JP7706628B2 - Modified 5' untranslated region and method for producing target substance using same - Google Patents
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Description
本発明は、改変5'非翻訳領域又はそれを含むプロモーターを含有するDNA分子、及びそれらを用いた目的物質の製造方法に関する。 The present invention relates to a DNA molecule containing a modified 5' untranslated region or a promoter containing the same, and a method for producing a target substance using the same.
微生物による物質の工業生産において、生産性の向上は重要な課題である。目的遺伝子の発現向上のための、プロモーター等の発現制御領域の改変に関する数多くの研究が以前より行なわれている。 In the industrial production of substances using microorganisms, improving productivity is an important issue. Numerous studies have been conducted in the past on modifying expression control regions such as promoters to improve the expression of target genes.
特許文献1には、バチルス・エスピー(Bacillus sp.)KSM-S237株(FERM BP-7875)及びKSM-64株(FERM BP-2886)のアルカリセルラーゼ遺伝子由来の、catabolite responsive element(cre)様配列を変異させた改変プロモーターが、目的遺伝子の発現を向上させることが記載されている。特許文献2には、KSM-64株のアルカリセルラーゼ遺伝子プロモーター領域のヌクレオチド配列の326位から330位の間に塩基挿入した改変プロモーターが目的遺伝子の発現を向上させることが記載されている。特許文献3、4には、枯草菌(Bacillus subtilis)aprE遺伝子から得られる5'非翻訳領域(5'UTR)配列を異種遺伝子と作動可能に連結して、該遺伝子の発現を向上させることが記載されている。特許文献5には目的遺伝子のプロモーター領域の下流かつリボゾーム結合領域の上流に、Shine-Dalgarno配列を追加した改変mRNAプロセシング/安定化配列(mRNA processing/stabilizing sequence)を連結し、該目的遺伝子の発現を向上させることが記載されている。特許文献6には、ステムループを形成する特定のDNA配列を、目的物質の合成に関する遺伝子の転写開始部位より7ヌクレオチド以上下流に導入することによって、該目的物質の産生を増大する方法が記載されている。非特許文献1には、枯草菌においてsacBのリプレッサー遺伝子sacRの5'UTRにShine-Dalgarno様配列を導入することで、sacBの発現を制御したこと、導入数及び導入位置により発現が増加又は減少したことが記載されている。非特許文献2には、バチルス属において目的遺伝子の5'UTR領域にリボゾーム結合部位(RBS)と開始コドンを含む配列を複数個導入することにより、目的遺伝子の発現が向上したことが記載されている。 Patent Document 1 describes that a modified promoter obtained by mutating a catabolite responsive element (cre)-like sequence derived from the alkaline cellulase gene of Bacillus sp. KSM-S237 strain (FERM BP-7875) and KSM-64 strain (FERM BP-2886) improves expression of a target gene. Patent Document 2 describes that a modified promoter obtained by inserting bases between positions 326 and 330 of the nucleotide sequence of the alkaline cellulase gene promoter region of the KSM-64 strain improves expression of a target gene. Patent Documents 3 and 4 describe that a 5' untranslated region (5'UTR) sequence obtained from the Bacillus subtilis aprE gene is operably linked to a heterologous gene to improve expression of the gene. Patent Document 5 describes that a modified mRNA processing/stabilizing sequence with a Shine-Dalgarno sequence added is linked downstream of the promoter region of a target gene and upstream of the ribosome binding region to improve the expression of the target gene. Patent Document 6 describes a method for increasing the production of a target substance by introducing a specific DNA sequence that forms a stem loop 7 nucleotides or more downstream from the transcription start site of a gene related to the synthesis of the target substance. Non-Patent Document 1 describes that the expression of sacB in Bacillus subtilis was controlled by introducing a Shine-Dalgarno-like sequence into the 5'UTR of the sacB repressor gene sacR, and that the expression increased or decreased depending on the number and position of introduction. Non-Patent Document 2 describes that the expression of a target gene in the genus Bacillus was improved by introducing multiple sequences containing a ribosome binding site (RBS) and a start codon into the 5'UTR region of the target gene.
微生物による目的物質生産における生産性の向上が望まれる。本発明は、遺伝子の発現を促進する改変5'UTR又はそれを含むプロモーターを含有するDNA分子、及びそれらを用いた目的物質の製造方法に関する。 Improved productivity in the production of target substances by microorganisms is desirable. The present invention relates to a DNA molecule containing a modified 5'UTR that promotes gene expression or a promoter containing the same, and a method for producing a target substance using the same.
本発明者らは、微生物中の目的遺伝子のプロモーターに含まれる5'UTRの少なくとも一部を、バチルス属菌エンドグルカナーゼ遺伝子の5'UTRに由来する特定のDNA断片と置き換えることで、当該目的遺伝子の発現が顕著に促進されることを見出した。 The present inventors have found that by replacing at least a portion of the 5'UTR contained in the promoter of a target gene in a microorganism with a specific DNA fragment derived from the 5'UTR of an endoglucanase gene of the genus Bacillus, the expression of the target gene is significantly promoted.
したがって、一実施形態において、本発明は、改変プロモーターを含むDNA分子であって、
該改変プロモーターは、異種ポリヌクレオチドを含有する改変5'UTRを含み、
該異種ポリヌクレオチドは、配列番号70のヌクレオチド配列、又は当該配列と少なくとも80%の同一性を有するヌクレオチド配列を含むポリヌクレオチドである、
DNA分子、を提供する。
別の一実施形態において、本発明は前記DNA分子を含有する形質転換体を提供する。
さらに別の一実施形態において、本発明は、前記形質転換体を培養することを含む目的物質の製造方法を提供する。
さらに別の一実施形態において、本発明は、改変プロモーターの製造方法であって、
該方法は、親プロモーターに含まれる5'UTRを改変することを含み、
該5'UTRの改変は、該5'UTRの一部又は全部を異種ポリヌクレオチドで置換するか、又は該5'UTRに該異種ポリヌクレオチドを付加することを含み、
該異種ポリヌクレオチドは、該異種ポリヌクレオチドは、配列番号70のヌクレオチド配列、又は当該配列と少なくとも80%の同一性を有するヌクレオチド配列を含むポリヌクレオチドであり、
該親プロモーターは、該異種ポリヌクレオチドを含まない5'UTRを含むプロモーターである、
方法、を提供する。
Thus, in one embodiment, the present invention provides a DNA molecule comprising a modified promoter,
The modified promoter comprises a modified 5'UTR containing a heterologous polynucleotide;
The heterologous polynucleotide is a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 70 or a nucleotide sequence having at least 80% identity thereto;
A DNA molecule is provided.
In another embodiment, the present invention provides a transformant containing the DNA molecule.
In yet another embodiment, the present invention provides a method for producing a target substance, comprising culturing the transformant.
In yet another embodiment, the present invention provides a method for producing a modified promoter, comprising the steps of:
The method comprises modifying a 5'UTR contained in a parent promoter,
Modifying the 5'UTR includes replacing part or all of the 5'UTR with a heterologous polynucleotide or adding the heterologous polynucleotide to the 5'UTR;
The heterologous polynucleotide is a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 70 or a nucleotide sequence having at least 80% identity thereto;
The parent promoter is a promoter that comprises a 5'UTR that does not contain the heterologous polynucleotide.
A method is provided.
本発明により、微生物による目的物質の生産性を顕著に向上させることができる。 The present invention can significantly improve the productivity of target substances by microorganisms.
本明細書中で引用された全ての特許文献、非特許文献、及びその他の刊行物は、その全体が本明細書中において参考として援用される。 All patents, non-patent literature, and other publications cited herein are hereby incorporated by reference in their entirety.
本明細書において、アミノ酸配列及びヌクレオチド配列の同一性は、Lipman-Pearson法(Science,1985,227:1435-1441)によって計算される。具体的には、遺伝情報処理ソフトウェアGENETYX Ver.12(株式会社日本サーバ)のホモロジー解析(Search homology)プログラムを用いて、Unit size to compare(ktup)を2として解析を行うことにより算出される。 In this specification, the identity of amino acid sequences and nucleotide sequences is calculated by the Lipman-Pearson method (Science, 1985, 227: 1435-1441). Specifically, it is calculated by performing an analysis using the Search homology program of the genetic information processing software GENETYX Ver. 12 (Nihon Server Co., Ltd.) with the unit size to compare (ktup) set to 2.
本明細書において、アミノ酸配列及びヌクレオチド配列に関する「少なくとも80%の同一性」とは、80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、さらに好ましくは98%以上、さらに好ましくは99%以上の同一性をいう。 As used herein, "at least 80% identity" with respect to amino acid sequences and nucleotide sequences means identity of 80% or more, preferably 85% or more, more preferably 90% or more, even more preferably 95% or more, even more preferably 98% or more, and even more preferably 99% or more.
本明細書において、別途定義されない限り、アミノ酸配列又はヌクレオチド配列におけるアミノ酸残基又はヌクレオチドの欠失、置換、付加又は挿入に関して使用される「1又は数個」とは、好ましくは1~5個、より好ましくは1~4個、さらに好ましくは1~3個、さらに好ましくは1~2個を意味し得る。本明細書において、アミノ酸残基又はヌクレオチドの「付加」には、配列の一末端及び両末端へのアミノ酸残基又はヌクレオチドの付加が含まれる。 Unless otherwise defined herein, "one or several" when used in reference to the deletion, substitution, addition, or insertion of an amino acid residue or nucleotide in an amino acid sequence or nucleotide sequence may preferably mean 1 to 5, more preferably 1 to 4, even more preferably 1 to 3, and even more preferably 1 to 2. In this specification, "addition" of an amino acid residue or nucleotide includes the addition of an amino acid residue or nucleotide to one or both ends of a sequence.
本明細書において、アミノ酸配列又はヌクレオチド配列上の「相当する位置」又は「相当する領域」は、目的配列と参照配列(例えば、配列番号3のアミノ酸配列)とを、最大の相同性を与えるように整列(アラインメント)させることにより決定することができる。アミノ酸配列またはヌクレオチド配列のアラインメントは、公知のアルゴリズムを用いて実行することができ、その手順は当業者に公知である。例えば、アラインメントは、Clustal Wマルチプルアラインメントプログラム(Thompson,J.D.et al,1994,Nucleic Acids Res.22:4673-4680)をデフォルト設定で用いることにより、行うことができる。Clustal Wは、例えば、国立遺伝学研究所が運営する日本DNAデータバンク(DDBJ[www.ddbj.nig.ac.jp/searches-j.html])のウェブサイト上で利用することができる。上述のアラインメントにより参照配列の任意の位置にアラインされた目的配列の位置は、当該任意の位置に「相当する位置」とみなされる。また、相当する位置により挟まれた領域、または相当するモチーフからなる領域は、相当する領域とみなされる。 In this specification, the "corresponding position" or "corresponding region" on an amino acid sequence or a nucleotide sequence can be determined by aligning a target sequence with a reference sequence (e.g., the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3) to give maximum homology. Alignment of amino acid sequences or nucleotide sequences can be performed using known algorithms, and the procedures are known to those skilled in the art. For example, alignment can be performed using the Clustal W multiple alignment program (Thompson, J.D. et al., 1994, Nucleic Acids Res. 22: 4673-4680) with default settings. Clustal W can be used, for example, on the website of the DNA Data Bank of Japan (DDBJ [www.ddbj.nig.ac.jp/searches-j.html]) operated by the National Institute of Genetics. A position of the target sequence that is aligned to any position of the reference sequence by the above alignment is considered to be a "position corresponding to" that position. In addition, a region between corresponding positions or a region consisting of a corresponding motif is considered to be a corresponding region.
本明細書において、「アミノ酸残基」とは、タンパク質を構成する20種のアミノ酸残基、アラニン(Ala又はA)、アルギニン(Arg又はR)、アスパラギン(Asn又はN)、アスパラギン酸(Asp又はD)、システイン(Cys又はC)、グルタミン(Gln又はQ)、グルタミン酸(Glu又はE)、グリシン(Gly又はG)、ヒスチジン(His又はH)、イソロイシン(Ile又はI)、ロイシン(Leu又はL)、リシン(Lys又はK)、メチオニン(Met又はM)、フェニルアラニン(Phe又はF)、プロリン(Pro又はP)、セリン(Ser又はS)、スレオニン(Thr又はT)、トリプトファン(Trp又はW)、チロシン(Tyr又はY)及びバリン(Val又はV)を意味する。 In this specification, "amino acid residue" refers to the 20 types of amino acid residues that make up proteins: alanine (Ala or A), arginine (Arg or R), asparagine (Asn or N), aspartic acid (Asp or D), cysteine (Cys or C), glutamine (Gln or Q), glutamic acid (Glu or E), glycine (Gly or G), histidine (His or H), isoleucine (Ile or I), leucine (Leu or L), lysine (Lys or K), methionine (Met or M), phenylalanine (Phe or F), proline (Pro or P), serine (Ser or S), threonine (Thr or T), tryptophan (Trp or W), tyrosine (Tyr or Y), and valine (Val or V).
本明細書において、「プロモーター」とは、遺伝子(発現産物をコードするポリヌクレオチド)の発現を制御する機能を有するDNA配列である。一般的には、ある遺伝子の「プロモーター」は、該遺伝子のオープンリーディングフレーム(ORF)の上流に存在し、該ORFの発現を制御する。プロモーターには、転写開始点、5'非翻訳領域(5'UTR)などの領域が含まれ得、又は、さらにエンハンサーやシスエレメントなどをも含めた領域として定義することができる。エンハンサーやシスエレメントは、転写開始点の上流に位置し、転写因子などが結合することによってプロモーターの活性を向上させる。プロモーターの活性化は、遺伝子のmRNAへの転写を促進する。5'UTRは、転写開始点の下流の開始コドンの手前までの領域であり、それ自身はmRNAへと転写されるが翻訳されず、mRNAをタンパク質へと翻訳するときの調節領域として機能する。バチルス属菌の5'UTRには、リボソーム結合部位であるShine-Dalgarno(SD)配列が含まれる。 In this specification, a "promoter" is a DNA sequence that has the function of controlling the expression of a gene (a polynucleotide that codes for an expression product). In general, the "promoter" of a gene is located upstream of the open reading frame (ORF) of the gene and controls the expression of the ORF. A promoter may include regions such as a transcription start point and a 5' untranslated region (5'UTR), or it can be defined as a region that further includes enhancers and cis elements. Enhancers and cis elements are located upstream of the transcription start point, and improve the activity of the promoter by binding transcription factors and the like. Activation of a promoter promotes the transcription of a gene into mRNA. The 5'UTR is a region downstream of the transcription start point up to the start codon, and is itself transcribed into mRNA but not translated, and functions as a regulatory region when translating mRNA into protein. The 5'UTR of Bacillus bacteria includes a Shine-Dalgarno (SD) sequence, which is a ribosome binding site.
本明細書において、「オープンリーディングフレーム(ORF)」とは、開始コドンから終止コドンまでの領域をいう。ORFには、遺伝子のコーディング領域(CDS)が含まれる。 As used herein, "open reading frame (ORF)" refers to the region from the initiation codon to the termination codon. The ORF includes the coding sequence (CDS) of a gene.
