB.
糸状真菌への発現ベクターの導入は、従来公知の方法を用いて行うことができる。例えば、Cohenらの方法(塩化カルシウム法)[Proc.Natl.Acad.Sci.USA,69:2110(1972)]、プロトプラスト法[Mol.Gen.Genet.,168:111(1979)]、コンピテント法[J.Mol.Biol.,56:209(1971)]、エレクトロポレーション法等が挙げられる。 Introduction of an expression vector into a filamentous fungus can be carried out using a conventional method, such as the method of Cohen et al. (calcium chloride method) [Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 69:2110 (1972)], the protoplast method [Mol. Gen. Genet., 168:111 (1979)], the competent method [J. Mol. Biol., 56:209 (1971)], and the electroporation method.
昆虫細胞として、例えば、鱗翅類の昆虫細胞が挙げられ、より具体的には、Sf9、及びSf21等のスポドプテラ・フルギペルダ(Spodoptera frugiperda)由来の昆虫細胞、並びに、High 5等のイラクサギンウワバ(Trichoplusia ni)由来の昆虫細胞等が挙げられる。 Examples of insect cells include lepidopteran insect cells, more specifically insect cells derived from Spodoptera frugiperda such as Sf9 and Sf21, and insect cells derived from Trichoplusia ni such as High 5.
昆虫細胞を宿主として用いる場合のベクターとしては、例えば、夜盗蛾科昆虫に感染するウイルスであるアウトグラファ・カリフォルニカ・ヌクレアー・ポリヘドロシス・ウイルス(Autographa californica nuclear polyhedrosis virus)等のバキュロウイルス(Baculovirus Expression Vectors, A Laboratory Manual,W.H.Freeman and Company,New York(1992))を挙げることができる。 When insect cells are used as hosts, examples of vectors include baculoviruses such as Autographa californica nuclear polyhedrosis virus, a virus that infects insects of the family Noctuidae (Baculovirus Expression Vectors, A Laboratory Manual, W. H. Freeman and Company, New York (1992)).
昆虫細胞を宿主として用いる場合には、例えばカレント・プロトコールズ・イン・モレキュラー・バイオロジー、Baculovirus Expression Vectors, A Laboratory Manual,W.H.Freeman and Company, New York(1992)、Bio/Technology,6,47(1988)等に記載された方法によって、ポリペプチドを発現することができる。すなわち、組換え遺伝子導入ベクター及びバキュロウイルスを昆虫細胞に共導入して昆虫細胞培養上清中に組換えウイルス(発現ベクター)を得た後、さらに組換えウイルスを昆虫細胞に感染させ、ポリペプチドを発現させることができる。該方法において用いられる遺伝子導入ベクターとしては、例えば、pVL1392、pVL1393、pBlueBacIII(ともにInvitorogen社製)等を挙げることができる。 When insect cells are used as hosts, the polypeptide can be expressed by the method described in, for example, Current Protocols in Molecular Biology, Baculovirus Expression Vectors, A Laboratory Manual, W. H. Freeman and Company, New York (1992), Bio/Technology, 6, 47 (1988), etc. That is, a recombinant gene transfer vector and a baculovirus are co-transferred into insect cells to obtain a recombinant virus (expression vector) in the insect cell culture supernatant, and then the recombinant virus is further infected into insect cells to express the polypeptide. Examples of gene transfer vectors used in this method include pVL1392, pVL1393, and pBlueBacIII (both manufactured by Invitrogen).
組換えウイルスを調製するための、昆虫細胞への組換え遺伝子導入ベクターとバキュロウイルスの共導入方法としては、例えば、リン酸カルシウム法(特開平2-227075号公報)、リポフェクション法(Proc.Natl.Acad.Sci.USA,84,7413(1987))等を挙げることができる。 Methods for co-introducing a recombinant gene transfer vector and a baculovirus into insect cells to prepare a recombinant virus include, for example, the calcium phosphate method (JP Patent Publication No. 2-227075) and the lipofection method (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 84, 7413 (1987)).
本発明に係る組換えベクターは、形質転換体選択のための選択マーカー遺伝子をさらに含有していることが好ましい。例えば、大腸菌においては、選択マーカー遺伝子としては、テトラサイクリン、アンピシリン、カナマイシン等の各種薬剤に対する耐性遺伝子を用いることができる。栄養要求性に関与する遺伝子変異を相補できる劣性の選択マーカーも使用できる。酵母においては、選択マーカー遺伝子として、ジェネティシンに対する耐性遺伝子を用いることができ、栄養要求性に関与する遺伝子変異を相補する遺伝子、LEU2、URA3、TRP1、HIS3等の選択マーカーも使用できる。糸状真菌においては、選択マーカー遺伝子として、niaD(Biosci.Biotechnol.Biochem.,59,1795-1797(1995))、argB(Enzyme Microbiol Technol,6,386-389,(1984)),sC(Gene,84,329-334,(1989))、ptrA(BiosciBiotechnol Biochem,64,1416-1421,(2000))、pyrG(BiochemBiophys Res Commun,112,284-289,(1983)),amdS(Gene,26,205-221,(1983))、オーレオバシジン耐性遺伝子(Mol Gen Genet,261,290-296,(1999))、ベノミル耐性遺伝子(Proc Natl Acad Sci USA,83,4869-4873,(1986))及びハイグロマイシン耐性遺伝子(Gene,57,21-26,(1987))からなる群より選ばれるマーカー遺伝子、ロイシン要求性相補遺伝子等が挙げられる。また、宿主が栄養要求性変異株の場合には、選択マーカー遺伝子として当該栄養要求性を相補する野生型遺伝子を用いることもできる。 The recombinant vector of the present invention preferably further contains a selection marker gene for selecting a transformant. For example, in E. coli, resistance genes to various drugs such as tetracycline, ampicillin, and kanamycin can be used as the selection marker gene. Recessive selection markers that can complement gene mutations involved in auxotrophy can also be used. In yeast, a resistance gene to geneticin can be used as the selection marker gene, and selection markers such as genes that complement gene mutations involved in auxotrophy, LEU2, URA3, TRP1, and HIS3 can also be used. In filamentous fungi, the selection marker genes include niaD (Biosci. Biotechnol. Biochem., 59, 1795-1797 (1995)), argB (Enzyme Microbiol Technol, 6, 386-389, (1984)), sC (Gene, 84, 329-334, (1989)), ptrA (BiosciBiotechnol Biochem, 64, 1416-1421, (2000)), pyrG (BiochemBiophys Res. Commun., 112, 284-289, (1983)), amdS (Gene, 26, 205-221, (1983)), aureobasidin resistance gene (Mol Gen Genet, 261, 290-296, (1999)), benomyl resistance gene (Proc Natl Acad Sci USA, 83, 4869-4873, (1986)) and hygromycin resistance gene (Gene, 57, 21-26, (1987)), leucine auxotrophy complementing gene, etc. When the host is an auxotrophic mutant, a wild-type gene that complements the auxotrophy can also be used as the selection marker gene.
本発明に係る発現ベクターで形質転換された宿主の選択は、本発明に係る核酸に選択的に結合するプローブを用いたプラークハイブリダイゼーション及びコロニーハイブリダイゼーション等で行うことができる。当該プローブとしては、本発明に係る核酸の配列情報に基づき、PCR法によって増幅した部分DNA断片をラジオアイソトープ又はジゴキシゲニンで修飾したものを用いることができる。 The selection of a host transformed with the expression vector of the present invention can be carried out by plaque hybridization, colony hybridization, etc., using a probe that selectively binds to the nucleic acid of the present invention. The probe can be a partial DNA fragment amplified by PCR based on the sequence information of the nucleic acid of the present invention and modified with a radioisotope or digoxigenin.
〔改変フィブロインの製造方法〕 本発明に係る改変フィブロインは、本実施形態に係る発現ベクターで形質転換された宿主により、本発明に係る核酸を発現させる工程を含む方法により、製造することができる。一実施形態に係る改変フィブロインの製造方法は、本発明に係る改変フィブロインをコードする核酸配列と、当該核酸配列に作動可能に連結された1又は複数の調節配列とを有する発現ベクターで形質転換された宿主により、当該核酸を発現させる工程を含む。 [Method for producing modified fibroin] The modified fibroin of the present invention can be produced by a method including a step of expressing the nucleic acid of the present invention by a host transformed with an expression vector of this embodiment. A method for producing modified fibroin of one embodiment includes a step of expressing the nucleic acid by a host transformed with an expression vector having a nucleic acid sequence encoding the modified fibroin of the present invention and one or more regulatory sequences operably linked to the nucleic acid sequence.
発現方法としては、直接発現のほか、モレキュラー・クローニング第2版に記載されている方法等に準じて、分泌生産、融合タンパク質発現等を行うことができる。酵母、動物細胞、昆虫細胞により発現させた場合には、糖又は糖鎖が付加されたポリペプチドとして改変フィブロインを得ることができる。 In addition to direct expression, secretory production, fusion protein expression, etc. can be performed according to the methods described in Molecular Cloning, 2nd Edition. When expressed in yeast, animal cells, or insect cells, the modified fibroin can be obtained as a polypeptide to which sugar or a sugar chain has been added.
本発明に係る改変フィブロインは、例えば、本発明に係る発現ベクターで形質転換された宿主を培養培地中で培養し、培養培地中に本発明に係る改変フィブロインを生成蓄積させ、該培養培地から採取することにより製造することができる。本発明に係る宿主を培養培地中で培養する方法は、宿主の培養に通常用いられる方法に従って行うことができる。 The modified fibroin of the present invention can be produced, for example, by culturing a host transformed with an expression vector of the present invention in a culture medium, producing and accumulating the modified fibroin of the present invention in the culture medium, and collecting it from the culture medium. The method of culturing the host of the present invention in a culture medium can be performed according to a method normally used for culturing a host.
本発明に係る宿主が、大腸菌等の原核生物又は酵母等の真核生物である場合、本発明に係る宿主の培養培地として、該宿主が資化し得る炭素源、窒素源及び無機塩類等を含有し、該宿主の培養を効率的に行える培地であれば天然培地、合成培地のいずれを用いてもよい。 When the host of the present invention is a prokaryote such as Escherichia coli or a eukaryote such as yeast, the culture medium for the host of the present invention may be either a natural medium or a synthetic medium, as long as it contains a carbon source, a nitrogen source, inorganic salts, etc. that can be assimilated by the host and allows the host to be cultured efficiently.
炭素源としては、該宿主が資化し得るものであればよく、例えば、グルコース、フラクトース、スクロース、及びこれらを含有する糖蜜、デンプン及びデンプン加水分解物等の炭水化物、酢酸及びプロピオン酸等の有機酸、並びにエタノール及びプロパノール等のアルコール類を用いることができる。 A carbon source may be any that can be assimilated by the host, and examples of carbon sources that can be used include carbohydrates such as glucose, fructose, sucrose, and molasses containing these, starch, and starch hydrolysates, organic acids such as acetic acid and propionic acid, and alcohols such as ethanol and propanol.