本明細書において、「発現制御領域」(又は単に「制御領域」)とは、遺伝子の転写又は翻訳を制御する機能を有するDNA配列をいい、プロモーター、それを構成する5'UTR、転写開始点、リボソーム結合部位及びその他の部位や領域、プロモーターの転写活性を向上させるエンハンサーやシスエレメント、ならびに、3'非翻訳領域(3'UTR)、などを包含する。 As used herein, "expression control region" (or simply "control region") refers to a DNA sequence that has the function of controlling the transcription or translation of a gene, and includes the promoter, the 5'UTR that constitutes it, the transcription start site, the ribosome binding site and other sites and regions, enhancers and cis elements that improve the transcriptional activity of the promoter, and the 3' untranslated region (3'UTR).
本明細書において、遺伝子、又はプロモーターや5'UTR等の制御領域に関して使用する「上流」及び「下流」とは、それぞれ、該遺伝子又は領域の5'側及び3'側をいう。別途定義されない限り、遺伝子の上流及び下流は、それぞれ該遺伝子のORFに隣接する上流及び下流領域には限定されない。また別途定義されない限り、プロモーターや5'UTRに関する上流及び下流とは、それぞれ該領域の5'末端に隣接する上流領域及び3'末端に隣接する下流領域には限定されない。 As used herein, "upstream" and "downstream" as used with respect to a gene or a control region such as a promoter or 5'UTR refer to the 5' and 3' sides of the gene or region, respectively. Unless otherwise defined, the upstream and downstream of a gene are not limited to the upstream and downstream regions adjacent to the ORF of the gene, respectively. Furthermore, unless otherwise defined, the upstream and downstream of a promoter or 5'UTR are not limited to the upstream region adjacent to the 5' end of the region and the downstream region adjacent to the 3' end, respectively.
本明細書において、制御領域と遺伝子との「作動可能な連結」とは、遺伝子(ORF)と制御領域とが、該遺伝子が該制御領域の制御の下で発現し得るように連結されていることをいう。また本明細書において、制御領域中に含まれる各領域(例えばプロモーターと5'UTR)間の「作動可能な連結」とは、該制御領域の中で、該各領域が、その下流の遺伝子(ORF)の発現の制御を可能にするように連結されていることをいう。したがって基本的には、本明細書において制御領域と作動可能に連結されている「遺伝子」とは、ORFをいう。遺伝子と制御領域との、又は制御領域中の各領域の「作動可能な連結」の手順は当業者に周知である。 In this specification, "operably linked" between a control region and a gene means that the gene (ORF) and the control region are linked so that the gene can be expressed under the control of the control region. Also, in this specification, "operably linked" between each region contained in the control region (e.g., promoter and 5'UTR) means that each region is linked within the control region so as to enable control of the expression of the downstream gene (ORF). Therefore, basically, in this specification, a "gene" operably linked to a control region refers to an ORF. The procedure for "operably linked" between a gene and a control region, or each region in a control region, is well known to those skilled in the art.
本明細書において、「発現カセット」とは、これに含まれる目的遺伝子の発現を制御するためのポリヌクレオチドコンストラクトをいう。通常、発現カセットは、発現させるべき目的遺伝子と、該遺伝子の発現を制御するための制御領域を含有する。該制御領域は、好ましくはプロモーターを含み、該プロモーターは、該目的遺伝子のORFの上流に位置し、それに作動可能に連結されている。例えば、該目的遺伝子が、シグナルペプチドを含むプレプロタンパク質をコードするポリヌクレオチドをコードする場合、プロモーターは、シグナルペプチドをコードする領域の上流に位置し、該プレプロタンパク質をコードするポリヌクレオチドに作動可能に連結され、該プレプロタンパク質の発現を制御する。また、発現カセットは、目的遺伝子の3'非翻訳領域(3'UTR)を含有してもよい。好ましくは、発現カセットは、その端部に、ベクター又はゲノムDNAへの該発現カセットの挿入を可能にするための制限酵素認識部位を有する。発現カセットは、発現ベクターの構築又はゲノムDNAへの外来遺伝子導入に使用できる。好ましくは、本発明の発現カセットはDNAコンストラクトである。 In this specification, the term "expression cassette" refers to a polynucleotide construct for controlling the expression of a target gene contained therein. Typically, an expression cassette contains a target gene to be expressed and a control region for controlling the expression of the gene. The control region preferably contains a promoter, which is located upstream of the ORF of the target gene and operably linked thereto. For example, when the target gene encodes a polynucleotide encoding a preproprotein containing a signal peptide, the promoter is located upstream of the region encoding the signal peptide, operably linked to the polynucleotide encoding the preproprotein, and controls the expression of the preproprotein. The expression cassette may also contain the 3' untranslated region (3'UTR) of the target gene. Preferably, the expression cassette has a restriction enzyme recognition site at its end to enable the insertion of the expression cassette into a vector or genomic DNA. The expression cassette can be used for constructing an expression vector or introducing a foreign gene into genomic DNA. Preferably, the expression cassette of the present invention is a DNA construct.
本明細書において、遺伝子や制御領域などのポリヌクレオチドに関する「異種」とは、2つの要素が同一のポリヌクレオチド鎖に由来しないことを意味する。例えば、2つのポリヌクレオチドが互いに「異種」である場合、それらは、同じ名称の遺伝子に由来するか又は異なる名称の遺伝子に由来するかにかかわらず、別々のポリヌクレオチド鎖に由来する。したがって、ある遺伝子のプロモーターの5'UTRを、外来のDNA断片で置換する場合、該5'UTRと該DNA断片は、同じ名称の遺伝子に由来していたとしても、互いに「異種」であり、かつ該DNA断片は該プロモーターにとって異種である。したがって、ポリヌクレオチドに関する「異種」とは、2つの要素が同じ遺伝子に由来しないという意味を包含する。この場合、ある遺伝子の5'UTRを、異なる遺伝子由来のDNA断片で置換するとき、該5'UTRとDNA断片は互いに「異種」である。 As used herein, "heterologous" with respect to polynucleotides such as genes and control regions means that the two elements are not derived from the same polynucleotide strand. For example, when two polynucleotides are "heterologous" to one another, they are derived from separate polynucleotide strands, whether they are derived from genes of the same name or from genes of different names. Thus, when the 5'UTR of a promoter of a gene is replaced with a foreign DNA fragment, the 5'UTR and the DNA fragment are "heterologous" to one another, even if they are derived from genes of the same name, and the DNA fragment is heterologous to the promoter. Thus, "heterologous" with respect to polynucleotides encompasses the meaning that the two elements are not derived from the same gene. In this case, when the 5'UTR of a gene is replaced with a DNA fragment derived from a different gene, the 5'UTR and the DNA fragment are "heterologous" to one another.
本明細書において、「バチルス属菌」とは、バチルス科(Bacillaceae)バチルス属(Bacillus)の菌をいう。バチルス属菌の例としては、B.subtilis(枯草菌)、B.cereus、B.thuringiensis、B.megaterium、B.amyloliquefaciens、B.pumilus、B.liqueniformis、B.licheniformis及びそれらの変異株などが挙げられる。 In this specification, "bacteria of the genus Bacillus" refers to bacteria of the genus Bacillus in the family Bacillaceae. Examples of bacteria of the genus Bacillus include B. subtilis, B. cereus, B. thuringiensis, B. megaterium, B. amyloliquefaciens, B. pumilus, B. liqueniformis, B. licheniformis, and mutant strains thereof.
本明細書において、「目的物質」とは、宿主細胞によって生産されることが所望される任意の物質(例えば、ペプチド、タンパク質、代謝産物等)をいう。本明細書において、「目的遺伝子」とは、目的物質又はその生産プロセス(例えば生合成又は細胞外輸送)を促進する物質をコードするポリヌクレオチドである。例えば、目的遺伝子には、目的物質であるタンパク質やペプチドをコードする遺伝子、目的物質である代謝産物の生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子、目的物質の細胞外輸送に関与するタンパク質をコードする遺伝子、などが含まれる。目的遺伝子は、異種発現産物をコードする異種遺伝子であっても、外部から導入された同種由来の遺伝子であっても、宿主細胞が本来有する発現産物をコードする遺伝子であっても、その他の任意の発現産物(タンパク質、ペプチドなど)をコードする遺伝子であってもよい。 As used herein, the term "target substance" refers to any substance (e.g., peptide, protein, metabolic product, etc.) that is desired to be produced by a host cell. As used herein, the term "target gene" refers to a polynucleotide that codes for a target substance or a substance that promotes its production process (e.g., biosynthesis or extracellular transport). For example, target genes include genes that code for proteins or peptides that are target substances, genes that code for proteins involved in the biosynthesis of metabolic products that are target substances, and genes that code for proteins involved in the extracellular transport of target substances. Target genes may be heterologous genes that code for heterologous expression products, homologous genes introduced from the outside, genes that code for expression products that are inherent to the host cell, or genes that code for any other expression products (proteins, peptides, etc.).
前記目的遺伝子にコードされる物質の例としては、酵素、抗体、殺虫タンパク質、ホルモン、サイトカイン、その他生理活性ペプチド、代謝産物の生合成酵素、代謝産物の細胞外への排出に関わるトランスポーターなどが挙げられるが、好ましくは酵素及び殺虫タンパク質である。酵素の例としては、酸化還元酵素(Oxidoreductase)、転移酵素(Transferase)、加水分解酵素(Hydrolase)、脱離酵素(Lyase)、異性化酵素(Isomerase)、合成酵素(Ligase又はSynthetase)、などが挙げられ、好ましい例としては、セルラーゼ、ヘミセルラーゼ等のセルロース系バイオマス分解酵素、エキソグルカナーゼ、エンドグルカナーゼ、β-グルコシダーゼ、ラッカーゼ、ラクターゼ、エステラーゼ、ペクチン酸リアーゼ、ペクチナーゼ、ペルオキシダーゼ、フィターゼ、プルラナーゼ、PETase、プロテアーゼ、リパーゼ、マンナナーゼ、アラビナーゼ、ガラクターゼ、アミラーゼなどが挙げられ、より好ましくはプロテアーゼ、リパーゼ及びアミラーゼである。殺虫タンパク質の例としては、バチルス・チューリンゲンシス(Bacillus thuringiensis)が産生するCryタンパク質が挙げられ、好ましくはCry4、Cry5及びCry11に分類されるCryタンパク質であり、より好ましくはCry5B、Cry4Aa、Cry4Ba及びCry11Aaであり、さらに好ましくはCry5Bである。 Examples of substances encoded by the target gene include enzymes, antibodies, insecticidal proteins, hormones, cytokines, other physiologically active peptides, enzymes involved in the biosynthesis of metabolic products, and transporters involved in the excretion of metabolic products outside the cell, with enzymes and insecticidal proteins being preferred. Examples of the enzyme include oxidoreductase, transferase, hydrolase, lyase, isomerase, and synthetase. Preferred examples include cellulosic biomass decomposition enzymes such as cellulase and hemicellulase, exoglucanase, endoglucanase, β-glucosidase, laccase, lactase, esterase, pectate lyase, pectinase, peroxidase, phytase, pullulanase, PETase, protease, lipase, mannanase, arabinase, galactase, and amylase. More preferred are protease, lipase, and amylase. Examples of insecticidal proteins include Cry proteins produced by Bacillus thuringiensis, preferably Cry proteins classified as Cry4, Cry5, and Cry11, more preferably Cry5B, Cry4Aa, Cry4Ba, and Cry11Aa, and even more preferably Cry5B.
本明細書において、遺伝子の「発現」とは、遺伝子からmRNAへの転写の過程、及びmRNAからタンパク質への翻訳の過程の両方を包含し、文脈に応じて使い分けされる。基本的には、目的遺伝子の発現量が向上すると、目的物質の生産量が増加する。目的遺伝子の発現量は、遺伝子発現解析により、又は目的遺伝子から発現するタンパク質の生産量を定量することで測定できる。例えば、異なる細胞で生産された同じ目的物質の生産量を比較する際は、生産された目的物質の濃度を比較してもよいし、目的物質が酵素の場合は酵素活性値を比較してもよい。酵素活性値や物質濃度は当業者に周知の方法によって測定される。また、本明細書において、「向上」及び「促進」は遺伝子の発現に関して置き換え可能であり、「増加」及び「向上」は、タンパク質の生産量に関して置き換え可能である。 In this specification, the "expression" of a gene includes both the process of transcription from a gene to mRNA and the process of translation from mRNA to a protein, and is used differently depending on the context. Basically, when the expression level of a target gene is improved, the production level of a target substance increases. The expression level of a target gene can be measured by gene expression analysis or by quantifying the production level of a protein expressed from the target gene. For example, when comparing the production levels of the same target substance produced in different cells, the concentrations of the target substances produced may be compared, or if the target substance is an enzyme, the enzyme activity values may be compared. The enzyme activity values and substance concentrations are measured by methods well known to those skilled in the art. In this specification, "improvement" and "promotion" can be used interchangeably with respect to gene expression, and "increase" and "improvement" can be used interchangeably with respect to protein production.
本明細書に記載される遺伝子又はタンパク質の名称は、別途規定しない場合、Protein Data Bank(PDB)([www.rcsb.org/])の登録情報に従う。 Unless otherwise specified, the names of genes and proteins described in this specification follow the registration information in the Protein Data Bank (PDB) ([www.rcsb.org/]).
本発明は、改変5'UTR、それを含む改変プロモーター、及び、微生物による目的物質の製造におけるそれらの用途を提供する。 The present invention provides modified 5'UTRs, modified promoters containing the same, and their use in the production of target substances by microorganisms.
本発明が提供する改変5'UTRは、改変対象の5'UTR(以下、「親の5'UTR」ともいう)を、異種ポリヌクレオチドを用いて改変することによって構築することができる。より具体的には、親の5'UTRの一部又は全部を異種ポリヌクレオチドで置換するか、又は親の5'UTRに異種ポリヌクレオチドを付加することによって、本発明の改変5'UTRを構築することができる。したがって、該改変5'UTRの親の5'UTRは、該異種ポリヌクレオチドを含まない5'UTRである。 The modified 5'UTR provided by the present invention can be constructed by modifying the 5'UTR to be modified (hereinafter also referred to as the "parent 5'UTR") using a heterologous polynucleotide. More specifically, the modified 5'UTR of the present invention can be constructed by replacing a part or all of the parent 5'UTR with a heterologous polynucleotide, or by adding a heterologous polynucleotide to the parent 5'UTR. Therefore, the parent 5'UTR of the modified 5'UTR is a 5'UTR that does not contain the heterologous polynucleotide.
前記5'UTRの改変に使用される前記異種ポリヌクレオチドとは、前記親の5'UTRに対して異種の(すなわち異なるポリヌクレオチド鎖に由来する)ポリヌクレオチドである。好ましくは、該異種ポリヌクレオチドは、バチルス属菌エンドグルカナーゼ遺伝子の5'UTRに由来する断片である。バチルス属菌エンドグルカナーゼ遺伝子の例としては、Bacillus sp.KSM-S237株(FERM BP-7875)のエンドグルカナーゼ(例えばアルカリセルラーゼ)遺伝子が挙げられる。 The heterologous polynucleotide used to modify the 5'UTR is a polynucleotide that is heterologous (i.e., derived from a different polynucleotide strand) to the parent 5'UTR. Preferably, the heterologous polynucleotide is a fragment derived from the 5'UTR of a Bacillus endoglucanase gene. An example of a Bacillus endoglucanase gene is the endoglucanase (e.g., alkaline cellulase) gene of Bacillus sp. strain KSM-S237 (FERM BP-7875).
前記異種ポリヌクレオチドは、バチルス属菌遺伝子でリボソーム結合部位として機能するShine-Dalgarno(SD)配列GGAGGを含む。好ましくは、前記異種ポリヌクレオチドは、AGGAGG(配列番号1)を含む。より好ましくは、前記異種ポリヌクレオチドは、AGGAGGTAATATG(配列番号2)を含む。好ましくは、前記異種ポリヌクレオチドは、少なくとも20ntの長さを有する。該異種ポリヌクレオチドの長さの上限は、特に限定されないが、好ましくは100nt以下である。 The heterologous polynucleotide contains the Shine-Dalgarno (SD) sequence GGAGG, which functions as a ribosome binding site in a Bacillus gene. Preferably, the heterologous polynucleotide contains AGGAGG (SEQ ID NO: 1). More preferably, the heterologous polynucleotide contains AGGAGGTAATATG (SEQ ID NO: 2). Preferably, the heterologous polynucleotide has a length of at least 20 nt. The upper limit of the length of the heterologous polynucleotide is not particularly limited, but is preferably 100 nt or less.
好ましくは、前記異種ポリヌクレオチドは、WAWWTTWAGGAGGTAATATG(配列番号70、WはA又はT)のヌクレオチド配列、又はこれと少なくとも80%の同一性を有するヌクレオチド配列を含む。ただし、これらの異種ポリヌクレオチドは、配列番号70のヌクレオチド配列の8位~13位に相当する位置にAGGAGG(配列番号1)を含む。好ましくは、これらの異種ポリヌクレオチドは、配列番号70のヌクレオチド配列の8位~20位に相当する位置にAGGAGGTAATATG(配列番号2)を含む。一実施形態において、該異種ポリヌクレオチドは、配列番号70のヌクレオチド配列からなる。一実施形態において、該異種ポリヌクレオチドは、配列番号70のヌクレオチド配列の5'末端側に隣接するバチルス属菌エンドグルカナーゼ遺伝子の5'UTRに由来する配列を有する。例えば、該異種ポリヌクレオチドは、配列番号69のヌクレオチド配列、又はこれと少なくとも80%の同一性を有する配列からなるポリヌクレオチドの3’末端側領域からなる断片(3’末端が配列番号70のヌクレオチド配列からなる)からなる。 Preferably, the heterologous polynucleotide comprises the nucleotide sequence of WAWWTTWAGGAGGTAATATG (SEQ ID NO: 70, where W is A or T), or a nucleotide sequence having at least 80% identity thereto. However, these heterologous polynucleotides comprise AGGAGG (SEQ ID NO: 1) at positions corresponding to positions 8 to 13 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 70. Preferably, these heterologous polynucleotides comprise AGGAGGTAATATG (SEQ ID NO: 2) at positions corresponding to positions 8 to 20 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 70. In one embodiment, the heterologous polynucleotide consists of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 70. In one embodiment, the heterologous polynucleotide has a sequence derived from the 5'UTR of a Bacillus endoglucanase gene adjacent to the 5' end of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 70. For example, the heterologous polynucleotide consists of a fragment (the 3' end consists of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 70) consisting of the 3' terminal region of a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 69 or a sequence having at least 80% identity thereto.
一実施形態において、前記異種ポリヌクレオチドは、配列番号3のヌクレオチド配列を含む。配列番号3のヌクレオチド配列は、Bacillus sp.KSM-S237(FERM BP-7875)のアルカリセルラーゼ遺伝子の5'UTR(配列番号69)に由来する。好ましい一実施形態において、該異種ポリヌクレオチドは、配列番号3のヌクレオチド配列からなる。 In one embodiment, the heterologous polynucleotide comprises the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3. The nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 is derived from the 5'UTR (SEQ ID NO: 69) of the alkaline cellulase gene of Bacillus sp. KSM-S237 (FERM BP-7875). In a preferred embodiment, the heterologous polynucleotide consists of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3.
別の一実施形態において、前記異種ポリヌクレオチドは、配列番号3のヌクレオチド配列と少なくとも80%の同一性を有するヌクレオチド配列を含む。好ましい一実施形態において、該異種ポリヌクレオチドは、配列番号3のヌクレオチド配列と少なくとも80%の同一性を有するヌクレオチド配列からなる。別の好ましい一実施形態において、該異種ポリヌクレオチドは、配列番号3のヌクレオチド配列に対して1又は数個のヌクレオチドが欠失、置換、付加又は挿入されたヌクレオチド配列からなる。ただし、これらの異種ポリヌクレオチドは、配列番号3のヌクレオチド配列の8位~13位に相当する位置にAGGAGG(配列番号1)を含む。好ましくは、これらの異種ポリヌクレオチドは、配列番号3のヌクレオチド配列の8位~20位に相当する位置にAGGAGGTAATATG(配列番号2)を含む。 In another embodiment, the heterologous polynucleotide comprises a nucleotide sequence having at least 80% identity to the nucleotide sequence of SEQ ID NO:3. In a preferred embodiment, the heterologous polynucleotide consists of a nucleotide sequence having at least 80% identity to the nucleotide sequence of SEQ ID NO:3. In another preferred embodiment, the heterologous polynucleotide consists of a nucleotide sequence in which one or more nucleotides are deleted, substituted, added, or inserted relative to the nucleotide sequence of SEQ ID NO:3. However, these heterologous polynucleotides contain AGGAGG (SEQ ID NO:1) at positions corresponding to positions 8 to 13 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO:3. Preferably, these heterologous polynucleotides contain AGGAGGTAATATG (SEQ ID NO:2) at positions corresponding to positions 8 to 20 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO:3.
別の一実施形態において、前記異種ポリヌクレオチドは、配列番号4のヌクレオチド配列を含む。配列番号4のヌクレオチド配列は、Bacillus sp.KSM-S237(FERM BP-7875)のアルカリセルラーゼ遺伝子の5'UTR(配列番号69)に由来し、配列番号3のヌクレオチド配列を含んでいる。好ましい一実施形態において、前記異種ポリヌクレオチドは、配列番号4のヌクレオチド配列からなる。別の好ましい一実施形態において、該異種ポリヌクレオチドは、配列番号3のヌクレオチド配列を含む、配列番号4のヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドの断片(21~93nt)である。 In another embodiment, the heterologous polynucleotide comprises the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4. The nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4 is derived from the 5'UTR (SEQ ID NO: 69) of the alkaline cellulase gene of Bacillus sp. KSM-S237 (FERM BP-7875) and contains the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3. In a preferred embodiment, the heterologous polynucleotide consists of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4. In another preferred embodiment, the heterologous polynucleotide is a fragment (21-93 nt) of a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4, including the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3.
別の一実施形態において、前記異種ポリヌクレオチドは、前述した配列番号4のヌクレオチド配列又はその断片と少なくとも80%の同一性を有するヌクレオチド配列を含む。好ましい一実施形態において、該異種ポリヌクレオチドは、配列番号4のヌクレオチド配列と少なくとも80%の同一性を有するヌクレオチド配列からなる。別の好ましい一実施形態において、該異種ポリヌクレオチドは、前述した配列番号4のヌクレオチド配列又はその断片に対して1又は数個のヌクレオチドが欠失、置換、付加又は挿入されたヌクレオチド配列からなる。ただし、これらの異種ポリヌクレオチドは、配列番号3のヌクレオチド配列の8位~13位に相当する位置にAGGAGG(配列番号1)を含む。好ましくは、これらの異種ポリヌクレオチドは、配列番号3のヌクレオチド配列の8位~20位に相当する位置にAGGAGGTAATATG(配列番号2)を含む。 In another embodiment, the heterologous polynucleotide comprises a nucleotide sequence having at least 80% identity with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4 or a fragment thereof. In a preferred embodiment, the heterologous polynucleotide consists of a nucleotide sequence having at least 80% identity with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4. In another preferred embodiment, the heterologous polynucleotide consists of a nucleotide sequence in which one or several nucleotides are deleted, substituted, added, or inserted with respect to the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4 or a fragment thereof. However, these heterologous polynucleotides contain AGGAGG (SEQ ID NO: 1) at positions corresponding to positions 8 to 13 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3. Preferably, these heterologous polynucleotides contain AGGAGGTAATATG (SEQ ID NO: 2) at positions corresponding to positions 8 to 20 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3.
別の一実施形態において、前記異種ポリヌクレオチドは、配列番号5のヌクレオチド配列を含む。好ましい一実施形態において、該異種ポリヌクレオチドは、配列番号5のヌクレオチド配列からなる。別の一実施形態において、前記異種ポリヌクレオチドは、配列番号5のヌクレオチド配列と少なくとも80%の同一性を有するヌクレオチド配列を含む。好ましい一実施形態において、該異種ポリヌクレオチドは、配列番号5のヌクレオチド配列と少なくとも80%の同一性を有するヌクレオチド配列からなる。別の好ましい一実施形態において、該異種ポリヌクレオチドは、配列番号5のヌクレオチド配列に対して1又は数個のヌクレオチドが欠失、置換、付加又は挿入されたヌクレオチド配列からなる。ただし、これらの異種ポリヌクレオチドは、配列番号5のヌクレオチド配列の8位~13位に相当する位置にAGGAGG(配列番号1)を含む。好ましくは、これらの異種ポリヌクレオチドは、配列番号5のヌクレオチド配列の8位~20位に相当する位置にAGGAGGTAATATG(配列番号2)を含む。 In another embodiment, the heterologous polynucleotide comprises the nucleotide sequence of SEQ ID NO:5. In a preferred embodiment, the heterologous polynucleotide consists of the nucleotide sequence of SEQ ID NO:5. In another embodiment, the heterologous polynucleotide comprises a nucleotide sequence having at least 80% identity with the nucleotide sequence of SEQ ID NO:5. In a preferred embodiment, the heterologous polynucleotide consists of a nucleotide sequence having at least 80% identity with the nucleotide sequence of SEQ ID NO:5. In another preferred embodiment, the heterologous polynucleotide consists of a nucleotide sequence in which one or several nucleotides are deleted, substituted, added, or inserted relative to the nucleotide sequence of SEQ ID NO:5. However, these heterologous polynucleotides comprise AGGAGG (SEQ ID NO:1) at positions corresponding to positions 8 to 13 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO:5. Preferably, these heterologous polynucleotides comprise AGGAGGTAATATG (SEQ ID NO:2) at positions corresponding to positions 8 to 20 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO:5.
別の一実施形態において、前記異種ポリヌクレオチドは、配列番号6のヌクレオチド配列を含む。好ましい一実施形態において、該異種ポリヌクレオチドは、配列番号6のヌクレオチド配列からなる。別の一実施形態において、前記異種ポリヌクレオチドは、配列番号6のヌクレオチド配列と少なくとも80%の同一性を有するヌクレオチド配列を含む。好ましい一実施形態において、該異種ポリヌクレオチドは、配列番号6のヌクレオチド配列と少なくとも80%の同一性を有するヌクレオチド配列からなる。別の好ましい一実施形態において、該異種ポリヌクレオチドは、配列番号6のヌクレオチド配列に対して1又は数個のヌクレオチドが欠失、置換、付加又は挿入されたヌクレオチド配列からなる。ただし、これらの異種ポリヌクレオチドは、配列番号6のヌクレオチド配列の8位~13位に相当する位置にAGGAGG(配列番号1)を含む。好ましくは、これらの異種ポリヌクレオチドは、配列番号6のヌクレオチド配列の8位~20位に相当する位置にAGGAGGTAATATG(配列番号2)を含む。 In another embodiment, the heterologous polynucleotide comprises the nucleotide sequence of SEQ ID NO:6. In a preferred embodiment, the heterologous polynucleotide consists of the nucleotide sequence of SEQ ID NO:6. In another embodiment, the heterologous polynucleotide comprises a nucleotide sequence having at least 80% identity with the nucleotide sequence of SEQ ID NO:6. In a preferred embodiment, the heterologous polynucleotide consists of a nucleotide sequence having at least 80% identity with the nucleotide sequence of SEQ ID NO:6. In another preferred embodiment, the heterologous polynucleotide consists of a nucleotide sequence in which one or several nucleotides are deleted, substituted, added, or inserted relative to the nucleotide sequence of SEQ ID NO:6. However, these heterologous polynucleotides comprise AGGAGG (SEQ ID NO:1) at positions corresponding to positions 8 to 13 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO:6. Preferably, these heterologous polynucleotides comprise AGGAGGTAATATG (SEQ ID NO:2) at positions corresponding to positions 8 to 20 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO:6.
配列番号3:AATATTTAGGAGGTAATATG
配列番号4:GTTTTTTTAAAACTTTAACGAAAGCACTTTCGGTAATGCTTATGAATTTAGCTATTTGAT
TCAATTACTTTAAAAATATTTAGGAGGTAATATG
配列番号5:TAATTTTAGGAGGTAATATG
配列番号6:TAATTTAAGGAGGTAATATG
SEQ ID NO: 3: AATATTTAGGAGGTAATTG
SEQ ID NO: 4: GTTTTTTTAAAACTTTAACGAAAGCACTTTCGGTAATGCTTATGAATTTAGCTATTTGAT
TCAATTACTTTAAAAATATTTAGGAGGTAATATG
SEQ ID NO: 5: TAATTTTAGGAGGTAATATG
SEQ ID NO: 6: TAATTTAAGGAGGTAATATG
前記異種ポリヌクレオチドは、当該分野で公知の遺伝子工学的な手法に従って調製することができる。例えば、該異種ポリヌクレオチドは、バチルス属菌(例えば、KSM-S237)ゲノムから公知の手法に従って単離することができる。あるいは、単離した該ポリヌクレオチドに対して、公知の手法に従って変異導入することで所望のヌクレオチド配列を有する異種ポリヌクレオチドを調製することができる。ヌクレオチド配列に対するヌクレオチドの欠失、置換、挿入又は付加の方法は、例えば、Dieffenbachら(Cold Spring Harbar Laboratory Press,New York,581-621,1995)に記載されている。あるいは、異種ポリヌクレオチドは化学合成することができる。ポリヌクレオチドの化学合成には、市販のDNA合成サービスを利用することができる。 The heterologous polynucleotide can be prepared according to a genetic engineering technique known in the art. For example, the heterologous polynucleotide can be isolated from the genome of a Bacillus bacterium (e.g., KSM-S237) according to a known technique. Alternatively, a heterologous polynucleotide having a desired nucleotide sequence can be prepared by mutagenesis of the isolated polynucleotide according to a known technique. Methods for deleting, substituting, inserting or adding nucleotides to a nucleotide sequence are described, for example, in Dieffenbach et al. (Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York, 581-621, 1995). Alternatively, the heterologous polynucleotide can be chemically synthesized. A commercially available DNA synthesis service can be used for chemically synthesizing the polynucleotide.