窒素源としては、例えば、アンモニア、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム及びリン酸アンモニウム等の無機酸又は有機酸のアンモニウム塩、その他の含窒素化合物、並びにペプトン、肉エキス、酵母エキス、コーンスチープリカー、カゼイン加水分解物、大豆粕及び大豆粕加水分解物、各種発酵菌体及びその消化物を用いることができる。 Examples of nitrogen sources that can be used include ammonium salts of inorganic or organic acids such as ammonia, ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium acetate, and ammonium phosphate, other nitrogen-containing compounds, as well as peptone, meat extract, yeast extract, corn steep liquor, casein hydrolysate, soybean meal and soybean meal hydrolysate, various fermentation bacteria and their digestions.
無機塩としては、例えば、リン酸第一カリウム、リン酸第二カリウム、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガン、硫酸銅及び炭酸カルシウムを用いることができる。 Examples of inorganic salts that can be used include potassium dihydrogen phosphate, potassium dihydrogen phosphate, magnesium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride, ferrous sulfate, manganese sulfate, copper sulfate, and calcium carbonate.
大腸菌等の原核生物又は酵母等の真核生物の培養は、例えば、振盪培養又は深部通気攪拌培養等の好気的条件下で行うことができる。培養温度は、例えば、15~40℃である。培養時間は、通常16時間~7日間である。培養中の培養培地のpHは3.0~9.0に保持することが好ましい。培養培地のpHの調整は、無機酸、有機酸、アルカリ溶液、尿素、炭酸カルシウム及びアンモニア等を用いて行うことができる。 Cultivation of prokaryotes such as Escherichia coli or eukaryotes such as yeast can be carried out under aerobic conditions, for example, by shaking culture or deep aeration agitation culture. The culture temperature is, for example, 15 to 40°C. The culture time is usually 16 hours to 7 days. The pH of the culture medium during culture is preferably maintained at 3.0 to 9.0. The pH of the culture medium can be adjusted using inorganic acids, organic acids, alkaline solutions, urea, calcium carbonate, ammonia, etc.
また、培養中必要に応じて、アンピシリン及びテトラサイクリン等の抗生物質を培養培地に添加してもよい。プロモーターとして誘導性のプロモーターを用いた発現ベクターで形質転換した微生物を培養するときには、必要に応じてインデューサーを培地に添加してもよい。例えば、lacプロモーターを用いた発現ベクターで形質転換した微生物を培養するときにはイソプロピル-β-D-チオガラクトピラノシド等を、trpプロモーターを用いた発現ベクターで形質転換した微生物を培養するときにはインドールアクリル酸等を培地に添加してもよい。 In addition, antibiotics such as ampicillin and tetracycline may be added to the culture medium as necessary during culture. When culturing a microorganism transformed with an expression vector using an inducible promoter as a promoter, an inducer may be added to the medium as necessary. For example, isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside or the like may be added to the medium when culturing a microorganism transformed with an expression vector using a lac promoter, and indoleacrylic acid or the like may be added to the medium when culturing a microorganism transformed with an expression vector using a trp promoter.
昆虫細胞の培養培地としては、一般に使用されているTNM-FH培地(Pharmingen社製)、Sf-900 II SFM培地(Life Technologies社製)、ExCell400、ExCell405(いずれもJRH Biosciences社製)、Grace’s Insect Medium(Nature,195,788(1962))等を用いることができる。 As culture media for insect cells, commonly used TNM-FH medium (manufactured by Pharmingen), Sf-900 II SFM medium (manufactured by Life Technologies), ExCell 400, ExCell 405 (both manufactured by JRH Biosciences), Grace's Insect Medium (Nature, 195, 788 (1962)), etc. can be used.
昆虫細胞の培養は、例えば、培養培地のpH6~7、培養温度25~30℃等の条件下で、培養時間1~5日間とすることができる。また、培養中必要に応じて、ゲンタマイシン等の抗生物質を培養培地に添加してもよい。 Insect cells can be cultured for 1 to 5 days under conditions such as a culture medium pH of 6 to 7 and a culture temperature of 25 to 30°C. Furthermore, antibiotics such as gentamicin may be added to the culture medium during culture as necessary.
宿主が植物細胞の場合、形質転換された植物細胞をそのまま培養してもよく、また植物の器官に分化させて培養することができる。該植物細胞を培養する培地としては、一般に使用されているムラシゲ・アンド・スクーグ(MS)培地、ホワイト(White)培地、又はこれらの培地にオーキシン、サイトカイニン等、植物ホルモンを添加した培地等を用いることができる。 When the host is a plant cell, the transformed plant cell may be cultured as it is, or may be differentiated into a plant organ and then cultured. As a medium for culturing the plant cell, a commonly used Murashige and Skoog (MS) medium, White medium, or a medium to which a plant hormone such as auxin or cytokinin has been added can be used.
動物細胞の培養は、例えば、培養培地のpH5~9、培養温度20~40℃等の条件下で、培養時間3~60日間とすることができる。また、培養中必要に応じて、カナマイシン、ハイグロマイシン等の抗生物質を培地に添加してもよい。 Animal cells can be cultured for 3 to 60 days under conditions such as a culture medium pH of 5 to 9 and a culture temperature of 20 to 40°C. In addition, antibiotics such as kanamycin and hygromycin may be added to the medium during culture as necessary.
本実施形態に係る発現ベクターで形質転換された宿主を用いて改変フィブロインを生産する方法としては、該改変フィブロインを宿主細胞内に生産させる方法、宿主細胞外に分泌させる方法、及び宿主細胞外膜上に生産させる方法がある。使用する宿主細胞、及び生産させる改変フィブロインの構造を変えることにより、これらの各方法を選択することができる。 Methods for producing modified fibroin using a host transformed with the expression vector of this embodiment include a method for producing the modified fibroin within a host cell, a method for secreting the modified fibroin outside the host cell, and a method for producing the modified fibroin on the outer membrane of the host cell. Each of these methods can be selected by changing the host cell used and the structure of the modified fibroin to be produced.
例えば、改変フィブロインが宿主細胞内又は宿主細胞外膜上に生産される場合、ポールソンらの方法(J.Biol.Chem.,264,17619(1989))、ロウらの方法(Proc.Natl.Acad.Sci.USA,86,8227(1989)、Genes Develop.,4,1288(1990))、又は特開平5-336963号公報、国際公開第94/23021号等に記載の方法を準用することにより、
改変フィブロインを宿主細胞外に積極的に分泌させるように変更させることができる。すなわち、遺伝子組換えの手法を用いて、改変フィブロインの活性部位を含むポリペプチドにシグナルペプチドを付加した形で発現させることにより、改変フィブロインを宿主細胞外に積極的に分泌させることができる。
For example, when the modified fibroin is produced inside a host cell or on the outer membrane of the host cell, the method of Paulson et al. (J. Biol. Chem., 264, 17619 (1989)), the method of Rowe et al. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 86, 8227 (1989); Genes Develop., 4, 1288 (1990)), or the methods described in JP-A-5-336963 and WO 94/23021 can be applied mutatis mutandis to produce the modified fibroin.
The modified fibroin can be modified so as to be actively secreted outside the host cell. That is, by using a genetic recombination technique to express a polypeptide containing an active site of the modified fibroin in a form in which a signal peptide has been added, the modified fibroin can be actively secreted outside the host cell.
本実施形態に係る発現ベクターで形質転換された宿主により生産された改変フィブロインは、タンパク質の単離精製に通常用いられている方法で単離及び精製することができる。例えば、改変フィブロインが、細胞内に溶解状態で発現した場合には、培養終了後、宿主細胞を遠心分離により回収し、水系緩衝液にけん濁した後、超音波破砕機、フレンチプレス、マントンガウリンホモゲナイザー及びダイノミル等により宿主細胞を破砕し、無細胞抽出液を得る。該無細胞抽出液を遠心分離することにより得られる上清から、タンパク質の単離精製に通常用いられている方法、すなわち、溶媒抽出法、硫安等による塩析法、脱塩法、有機溶媒による沈殿法、ジエチルアミノエチル(DEAE)-セファロース、DIAION HPA-75(三菱化成社製)等のレジンを用いた陰イオン交換クロマトグラフィー法、S-Sepharose FF(Pharmacia社製)等のレジンを用いた陽イオン交換クロマトグラフィー法、ブチルセファロース、フェニルセファロース等のレジンを用いた疎水性クロマトグラフィー法、分子篩を用いたゲルろ過法、アフィニティークロマトグラフィー法、クロマトフォーカシング法、等電点電気泳動等の電気泳動法等の方法を単独又は組み合わせて使用し、精製標品を得ることができる。 The modified fibroin produced by the host transformed with the expression vector of this embodiment can be isolated and purified by a method commonly used for isolating and purifying proteins. For example, when the modified fibroin is expressed in a dissolved state within the cells, after the culture is completed, the host cells are collected by centrifugation and suspended in an aqueous buffer solution, and then disrupted by an ultrasonic homogenizer, French press, Manton Gaulin homogenizer, Dyno Mill, or the like to obtain a cell-free extract. From the supernatant obtained by centrifuging the cell-free extract, a purified specimen can be obtained by using methods commonly used for isolating and purifying proteins, namely, solvent extraction, salting out with ammonium sulfate or the like, desalting, precipitation with an organic solvent, anion exchange chromatography using resins such as diethylaminoethyl (DEAE)-Sepharose and DIAION HPA-75 (manufactured by Mitsubishi Kasei Corporation), cation exchange chromatography using resins such as S-Sepharose FF (manufactured by Pharmacia), hydrophobic chromatography using resins such as butyl sepharose and phenyl sepharose, gel filtration using molecular sieves, affinity chromatography, chromatofocusing, electrophoresis such as isoelectric focusing, or the like, alone or in combination.
上記クロマトグラフィーとしては、フェニル-トヨパール(東ソー)、DEAE-トヨパール(東ソー)、セファデックスG-150(ファルマシアバイオテク)を用いたカラムクロマトグラフィーが好ましく用いられる。 For the above chromatography, column chromatography using Phenyl-Toyopearl (Tosoh), DEAE-Toyopearl (Tosoh), or Sephadex G-150 (Pharmacia Biotech) is preferably used.
また、改変フィブロインが細胞内に不溶体を形成して発現した場合は、同様に宿主細胞を回収後、破砕し、遠心分離を行うことにより、沈殿画分として改変フィブロインの不溶体を回収する。回収した改変フィブロインの不溶体は蛋白質変性剤で可溶化することができる。該操作の後、上記と同様の単離精製法により改変フィブロインの精製標品を得ることができる。 In addition, when the modified fibroin is expressed by forming an insoluble body within the cells, the host cells are similarly recovered, disrupted, and centrifuged to recover the insoluble body of the modified fibroin as a precipitate fraction. The recovered insoluble body of the modified fibroin can be solubilized with a protein denaturant. After this procedure, a purified preparation of the modified fibroin can be obtained by the same isolation and purification method as above.