前記異種ポリヌクレオチドによる改変に供される親の5'UTRは、好ましくは、バチルス属菌遺伝子のプロモーターに含まれる5'UTRである。該プロモーターは、バチルス属菌において高い転写促進活性を発揮する高機能プロモーターであると好ましい。そのようなプロモーターの例としては、バチルス属菌の分泌タンパク質をコードする遺伝子、例えば、Bacillus sp.KSM-64のエンドグルカナーゼ遺伝子、Bacillus sp.KSM-S237のエンドグルカナーゼ遺伝子、枯草菌のaprE、nprE及びamyE、ならびにB.licheniformisのamyL及びamyQからなる群より選択される遺伝子のプロモーター;枯草菌spoVG遺伝子のプロモーター;リボソームRNA遺伝子及びリボソーム関連遺伝子、例えばrrnO、rrnE、rrnI、rrnJ、rrnB、rpsD、rpsJ及びrpoDからなる群より選択される遺伝子のプロモーター;B.thuringensisのcry結晶タンパク質遺伝子、例えばcryIIIA遺伝子のプロモーター;バチルス属菌のP43プロモーター、SP82プロモーター又はscrプロモーター、などが挙げられる。ただし、前記親の5'UTRは、配列番号70の配列を有していないものである。 The parent 5'UTR to be modified with the heterologous polynucleotide is preferably a 5'UTR contained in a promoter of a Bacillus gene. The promoter is preferably a highly functional promoter that exerts high transcription-promoting activity in Bacillus bacteria. Examples of such promoters include genes encoding secreted proteins of Bacillus bacteria, such as the endoglucanase gene of Bacillus sp. KSM-64, the endoglucanase gene of Bacillus sp. KSM-S237, aprE, nprE and amyE of Bacillus subtilis, and the 5'UTR of Bacillus sp. KSM-S237. Examples of the promoter include a promoter of a gene selected from the group consisting of amyL and amyQ of Bacillus licheniformis; a promoter of the spoVG gene of Bacillus subtilis; a promoter of a ribosomal RNA gene and a ribosome-related gene, such as a promoter of a gene selected from the group consisting of rrnO, rrnE, rrnI, rrnJ, rrnB, rpsD, rpsJ, and rpoD; a promoter of a cry crystal protein gene, such as a cryIIIA gene, of B. thuringensis; a P43 promoter, SP82 promoter, or scr promoter of Bacillus genus, etc., provided that the parent 5'UTR does not have the sequence of SEQ ID NO: 70.
好ましくは、前記親の5'UTRは、前記異種ポリヌクレオチドが由来する遺伝子とは異なる遺伝子のプロモーターに由来する。例えば、前記異種ポリヌクレオチドが、配列番号3~6のヌクレオチド配列を含む場合、該親の5'UTRはBacillus sp.KSM-S237のアルカリセルラーゼ遺伝子の5'UTRではないことが好ましい。 Preferably, the parent 5'UTR is derived from a promoter of a gene different from the gene from which the heterologous polynucleotide is derived. For example, when the heterologous polynucleotide comprises the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 to 6, the parent 5'UTR is preferably not the 5'UTR of the alkaline cellulase gene of Bacillus sp. KSM-S237.
前記親の5'UTRは、細胞内のゲノム中に存在していてもよく、単離されたポリヌクレオチド断片(例えば単離されたプロモーターを含む領域の断片)中に存在していてもよく、又は、発現ベクター等のベクターに含まれるものでもよい。例えば、相同組換え法などにより、細胞内のゲノム中の親5'UTRに対して直接、異種ポリヌクレオチドを置換又は付加することができる。あるいは、ゲノムから単離されたプロモーター断片中の親5'UTR、又は発現ベクター上の親5'UTRに、異種ポリヌクレオチドを置換又は付加して改変5'UTRを構築することができる。 The parent 5'UTR may be present in the genome of the cell, in an isolated polynucleotide fragment (e.g., an isolated promoter-containing region fragment), or may be contained in a vector such as an expression vector. For example, a heterologous polynucleotide can be directly substituted or added to the parent 5'UTR in the genome of the cell by homologous recombination or the like. Alternatively, a modified 5'UTR can be constructed by substituting or adding a heterologous polynucleotide to the parent 5'UTR in a promoter fragment isolated from the genome or to the parent 5'UTR on an expression vector.
親の5'UTRへの前記異種ポリヌクレオチドの置換又は付加は、当該分野における通常の方法に従って行うことができる。例えば、親の5'UTRを含む断片、及び前記異種ポリヌクレオチドを含む断片をPCR等によって増幅し、得られた断片をSOE(splicing by overlap extension)-PCR(Gene,1989,77(1):p61-68)により連結することで、改変5'UTRを構築することができる。あるいは、改変5'UTRは、前記異種ポリヌクレオチドを含むベクターを鋳型として、該改変5'UTRのポリヌクレオチドをコードさせたプライマーを用いたインバースPCRで構築することができる。 The substitution or addition of the heterologous polynucleotide to the parent 5'UTR can be performed according to a conventional method in the art. For example, a fragment containing the parent 5'UTR and a fragment containing the heterologous polynucleotide can be amplified by PCR or the like, and the resulting fragments can be linked by SOE (splicing by overlap extension)-PCR (Gene, 1989, 77(1): pp. 61-68) to construct a modified 5'UTR. Alternatively, the modified 5'UTR can be constructed by inverse PCR using a vector containing the heterologous polynucleotide as a template and a primer encoding the polynucleotide of the modified 5'UTR.
好ましい一実施形態において、得られた改変5'UTRは、その3'末端に前記異種ポリヌクレオチドを含有する。すなわち、親の5'UTRの3'末端に前記異種ポリヌクレオチドが付加されているか、又は、親の5'UTRの3'末端が前記異種ポリヌクレオチドで置換されている。好ましくは、該改変5'UTRは、親の5'UTRの3'末端を前記異種ポリヌクレオチドで置換することで構築され、親の5'UTRの3'末端のヌクレオチドを1つ以上失っている。該異種ポリヌクレオチドで置換される親の5'UTRの3'末端部の長さは、特に限定されず、例えば20nt以上であり、最大で親の5'UTRの全部が置換されてもよい。 In a preferred embodiment, the resulting modified 5'UTR contains the heterologous polynucleotide at its 3' end. That is, the heterologous polynucleotide is added to the 3' end of the parent 5'UTR, or the 3' end of the parent 5'UTR is replaced with the heterologous polynucleotide. Preferably, the modified 5'UTR is constructed by replacing the 3' end of the parent 5'UTR with the heterologous polynucleotide, and one or more nucleotides at the 3' end of the parent 5'UTR are missing. The length of the 3' end of the parent 5'UTR replaced with the heterologous polynucleotide is not particularly limited, and may be, for example, 20 nt or more, and may be up to the entire parent 5'UTR replaced.
好ましい一実施形態において、前記改変5'UTRは、親の5'UTRの3'末端の少なくとも20ヌクレオチド(3'末端から1~20ヌクレオチド)を前記異種ポリヌクレオチドで置換することで構築され、親の5'UTRの3'末端の少なくとも20ヌクレオチドを含まない。
別の好ましい一実施形態において、前記改変5'UTRは、親の5'UTRの3'末端の少なくとも26ヌクレオチド(3'末端から1~26ヌクレオチド)を前記異種ポリヌクレオチドで置換することで構築され、親の5'UTRの3'末端の少なくとも26ヌクレオチドを含まない。
別の好ましい一実施形態において、前記改変5'UTRは、親の5'UTRのSD配列(すなわち、GGAGGからなる配列)から3'末端までの領域を、前記異種ポリヌクレオチドで置換することで構築され、親の5'UTRの該SD配列から3'末端までの領域を含まない。
別の好ましい一実施形態において、前記改変5'UTRは、親の5'UTRにおけるAGGAGG(配列番号1)からなる配列から3'末端までの領域を前記異種ポリヌクレオチドで置換することで構築され、親の5'UTRの該配列番号1からなる配列から3'末端までの領域を含まない。
別の好ましい一実施形態において、前記改変5'UTRは、前記異種ポリヌクレオチドからなる。すなわち、親の5'UTRの全部が前記異種ポリヌクレオチドで置換される。
In a preferred embodiment, the modified 5'UTR is constructed by replacing at least 20 nucleotides (1-20 nucleotides from the 3' end) of the parent 5'UTR with the heterologous polynucleotide, and does not include at least 20 nucleotides of the 3' end of the parent 5'UTR.
In another preferred embodiment, the modified 5'UTR is constructed by replacing at least 26 nucleotides (1 to 26 nucleotides from the 3' end) of the parent 5'UTR with the heterologous polynucleotide and does not include at least 26 nucleotides of the 3' end of the parent 5'UTR.
In another preferred embodiment, the modified 5'UTR is constructed by replacing the region from the SD sequence (i.e., the sequence consisting of GGAGG) to the 3' end of the parent 5'UTR with the heterologous polynucleotide, and does not include the region from the SD sequence to the 3' end of the parent 5'UTR.
In another preferred embodiment, the modified 5'UTR is constructed by replacing the region from the sequence consisting of AGGAGG (SEQ ID NO: 1) to the 3' end in the parent 5'UTR with the heterologous polynucleotide, and does not include the region from the sequence consisting of SEQ ID NO: 1 to the 3' end in the parent 5'UTR.
In another preferred embodiment, the modified 5'UTR consists of the heterologous polynucleotide, i.e. the entire parental 5'UTR is replaced with the heterologous polynucleotide.
本発明で得られる改変5'UTRは、親の5'UTRのSD配列を含んでいる必要はないが、含んでいてもよい。本発明で得られる改変5'UTRの長さは、遺伝子の発現向上効果を発揮できる限り、特に限定されない。 The modified 5'UTR obtained by the present invention does not need to contain the SD sequence of the parent 5'UTR, but may contain it. The length of the modified 5'UTR obtained by the present invention is not particularly limited as long as it can exert the effect of improving gene expression.
本発明のさらなる実施形態においては、前記改変5'UTRはさらに、少なくとも1つの追加のリボゾーム結合領域(RBS)(すなわち、異種RBS)を含むことができる。該異種RBSは、該改変5'UTRに含まれるSD配列GGAGGの上流に配置される。好ましくは、該異種RBSは、該改変5'UTRに含まれるAGGAGG(配列番号1)からなる領域の上流に配置される。より好ましくは、該異種RBSは、該改変5'UTRに含まれるAGGAGG(配列番号1)からなる領域より8ヌクレオチド以上上流に配置される。さらに好ましくは、該異種RBSは、該改変5'UTRに含まれる前記異種ポリヌクレオチドの上流に配置される。該異種RBSが2つ以上存在する場合は、その全てが該改変5'UTRに含まれるSD配列の上流、好ましくは配列番号1からなる領域の上流、より好ましくは配列番号1からなる領域より8ヌクレオチド以上上流、さらに好ましくは前記異種ポリヌクレオチドの上流、に配置される。該改変5'UTRに2つ以上のSD配列が含まれる場合、例えば、親の5'UTR由来のSD配列と、前記異種ポリヌクレオチドが含まれる場合、該異種RBSは、それら全てよりも上流に配置される。
本明細書において、RBSが、「ある領域(又は配列)の上流に配置される」とは、該RBSの3'末端が当該領域(又は配列)の5'端より上流に位置するように、該RBSが配置されることをいう。また本明細書において、RBSが、「ある領域(又は配列)よりNヌクレオチド上流に配置される」とは、該RBSの3'末端が当該領域(又は配列)の5'端に対してNヌクレオチド上流に位置するように、該RBSが配置されることをいう。
In a further embodiment of the present invention, the modified 5'UTR may further comprise at least one additional ribosome binding region (RBS) (i.e., a heterologous RBS). The heterologous RBS is located upstream of the SD sequence GGAGG contained in the modified 5'UTR. Preferably, the heterologous RBS is located upstream of the region consisting of AGGAGG (SEQ ID NO: 1) contained in the modified 5'UTR. More preferably, the heterologous RBS is located 8 nucleotides or more upstream of the region consisting of AGGAGG (SEQ ID NO: 1) contained in the modified 5'UTR. Even more preferably, the heterologous RBS is located upstream of the heterologous polynucleotide contained in the modified 5'UTR. When there are two or more heterologous RBSs, all of them are located upstream of the SD sequence contained in the modified 5'UTR, preferably upstream of the region consisting of SEQ ID NO: 1, more preferably 8 nucleotides or more upstream of the region consisting of SEQ ID NO: 1, and even more preferably upstream of the heterologous polynucleotide. When the modified 5'UTR contains two or more SD sequences, for example, a SD sequence from a parent 5'UTR and the heterologous polynucleotide, the heterologous RBS is positioned upstream of all of them.
As used herein, the term "positioned upstream of a certain region (or sequence)" refers to the RBS being positioned such that the 3'-end of the RBS is located upstream of the 5'-end of the region (or sequence). Additionally, as used herein, the term "positioned N nucleotides upstream of a certain region (or sequence)" refers to the RBS being positioned such that the 3'-end of the RBS is located N nucleotides upstream of the 5'-end of the region (or sequence).
一実施形態において、前記改変5'UTRは親の5'UTR由来のSD配列を含まず、前記異種RBSは、該改変5'UTRに含まれる前記異種ポリヌクレオチド由来のAGGAGG(配列番号1)領域より8ヌクレオチド以上上流に配置される。該異種RBSが2つ以上存在する場合は、その全てが該異種ポリヌクレオチド由来のAGGAGG(配列番号1)領域より8ヌクレオチド以上上流に配置される。 In one embodiment, the modified 5'UTR does not contain an SD sequence derived from the parent 5'UTR, and the heterologous RBS is located 8 nucleotides or more upstream of the AGGAGG (SEQ ID NO: 1) region derived from the heterologous polynucleotide contained in the modified 5'UTR. When there are two or more heterologous RBSs, all of them are located 8 nucleotides or more upstream of the AGGAGG (SEQ ID NO: 1) region derived from the heterologous polynucleotide.
別の一実施形態において、前記改変5'UTRは親の5'UTR由来のSD配列を含まず、前記異種RBSは、該改変5'UTRに含まれる前記異種ポリヌクレオチドの上流に配置される。該異種RBSが2つ以上存在する場合は、その全てが該異種ポリヌクレオチドの上流に配置される。 In another embodiment, the modified 5'UTR does not contain an SD sequence from the parent 5'UTR, and the heterologous RBS is located upstream of the heterologous polynucleotide contained in the modified 5'UTR. When there are two or more heterologous RBSs, all of them are located upstream of the heterologous polynucleotide.
前記異種RBSは、AGGAGG(配列番号1)のヌクレオチド配列を含むポリヌクレオチドである。該異種RBSの例としては、配列番号1のヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド、配列番号7~11のいずれかのヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド、ならびに、配列番号1及び7~11のいずれかのヌクレオチド配列に対して1又は数個のヌクレオチドが欠失、置換、付加又は挿入されたヌクレオチド配列であって、ただしAGGAGG(配列番号1)を含むヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドが挙げられる。
配列番号7:AGGAGGGA
配列番号8:GAAAGGAGG
配列番号9:GAAAGGAGGGA
配列番号10:CGAAAGGAGGGAT
配列番号11:CTTGAAAGGAGGGATGCCTAA
The heterologous RBS is a polynucleotide comprising the nucleotide sequence AGGAGG (SEQ ID NO: 1). Examples of the heterologous RBS include a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, a polynucleotide consisting of any one of the nucleotide sequences of SEQ ID NO: 7 to 11, and a polynucleotide consisting of a nucleotide sequence comprising any one of the nucleotide sequences of SEQ ID NO: 1 and 7 to 11 in which one or several nucleotides have been deleted, substituted, added or inserted, provided that the polynucleotide comprises AGGAGG (SEQ ID NO: 1).
SEQ ID NO: 7: AGGAGGGA
SEQ ID NO: 8: GAAAGGAGG
SEQ ID NO: 9: GAAAGGAGGGA
SEQ ID NO:10: CGAAAGGAGGGAT
SEQ ID NO: 11: CTTGAAAGGAGGGATGCCTAA
前記異種RBSのうち、少なくとも1つは、前記改変5'UTRの上流にある転写開始点(あるいは後述する、該改変5'UTRを含む改変プロモーターの転写開始点)から、10~100ヌクレオチド下流、好ましくは10~60ヌクレオチド下流、より好ましくは13~55ヌクレオチド下流に位置する。異種RBSが2つ以上存在する場合は、残りのRBSの挿入位置は特に限定されないが、好ましくは、転写開始点から10~150ヌクレオチド下流、より好ましくは10~100ヌクレオチド下流、さらに好ましくは10~60ヌクレオチド下流、さらに好ましくは13~55ヌクレオチド下流に位置する。本明細書において、「RBSが転写開始点からNヌクレオチド下流に位置する」とは、RBSの5'末端が、転写開始点の3'末端からNヌクレオチド下流に位置することをいう。 At least one of the heterologous RBSs is located 10 to 100 nucleotides downstream, preferably 10 to 60 nucleotides downstream, and more preferably 13 to 55 nucleotides downstream from the transcription start point upstream of the modified 5'UTR (or the transcription start point of a modified promoter containing the modified 5'UTR, which will be described later). When there are two or more heterologous RBSs, the insertion positions of the remaining RBSs are not particularly limited, but are preferably located 10 to 150 nucleotides downstream, more preferably 10 to 100 nucleotides downstream, even more preferably 10 to 60 nucleotides downstream, and even more preferably 13 to 55 nucleotides downstream from the transcription start point. In this specification, "the RBS is located N nucleotides downstream from the transcription start point" means that the 5' end of the RBS is located N nucleotides downstream from the 3' end of the transcription start point.
前記異種RBSを含む改変5'UTRは、前記異種ポリヌクレオチドを含む改変5'UTRに対して、該異種RBSのポリヌクレオチドを置換、挿入又は付加することで構築することができる。例えば、改変5'UTRに含まれるSD配列又は異種ポリヌクレオチド領域の上流に該異種RBSのポリヌクレオチドを置換、挿入又は付加すればよい。あるいは、親の5'UTRに対して、該異種RBSのポリヌクレオチドを置換、挿入又は付加し、次いで、その下流に前記異種ポリヌクレオチドを置換又は付加することで、該異種RBSを含む改変5'UTRを構築することができる。あるいは、上流から順に該異種RBSのポリヌクレオチド及び前記異種ポリヌクレオチドを含む断片を、親の5'UTRの一部又は全部と置換することで、異種RBSを含む改変5'UTRを構築することができる。親の5'UTR又は改変5'UTRに対する異種RBSのポリヌクレオチドの置換、挿入又は付加の手順は、例えば前述したSOE-PCRやインバースPCRなどの公知の方法に従って行うことができる。 The modified 5'UTR containing the heterologous RBS can be constructed by substituting, inserting or adding a polynucleotide of the heterologous RBS to the modified 5'UTR containing the heterologous polynucleotide. For example, the polynucleotide of the heterologous RBS may be substituted, inserted or added upstream of the SD sequence or heterologous polynucleotide region contained in the modified 5'UTR. Alternatively, the modified 5'UTR containing the heterologous RBS can be constructed by substituting, inserting or adding a polynucleotide of the heterologous RBS to the parent 5'UTR, and then substituting or adding the heterologous polynucleotide downstream of the polynucleotide of the parent 5'UTR. Alternatively, the modified 5'UTR containing the heterologous RBS can be constructed by substituting a part or all of the parent 5'UTR with the polynucleotide of the heterologous RBS and a fragment containing the heterologous polynucleotide, starting from the upstream. The procedure of substituting, inserting or adding a polynucleotide of the heterologous RBS to the parent 5'UTR or modified 5'UTR can be performed according to a known method such as the above-mentioned SOE-PCR or inverse PCR.
本発明で得られる改変5'UTRは、それを含むプロモーターが制御する遺伝子の発現を向上させるように働く。具体的には、該改変5'UTRは、プロモーター中の転写開始点の下流、かつ遺伝子のORFの上流に配置され、該遺伝子のORFと作動可能に連結される。 The modified 5'UTR obtained by the present invention acts to improve the expression of a gene controlled by a promoter containing the modified 5'UTR. Specifically, the modified 5'UTR is positioned downstream of the transcription start point in the promoter and upstream of the ORF of the gene, and is operably linked to the ORF of the gene.
好ましい一実施形態において、本発明では、前記改変5'UTRを含む、改変プロモーターが製造される。該改変プロモーターは、前記異種ポリヌクレオチドを含まない親の5'UTRを含むプロモーター(親プロモーター)に含まれる5'UTRを改変することにより製造される。該5'UTRの改変は、該5'UTRの一部又は全部を異種ポリヌクレオチドで置換するか、又は該5'UTRに該異種ポリヌクレオチドを付加することによって行われる。該5'UTRの改変はさらに、該5'UTRへの異種RBSの置換、挿入又は付加を含んでいてもよい。該改変に使用される異種ポリヌクレオチド及び異種RBS、ならびに5'UTRへの異種ポリヌクレオチド又は異種RBSの置換、挿入又は付加の手法は、前述したとおりである。したがって、該改変プロモーターに含まれる該異種ポリヌクレオチド及び異種RBSは、親プロモーターに対して異種(別のポリヌクレオチド鎖由来)である。好ましくは、該改変プロモーターに含まれる該異種ポリヌクレオチドは、親プロモーターと異なる遺伝子に由来する。 In a preferred embodiment, the present invention produces a modified promoter comprising the modified 5'UTR. The modified promoter is produced by modifying the 5'UTR contained in a promoter (parent promoter) comprising a parent 5'UTR not comprising the heterologous polynucleotide. The modification of the 5'UTR is carried out by replacing a part or all of the 5'UTR with a heterologous polynucleotide, or by adding the heterologous polynucleotide to the 5'UTR. The modification of the 5'UTR may further include the substitution, insertion or addition of a heterologous RBS to the 5'UTR. The heterologous polynucleotide and heterologous RBS used in the modification, and the method of substitution, insertion or addition of a heterologous polynucleotide or a heterologous RBS to the 5'UTR are as described above. Thus, the heterologous polynucleotide and heterologous RBS contained in the modified promoter are heterologous (derived from a different polynucleotide chain) to the parent promoter. Preferably, the heterologous polynucleotide contained in the modified promoter is derived from a gene different from that of the parent promoter.
前記改変をうけるべき親プロモーターは、任意の遺伝子の制御領域に由来するプロモーターであればよいが、好ましくはバチルス属菌遺伝子のプロモーターである。該親プロモーターは、バチルス属菌において高い転写促進活性を発揮し得る高機能プロモーターであると好ましい。該親プロモーターの好ましい例としては、バチルス属菌の分泌タンパク質をコードする遺伝子、例えば、Bacillus sp.KSM-64のエンドグルカナーゼ遺伝子、Bacillus sp.KSM-S237のエンドグルカナーゼ遺伝子、枯草菌のaprE、nprE、及びamyE、ならびにB.licheniformisのamyL及びamyQからなる群より選択される遺伝子のプロモーター;枯草菌spoVG遺伝子のプロモーター;リボソームRNA遺伝子及びリボソーム関連遺伝子、例えばrrnO、rrnE、rrnI、rrnJ、rrnB、rpsD、rpsJ及びrpoDからなる群より選択される遺伝子のプロモーター;B.thuringensisのcry結晶タンパク質遺伝子、例えばcryIIIA遺伝子のプロモーター;P43プロモーター、SP82プロモーター、scrプロモーター、ならびに、それらに由来する改変プロモーターなどが挙げられる。好ましい例としては、配列番号72で示されるBacillus sp.KSM-64のアルカリセルラーゼ遺伝子由来のプロモーター、及び配列番号76で示される枯草菌spoVG遺伝子のプロモーターが挙げられる。親プロモーターの別の好ましい例としては、配列番号72で示されるヌクレオチド配列と少なくとも80%の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつ遺伝子の発現を制御する機能を有するポリヌクレオチド、又は配列番号76で示されるヌクレオチド配列と少なくとも80%の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつ遺伝子の発現を制御する機能を有するポリヌクレオチドが挙げられる。プロモーターポリヌクレオチドによる遺伝子の発現を制御する機能は、公知の方法により測定することができる。 The parent promoter to be modified may be a promoter derived from the control region of any gene, but is preferably a promoter of a Bacillus gene. The parent promoter is preferably a highly functional promoter capable of exerting high transcription-promoting activity in Bacillus bacteria. Preferred examples of the parent promoter include genes encoding secreted proteins of Bacillus bacteria, such as the endoglucanase gene of Bacillus sp. KSM-64, the endoglucanase gene of Bacillus sp. KSM-S237, aprE, nprE, and amyE of Bacillus subtilis, and the B. licheniformis amyL and amyQ gene promoter; Bacillus subtilis spoVG gene promoter; ribosomal RNA genes and ribosome-related genes, such as rrnO, rrnE, rrnI, rrnJ, rrnB, rpsD, rpsJ and rpoD gene promoter; B. thuringensis cry crystal protein genes, such as cryIIIA gene promoter; P43 promoter, SP82 promoter, scr promoter, and modified promoters derived therefrom. Preferred examples include the promoter derived from the alkaline cellulase gene of Bacillus sp. KSM-64 shown in SEQ ID NO: 72, and the promoter of the Bacillus subtilis spoVG gene shown in SEQ ID NO: 76. Other preferred examples of parent promoters include a polynucleotide having a nucleotide sequence with at least 80% identity to the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 72 and having the function of controlling gene expression, or a polynucleotide having a nucleotide sequence with at least 80% identity to the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 76 and having the function of controlling gene expression. The function of the promoter polynucleotide to control gene expression can be measured by known methods.
前記親プロモーターは、細胞内のゲノム中に存在していてもよく、単離されたポリヌクレオチド断片でもよく、又は、発現ベクター等のベクターに含まれるものでもよい。
例えば、バチルス属菌から親プロモーターのポリヌクレオチド断片を調製し、該親プロモーターの断片に含まれる5'UTRの一部又は全部を異種ポリヌクレオチドで置換するか、又は該5'UTRに異種ポリヌクレオチドを付加することで、改変プロモーターの断片を構築することができる。あるいは、バチルス属菌のゲノム中の親プロモーターに含まれる5'UTRを、相同組換え法などにより、該5'UTRの一部又は全部を異種ポリヌクレオチドで置換するか、又は該5'UTRに異種ポリヌクレオチドを付加するように改変することで、該ゲノムに改変プロモーターを構築することができる。あるいは、バチルス属菌のゲノムにおけるプロモーターを、相同組換え法などにより、前記改変5'UTRを含む改変プロモーターと置換することで、該ゲノムに改変プロモーターを構築することができる。
The parent promoter may be present in the genome of a cell, may be an isolated polynucleotide fragment, or may be contained in a vector, such as an expression vector.
For example, a modified promoter fragment can be constructed by preparing a polynucleotide fragment of a parent promoter from a Bacillus bacterium, and replacing a part or all of the 5'UTR contained in the parent promoter fragment with a heterologous polynucleotide or adding a heterologous polynucleotide to the 5'UTR. Alternatively, a modified promoter can be constructed in the genome of a Bacillus bacterium by modifying the 5'UTR contained in a parent promoter in the genome of the Bacillus bacterium so that a part or all of the 5'UTR is replaced with a heterologous polynucleotide or a heterologous polynucleotide is added to the 5'UTR by homologous recombination or the like. Alternatively, a modified promoter can be constructed in the genome of a Bacillus bacterium by replacing a promoter in the genome of the Bacillus bacterium with a modified promoter containing the modified 5'UTR by homologous recombination or the like.
前記改変5'UTRは、プロモーター中に配置されると、遺伝子の発現を向上させるように働く。該改変5'UTRを含む改変プロモーターは、改変前の親の5'UTRを含む親プロモーター(すなわち、該改変5'UTRを含むように改変される前のプロモーター)と比べて、遺伝子の発現をより向上させることができる。好ましくは、該改変5'UTRを含む改変プロモーターは、親プロモーターと比べて、遺伝子の発現量を少なくとも10%、好ましくは少なくとも20%、より好ましくは少なくとも25%、さらに好ましくは少なくとも30%増加させる。該改変5'UTRが前述した異種RBSを含む場合、改変プロモーターは、遺伝子の発現量をさらに向上させ得、好ましくは、親プロモーターと比べて少なくとも40%、より好ましくは少なくとも50%、さらに好ましくは少なくとも100%、さらに好ましくは少なくとも200%、さらに好ましくは少なくとも300%、さらに好ましくは少なくとも400%増加させる。 When the modified 5'UTR is placed in a promoter, it acts to improve gene expression. The modified promoter containing the modified 5'UTR can improve gene expression more than the parent promoter containing the parent 5'UTR before modification (i.e., the promoter before being modified to contain the modified 5'UTR). Preferably, the modified promoter containing the modified 5'UTR increases the expression level of the gene by at least 10%, preferably at least 20%, more preferably at least 25%, and even more preferably at least 30% compared to the parent promoter. When the modified 5'UTR contains the heterologous RBS described above, the modified promoter can further improve the expression level of the gene, preferably by at least 40%, more preferably at least 50%, even more preferably at least 100%, even more preferably at least 200%, even more preferably at least 300%, and even more preferably at least 400% compared to the parent promoter.
前記改変5'UTR、及びそれを含む改変プロモーターは、目的遺伝子の発現を向上させるために使用することができる。したがって本発明は、前記改変5'UTR又はそれを含む改変プロモーターを含むポリヌクレオチド、ならびに目的遺伝子の発現のためのそれらの使用を提供する。好ましくは、該ポリヌクレオチドはDNAである。 The modified 5'UTR and the modified promoter containing the same can be used to improve expression of a gene of interest. Thus, the present invention provides a polynucleotide containing the modified 5'UTR or a modified promoter containing the same, as well as the use thereof for expressing a gene of interest. Preferably, the polynucleotide is DNA.
一実施形態において、前記改変5'UTR又は改変プロモーターを含むポリヌクレオチドは、宿主細胞のゲノムに直接導入することができる。例えば、該改変5'UTR又は改変プロモーターを含むポリヌクレオチドを、宿主細胞のゲノムに導入し、該目的遺伝子と作動可能に連結させることができる。 In one embodiment, the polynucleotide comprising the modified 5'UTR or modified promoter can be directly introduced into the genome of a host cell. For example, the polynucleotide comprising the modified 5'UTR or modified promoter can be introduced into the genome of a host cell and operably linked to the gene of interest.
一実施形態において、前記改変5'UTR又は改変プロモーターを含むポリヌクレオチドは、発現カセットである。該発現カセットは、該改変5'UTR又は改変プロモーターの他に、プロモーターの転写活性を向上させるシスエレメント、又は3'UTRなどを含んでいてもよい。さらに、該発現カセットは、薬剤耐性遺伝子、栄養要求性マーカー遺伝子などの選択マーカー遺伝子を含んでいてもよい。 In one embodiment, the polynucleotide containing the modified 5'UTR or modified promoter is an expression cassette. In addition to the modified 5'UTR or modified promoter, the expression cassette may contain a cis element that improves the transcription activity of the promoter, a 3'UTR, or the like. Furthermore, the expression cassette may contain a selection marker gene such as a drug resistance gene or an auxotrophic marker gene.