改変フィブロイン、又は改変フィブロインに糖鎖の付加された誘導体が細胞外に分泌された場合には、培養上清から改変フィブロイン又はその誘導体を回収することができる。すなわち、培養物を遠心分離等の手法により処理することにより培養上清を取得し、該培養上清から、上記と同様の単離精製法を用いることにより、精製標品を得ることができる。 When the modified fibroin or a derivative in which a glycan has been added to the modified fibroin is secreted outside the cells, the modified fibroin or its derivative can be recovered from the culture supernatant. That is, the culture is treated by a method such as centrifugation to obtain a culture supernatant, and a purified specimen can be obtained from the culture supernatant by the same isolation and purification method as described above.
〔人造改変フィブロイン組成物〕 本実施形態に係る人造改変フィブロイン組成物は、本発明に係る改変フィブロインを少なくとも含むものである。 [Artificially modified fibroin composition] The artificially modified fibroin composition of this embodiment contains at least the modified fibroin of the present invention.
人造改変フィブロイン組成物における、改変フィブロインの含有量は、人造改変フィブロイン組成物全量を基準として、30~100質量%であってよく、35~100質量%であるのが好ましく、40~100質量%であるのがより好ましい。 The content of modified fibroin in the artificial modified fibroin composition may be 30 to 100 mass%, preferably 35 to 100 mass%, and more preferably 40 to 100 mass%, based on the total amount of the artificial modified fibroin composition.
本実施形態に係る人造改変フィブロイン組成物は、その形態、用途等に応じて、更に他の添加剤を含むものであってもよい。添加剤としては、例えば、可塑剤、レベリング剤、架橋剤、結晶核剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、着色剤、フィラー、及び合成樹脂が挙げられる。添加剤の含有量は、改変フィブロインの全量100質量部に対して、50質量部以下であってよい。 The artificial modified fibroin composition according to this embodiment may further contain other additives depending on the form, application, etc. Examples of additives include plasticizers, leveling agents, crosslinking agents, crystal nucleating agents, antioxidants, UV absorbers, colorants, fillers, and synthetic resins. The content of the additives may be 50 parts by mass or less per 100 parts by mass of the total amount of the modified fibroin.
本実施形態に係る人造改変フィブロイン組成物は、粉末状、ペースト状、液状(例えば、懸濁液、溶液)のいずれの形態であってもよい。また、本実施形態に係る人造改変フィブロイン組成物は、原料組成物(例えば、タンパク質粉末、ドープ液)の形態の他、当該人造改変フィブロイン組成物を含む、又は当該人造改変フィブロイン組成物からなる成形体(例えば、繊維、糸、フィルム、発泡体、粒体、モールド成形体)の形態であってもよい。 The artificial modified fibroin composition of this embodiment may be in any form, such as a powder, a paste, or a liquid (e.g., a suspension, a solution). In addition to the form of a raw material composition (e.g., a protein powder, a dope liquid), the artificial modified fibroin composition of this embodiment may be in the form of a molded body (e.g., a fiber, a thread, a film, a foam, a granule, a molded body) that contains the artificial modified fibroin composition or that consists of the artificial modified fibroin composition.
(ドープ液) 本実施形態に係る人造改変フィブロイン組成物は、ドープ液の形態であってもよい。本実施形態に係るドープ液は、改変フィブロインと、溶媒とを少なくとも含む。本実施形態に係るドープ液は、更に溶解促進剤を含むものであってもよい。本実施形態に係るドープ液はまた、更に改変フィブロイン以外のタンパク質を含むものであってもよい。 (Dope solution) The artificial modified fibroin composition of this embodiment may be in the form of a dope solution. The dope solution of this embodiment contains at least modified fibroin and a solvent. The dope solution of this embodiment may further contain a dissolution promoter. The dope solution of this embodiment may also further contain a protein other than the modified fibroin.
溶媒としては、例えば、ヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)、ヘキサフルオロアセトン(HFA)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、ギ酸、並びに尿素、グアニジン、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、臭化リチウム、塩化カルシウム及びチオシアン酸リチウム等を含む水溶液等を挙げることができる。これらの溶媒は、1種単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。 Examples of the solvent include hexafluoroisopropanol (HFIP), hexafluoroacetone (HFA), dimethyl sulfoxide (DMSO), N,N-dimethylformamide (DMF), formic acid, and aqueous solutions containing urea, guanidine, sodium dodecyl sulfate (SDS), lithium bromide, calcium chloride, lithium thiocyanate, etc. These solvents may be used alone or in combination of two or more.
ドープ液における改変フィブロインの含有量は、ドープ液の全質量を基準として、15質量%以上、30質量%以上、40質量%以上又は50質量%以上であってよい。改変フィブロインの含有量は、ドープ液の製造効率の観点から、ドープ液の全質量を基準として、70質量%以下、65質量%以下、又は60質量%以下であってよい。 The content of modified fibroin in the dope solution may be 15% by mass or more, 30% by mass or more, 40% by mass or more, or 50% by mass or more, based on the total mass of the dope solution. From the viewpoint of the production efficiency of the dope solution, the content of modified fibroin may be 70% by mass or less, 65% by mass or less, or 60% by mass or less, based on the total mass of the dope solution.
溶解促進剤としては、例えば、以下に示すルイス酸とルイス塩基とからなる無機塩が挙げられる。ルイス塩基としては、例えば、オキソ酸イオン(硝酸イオン、過塩素酸イオン等)、金属オキソ酸イオン(過マンガン酸イオン等)、ハロゲン化物イオン、チオシアン酸イオン、シアン酸イオン等が挙げられる。ルイス酸としては、例えば、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン等の金属イオン、アンモニウムイオン等の多原子イオン、錯イオン等が挙げられる。ルイス酸とルイス塩基とからなる無機塩の具体例としては、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、硝酸リチウム、過塩素酸リチウム、及びチオシアン酸リチウム等のリチウム塩、塩化カルシウム、臭化カルシウム、ヨウ化カルシウム、硝酸カルシウム、過塩素酸カルシウム、及びチオシアン酸カルシウム等のカルシウム塩、塩化鉄、臭化鉄、ヨウ化鉄、硝酸鉄、過塩素酸鉄、及びチオシアン酸鉄等の鉄塩、塩化アルミニウム、臭化アルミニウム、ヨウ化アルミニウム、硝酸アルミニウム、過塩素酸アルミニウム、及びチオシアン酸アルミニウム等のアルミニウム塩、塩化カリウム、臭化カリウム、ヨウ化カリウム、硝酸カリウム、過塩素酸カリウム、及びチオシアン酸カリウム等のカリウム塩、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、硝酸ナトリウム、過塩素酸ナトリウム、及びチオシアン酸ナトリウム等のナトリウム塩、塩化亜鉛、臭化亜鉛、ヨウ化亜鉛、硝酸亜鉛、過塩素酸亜鉛、及びチオシアン酸亜鉛等の亜鉛塩、塩化マグネシウム、臭化マグネシウム、ヨウ化マグネシウム、硝酸マグネシウム、過塩素酸マグネシウム、及びチオシアン酸マグネシウム等のマグネシウム塩、塩化バリウム、臭化バリウム、ヨウ化バリウム、硝酸バリウム、過塩素酸バリウム、及びチオシアン酸バリウム等のバリウム塩、並びに塩化ストロンチウム、臭化ストロンチウム、ヨウ化ストロンチウム、硝酸ストロンチウム、過塩素酸ストロンチウム、及びチオシアン酸ストロンチウム等のストロンチウム塩が挙げられる。 Examples of dissolution promoters include inorganic salts consisting of Lewis acids and Lewis bases as shown below. Examples of Lewis bases include oxoacid ions (nitrate ions, perchlorate ions, etc.), metal oxoacid ions (permanganate ions, etc.), halide ions, thiocyanate ions, cyanate ions, etc. Examples of Lewis acids include metal ions such as alkali metal ions and alkaline earth metal ions, polyatomic ions such as ammonium ions, complex ions, etc. Specific examples of inorganic salts composed of Lewis acids and Lewis bases include lithium salts such as lithium chloride, lithium bromide, lithium iodide, lithium nitrate, lithium perchlorate, and lithium thiocyanate; calcium salts such as calcium chloride, calcium bromide, calcium iodide, calcium nitrate, calcium perchlorate, and calcium thiocyanate; iron salts such as iron chloride, iron bromide, iron iodide, iron nitrate, iron perchlorate, and iron thiocyanate; aluminum salts such as aluminum chloride, aluminum bromide, aluminum iodide, aluminum nitrate, aluminum perchlorate, and aluminum thiocyanate; potassium salts such as potassium chloride, potassium bromide, potassium iodide, potassium nitrate, potassium perchlorate, and potassium thiocyanate; sodium chloride, potassium bromide, potassium iodide, potassium nitrate, potassium perchlorate, and potassium thiocyanate; zinc salts such as zinc chloride, zinc bromide, zinc iodide, zinc nitrate, zinc perchlorate, and zinc thiocyanate; magnesium salts such as magnesium chloride, magnesium bromide, magnesium iodide, magnesium nitrate, magnesium perchlorate, and magnesium thiocyanate; barium salts such as barium chloride, barium bromide, barium iodide, barium nitrate, barium perchlorate, and barium thiocyanate; and strontium salts such as strontium chloride, strontium bromide, strontium iodide, strontium nitrate, strontium perchlorate, and strontium thiocyanate.
溶解促進剤の含有量は、改変フィブロインの全量100質量部に対して、1.0質量部以上、5.0質量部以上、9.0質量部以上、15質量部以上又は20.0質量部以上であってよい。溶解促進剤の含有量は、改変フィブロインの全量100質量部に対して、40質量部以下、35質量部以下又は30質量部以下であってよい。 The content of the solubility enhancer may be 1.0 parts by mass or more, 5.0 parts by mass or more, 9.0 parts by mass or more, 15 parts by mass or more, or 20.0 parts by mass or more, relative to 100 parts by mass of the total amount of the modified fibroin. The content of the solubility enhancer may be 40 parts by mass or less, 35 parts by mass or less, or 30 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the total amount of the modified fibroin.
本実施形態に係るドープ液の製造時に、30~90℃に加温してもよい。使用する溶媒、改変フィブロインの種類等に応じて溶解可能な温度を適時設定すればよい。溶解を促進するために振盪、撹拌してもよい。 When producing the dope solution according to this embodiment, it may be heated to 30 to 90°C. The temperature at which the solution can be dissolved may be appropriately set depending on the solvent used, the type of modified fibroin, etc. The solution may be shaken or stirred to promote dissolution.