一実施形態において、前記改変5'UTR又は改変プロモーターを含むポリヌクレオチドは、目的遺伝子をさらに含む。該目的遺伝子は、該改変5'UTR又は改変プロモーターに作動可能に連結されている。 In one embodiment, the polynucleotide comprising the modified 5'UTR or modified promoter further comprises a gene of interest. The gene of interest is operably linked to the modified 5'UTR or modified promoter.
一実施形態において、前記発現カセットは発現ベクターである。例えば、前記改変5'UTR又は改変プロモーターを含むポリヌクレオチドを、常法により任意のベクター中に挿入することにより、該発現ベクターを作製することができる。例えば、該ポリヌクレオチドを、その両末端に制限酵素認識配列を有するように構築する。これを制限酵素で切断した発現ベクターに組み込むことによって、本発明の発現ベクターを構築することができる(制限酵素法)。好ましくは、該発現ベクターにおいては、該改変5'UTR又は改変プロモーターは、目的遺伝子のポリヌクレオチドの上流に作動可能に連結されている。 In one embodiment, the expression cassette is an expression vector. For example, the expression vector can be prepared by inserting a polynucleotide containing the modified 5'UTR or modified promoter into any vector by a conventional method. For example, the polynucleotide is constructed to have restriction enzyme recognition sequences at both ends. The expression vector of the present invention can be constructed by incorporating this into an expression vector that has been cleaved with a restriction enzyme (restriction enzyme method). Preferably, in the expression vector, the modified 5'UTR or modified promoter is operably linked upstream of the polynucleotide of the target gene.
前記ベクターの種類は特に限定されず、プラスミド、ファージ、ファージミド、コスミド、ウイルス、YACベクター、シャトルベクター等の任意のベクターであってよい。該ベクターは、宿主細胞のゲノムに導入するためのベクターであっても、ゲノム外に保持されるベクターであってもよい。該ベクターは、好ましくは細菌内、より好ましくはバチルス属菌(例えば枯草菌又はその変異株)内で増幅可能なベクターである。好ましくは、該ベクターは、バチルス属菌内で導入遺伝子の発現を誘導可能な発現ベクターである。 The type of the vector is not particularly limited, and may be any vector, such as a plasmid, a phage, a phagemid, a cosmid, a virus, a YAC vector, or a shuttle vector. The vector may be a vector for introduction into the genome of a host cell, or a vector that is maintained outside the genome. The vector is preferably a vector that can be amplified in bacteria, more preferably in Bacillus bacteria (e.g., Bacillus subtilis or a mutant thereof). Preferably, the vector is an expression vector that can induce expression of an introduced gene in Bacillus bacteria.
前記ベクターの例としては、pBluescript II SK(-)(Stratagene)、pUC18/19、pUC118/119等のpUC系ベクター(タカラバイオ)、pET系ベクター(タカラバイオ)、pGEX系ベクター(GEヘルスケア)、pCold系ベクター(タカラバイオ)、pHY300PLK(タカラバイオ)、pUB110(Plasmid,1986,15(2):93-103)、pBR322(タカラバイオ)、pRS403(Stratagene)、pMW118/119、pMW218/219等のpMW系ベクター(ニッポンジーン)、pRI909/910等のpRI系ベクター(タカラバイオ)、pBI系ベクター(クロンテック)、IN3系ベクター(インプランタイノベーションズ)、pPTR1/2(タカラバイオ)、pDJB2(Gene,1985,36:321-331)、pAB4-1(Mol Gen Genet,1987,206:71-75)、pLeu4(Gene,1989,84:335-343)、pPyr225(Mol Genet Genomics,2002,268:397-406)、pFG1(Curr Genet,1990,18:447-451)、酵母発現ベクターpNAN8142(Biosci Biotechnol Biochem,1996,60:383-389)、pMA91(Biosci Biotechnol Biochem,1998,62:1615-1618)、などが挙げられる。 Examples of the vector include pBluescript II SK(-) (Stratagene), pUC18/19, pUC118/119 and other pUC vectors (Takara Bio), pET vectors (Takara Bio), pGEX vectors (GE Healthcare), pCold vectors (Takara Bio), pHY300PLK (Takara Bio), pUB110 (Plasmid, 1986, 15(2):93-103), pBR322 (Takara Bio), and pRS 403 (Stratagene), pMW series vectors such as pMW118/119 and pMW218/219 (Nippon Gene), pRI series vectors such as pRI909/910 (Takara Bio), pBI series vectors (Clontech), IN3 series vectors (Implanta Innovations), pPTR1/2 (Takara Bio), pDJB2 (Gene, 1985, 36: 321-331), pAB4-1 (Mol Gen Genet, 1987, 206: 71-75), pLeu4 (Gene, 1989, 84: 335-343), pPyr225 (Mol Genet Genomics, 2002, 268: 397-406), pFG1 (Curr Genet, 1990, 18: 447-451), yeast expression vector pNAN8142 (Biosci Biotechnol Biochem, 1996, 60: 383-389), pMA91 (Biosci Biotechnol Biochem, 1998, 62: 1615-1618), etc.
本発明はまた、前記改変5'UTR又は改変プロモーターを含むポリヌクレオチドを含有する形質転換体を提供する。該形質転換体は、該改変5'UTR又は改変プロモーターを含むポリヌクレオチドを宿主に導入することにより製造することができる。 The present invention also provides a transformant containing a polynucleotide including the modified 5'UTR or modified promoter. The transformant can be produced by introducing a polynucleotide including the modified 5'UTR or modified promoter into a host.
当該形質転換体の宿主の例としては、微生物細胞、好ましくはバチルス属菌、クロストリジウム属(Clostridium)菌、酵母、大腸菌などが挙げられ、このうちバチルス属菌が好ましく、枯草菌又はその変異株がより好ましい。したがって、本発明の形質転換体は、好ましくは組換えバチルス属菌であり、より好ましくは枯草菌又はその変異株の組換え体である。 Examples of hosts for the transformant include microbial cells, preferably bacteria of the genus Bacillus, bacteria of the genus Clostridium, yeast, Escherichia coli, etc., of which bacteria of the genus Bacillus are preferred, and Bacillus subtilis or a mutant thereof is more preferred. Therefore, the transformant of the present invention is preferably a recombinant Bacillus, and more preferably a recombinant of Bacillus subtilis or a mutant thereof.
前記改変5'UTR又は改変プロモーターを含むポリヌクレオチドの宿主細胞への導入には、例えば、リン酸カルシウム法、エレクトロポレーション法、リポフェクション法、パーティクルガン法、PEG法等の周知の形質転換技術を適用することができる。例えば枯草菌又はその変異株に適用可能な方法としては、コンピテントセル形質転換法(J Bacteriol,1967,93:1925-1937)、エレクトロポレーション法(FEMS Microbiol Lett,1990,55:135-138)、プロトプラスト形質転換法(Mol Gen Genet,1979,168:111-115)、Tris-PEG法(J Bacteriol,1983,156:1130-1134)などが挙げられる。 To introduce a polynucleotide containing the modified 5'UTR or modified promoter into a host cell, well-known transformation techniques such as the calcium phosphate method, electroporation, lipofection, particle gun method, and PEG method can be applied. For example, methods that can be applied to Bacillus subtilis or its mutants include the competent cell transformation method (J Bacteriol, 1967, 93: 1925-1937), the electroporation method (FEMS Microbiol Lett, 1990, 55: 135-138), the protoplast transformation method (Mol Gen Genet, 1979, 168: 111-115), and the Tris-PEG method (J Bacteriol, 1983, 156: 1130-1134).
前記形質転換体は、目的遺伝子の発現に利用することができる。該形質転換体の細胞内において、前記改変5'UTR又は改変プロモーターは、それと作動可能に連結された目的遺伝子の発現を向上させ、これにより、該形質転換体による目的物質の生産性が向上する。例えば、該改変5'UTRを含む改変プロモーターと目的遺伝子を含む発現カセットを含有する形質転換体細胞は、親プロモーターと目的遺伝子を含む発現カセットを含有する細胞における目的遺伝子の発現量を100%とした際に、目的遺伝子の発現量を、好ましくは少なくとも10%、より好ましくは少なくとも20%、さらに好ましくは少なくとも30%増加させる。さらに、該改変5'UTRが前述した異種RBSを含む場合、目的遺伝子の発現量をより向上させ得る。例えば、異種RBSを含む改変5'UTRを含む該改変プロモーターと目的遺伝子を含む発現カセットを含有する形質転換体細胞は、親プロモーターと目的遺伝子を含む発現カセットを含有する細胞における目的遺伝子の発現量を100%とした際に、目的遺伝子の発現量を、好ましくは少なくとも50%、より好ましくは少なくとも100%、さらに好ましくは少なくとも200%、さらに好ましくは少なくとも300%、さらに好ましくは少なくとも400%増加させる。 The transformant can be used to express a gene of interest. In the cells of the transformant, the modified 5'UTR or modified promoter improves the expression of the gene of interest operably linked thereto, thereby improving the productivity of the target substance by the transformant. For example, a transformant cell containing a modified promoter including the modified 5'UTR and an expression cassette including a gene of interest increases the expression level of the gene of interest by preferably at least 10%, more preferably at least 20%, and even more preferably at least 30%, when the expression level of the gene of interest in a cell containing an expression cassette including a parent promoter and a gene of interest is taken as 100%. Furthermore, when the modified 5'UTR contains the heterologous RBS described above, the expression level of the gene of interest can be further improved. For example, a transformed cell containing an expression cassette including a modified promoter containing a modified 5'UTR including a heterologous RBS and a gene of interest increases the expression level of the gene of interest by preferably at least 50%, more preferably at least 100%, even more preferably at least 200%, even more preferably at least 300%, and even more preferably at least 400%, when the expression level of the gene of interest in a cell containing an expression cassette including a parent promoter and a gene of interest is taken as 100%.
したがって、本発明はまた、前記形質転換体を培養することを含む目的物質の製造方法を提供する。該形質転換体の培養は、当該分野の一般的な方法に従って行うことができる。例えば、該形質転換体が枯草菌又はその変異株である場合、その培養のための培地は、枯草菌の生育に必要な炭素源、及び無機窒素源もしくは有機窒素源を含み得る。必要に応じて、該培地は、他の栄養素、例えば無機塩、ビタミン類、抗生物質などを含んでいてもよい。培養条件、例えば温度、通気撹拌条件、培地のpH及び培養時間等は、微生物の種や形質、培養スケール等に応じて適宜選択され得る。 Therefore, the present invention also provides a method for producing a target substance, which comprises culturing the transformant. The transformant can be cultured according to a general method in the field. For example, when the transformant is Bacillus subtilis or a mutant thereof, the medium for culturing the transformant may contain a carbon source and an inorganic or organic nitrogen source necessary for the growth of Bacillus subtilis. If necessary, the medium may contain other nutrients, such as inorganic salts, vitamins, antibiotics, etc. The culture conditions, such as temperature, aeration and stirring conditions, pH of the medium, and culture time, may be appropriately selected depending on the species and characteristics of the microorganism, the culture scale, etc.
培養後、培養物から目的物質を回収することができる。必要に応じて、回収した目的物質をさらに精製してもよい。培養物から目的物質を回収又は精製する方法は、特に限定されず、公知の回収又は精製方法に従って行えばよい。例えば、培養物を回収し、必要に応じて超音波や加圧等による細胞破砕処理を行い、次いで傾斜法、ろ過、遠心分離などにより細胞成分を除去した後、残った目的物質を含む画分を回収すればよい。あるいは、目的物質をコードする遺伝子に、該形質転換体で機能する分泌シグナルペプチドをコードするポリヌクレオチドを作動可能に連結させることによって、該目的物質を細胞外に分泌生産させることができる。この場合は、細胞を破砕することなく目的物質を含む画分を回収することができる。 After the culture, the target substance can be recovered from the culture. If necessary, the recovered target substance may be further purified. The method for recovering or purifying the target substance from the culture is not particularly limited, and may be performed according to a known recovery or purification method. For example, the culture may be recovered, and if necessary, cell disruption treatment may be performed using ultrasound or pressure, and then cell components may be removed by decantation, filtration, centrifugation, or the like, and the remaining fraction containing the target substance may be recovered. Alternatively, the target substance can be secreted outside the cells by operably linking a polynucleotide encoding a secretory signal peptide that functions in the transformant to a gene encoding the target substance. In this case, the fraction containing the target substance can be recovered without disrupting the cells.
必要に応じて、回収した目的物質を含む画分を透析、塩析、イオン交換法、蒸留、溶剤抽出等の方法、又はこれらの組み合わせにかけることで、目的物質を精製することができる。本発明による目的物質の製造方法において、形質転換体の培養及び目的物質の回収は、回分式、半回分式及び連続式のいずれの方法で行ってもよい。 If necessary, the target substance can be purified by subjecting the recovered fraction containing the target substance to dialysis, salting out, ion exchange, distillation, solvent extraction, or a combination of these methods. In the method for producing a target substance according to the present invention, the culture of the transformant and the recovery of the target substance may be carried out by any of a batch method, a semi-batch method, and a continuous method.
本発明の例示的実施形態として、以下の物質、製造方法、用途、方法等をさらに本明細書に開示する。但し、本発明はこれらの実施形態に限定されない。 As exemplary embodiments of the present invention, the following substances, manufacturing methods, uses, methods, etc. are further disclosed in this specification. However, the present invention is not limited to these embodiments.
〔1〕改変プロモーターを含むDNA分子であって、
該改変プロモーターは、異種ポリヌクレオチドを含有する改変5'UTRを含み、
該異種ポリヌクレオチドは、配列番号70のヌクレオチド配列、又は当該配列と少なくとも80%の同一性を有するヌクレオチド配列を含むポリヌクレオチドである、
DNA分子。
〔2〕好ましくは、前記異種ポリヌクレオチドが、以下のa)、c)、d)のポリヌクレオチドのいずれか:
a)配列番号3のヌクレオチド配列、又は当該配列と少なくとも80%の同一性を有するヌクレオチド配列を含むポリヌクレオチド;
c)配列番号5のヌクレオチド配列、又は当該配列と少なくとも80%の同一性を有するヌクレオチド配列を含むポリヌクレオチド;
d)配列番号6のヌクレオチド配列、又は当該配列と少なくとも80%の同一性を有するヌクレオチド配列を含むポリヌクレオチド、
である、
〔1〕記載のDNA分子。
〔3〕好ましくは、前記a)のポリヌクレオチドが、以下:
b)配列番号4のヌクレオチド配列もしくは当該配列と少なくとも80%の同一性を有するヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド、又はその断片、
を含む、〔2〕記載のDNA分子。
〔4〕前記異種ポリヌクレオチドが、
好ましくは、配列番号70のヌクレオチド配列の8位~13位に相当する位置に配列番号1のヌクレオチド配列を含む、
より好ましくは、配列番号3のヌクレオチド配列の8位~13位に相当する位置か、もしくは配列番号5又は6のヌクレオチド配列の8位~13位に相当する位置に、配列番号1のヌクレオチド配列を含む、
あるいは、
好ましくは、配列番号70のヌクレオチド配列の8位~20位に相当する位置に配列番号2のヌクレオチド配列を含む、
より好ましくは、配列番号3のヌクレオチド配列の8位~20位に相当する位置か、もしくは配列番号5又は6のヌクレオチド配列の8位~20位に相当する位置に、配列番号2のヌクレオチド配列を含む、
〔1〕~〔3〕のいずれか1項記載のDNA分子。
〔5〕好ましくは、前記異種ポリヌクレオチドが長さ100nt以下である、〔1〕~〔4〕のいずれか1項記載のDNA分子。
〔6〕好ましくは、前記改変5'UTRが、改変前の5'UTRの一部又は全部を前記異種ポリヌクレオチドで置換したDNA配列であるか、又は改変前の5'UTRに前記異種ポリヌクレオチドが付加されているDNA配列である、
〔1〕~〔5〕のいずれか1項記載のDNA分子。
〔7〕好ましくは、前記異種ポリヌクレオチドが前記改変5'UTRの3'末端に位置する、〔1〕~〔6〕のいずれか1項記載のDNA分子。
〔8〕好ましくは、前記改変5'UTRが、
改変前の5'UTRの3'末端の少なくとも20ヌクレオチドを含まないか、
改変前の5'UTRの3'末端の少なくとも3'末端26ヌクレオチドを含まないか、
又は、
改変前の5'UTRのShine-Dalgarno(SD)配列から3'末端までの領域を含まない、
〔7〕記載のDNA分子。
〔9〕好ましくは、前記改変5'UTRが、前記異種ポリヌクレオチドに加えて、異種のリボゾーム結合領域を含有し、該リボゾーム結合領域は、該改変5'UTRに含まれる配列番号1のヌクレオチド配列からなる領域の上流に配置されている、〔1〕~〔8〕のいずれか1項記載のDNA分子。
〔10〕好ましくは、前記異種のリボゾーム結合領域が、前記異種ポリヌクレオチドの上流に配置されている、〔9〕記載のDNA分子。
〔11〕好ましくは、
前記改変5'UTRが1つの異種のリボゾーム結合領域を含有し、該異種のリボゾーム結合領域が、前記改変プロモーターの転写開始点から10~100ヌクレオチド下流に位置するか、又は
前記改変5'UTRが2つ以上の異種のリボゾーム結合領域を含有し、該2つ以上の異種のリボゾーム結合領域は、少なくとも1つが、前記改変プロモーターの転写開始点から10~100ヌクレオチド下流に位置し、かつ残りは、該転写開始点から10~150ヌクレオチド下流に位置する、
〔9〕又は〔10〕記載のDNA分子。
〔12〕好ましくは、前記改変プロモーターの親プロモーターがバチルス属由来のプロモーターである、〔1〕~〔11〕のいずれか1項記載のDNA分子。
〔13〕好ましくは、前記親プロモーターが、配列番号72のヌクレオチド配列もしくは当該配列と少なくとも80%の同一性を有するヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドであるか、又は配列番号76のヌクレオチド配列もしくは当該配列と少なくとも80%の同一性を有するヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドである、〔12〕記載のDNA分子。
〔14〕好ましくは、前記改変プロモーターが、配列番号73、74、75、77、78、79、及び80のヌクレオチド配列からなる、〔1〕~〔13〕のいずれか1項記載のDNA分子。
〔15〕好ましくは、目的遺伝子をさらに含み、
該目的遺伝子が、目的物質、又はその生合成もしくは細胞外輸送に関与する物質をコードするポリヌクレオチドである、
〔1〕~〔14〕のいずれか1項記載のDNA分子。
〔16〕前記目的物質が、
好ましくは、酵素又は殺虫タンパク質であり
より好ましくは、プロテアーゼ、リパーゼ、アミラーゼ又はCry5Bである、
〔15〕記載のDNA分子。
〔17〕好ましくは、発現カセット又は発現ベクターである、〔15〕又は〔16〕記載のDNA分子。
〔18〕〔1〕~〔17〕のいずれか1項記載のDNA分子を含有する形質転換体。
〔19〕前記形質転換体が、前記改変プロモーターを含み、かつ目的遺伝子をさらに含む発現カセットである、〔17〕記載のDNA分子を含有するものであり、かつ、
該改変プロモーターの親プロモーターを含み、かつ該目的遺伝子をさらに含む発現カセットを含有する細胞における該目的遺伝子の発現量を100%とするとき、
該形質転換体は、該目的遺伝子の発現量を、好ましくは少なくとも10%、より好ましくは少なくとも20%、さらに好ましくは少なくとも30%、さらに好ましくは少なくとも50%、さらに好ましくは少なくとも100%、さらに好ましくは少なくとも200%、さらに好ましくは少なくとも300%、さらに好ましくは少なくとも400%、増加させる、
〔18〕記載の形質転換体。
〔20〕好ましくはバチルス属菌である、〔18〕又は〔19〕記載の形質転換体。
〔21〕〔18〕~〔20〕のいずれか1項記載の形質転換体を培養することを含む、目的物質の製造方法。
[1] A DNA molecule comprising a modified promoter,
The modified promoter comprises a modified 5'UTR containing a heterologous polynucleotide;
The heterologous polynucleotide is a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 70 or a nucleotide sequence having at least 80% identity thereto;
DNA molecule.
[2] Preferably, the heterologous polynucleotide is any one of the following polynucleotides a), c), and d):
a) a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO:3, or a nucleotide sequence having at least 80% identity thereto;
c) a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO:5, or a nucleotide sequence having at least 80% identity thereto;
d) a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO:6 or a nucleotide sequence having at least 80% identity thereto;
That is,
The DNA molecule described in [1].
[3] Preferably, the polynucleotide of a) is any one of the following:
b) a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4 or a nucleotide sequence having at least 80% identity thereto, or a fragment thereof;
The DNA molecule according to [2],
[4] The heterologous polynucleotide is
Preferably, the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 is contained at positions corresponding to positions 8 to 13 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 70.
More preferably, the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 is contained at positions corresponding to positions 8 to 13 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 or positions corresponding to positions 8 to 13 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 or 6.
or,
Preferably, the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 is contained at positions corresponding to positions 8 to 20 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 70.
More preferably, the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 is contained at positions corresponding to positions 8 to 20 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 or at positions corresponding to positions 8 to 20 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 or 6.
The DNA molecule according to any one of [1] to [3].
[5] The DNA molecule according to any one of [1] to [4], wherein the heterologous polynucleotide is preferably 100 nt or less in length.
[6] Preferably, the modified 5'UTR is a DNA sequence in which a part or all of the 5'UTR before modification is replaced with the heterologous polynucleotide, or a DNA sequence in which the heterologous polynucleotide is added to the 5'UTR before modification.
The DNA molecule according to any one of [1] to [5].
[7] The DNA molecule according to any one of [1] to [6], wherein the heterologous polynucleotide is preferably located at the 3' end of the modified 5'UTR.
[8] Preferably, the modified 5'UTR is:
does not contain at least 20 nucleotides at the 3' end of the 5'UTR before modification,
does not contain at least the 3'-terminal 26 nucleotides of the 3'-end of the 5'UTR before modification;
Or,
does not include the region from the Shine-Dalgarno (SD) sequence of the 5'UTR before modification to the 3'end;
[7] The DNA molecule described in [7].
[9] The DNA molecule according to any one of [1] to [8], wherein the modified 5'UTR preferably contains, in addition to the heterologous polynucleotide, a heterologous ribosome binding region, the ribosome binding region being positioned upstream of a region consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 contained in the modified 5'UTR.
[10] The DNA molecule according to [9], wherein the heterologous ribosome binding region is preferably located upstream of the heterologous polynucleotide.
[11] Preferably,
the modified 5'UTR contains one heterologous ribosome binding region, the heterologous ribosome binding region being located 10-100 nucleotides downstream from the transcription start point of the modified promoter; or the modified 5'UTR contains two or more heterologous ribosome binding regions, at least one of which is located 10-100 nucleotides downstream from the transcription start point of the modified promoter and the rest are located 10-150 nucleotides downstream from the transcription start point.
The DNA molecule according to [9] or [10].
[12] The DNA molecule according to any one of [1] to [11], wherein the parent promoter of the modified promoter is preferably a promoter derived from the genus Bacillus.
[13] The DNA molecule described in [12], wherein the parent promoter is preferably a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 72 or a nucleotide sequence having at least 80% identity to said sequence, or a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 76 or a nucleotide sequence having at least 80% identity to said sequence.
[14] The DNA molecule according to any one of [1] to [13], wherein the modified promoter preferably consists of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 73, 74, 75, 77, 78, 79, and 80.
[15] Preferably, the vector further comprises a gene of interest,
The gene of interest is a polynucleotide encoding a substance of interest or a substance involved in its biosynthesis or extracellular transport.
The DNA molecule according to any one of [1] to [14].
[16] The target substance,
Preferably, it is an enzyme or an insecticidal protein, more preferably, it is a protease, a lipase, an amylase or Cry5B.
[15] The DNA molecule described in.
[17] The DNA molecule according to [15] or [16], which is preferably an expression cassette or an expression vector.
[18] A transformant comprising the DNA molecule according to any one of [1] to [17].
[19] The transformant contains the DNA molecule according to [17], which is an expression cassette containing the modified promoter and further containing a gene of interest, and
When the expression level of the target gene in a cell containing an expression cassette including the parent promoter of the modified promoter and further including the target gene is taken as 100%,
The transformant increases the expression level of the target gene by preferably at least 10%, more preferably at least 20%, even more preferably at least 30%, even more preferably at least 50%, even more preferably at least 100%, even more preferably at least 200%, even more preferably at least 300%, even more preferably at least 400%.
[18] The transformant described in [18].
[20] The transformant according to [18] or [19], which is preferably a bacterium of the genus Bacillus.
[21] A method for producing a target substance, comprising culturing the transformant according to any one of [18] to [20].
〔22〕改変プロモーターの製造方法であって、
該方法は、親プロモーターに含まれる5'UTRを改変することを含み、
該5'UTRの改変は、該5'UTRの一部又は全部を異種ポリヌクレオチドで置換するか、又は該5'UTRに該異種ポリヌクレオチドを付加することを含み、
該異種ポリヌクレオチドは、配列番号70のヌクレオチド配列、又は当該配列と少なくとも80%の同一性を有するヌクレオチド配列を含むポリヌクレオチドであり、
該親プロモーターは、該異種ポリヌクレオチドを含まない5'UTRを含むプロモーターである、
方法。
〔23〕好ましくは、前記異種ポリヌクレオチドが、以下のa)、c)、d)のポリヌクレオチドのいずれか:
a)配列番号3のヌクレオチド配列、又は当該配列と少なくとも80%の同一性を有するヌクレオチド配列を含むポリヌクレオチド;
c)配列番号5のヌクレオチド配列、又は当該配列と少なくとも80%の同一性を有するヌクレオチド配列を含むポリヌクレオチド;
d)配列番号6のヌクレオチド配列、又は当該配列と少なくとも80%の同一性を有するヌクレオチド配列を含むポリヌクレオチド、
である、
〔22〕記載の方法。
〔24〕好ましくは、前記a)のポリヌクレオチドが、以下:
b)配列番号4のヌクレオチド配列もしくは当該配列と少なくとも80%の同一性を有するヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド、又はその断片、
を含む、〔23〕記載の方法。
〔25〕前記異種ポリヌクレオチドが、
好ましくは、配列番号70のヌクレオチド配列の8位~13位に相当する位置に配列番号1のヌクレオチド配列を含む、
より好ましくは、配列番号3のヌクレオチド配列の8位~13位に相当する位置か、もしくは配列番号5又は6のヌクレオチド配列の8位~13位に相当する位置に、配列番号1のヌクレオチド配列を含む、
あるいは、
好ましくは、配列番号70のヌクレオチド配列の8位~20位に相当する位置に配列番号2のヌクレオチド配列を含む、
より好ましくは、配列番号3のヌクレオチド配列の8位~20位に相当する位置か、もしくは配列番号5又は6のヌクレオチド配列の8位~20位に相当する位置に、配列番号2のヌクレオチド配列を含む、
〔22〕~〔24〕のいずれか1項記載の方法。
〔26〕好ましくは、前記異種ポリヌクレオチドが長さ100nt以下である、〔22〕~〔25〕のいずれか1項記載の方法。
〔27〕好ましくは、前記5'UTRの改変が、前記5'UTRに対して、前記異種ポリヌクレオチドを、該改変後の5'UTRの3'末端に位置するように置換又は付加することを含む、〔22〕~〔26〕のいずれか1項記載の方法。
〔28〕好ましくは、前記5'UTRの改変が、
前記5'UTRの3'末端の少なくとも20ヌクレオチドを前記異種ポリヌクレオチドで置換することを含むか、
前記5'UTRの3'末端の少なくとも26ヌクレオチドを前記異種ポリヌクレオチドで置換することを含むか、又は、
前記5'UTRにおけるShine-Dalgarno(SD)配列から3'末端までの領域を、前記異種ポリヌクレオチドで置換することを含む、
〔27〕記載の方法。
〔29〕好ましくは、前記5'UTRの改変が、前記5'UTRにリボゾーム結合領域を置換、挿入又は付加することをさらに含み、該リボゾーム結合領域は、該5'UTRに含まれる配列番号1のヌクレオチド配列からなる領域の上流に配置される、〔22〕~〔28〕のいずれか1項記載の方法。
〔30〕好ましくは、前記異種のリボゾーム結合領域が、前記異種ポリヌクレオチドの上流に配置される、〔29〕記載の方法。
〔31〕好ましくは、
前記5'UTRの改変が、前記5'UTRに1つのリボゾーム結合領域を置換、挿入又は付加することを含み、該リボゾーム結合領域が、前記改変プロモーターの転写開始点から10~100ヌクレオチド下流に配置されるか、又は
前記5'UTRの改変が、前記5'UTRに2つ以上のリボゾーム結合領域を置換、挿入又は付加することを含み、該2つ以上のリボゾーム結合領域は、少なくとも1つが、前記改変プロモーターの転写開始点から10~100ヌクレオチド下流に配置され、かつ残りは、該転写開始点から10~150ヌクレオチド下流に配置される、
〔29〕又は〔30〕記載の方法。
〔32〕好ましくは、前記親プロモーターがバチルス属由来のプロモーターである、〔22〕~〔31〕のいずれか1項記載の方法。
〔33〕好ましくは、前記親プロモーターが、配列番号72のヌクレオチド配列もしくは当該配列と少なくとも80%の同一性を有するヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドであるか、又は配列番号76のヌクレオチド配列もしくは当該配列と少なくとも80%の同一性を有するヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドである、〔32〕記載の方法。
[22] A method for producing a modified promoter, comprising the steps of:
The method comprises modifying a 5'UTR contained in a parent promoter,
Modifying the 5'UTR includes replacing part or all of the 5'UTR with a heterologous polynucleotide or adding the heterologous polynucleotide to the 5'UTR;
The heterologous polynucleotide is a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 70 or a nucleotide sequence having at least 80% identity thereto;
The parent promoter is a promoter that comprises a 5'UTR that does not contain the heterologous polynucleotide.
method.