本実施形態に係るドープ液の粘度は、ドープ液の用途等に応じて適宜設定してよい。例えば、本実施形態に係るドープ液を紡糸原液として使用する場合、その粘度は、紡糸方法に応じて適宜設定してよく、例えば、35℃において100~15,000cP(センチポイズ)、40℃において100~30,000cP(センチポイズ)等に設定すればよい。紡糸原液の粘度は、例えば京都電子工業社製の商品名“EMS粘度計”を使用して測定することができる。 The viscosity of the dope solution according to this embodiment may be set appropriately depending on the application of the dope solution. For example, when the dope solution according to this embodiment is used as a spinning stock solution, its viscosity may be set appropriately depending on the spinning method, for example, 100 to 15,000 cP (centipoise) at 35°C, 100 to 30,000 cP (centipoise) at 40°C, etc. The viscosity of the spinning stock solution can be measured using, for example, an "EMS Viscometer" manufactured by Kyoto Electronics Manufacturing Co., Ltd.
(タンパク質繊維) 本実施形態に係る人造改変フィブロイン組成物は、タンパク質繊維の形態であってよい。タンパク質繊維は、例えば、フィブロインの紡糸に通常使用されている方法で上述したドープ液(紡糸液)を紡糸することにより、得ることができる。 (Protein fiber) The artificial modified fibroin composition of this embodiment may be in the form of a protein fiber. The protein fiber can be obtained, for example, by spinning the above-mentioned dope solution (spinning solution) using a method commonly used for spinning fibroin.
紡糸方法としては、本発明に係る改変フィブロインを紡糸できる方法であれば特に制限されず、例えば、乾式紡糸、溶融紡糸、湿式紡糸等を挙げることができる。好ましい紡糸方法としては、湿式紡糸を挙げることができる。 The spinning method is not particularly limited as long as it can spin the modified fibroin of the present invention, and examples of the method include dry spinning, melt spinning, wet spinning, etc. A preferred spinning method is wet spinning.
湿式紡糸では、ドープ液を紡糸口金(ノズル)から凝固液(凝固液槽)の中に押出して、凝固液中で改変フィブロインを固めることにより糸の形状の未延伸糸を得ることができる。凝固液としては、脱溶媒できる溶液であればよく、例えば、メタノール、エタノール及び2-プロパノール等の炭素数1~5の低級アルコール、並びにアセトン等を挙げることができる。凝固液には、適宜水を加えてもよい。凝固液の温度は、0~30℃であることが好ましい。紡糸口金として、直径0.1~0.6mmのノズルを有するシリンジポンプを使用する場合、押し出し速度は1ホール当たり、0.2~6.0ml/時間が好ましく、1.4~4.0ml/時間であることがより好ましい。凝固液槽の長さは、脱溶媒が効率的に行える長さがあればよく、例えば、200~500mmである。未延伸糸の引き取り速度は、例えば、1~20m/分であってよく、1~3m/分であることが好ましい。滞留時間は、例えば、0.01~3分であってよく、0.05~0.15分であることが好ましい。また、凝固液中で延伸(前延伸)をしてもよい。低級アルコールの蒸発を抑えるため凝固液を低温に維持し、未延伸糸の状態で引き取ってもよい。凝固液槽は多段設けてもよく、また延伸は必要に応じて、各段、又は特定の段で行ってもよい。 In wet spinning, the dope solution is extruded from a spinneret (nozzle) into a coagulation liquid (coagulation liquid tank) and the modified fibroin is solidified in the coagulation liquid to obtain an undrawn thread in the shape of a thread. The coagulation liquid may be any solution capable of removing the solvent, such as lower alcohols having 1 to 5 carbon atoms, such as methanol, ethanol, and 2-propanol, and acetone. Water may be added to the coagulation liquid as appropriate. The temperature of the coagulation liquid is preferably 0 to 30°C. When a syringe pump having a nozzle with a diameter of 0.1 to 0.6 mm is used as the spinneret, the extrusion speed is preferably 0.2 to 6.0 ml/hour per hole, and more preferably 1.4 to 4.0 ml/hour. The length of the coagulation liquid tank may be such that the solvent can be removed efficiently, and is, for example, 200 to 500 mm. The take-up speed of the undrawn thread may be, for example, 1 to 20 m/min, and is preferably 1 to 3 m/min. The residence time may be, for example, 0.01 to 3 minutes, and preferably 0.05 to 0.15 minutes. Also, drawing (pre-drawing) may be performed in the coagulation liquid. In order to suppress evaporation of the lower alcohol, the coagulation liquid may be kept at a low temperature, and the yarn may be taken up in an undrawn state. The coagulation liquid tank may be provided in multiple stages, and drawing may be performed in each stage or in a specific stage, as necessary.
上記の方法で得られた未延伸糸(又は前延伸糸)は、延伸工程を経て延伸糸とすることができる。延伸方法としては、湿熱延伸、乾熱延伸等をあげることができる。 The undrawn yarn (or pre-drawn yarn) obtained by the above method can be made into a drawn yarn through a drawing process. Examples of drawing methods include wet heat drawing and dry heat drawing.
湿熱延伸は、温水中、温水に有機溶剤等を加えた溶液中、スチーム加熱中で行うことができる。温度としては、例えば、50~90℃であってよく、75~85℃が好ましい。湿熱延伸では、未延伸糸(又は前延伸糸)を、例えば、1~10倍延伸することができ、2~8倍延伸することが好ましい。 Wet heat drawing can be carried out in warm water, in a solution of warm water with an organic solvent added, or under steam heating. The temperature may be, for example, 50 to 90°C, with 75 to 85°C being preferred. In wet heat drawing, the undrawn yarn (or pre-drawn yarn) can be drawn, for example, 1 to 10 times, with 2 to 8 times being preferred.
乾熱延伸は、電気管状炉、乾熱板等を使用して行うことができる。温度としては、例えば、140℃~270℃であってよく、160℃~230℃が好ましい。乾熱延伸では、未延伸糸(又は前延伸糸)を、例えば、0.5~8倍延伸することができ、1~4倍延伸することが好ましい。 Dry heat drawing can be carried out using an electric tubular furnace, a dry heat plate, etc. The temperature may be, for example, 140°C to 270°C, with 160°C to 230°C being preferred. In dry heat drawing, the undrawn yarn (or pre-drawn yarn) can be drawn, for example, 0.5 to 8 times, with 1 to 4 times being preferred.
湿熱延伸及び乾熱延伸はそれぞれ単独で行ってもよく、またこれらを多段で、又は組み合わせて行ってもよい。すなわち、一段目延伸を湿熱延伸で行い、二段目延伸を乾熱延伸で行う、又は一段目延伸を湿熱延伸行い、二段目延伸を湿熱延伸行い、更に三段目延伸を乾熱延伸で行う等、湿熱延伸及び乾熱延伸を適宜組み合わせて行うことができる。 The wet heat stretching and the dry heat stretching may be performed alone, or may be performed in multiple stages or in combination. That is, the first stage stretching may be performed by wet heat stretching and the second stage stretching by dry heat stretching, or the first stage stretching may be performed by wet heat stretching, the second stage stretching may be performed by wet heat stretching, and the third stage stretching may be performed by dry heat stretching, etc.
延伸工程における最終的な延伸倍率は、未延伸糸(又は前延伸糸)に対して、例えば、5~20倍であり、6~11倍であることが好ましい。 The final draw ratio in the drawing process is, for example, 5 to 20 times, and preferably 6 to 11 times, relative to the undrawn yarn (or pre-drawn yarn).
タンパク質繊維は、延伸した後、タンパク質繊維内のポリペプチド分子間で化学的に架橋させてもよい。架橋させることができる官能基は、例えば、アミノ基、カルボキシル基、チオール基及びヒドロキシ基等が挙げられる。例えば、ポリペプチドに含まれる
リジン側鎖のアミノ基は、グルタミン酸又はアスパラギン酸側鎖のカルボキシル基と脱水縮合によりアミド結合で架橋できる。真空加熱下で脱水縮合反応を行なうことにより架橋してもよいし、カルボジイミド等の脱水縮合剤により架橋させてもよい。
After stretching, the protein fibers may be chemically crosslinked between polypeptide molecules in the protein fibers. Examples of functional groups that can be crosslinked include amino groups, carboxyl groups, thiol groups, and hydroxyl groups. For example, the amino group of a lysine side chain contained in a polypeptide can be crosslinked with a carboxyl group of a glutamic acid or aspartic acid side chain through an amide bond by dehydration condensation. Crosslinking may be performed by carrying out a dehydration condensation reaction under vacuum heating, or may be performed using a dehydration condensation agent such as carbodiimide.
ポリペプチド分子間の架橋は、カルボジイミド、グルタルアルデヒド等の架橋剤を用いて行ってもよく、トランスグルタミナーゼ等の酵素を用いて行ってもよい。カルボジイミドは、一般式R1N=C=NR2(但し、R1及びR2は、それぞれ独立に、炭素数1~6のアルキル基、シクロアルキル基を含む有機基を示す。)で示される化合物である。カルボジイミドの具体例として、1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(EDC)、N,N’-ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)、1-シクロヘキシル-3-(2-モルホリノエチル)カルボジイミド、ジイソプロピルカルボジイミド(DIC)等が挙げられる。これらの中でも、EDC及びDICはポリペプチド分子間のアミド結合形成能が高く、架橋反応し易いことから好ましい。 Crosslinking between polypeptide molecules may be performed using a crosslinking agent such as carbodiimide or glutaraldehyde, or an enzyme such as transglutaminase. Carbodiimides are compounds represented by the general formula R1N=C=NR2 (wherein R1 and R2 each independently represent an organic group containing an alkyl group or a cycloalkyl group having 1 to 6 carbon atoms). Specific examples of carbodiimides include 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide hydrochloride (EDC), N,N'-dicyclohexylcarbodiimide (DCC), 1-cyclohexyl-3-(2-morpholinoethyl)carbodiimide, diisopropylcarbodiimide (DIC), and the like. Among these, EDC and DIC are preferred because they have a high ability to form amide bonds between polypeptide molecules and are easily crosslinked.
架橋処理は、タンパク質繊維に架橋剤を付与して真空加熱乾燥で架橋するのが好ましい。架橋剤は純品をタンパク質繊維に付与してもよいし、炭素数1~5の低級アルコール及び緩衝液等で0.005~10質量%の濃度に希釈したものをタンパク質繊維に付与してもよい。架橋処理は、温度20~45℃で3~42時間行うのが好ましい。架橋処理により、タンパク質繊維に更に高い応力(強度)を付与することができる。 The crosslinking treatment is preferably carried out by applying a crosslinking agent to the protein fibers and crosslinking them by vacuum heating and drying. The crosslinking agent may be applied to the protein fibers in its pure form, or may be applied to the protein fibers after diluting it with a lower alcohol having 1 to 5 carbon atoms, a buffer solution, or the like to a concentration of 0.005 to 10% by mass. The crosslinking treatment is preferably carried out at a temperature of 20 to 45°C for 3 to 42 hours. The crosslinking treatment can impart even higher stress (strength) to the protein fibers.
(フィルム) 本実施形態に係る人造改変フィブロイン組成物は、フィルムの形態であってよい。フィルムは、例えば、上述したドープ液を基材表面にキャスト成形し、乾燥及び/又は脱溶媒することにより得ることができる。 (Film) The artificially modified fibroin composition according to this embodiment may be in the form of a film. The film can be obtained, for example, by casting the above-mentioned dope liquid onto a substrate surface, followed by drying and/or desolvation.
ドープ溶液の粘度は15~80cP(センチポアズ)であることが好ましく、20~70cPであることがより好ましい。 The viscosity of the dope solution is preferably 15 to 80 cP (centipoise), and more preferably 20 to 70 cP.
ドープ溶液を100質量%としたとき、本発明に係る改変フィブロインの濃度は3~50質量%であることが好ましく、3.5~35質量%であることがより好ましく、4.2~15.8質量%であることがさらに好ましい。 When the dope solution is 100% by mass, the concentration of the modified fibroin of the present invention is preferably 3 to 50% by mass, more preferably 3.5 to 35% by mass, and even more preferably 4.2 to 15.8% by mass.
ドープ溶液調製時に、30~60℃に加温して行ってもよい。溶解を促進するために振盪、撹拌してもよい。 When preparing the dope solution, it may be heated to 30-60°C. It may also be shaken or stirred to promote dissolution.
基材は、樹脂基板、ガラス基板、金属基板等であってよい。基材は、キャスト成形後のフィルムを容易に剥離できる観点から、好ましくは樹脂基板である。樹脂基板としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂フィルム、ポリプロピレン(PP)フィルム、又はこれらのフィルム表面にシリコーン化合物を固定化させた剥離フィルムであってよい。基材は、HFIP、DMSO溶媒等に対して安定であり、ドープ溶液を安定してキャスト成形でき、成形後のフィルムを容易に剥離できる観点から、PETフィルム又はPETフィルム表面にシリコーン化合物を固定化させた剥離フィルムであることがより好ましい。 The substrate may be a resin substrate, a glass substrate, a metal substrate, etc. The substrate is preferably a resin substrate from the viewpoint of easily peeling off the film after cast molding. The resin substrate may be, for example, a polyethylene terephthalate (PET) film, a fluororesin film such as polytetrafluoroethylene, a polypropylene (PP) film, or a release film having a silicone compound fixed to the surface of these films. The substrate is more preferably a PET film or a release film having a silicone compound fixed to the surface of a PET film, from the viewpoint of being stable against HFIP, DMSO solvent, etc., allowing the dope solution to be stably cast molded, and allowing the film after molding to be easily peeled off.
具体的な手順を説明すると、まずドープ液を基材表面に流延し、アプリケーター、ナイフコーター、バーコーター等の膜厚制御手段を使用して、所定の厚さ(例えば、乾燥及び/又は脱溶媒後の厚さで1~1000μm)の濡れ膜を作製する。 To explain the specific procedure, first the dope liquid is cast onto the surface of the substrate, and then a film thickness control means such as an applicator, knife coater, or bar coater is used to create a wet film of a predetermined thickness (e.g., 1 to 1,000 μm after drying and/or desolvation).
乾燥及び/又は脱溶媒は、乾式又は湿式で行うことができる。乾式で行う方法としては、真空乾燥、熱風乾燥、風乾等を挙げることができる。湿式で行う方法としては、キャストフィルムを脱溶媒液(凝固液とも言う)に浸漬して溶媒を脱離する方法等を挙げることができる。脱溶媒液として、水、メタノール、エタノール、2-プロパノール等の炭素数1~5の低級アルコール等のアルコール液、水とアルコールとの混合液等を挙げることができる。脱溶媒液(凝固液)の温度は0~90℃であることが好ましい。 Drying and/or desolvation can be carried out by a dry or wet method. Examples of dry methods include vacuum drying, hot air drying, and air drying. Examples of wet methods include a method in which the cast film is immersed in a desolvation liquid (also called a coagulation liquid) to remove the solvent. Examples of desolvation liquids include water, alcohol liquids such as lower alcohols having 1 to 5 carbon atoms such as methanol, ethanol, and 2-propanol, and mixtures of water and alcohol. The temperature of the desolvation liquid (coagulation liquid) is preferably 0 to 90°C.
乾燥及び/又は脱溶媒後の未延伸フィルムは、水中で1軸延伸又は2軸延伸することができる。2軸延伸は、逐次延伸でも同時2軸延伸でもよい。2段以上の多段延伸をしてもよい。延伸倍率は、縦、横ともに、好ましくは1.01~6倍、より好ましくは1.05~4倍である。この範囲であると応力-歪のバランスがとりやすい。水中延伸は、20~90℃の水温で行われることが好ましい。延伸後のフィルムは、50~200℃の乾熱で5~600秒間熱固定することが好ましい。この熱固定により、常温における寸法安定性が得られる。なお、1軸延伸したフィルムは1軸配向フィルムとなり、2軸延伸したフィルムは2軸配向フィルムとなる。 The unstretched film after drying and/or desolvation can be uniaxially or biaxially stretched in water. Biaxial stretching may be sequential or simultaneous biaxial stretching. Multi-stage stretching of two or more stages may be performed. The stretching ratio is preferably 1.01 to 6 times, more preferably 1.05 to 4 times, both longitudinal and transverse. Within this range, it is easy to balance the stress-strain. Underwater stretching is preferably performed at a water temperature of 20 to 90°C. After stretching, the film is preferably heat-set with dry heat at 50 to 200°C for 5 to 600 seconds. This heat setting provides dimensional stability at room temperature. A uniaxially stretched film becomes a uniaxially oriented film, and a biaxially stretched film becomes a biaxially oriented film.
〔人造改変フィブロイン組成物の製造方法〕 本発明に係る人造改変フィブロイン組成物は、本発明に係る改変フィブロインを用意する工程を含む方法により、製造することができる。本発明に係る人造改変フィブロイン組成物の製造方法は、本発明に係る改変フィブロインを含有する改変フィブロイン溶解液(例えば、ドープ液)を調整する工程を更に含むものであってもよい。 [Method for producing an artificial modified fibroin composition] The artificial modified fibroin composition of the present invention can be produced by a method including a step of preparing the modified fibroin of the present invention. The method for producing an artificial modified fibroin composition of the present invention may further include a step of preparing a modified fibroin solution (e.g., a dope solution) containing the modified fibroin of the present invention.
〔改変フィブロインの熱安定性を向上させる方法〕 本実施形態に係る、式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含む改変フィブロインの熱安定性を向上させる方法は、改変前のフィブロインにおける少なくとも1つの(A)nモチーフ又はREPに、1又は複数のアラニン残基を挿入するか、又はアラニン残基と隣り合う他のアミノ酸残基をアラニンに置換することにより、少なくとも1つの(A)nモチーフ中の連続するアラニン残基のアラニン残基数を増加させることを含む。改変前のフィブロインと比較して、改変後のフィブロインの熱分解温度(Td)は5℃以上高い。なお、改変前のフィブロインには、天然由来のフィブロイン及び改変フィブロインが含まれる。 [Method for improving thermal stability of modified fibroin] The method for improving the thermal stability of modified fibroin containing a domain sequence represented by formula 1: [(A) n motif-REP] m or formula 2: [(A) n motif-REP] m- (A) n motif according to the present embodiment includes increasing the number of consecutive alanine residues in at least one (A) n motif by inserting one or more alanine residues into at least one (A) n motif or REP in the fibroin before modification, or by substituting another amino acid residue adjacent to the alanine residue with alanine. Compared with the fibroin before modification, the thermal decomposition temperature (Td) of the modified fibroin is 5°C or higher. The fibroin before modification includes naturally occurring fibroin and modified fibroin.
ここで、(A)nモチーフは、アラニン残基を主とするアミノ酸配列を示し、アミノ酸残基数は4~27である。(A)nモチーフのアミノ酸残基数は、4~20、8~20、10~20、4~16、5~10、6~12、6~18、7~10、7~14、8~16、又は11~16であってもよい。また、(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数の割合は80%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは10~300の整数を示す。複数存在する(A)nモチーフは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。複数存在するREPは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。 Here, the (A) n motif represents an amino acid sequence mainly composed of alanine residues, and the number of amino acid residues is 4 to 27. The number of amino acid residues in the (A) n motif may be 4 to 20, 8 to 20, 10 to 20, 4 to 16, 5 to 10, 6 to 12, 6 to 18, 7 to 10, 7 to 14, 8 to 16, or 11 to 16. The ratio of the number of alanine residues to the total number of amino acid residues in the (A) n motif is 80% or more. REP represents an amino acid sequence composed of 10 to 200 amino acid residues. m represents an integer of 10 to 300. The (A) n motifs present in a plurality of instances may be the same amino acid sequence as each other, or may be different amino acid sequences. The REPs present in a plurality of instances may be the same amino acid sequence as each other, or may be different amino acid sequences.
(A)nモチーフは、(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数が80%以上であればよく、85%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、95%以上であることが更に好ましく、100%であること(アラニン残基のみで構成されることを意味する)が更により好ましい。ドメイン配列中に複数存在する(A)nモチーフは、少なくとも7つがアラニン残基のみで構成されることが好ましい。アラニン残基のみで構成されるとは、(A)nモチーフが、(Ala)k(Alaはアラニン残基を示し、kは4~27の整数、好ましくは4~20の整数、より好ましくは4~16の整数を示す。)で表されるアミノ酸配列を有することを意味する。 The (A) n motif may have a number of alanine residues of 80% or more, preferably 85% or more, more preferably 90 % or more, even more preferably 95% or more, and even more preferably 100% (meaning composed only of alanine residues). Of the (A) n motifs present in a plurality in the domain sequence, at least seven are preferably composed only of alanine residues. "Composed only of alanine residues" means that the (A) n motif has an amino acid sequence represented by (Ala) k (Ala represents an alanine residue, and k represents an integer of 4 to 27, preferably an integer of 4 to 20, more preferably an integer of 4 to 16).
本実施形態に係る方法は、改変前のフィブロインにおける少なくとも1つの(A)nモチーフ中の連続するアラニン残基のアラニン残基数を増加させることを含む。また、本実施形態に係る方法は、改変前のフィブロインにおける少なくとも2つ以上の(A)nモチーフ中の連続するアラニン残基のアラニン残基数を増加させるものであってもよく、改変前のフィブロインにおける少なくとも5つ以上の(A)nモチーフ中の連続するアラニン残基のアラニン残基数を増加させるものであってもよく、改変前のフィブロインにおける少なくとも6つ以上の(A)nモチーフ中の連続するアラニン残基のアラニン残基数を増加させるものであってもよく、改変前のフィブロインにおける少なくとも7つ以上の(A)nモチーフ中の連続するアラニン残基のアラニン残基数を増加させるものであってもよく、改変前のフィブロインにおけるすべての(A)nモチーフ中の連続するアラニン残基のアラニン残基数を増加させるものであってもよい。これにより、当該改変フィブロインの熱安定性を向上することができる。少なくとも1つの(A)nモチーフ中の連続するアラニン残基のアラニン残基数を増加させることは、改変前のフィブロインにおける少なくとも1つの(A)nモチーフ若しくはREPに、1若しくは複数のアラニン残基を挿入すること、及び/又はアラニン残基と隣り合う他のアミノ酸残基をアラニンに置換することによるものであってよい。なお、改変前のフィブロインは、天然由来のフィブロインであってもよく、改変フィブロインであってもよい。 The method according to the present embodiment includes increasing the number of alanine residues in at least one (A) n motif in the fibroin before modification. The method according to the present embodiment may increase the number of alanine residues in at least two or more (A) n motifs in the fibroin before modification, may increase the number of alanine residues in at least five or more (A) n motifs in the fibroin before modification, may increase the number of alanine residues in at least six or more (A) n motifs in the fibroin before modification, may increase the number of alanine residues in at least seven or more (A) n motifs in the fibroin before modification, or may increase the number of alanine residues in all (A) n motifs in the fibroin before modification. This can improve the thermal stability of the modified fibroin. Increasing the number of consecutive alanine residues in at least one (A) n motif may be achieved by inserting one or more alanine residues into at least one (A) n motif or REP in the unmodified fibroin and/or by substituting another amino acid residue adjacent to the alanine residue with alanine. The unmodified fibroin may be naturally occurring or modified fibroin.
本実施形態に係る方法は、改変前のフィブロインにおける少なくとも1つの(A)nモチーフ若しくはREPに、1若しくは複数のアラニン残基を挿入すること、又はアラニン残基と隣り合う他のアミノ酸残基をアラニンに置換することに相当する改変に加え、更に1又は複数のアミノ酸残基を置換、欠失、挿入及び/又は付加したことに相当するアミノ酸配列の改変を加えることを含んでもよい。アミノ酸残基の置換、欠失、挿入及び/又は付加は、部分特異的突然変異誘発法等の当業者に周知の方法により行うことができる。具体的には、Nucleic Acid Res.10,6487(1982)、Methods in Enzymology,100,448(1983)等の文献に記載されている方法に準じて行うことができる。 The method according to the present embodiment may include, in addition to the modification corresponding to inserting one or more alanine residues into at least one (A) n motif or REP in the unmodified fibroin, or substituting other amino acid residues adjacent to the alanine residue with alanine, further modifying the amino acid sequence corresponding to substituting, deleting, inserting and/or adding one or more amino acid residues. Substitution, deletion, insertion and/or addition of amino acid residues can be performed by methods well known to those skilled in the art, such as partial directed mutagenesis. Specifically, it can be performed according to the methods described in literature, such as Nucleic Acid Res. 10, 6487 (1982) and Methods in Enzymology, 100, 448 (1983).
本実施形態に係る方法は、例えば、クローニングした天然由来のフィブロインの遺伝子配列に対して(A)nモチーフ又はREPに1又は複数のアラニン残基を挿入すること、又はアラニン残基と隣り合う他のアミノ酸残基をアラニンに置換することに相当する変異を加えることを含むことができる。改変後のフィブロインは、例えば、天然由来のフィブロインのアミノ酸配列に対して(A)nモチーフ又はREPに1又は複数のアラニン残基を挿入すること、又はアラニン残基と隣り合う他のアミノ酸残基をアラニンに置換したことに相当するアミノ酸配列を設計し、設計したアミノ酸配列をコードする核酸を化学合成することにより得ることもできる。 The method according to the present embodiment can include, for example, adding a mutation to the gene sequence of the cloned naturally-occurring fibroin, which corresponds to inserting one or more alanine residues into the (A) n motif or REP, or substituting other amino acid residues adjacent to the alanine residue with alanine. The modified fibroin can also be obtained by, for example, designing an amino acid sequence corresponding to inserting one or more alanine residues into the (A) n motif or REP, or substituting other amino acid residues adjacent to the alanine residue with alanine, and chemically synthesizing a nucleic acid encoding the designed amino acid sequence.
本実施形態に係る方法における改変後のフィブロインは、(A)nモチーフにおいて6残基以上連続するアラニン残基の残基数の合計が、全体のアミノ酸残基の総数の20%以上であることが好ましい。(A)nモチーフにおいて6残基以上連続するアラニン残基の残基数の合計とは、6残基以上連続するアラニン残基の残基数のみカウントした場合の、アラニン残基の残基数の総数を意味する。したがって、5残基のみ連続するアラニン残基の残基数はカウントされない。また、(A)nモチーフにおいて、アラニン残基間に他のアミノ酸残基が存在することで、アラニン残基が連続して6残基以上存在しない場合にも、そのアラニン残基の残基数はカウントされない。 In the modified fibroin according to the method of the present embodiment, the total number of alanine residues in the (A) n motif, which are consecutive for 6 or more residues, is preferably 20% or more of the total number of amino acid residues. The total number of alanine residues in the (A) n motif, which are consecutive for 6 or more residues, means the total number of alanine residues when only the number of alanine residues in the (A) n motif is counted. Therefore, the number of alanine residues in the (A) n motif, which are consecutive for 5 residues, is not counted. In addition, in the (A) n motif, when there are no alanine residues in the (A) n motif, due to the presence of other amino acid residues between the alanine residues, the number of alanine residues is not counted.
(A)nモチーフにおいて6残基以上連続するアラニン残基の残基数の合計は、例えば、全体のアミノ酸残基の総数の20%以上、21%以上、22%以上又は23%以上であってもよい。また、(A)nモチーフにおいて7残基以上連続するアラニン残基の残基数の合計が、例えば、全体のアミノ酸残基の総数の20%以上、2
1%以上、22%以上又は23%以上であってもよい。
The total number of six or more consecutive alanine residues in the (A) n motif may be, for example, 20% or more, 21% or more, 22% or more, or 23% or more of the total number of all amino acid residues.
It may be 1% or more, 22% or more, or 23% or more.
本実施形態に係る方法における改変後のフィブロインは、全体のアミノ酸残基の総数が、580以上であることが好ましい。全体のアミノ酸残基の総数は、例えば、580以上、590以上、600以上、610以上又は620以上であってもよい。 The fibroin after modification in the method according to this embodiment preferably has a total number of amino acid residues of 580 or more. The total number of amino acid residues may be, for example, 580 or more, 590 or more, 600 or more, 610 or more, or 620 or more.
本実施形態に係る方法における改変後のフィブロインは、REPの疎水性度が、-1.0以上であることが好ましく、-0.9以上であることがより好ましく、-0.8以上であることが更に好ましく、-0.7以上であることが更に好ましく、0以上であることが更に好ましく、0.2以上であることが更に好ましく、0.3以上であることが更により好ましく、0.4以上であることが特に好ましい。REPの疎水性度の上限に特に制限はなく、例えば、1.0以下であってよく、0.7以下であってもよい。REPの疎水性度は、例えば、-1.0以上1.0以下であってよく、0以上0.7以下であってもよい。 In the fibroin modified by the method of this embodiment, the hydrophobicity of the REP is preferably -1.0 or more, more preferably -0.9 or more, even more preferably -0.8 or more, even more preferably -0.7 or more, even more preferably 0 or more, even more preferably 0.2 or more, even more preferably 0.3 or more, and particularly preferably 0.4 or more. There is no particular upper limit to the hydrophobicity of the REP, and it may be, for example, 1.0 or less, or 0.7 or less. The hydrophobicity of the REP may be, for example, -1.0 or more and 1.0 or less, or 0 or more and 0.7 or less.
本実施形態に係る方法において、改変前のフィブロインと比較して、改変後のフィブロインの熱分解温度(Td)が5℃以上高ければよく、例えば、8℃以上、10℃以上又は12℃以上高いものであってよい。改変前のフィブロインが、天然由来のフィブロインであることが好ましく、昆虫又はクモ類由来のフィブロインであることがより好ましく、クモ類の大瓶状スパイダータンパク質(MaSp)又は小瓶状スパイダータンパク質(MiSp)であることが更に好ましい。 In the method according to this embodiment, the thermal decomposition temperature (Td) of the modified fibroin may be at least 5°C higher than that of the fibroin before modification, for example, at least 8°C, at least 10°C, or at least 12°C higher. The fibroin before modification is preferably naturally derived fibroin, more preferably fibroin derived from insects or spiders, and even more preferably large ampullate spider protein (MaSp) or small ampullate spider protein (MiSp) of spiders.
また、本実施形態に係る方法において、改変前のフィブロインと比較して、改変後のフィブロインのガラス転移点(Tg)が、例えば、5℃以上、8℃以上、10℃以上又は12℃以上高いものであってよい。 Furthermore, in the method of this embodiment, the glass transition point (Tg) of the modified fibroin may be higher than that of the fibroin before modification, for example, by 5°C or more, 8°C or more, 10°C or more, or 12°C or more.
本実施形態に係る方法におけるフィブロインタンパク質の改変は、改変フィブロインの実施形態として説明した好ましい態様となるように実施することができる。 The modification of the fibroin protein in the method according to this embodiment can be carried out in a manner that results in the preferred aspects described as embodiments of the modified fibroin.
〔製品〕 本発明に係る改変フィブロイン又は人造改変フィブロイン組成物は、繊維(長繊維、短繊維、マルチフィラメント、又はモノフィラメント等)又は糸(紡績糸、撚糸、仮撚糸、加工糸、混繊糸、混紡糸等)として、織物、編物、組み物、不織布等に応用できる。また、ロープ、手術用縫合糸、電気部品用の可撓性止め具、さらには移植用生理活性材料(例えば、人工靭帯及び大動脈バンド)等の高強度用途にも応用できる。 [Products] The modified fibroin or artificial modified fibroin composition of the present invention can be used as fibers (long fibers, short fibers, multifilaments, monofilaments, etc.) or yarns (spun yarns, twisted yarns, false twisted yarns, textured yarns, blended yarns, blended yarns, etc.) in woven fabrics, knitted fabrics, braids, nonwoven fabrics, etc. It can also be used in high-strength applications such as ropes, surgical sutures, flexible fasteners for electrical components, and even bioactive materials for transplants (e.g., artificial ligaments and aortic bands).
また、本発明に係る改変フィブロイン又は人造改変フィブロイン組成物は、繊維及びフィルム以外にも、発泡体、粒体(球体又は非球体等)、ナノフィブリル、ゲル(ヒドロゲル等)、樹脂及びその等価物にも応用でき、これらは、特開2009-505668号公報、特許第5678283号公報、特許第4638735号公報等に記載の方法に準じて製造することができる。 In addition, the modified fibroin or artificial modified fibroin composition of the present invention can be applied not only to fibers and films, but also to foams, granules (spherical or non-spherical, etc.), nanofibrils, gels (hydrogels, etc.), resins and their equivalents, which can be produced in accordance with the methods described in JP 2009-505668 A, Japanese Patent No. 5,678,283 A, Japanese Patent No. 4,638,735 A, etc.
本実施形態に係る製品は、本発明の改変フィブロインを含み、繊維、糸、フィルム、発泡体、粒体、ナノフィブリル、ゲル及び樹脂からなる群から選択される。 The product of this embodiment comprises the modified fibroin of the present invention and is selected from the group consisting of fibers, threads, films, foams, granules, nanofibrils, gels and resins.
以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
〔(1)改変フィブロインをコードする核酸の合成、及び発現ベクターの構築〕 天然由来のフィブロインであるNephila clavipes(GenBankアクセッション番号:P46804.1、GI:1174415)の塩基配列及びアミノ酸配列に基づき、配列番号6~12で示されるアミノ酸配列を有するフィブロイン及び改変フィブロインを設計した。 [(1) Synthesis of nucleic acid encoding modified fibroin and construction of expression vector] Based on the base sequence and amino acid sequence of naturally occurring fibroin from Nephila clavipes (GenBank accession number: P46804.1, GI: 1174415), fibroin and modified fibroin having the amino acid sequences shown in SEQ ID NOs: 6 to 12 were designed.
配列番号9で示されるアミノ酸配列(PRT380)は、上記天然由来のフィブロインの各(A)nモチーフ中のアラニン残基が連続する数を5つになるよう欠失させ、REP中の全てのGGXをGQXに置換し、N末端に配列番号4で示されるアミノ酸配列(タグ配列及びヒンジ配列)を付加したものである。 The amino acid sequence shown in SEQ ID NO:9 (PRT380) is obtained by deleting the consecutive alanine residues in each (A) n motif of the naturally-occurring fibroin so that it is five, replacing all GGX in REP with GQX, and adding the amino acid sequence shown in SEQ ID NO:4 (tag sequence and hinge sequence) to the N-terminus.
配列番号10で示されるアミノ酸配列(PRT525)は、上記天然由来のフィブロインのN末端側からC末端側に向かって2つおきに(A)nモチーフ((A)5)を欠失させ、更にC末端配列の手前に[(A)nモチーフ-REP]を1つ挿入し、REP中の全てのGGXをGQXに置換し、各(A)nモチーフのC末端側に2つのアラニン残基を挿入し、更に一部のグルタミン(Q)残基をセリン(S)残基に置換し、PRT380の分子量とほぼ同じとなるようにC末端側の一部のアミノ酸を欠失させ、N末端に配列番号4で示されるアミノ酸配列(タグ配列及びヒンジ配列)を付加したものである。 The amino acid sequence shown in SEQ ID NO:10 (PRT525) is obtained by deleting every third (A) n motif ((A) 5 ) from the N-terminus to the C-terminus of the naturally occurring fibroin, inserting one [(A) n motif-REP] just before the C-terminus sequence, replacing all GGX in REP with GQX, inserting two alanine residues on the C-terminus of each (A) n motif, replacing some glutamine (Q) residues with serine (S) residues, deleting some amino acids on the C-terminus so that the molecular weight is approximately the same as that of PRT380, and adding the amino acid sequence shown in SEQ ID NO:4 (tag sequence and hinge sequence) to the N-terminus.
配列番号11で示されるアミノ酸配列(PRT1068)は、配列番号12で示されるアミノ酸配列(PRT564)に基づいて、各(A)nモチーフのC末端側に1つのアラニン残基を欠失させ、REP中のQをVFIに置換させたものである。 The amino acid sequence shown in SEQ ID NO:11 (PRT1068) is based on the amino acid sequence shown in SEQ ID NO:12 (PRT564) in which one alanine residue is deleted from the C-terminus of each (A) n motif and Q in REP is replaced with VFI.
配列番号6で示されるアミノ酸配列(PRT1069)は、PRT1068の各(A)nモチーフのC末端側に1つのアラニン残基を挿入しものである。 The amino acid sequence shown in SEQ ID NO:6 (PRT1069) is obtained by inserting one alanine residue on the C-terminal side of each (A) n motif of PRT1068.
配列番号7で示されるアミノ酸配列(PRT1070)は、PRT1068の各(A)nモチーフのC末端側に2つのアラニン残基を挿入しものである。 The amino acid sequence shown in SEQ ID NO:7 (PRT1070) has two alanine residues inserted on the C-terminal side of each (A) n motif of PRT1068.
設計した配列番号6~12で示されるアミノ酸配列を有するタンパク質をコードする核酸をそれぞれ合成した。当該核酸には、5’末端にNdeIサイト、終止コドン下流にEcoRIサイトを付加した。これら5種類の核酸をクローニングベクター(pUC118)にクローニングした。その後、同核酸をNdeI及びEcoRIで制限酵素処理して切り出した後、タンパク質発現ベクターpET-22b(+)に組換えて発現ベクターを得た。 Nucleic acids encoding proteins having the designed amino acid sequences shown in SEQ ID NOs: 6 to 12 were each synthesized. An NdeI site was added to the 5' end of the nucleic acid, and an EcoRI site was added downstream of the termination codon. These five types of nucleic acids were cloned into a cloning vector (pUC118). The nucleic acids were then excised by restriction enzyme treatment with NdeI and EcoRI, and then recombined into the protein expression vector pET-22b(+) to obtain an expression vector.
〔(2)タンパク質の発現〕 配列番号6~12で示されるアミノ酸配列を有するタンパク質をコードする核酸を含むpET22b(+)発現ベクターで、大腸菌BLR(DE3)を形質転換した。当該形質転換大腸菌を、アンピシリンを含む2mLのLB培地で15時間培養した。当該培養液を、アンピシリンを含む100mLのシード培養用培地(表5)にOD600が0.005となるように添加した。培養液温度を30℃に保ち、OD600が5になるまでフラスコ培養を行い(約15時間)、シード培養液を得た。 (2) Protein Expression E. coli BLR (DE3) was transformed with a pET22b(+) expression vector containing a nucleic acid encoding a protein having an amino acid sequence shown in SEQ ID NO:6 to 12. The transformed E. coli was cultured in 2 mL of LB medium containing ampicillin for 15 hours. The culture solution was added to 100 mL of seed culture medium containing ampicillin (Table 5) so that the OD 600 became 0.005. The culture solution temperature was kept at 30° C., and flask culture was continued until the OD 600 became 5 (about 15 hours) to obtain a seed culture solution.
当該シード培養液を500mLの生産培地(表6)を添加したジャーファーメンターにOD600が0.05となるように添加して形質転換大腸菌を植菌した。培養液温度を37℃に保ち、pH6.9で一定に制御して培養した。また培養液中の溶存酸素濃度を、溶存酸素飽和濃度の20%に維持するようにした。 The seed culture was added to a jar fermenter containing 500 mL of production medium (Table 6) so that the OD 600 was 0.05, and the transformed E. coli was inoculated. The culture temperature was kept at 37° C., and the pH was controlled to a constant value of 6.9 during culture. The dissolved oxygen concentration in the culture was maintained at 20% of the dissolved oxygen saturation concentration.
生産培地中のグルコースが完全に消費された直後に、フィード液(グルコース455g/1L、Yeast Extract 120g/1L)を1mL/分の速度で添加した。培養液温度を37℃に保ち、pH6.9で一定に制御して培養した。また培養液中の溶存酸素濃度を、溶存酸素飽和濃度の20%に維持するようにし、20時間培養を行った。その後、1Mのイソプロピル-β-チオガラクトピラノシド(IPTG)を培養液に対して終濃度1mMになるよう添加し、目的のタンパク質を発現誘導させた。IPTG添加後20時間経過した時点で、培養液を遠心分離し、菌体を回収した。IPTG添加前とIPTG添加後の培養液から調製した菌体を用いてSDS-PAGEを行い、IPTG添加に依存した目的とするタンパク質サイズのバンドの出現により、目的とするタンパク質の発現を確認した。 Immediately after the glucose in the production medium was completely consumed, the feed solution (glucose 455 g/1 L, yeast extract 120 g/1 L) was added at a rate of 1 mL/min. The culture temperature was kept at 37°C and the culture was controlled to a constant pH of 6.9. The dissolved oxygen concentration in the culture was maintained at 20% of the dissolved oxygen saturation concentration, and the culture was carried out for 20 hours. Then, 1 M isopropyl-β-thiogalactopyranoside (IPTG) was added to the culture solution to a final concentration of 1 mM to induce expression of the target protein. 20 hours after the addition of IPTG, the culture solution was centrifuged and the cells were collected. SDS-PAGE was performed using the cells prepared from the culture solution before and after the addition of IPTG, and the expression of the target protein was confirmed by the appearance of a band of the target protein size depending on the addition of IPTG.
〔(3)タンパク質の精製〕(1)遠沈管(1000ml)に改変フィブロインのタンパク質を発現している大腸菌の菌体約50gと、緩衝液AI(20mM Tris-HCl、pH7.4)300mlを添加し、ミキサー(IKA社製「T18ベーシック ウルトラタラックス」、レベル2)で菌体を分散させた後、遠心分離機(クボタ製の「Model 7000」)で遠心分離(11,000g、10分、室温)し、上清を捨てた。 [(3) Protein purification] (1) Approximately 50 g of E. coli cells expressing the modified fibroin protein and 300 ml of buffer AI (20 mM Tris-HCl, pH 7.4) were added to a centrifuge tube (1,000 ml). The cells were dispersed using a mixer (IKA "T18 Basic Ultra Turrax", level 2), and then centrifuged (11,000 g, 10 minutes, room temperature) using a centrifuge (Kubota "Model 7000"), and the supernatant was discarded.
(2)遠心分離で得られた沈殿物(菌体)に緩衝液AIを300mlと、0.1MのPMSF(イソプロパノールで溶解)を3ml添加し、前記IKA社製のミキサー(レベル2)で3分間分散させた。その後、高圧ホモジナイザー(GEA Niro Saovi社製の「Panda Plus 2000」)を用いて菌体を繰り返し3回破砕した。 (2) 300 ml of Buffer AI and 3 ml of 0.1 M PMSF (dissolved in isopropanol) were added to the precipitate (bacterial cells) obtained by centrifugation, and the mixture was dispersed for 3 minutes using the IKA mixer (level 2). The bacterial cells were then repeatedly disrupted three times using a high-pressure homogenizer (GEA Niro Saovi's "Panda Plus 2000").
(3)破砕された菌体に、3w/v%のSDSを含む緩衝液B(50mM TrisーHCL、100mM NaCl、pH7.0)300mLを加え、前記IKA社製のミキサー(レベル2)で良く分散させた後、シェイカー(タイテック社製、200rpm、37℃)で60分間攪拌した。その後、前記クボタ製の遠心分離機で遠心分離(11,000g、30分、室温)し、上清を捨て、SDS洗浄顆粒(沈殿物)を得た。 (3) 300 mL of buffer B (50 mM Tris-HCL, 100 mM NaCl, pH 7.0) containing 3 w/v% SDS was added to the disrupted cells, and the mixture was thoroughly dispersed using the IKA mixer (level 2) and then stirred for 60 minutes using a shaker (Taitec, 200 rpm, 37°C). The mixture was then centrifuged (11,000 g, 30 minutes, room temperature) using the Kubota centrifuge, the supernatant was discarded, and SDS-washed granules (precipitate) were obtained.
(4)SDS洗浄顆粒を100mg/mLの濃度になるよう1Mの塩化リチウムを含むDMSO溶液で懸濁し、80℃で1時間熱処理した。その後、前記クボタ製の遠心分離機で遠心分離(11,000g、30分、室温)し、上清を回収した。 (4) The SDS-washed granules were suspended in a DMSO solution containing 1 M lithium chloride to a concentration of 100 mg/mL, and heat-treated at 80° C. for 1 hour. The suspension was then centrifuged (11,000 g, 30 minutes, room temperature) using the Kubota centrifuge, and the supernatant was collected.
(5)回収した上清に対して3倍量のエタノールを準備し、エタノールに回収した上清を加え、室温で1時間静置した。その後、前記クボタ製の遠心分離機で遠心分離(11,000g、30分、室温)し、凝集タンパク質を回収した。次に純水を用いて凝集タンパク質を洗浄し、遠心分離により凝集タンパク質を回収するという工程を3回繰り返した後、凍結乾燥機で水分を除き、凍結乾燥粉末を回収した。 (5) Ethanol was prepared in an amount three times that of the collected supernatant, and the collected supernatant was added to the ethanol and allowed to stand at room temperature for 1 hour. The collected protein was then centrifuged (11,000 g, 30 minutes, room temperature) using the Kubota centrifuge to collect the aggregated protein. The aggregated protein was then washed with pure water and collected by centrifugation. This process was repeated three times, after which the moisture was removed using a freeze-dryer and the freeze-dried powder was collected.
〔(4)熱分解温度(Td)及びガラス転移点(Tg)の測定〕 島津製作所社製の示差熱熱重量同時測定装置(DTG-60H)を用い、製造元により提供されるマニュアルに従い、測定を行った。各サンプルとして10mgのタンパク質粉末、基準物質として20mgのアルミナ粉末を用いた。基準物質とサンプルを別個のアルミ容器に入れて、アルミカバーで覆った。窒素雰囲気中、10℃/分で、目標温度300℃まで加熱した。ソフトウィアTA60(島津製作所社製)を用いて、熱分析測定グラフの分析を行った。 [(4) Measurement of thermal decomposition temperature (Td) and glass transition point (Tg)] Measurements were performed using a Shimadzu simultaneous differential thermal and thermogravimetric analyzer (DTG-60H) according to the manual provided by the manufacturer. 10 mg of protein powder was used for each sample, and 20 mg of alumina powder was used as the reference material. The reference material and sample were placed in separate aluminum containers and covered with an aluminum cover. They were heated to a target temperature of 300°C at 10°C/min in a nitrogen atmosphere. Thermal analysis measurement graphs were analyzed using Softwere TA60 (Shimadzu).
熱分解温度(Td)は、示差熱分析(DTA)曲線を接線交点分析することにより、測定した。ガラス転移点(Tg)は、DTA曲線を接線交点分析することにより、測定した。 The thermal decomposition temperature (Td) was measured by tangent intersection analysis of the differential thermal analysis (DTA) curve. The glass transition temperature (Tg) was measured by tangent intersection analysis of the DTA curve.
〔(5)結果〕 PRT380及びPRT525のアミノ酸配列の特徴を表7に示す。また、PRT380及びPRT525の熱分解温度及びガラス転移点を比較した結果をそれぞれ図2及び図3に示す。PRT380と比較してPRT525の方が、高い熱分解温度及びガラス転移点を示した。 [(5) Results] The characteristics of the amino acid sequences of PRT380 and PRT525 are shown in Table 7. The results of comparing the thermal decomposition temperature and glass transition point of PRT380 and PRT525 are shown in Figures 2 and 3, respectively. Compared to PRT380, PRT525 showed a higher thermal decomposition temperature and glass transition point.
PRT1068、PRT1069及びPRT1070のアミノ酸配列の特徴を表8に示す。また、PRT1068、PRT1069及びPRT1070の熱分解温度を比較した結果を図4に示す。各(A)nモチーフにおける連続するアラニンの残基数を増加させることで、熱分解温度が上昇する傾向がみられた。 The characteristics of the amino acid sequences of PRT1068, PRT1069, and PRT1070 are shown in Table 8. The results of comparing the thermal decomposition temperatures of PRT1068, PRT1069, and PRT1070 are shown in Figure 4. There was a tendency for the thermal decomposition temperature to increase by increasing the number of consecutive alanine residues in each (A) n motif.
各(A)nモチーフにおける連続するアラニンの残基数が7である、PRT525(配列番号10)及びPRT1070(配列番号7)の熱分解温度(Td)を比較した結果を図5に示す。なお、PRT525のREPの疎水性度は-1.32であり、PRT1070のREPの疎水性度は0.21である。 The thermal decomposition temperatures (Td) of PRT525 (SEQ ID NO: 10) and PRT1070 (SEQ ID NO: 7), in which the number of consecutive alanine residues in each (A) n motif is 7, are compared in Figure 5. The hydrophobicity of the REP of PRT525 is -1.32, and the hydrophobicity of the REP of PRT1070 is 0.21.
REPの疎水性度が高いPRT1070の
方が、PRT525に対してより高い熱分解温度を示した。
PRT1070, which has a higher hydrophobicity of REP, showed a higher thermal decomposition temperature than PRT525.
Claims (13)
前記(A)nモチーフにおいて7残基以上連続するアラニン残基の残基数の合計が、全体のアミノ酸残基の総数の22%以上であり、
REPの疎水性度が、0.2以上であり、
全体のアミノ酸残基の総数が、620以上である、改変フィブロイン。[式1及び式2中、(A)nモチーフは4~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数が80%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは10~300の整数を示す。複数存在する(A)nモチーフは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。複数存在するREPは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。] A modified fibroin comprising a domain sequence represented by the formula 1: [(A) n motif-REP] m or the formula 2: [(A) n motif-REP] m -(A) n motif,
(A) the total number of consecutive alanine residues in the n motif is 22% or more of the total number of all amino acid residues;
The hydrophobicity of the REP is 0.2 or more;
A modified fibroin having a total number of amino acid residues of 620 or more. [In formulas 1 and 2, (A) n motif represents an amino acid sequence consisting of 4 to 27 amino acid residues, and the number of alanine residues relative to the total number of amino acid residues in (A) n motif is 80% or more. REP represents an amino acid sequence consisting of 10 to 200 amino acid residues. m represents an integer of 10 to 300. A plurality of (A) n motifs may have the same amino acid sequence as each other or different amino acid sequences. A plurality of REPs may have the same amino acid sequence as each other or different amino acid sequences.]
前記(A)nモチーフにおいて6残基以上連続するアラニン残基の残基数の合計が、全体のアミノ酸残基の総数の20%以上である、改変フィブロイン。 The amino acid sequence shown in SEQ ID NO:1, SEQ ID NO:2 or SEQ ID NO:3, or an amino acid sequence having 90% or more sequence identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO:1, SEQ ID NO:2 or SEQ ID NO:3,
(A) A modified fibroin, in which the total number of consecutive alanine residues in n motifs is 20% or more of the total number of amino acid residues.
前記(A)nモチーフにおいて6残基以上連続するアラニン残基の残基数の合計が、全体のアミノ酸残基の総数の20%以上である、改変フィブロイン。 The amino acid sequence shown in SEQ ID NO:6, SEQ ID NO:7 or SEQ ID NO:8, or an amino acid sequence having 90% or more sequence identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO:6, SEQ ID NO:7 or SEQ ID NO:8,
(A) A modified fibroin, in which the total number of consecutive alanine residues in n motifs is 20% or more of the total number of amino acid residues.
改変フィブロインをコードする核酸配列と、当該核酸配列に作動可能に連結された1又は複数の調節配列とを有する発現ベクターで形質転換された宿主により、当該核酸を発現させる工程を含み、
前記改変フィブロインが、請求項1~6のいずれか一項に記載の改変フィブロインである、製造方法。 A method for producing modified fibroin, comprising the steps of:
expressing the nucleic acid by a host transformed with an expression vector having a nucleic acid sequence encoding the modified fibroin and one or more regulatory sequences operably linked to the nucleic acid sequence;
A method for producing the modified fibroin, wherein the modified fibroin is the modified fibroin according to any one of claims 1 to 6 .
改変前のフィブロインにおける少なくとも1つの(A)nモチーフ又はREPに、1又は複数のアラニン残基を挿入するか、又はアラニン残基と隣り合う他のアミノ酸残基をアラニンに置換することにより、少なくとも1つの(A)nモチーフ中の連続するアラニン残基のアラニン残基数を増加させることを含み、
改変前のフィブロインと比較して、改変後のフィブロインの熱分解温度(Td)が5℃以上高い、方法。[式1及び式2中、(A)nモチーフは4~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数が80%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは10~300の整数を示す。複数存在する(A)nモチーフは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。複数存在するREPは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。] A method for improving the thermal stability of a modified fibroin containing a domain sequence represented by formula 1: [(A) n motif-REP] m or formula 2: [(A) n motif-REP] m -(A) n motif, comprising:
The method includes increasing the number of consecutive alanine residues in at least one (A) n motif by inserting one or more alanine residues into at least one (A) n motif or REP in the unmodified fibroin or by substituting another amino acid residue adjacent to the alanine residue with alanine;
A method in which the thermal decomposition temperature (Td) of the modified fibroin is 5°C or higher compared to that of the unmodified fibroin. [In formulas 1 and 2, (A) n motif represents an amino acid sequence consisting of 4 to 27 amino acid residues, and the number of alanine residues relative to the total number of amino acid residues in the (A) n motif is 80% or more. REP represents an amino acid sequence consisting of 10 to 200 amino acid residues. m represents an integer of 10 to 300. A plurality of (A) n motifs may be the same amino acid sequence as each other or different amino acid sequences. A plurality of REPs may be the same amino acid sequence as each other or different amino acid sequences.]
繊維、糸、フィルム、発泡体、粒体、ナノフィブリル、ゲル及び樹脂からなる群から選択される、製品。 The modified fibroin according to any one of claims 1 to 6 is contained therein,
1. An article of manufacture selected from the group consisting of fibers, yarns, films, foams, granules, nanofibrils, gels and resins.
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