[23] Preferably, the heterologous polynucleotide is any one of the following polynucleotides a), c), and d):
a) a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO:3, or a nucleotide sequence having at least 80% identity thereto;
c) a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO:5 or a nucleotide sequence having at least 80% identity thereto;
d) a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO:6 or a nucleotide sequence having at least 80% identity thereto;
That is,
[22] The method described in.
[24] Preferably, the polynucleotide of a) is any of the following:
b) a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4 or a nucleotide sequence having at least 80% identity thereto, or a fragment thereof;
The method according to [23], comprising:
[25] The heterologous polynucleotide is
Preferably, the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 is contained at positions corresponding to positions 8 to 13 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 70.
More preferably, the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 is contained at positions corresponding to positions 8 to 13 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 or positions corresponding to positions 8 to 13 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 or 6.
or,
Preferably, the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 is contained at positions corresponding to positions 8 to 20 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 70.
More preferably, the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 is contained at positions corresponding to positions 8 to 20 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 or at positions corresponding to positions 8 to 20 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 or 6.
The method according to any one of [22] to [24].
[26] The method according to any one of [22] to [25], wherein the heterologous polynucleotide is preferably 100 nt or less in length.
[27] Preferably, the modification of the 5'UTR comprises substituting or adding the heterologous polynucleotide to the 5'UTR so that it is located at the 3' end of the modified 5'UTR. The method according to any one of [22] to [26].
[28] Preferably, the modification of the 5'UTR is
replacing at least 20 nucleotides at the 3' end of the 5'UTR with the heterologous polynucleotide;
or replacing at least 26 nucleotides at the 3' end of the 5'UTR with the heterologous polynucleotide;
The region from the Shine-Dalgarno (SD) sequence to the 3' end in the 5'UTR is replaced with the heterologous polynucleotide.
The method described in [27].
[29] Preferably, the modification of the 5'UTR further comprises substituting, inserting or adding a ribosome binding region into the 5'UTR, and the ribosome binding region is positioned upstream of a region consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 contained in the 5'UTR. The method according to any one of [22] to [28].
[30] The method according to [29], wherein the heterologous ribosome binding region is preferably positioned upstream of the heterologous polynucleotide.
[31] Preferably,
the modification of the 5'UTR comprises replacing, inserting or adding one ribosome binding region into the 5'UTR, the ribosome binding region being positioned 10-100 nucleotides downstream from the transcription start point of the modified promoter; or the modification of the 5'UTR comprises replacing, inserting or adding two or more ribosome binding regions into the 5'UTR, at least one of which is positioned 10-100 nucleotides downstream from the transcription start point of the modified promoter and the rest are positioned 10-150 nucleotides downstream from the transcription start point.
The method described in [29] or [30].
[32] The method according to any one of [22] to [31], wherein the parent promoter is preferably a promoter derived from the genus Bacillus.
[33] The method according to [32], wherein the parent promoter is preferably a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 72 or a nucleotide sequence having at least 80% identity to said sequence, or a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 76 or a nucleotide sequence having at least 80% identity to said sequence.
以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。下記実施例と図におけるa.u.は任意単位(arbitrary unit)を意味する。 The present invention will be explained in more detail below using examples. In the following examples and figures, a.u. stands for arbitrary unit.
実施例1 KP43プロテアーゼ発現カセット導入用プラスミドの構築
プロテアーゼ発現カセットをB.subtilisゲノム中のamyEローカスに相同組み換え導入するためのプラスミドを以下のように構築した。
pMW119プラスミドを鋳型としてフォワードプライマー(配列番号12)とリバースプライマー(配列番号13)を用いたPCRによりベクター断片を増幅した。次にamyE遺伝子のORF配列をB.subtisli 168株ゲノムを鋳型としてフォワードプライマー(配列番号14)とリバースプライマー(配列番号15)を用いたPCRによりインサート断片を増幅した。該ベクター断片とインサート断片をIn-Fusion反応で結合し、大腸菌に形質転換導入することでpMW-amyプラスミドを得た。
pMW-amyプラスミドを鋳型としてフォワードプライマー(配列番号16)とリバースプライマー(配列番号17)を用いたPCRによりベクター断片を増幅した。次にkao119株ゲノム(特許第6088282号)を鋳型としてフォワードプライマー(配列番号18)とリバースプライマー(配列番号19)を用いたPCRによりスペクチノマイシン耐性遺伝子のORF配列を含むインサート断片を増幅した。該ベクター断片とインサート断片をIn-Fusion反応で結合し、大腸菌に形質転換導入することでpMW-amy-spプラスミドを得た。
Example 1 Construction of a Plasmid for Introducing a KP43 Protease Expression Cassette A plasmid for introducing a protease expression cassette into the amyE locus in the B. subtilis genome by homologous recombination was constructed as follows.
A vector fragment was amplified by PCR using the pMW119 plasmid as a template and a forward primer (SEQ ID NO: 12) and a reverse primer (SEQ ID NO: 13). Next, an insert fragment was amplified by PCR using the B. subtisli 168 strain genome as a template and a forward primer (SEQ ID NO: 14) and a reverse primer (SEQ ID NO: 15) to obtain the ORF sequence of the amyE gene. The vector fragment and the insert fragment were ligated by an In-Fusion reaction, and transformed into E. coli to obtain a pMW-amy plasmid.
A vector fragment was amplified by PCR using the pMW-amy plasmid as a template and a forward primer (SEQ ID NO: 16) and a reverse primer (SEQ ID NO: 17). Next, an insert fragment containing the ORF sequence of the spectinomycin resistance gene was amplified by PCR using the kao119 strain genome (Patent No. 6088282) as a template and a forward primer (SEQ ID NO: 18) and a reverse primer (SEQ ID NO: 19). The vector fragment and the insert fragment were ligated by an In-Fusion reaction, and transformed into E. coli to obtain the pMW-amy-sp plasmid.
pMW-amy-spプラスミドを鋳型としてフォワードプライマー(配列番号16)とリバースプライマー(配列番号20)を用いたPCRによりベクター断片を増幅した。次に、PSP64-TS43(配列番号71)を鋳型としてフォワードプライマー(配列番号21)とリバースプライマー(配列番号22)を用いたPCRによりインサート断片を増幅した。このインサート断片には、Bacillus sp.KSM-64のエンドグルカナーゼ遺伝子のプロモーター由来の合成プロモーター(PSP64、配列番号72)、Bacillus sp.KSM-KP43(FERM BP-6532)由来のアルカリプロテアーゼ(KP43プロテアーゼ)をコードする遺伝子のORFを含む発現カセットが含まれていた。該ベクター断片とインサート断片をIn-Fusion反応で結合し、大腸菌に形質転換導入することでpMW-TS43プラスミドを得た。 A vector fragment was amplified by PCR using the pMW-amy-sp plasmid as a template and a forward primer (SEQ ID NO: 16) and a reverse primer (SEQ ID NO: 20). Next, an insert fragment was amplified by PCR using the forward primer (SEQ ID NO: 21) and a reverse primer (SEQ ID NO: 22) using P SP64 -TS43 (SEQ ID NO: 71) as a template. This insert fragment contained an expression cassette containing a synthetic promoter (P SP64 , SEQ ID NO: 72) derived from the promoter of the endoglucanase gene of Bacillus sp. KSM-64 and an ORF of a gene encoding alkaline protease (KP43 protease) derived from Bacillus sp. KSM-KP43 (FERM BP-6532). The vector fragment and the insert fragment were ligated by an In-Fusion reaction, and transformed into E. coli to obtain the pMW-TS43 plasmid.
実施例2 改変5'UTRを含むKP43プロテアーゼ発現カセット導入用プラスミドの構築
実施例1で構築したpMW-TS43プラスミドに含まれるプロモーター(PSP64)の5'UTR(UTRSP64)を改変した。
1)pMW-TS43プラスミドを鋳型として、フォワードプライマー(配列番号23)とリバースプライマー(配列番号24)を用いたPCRによりベクター断片を増幅した。次に、pHY-YR288(特開2022-019601号公報)を鋳型としてフォワードプライマー(配列番号25)とリバースプライマー(配列番号26)を用いたPCRにより、配列番号4の配列を含むインサート断片を増幅した。配列番号4の配列は、KSM-S237由来エンドグルカナーゼ遺伝子のプロモーターに含まれる5'UTRの部分断片(94nt)であった。該ベクター断片とインサート断片をIn-Fusion反応で結合し、大腸菌に形質転換導入することでpMW-UTRS237-a-TS43プラスミドを得た。該pMW-UTRS237-a-TS43プラスミドに含まれるプロモーターをPSP64-UTRS237-aと表記した。
Example 2 Construction of a Plasmid for Introducing a KP43 Protease Expression Cassette Containing a Modified 5'UTR The 5'UTR (UTR SP64 ) of the promoter (P SP64 ) contained in the pMW-TS43 plasmid constructed in Example 1 was modified.
1) Using the pMW-TS43 plasmid as a template, a vector fragment was amplified by PCR using a forward primer (SEQ ID NO: 23) and a reverse primer (SEQ ID NO: 24). Next, an insert fragment containing the sequence of SEQ ID NO: 4 was amplified by PCR using a forward primer (SEQ ID NO: 25) and a reverse primer (SEQ ID NO: 26) using pHY-YR288 (JP Patent Publication 2022-019601) as a template. The sequence of SEQ ID NO: 4 was a partial fragment (94 nt) of the 5'UTR contained in the promoter of the endoglucanase gene derived from KSM-S237. The vector fragment and the insert fragment were combined by an In-Fusion reaction, and transformed into Escherichia coli to obtain the pMW-UTR S237 -a-TS43 plasmid. The promoter contained in the pMW-UTR S237 -a-TS43 plasmid was designated as P SP64 -UTR S237 -a.
2)さらにpMW-TS43を鋳型としてフォワードプライマー(配列番号27)とリバースプライマー(配列番号28)を用いたインバースPCRで断片を構築し、大腸菌に形質転換導入することでpMW-UTRS237-b-TS43プラスミドを得た。さらにpMW-TS43鋳型としてフォワードプライマー(配列番号29)とリバースプライマー(配列番号30)を用いたインバースPCRで断片を構築し、大腸菌に形質転換導入することでpMW-UTRS237-c-TS43プラスミドを得た。 2) Furthermore, a fragment was constructed by inverse PCR using a forward primer (SEQ ID NO: 27) and a reverse primer (SEQ ID NO: 28) with pMW-TS43 as a template, and transformed into E. coli to obtain the pMW-UTR S237 -b-TS43 plasmid. Further, a fragment was constructed by inverse PCR using a forward primer (SEQ ID NO: 29) and a reverse primer (SEQ ID NO: 30) with pMW-TS43 as a template, and transformed into E. coli to obtain the pMW-UTR S237 -c-TS43 plasmid.
pMW-UTRS237-a-TS43、pMW-UTRS237-b-TS43、及びpMW-UTRS237-c-TS43にそれぞれ含まれるプロモーターPSP64-UTRS237-a(配列番号73)、PSP64-UTRS237-b(配列番号74)、及びPSP64-UTRS237-c(配列番号75)は、それぞれ、図1に示す改変5'UTRを有していた。図1のとおり、PSP64-UTRS237-aは、5'UTR領域の3'末端に配列番号4の配列(斜線部)を有しており、PSP64-UTRS237-b及びPSP64-UTRS237-cは、それぞれ5'UTRの3'末端に配列番号3の配列(斜線部)を有していた。 The promoters P SP64 -UTR S237 -a (SEQ ID NO: 73), P SP64 -UTR S237 -b (SEQ ID NO: 74), and P SP64 -UTR S237 -c (SEQ ID NO: 75) contained in pMW-UTR S237 -a-TS43, pMW- UTR S237 -b-TS43, and pMW -UTR S237 -c-TS43, respectively, each had the modified 5'UTR shown in Figure 1. As shown in Figure 1, P SP64 -UTR S237 -a has the sequence of SEQ ID NO: 4 (shaded area) at the 3' end of the 5'UTR region, and P SP64 -UTR S237 -b and P SP64 -UTR S237 -c each have the sequence of SEQ ID NO: 3 (shaded area) at the 3' end of the 5'UTR region.
実施例3 改変5'UTRを含むspoVG発現カセット導入用プラスミドの構築
実施例1で構築したpMW-TS43プラスミドのプロモーターをB.subtisli 168株のspoVG遺伝子のプロモーター(PspoVG、配列番号76)に置換した。pMW-TS43プラスミドを鋳型としてフォワードプライマー(配列番号31)とリバースプライマー(配列番号32)を用いたPCRによりベクター断片を増幅した。次にB.subtisli 168株ゲノムを鋳型としてフォワードプライマー(配列番号33)とリバースプライマー(配列番号34)を用いたPCRにより、B.subtisli 168株のspoVG遺伝子のプロモーター(PspoVG)を含むインサート断片を増幅した。該ベクター断片とインサート断片をIn-Fusion反応で結合し、大腸菌に形質転換導入することでpMW-PspoVG-TS43プラスミドを得た。
Example 3 Construction of a plasmid for introducing a spoVG expression cassette containing a modified 5'UTR The promoter of the pMW-TS43 plasmid constructed in Example 1 was replaced with the promoter (P spoVG , SEQ ID NO: 76) of the spoVG gene of B. subtisli 168 strain. A vector fragment was amplified by PCR using the pMW-TS43 plasmid as a template and a forward primer (SEQ ID NO: 31) and a reverse primer (SEQ ID NO: 32). Next, an insert fragment containing the promoter (P spoVG ) of the spoVG gene of B. subtisli 168 strain was amplified by PCR using the B. subtisli 168 strain genome as a template and a forward primer (SEQ ID NO: 33) and a reverse primer (SEQ ID NO: 34). The vector fragment and the insert fragment were ligated by an in-fusion reaction, and transformed into E. coli to obtain the pMW-P spoVG -TS43 plasmid.
前記pMW-PspoVG-TS43プラスミドにおけるPspoVGの5'UTR領域(UTRspoVG)を改変した。pMW-PspoVG-TS43を鋳型としてフォワードプライマー(配列番号35)とリバースプライマー(配列番号36)を用いたインバースPCRで断片を構築し、大腸菌に形質転換導入することでpMW-PspoVG-UTRS237-TS43プラスミドを得た。図2のとおり、このプラスミドの制御領域PspoVG-UTRS237(配列番号77)は、親のプロモーターの5'UTRの全部が配列番号3の配列(斜線部)で置換されていた。 The 5'UTR region (UTR spoVG ) of P spoVG in the pMW-P spoVG -TS43 plasmid was modified. A fragment was constructed by inverse PCR using pMW-P spoVG -TS43 as a template and a forward primer (SEQ ID NO: 35) and a reverse primer (SEQ ID NO: 36), and the fragment was transformed into E. coli to obtain pMW-P spoVG -UTR S237 -TS43 plasmid. As shown in FIG. 2, the control region P spoVG -UTR S237 (SEQ ID NO: 77) of this plasmid had the entire 5'UTR of the parent promoter replaced with the sequence of SEQ ID NO: 3 (hatched portion).
実施例4 改変5'UTRを含むアミラーゼ発現カセット導入用プラスミドの構築
YR288アミラーゼ発現カセットを下記の通り構築した。
実施例1で構築したpMW-TS43プラスミドを鋳型としてフォワードプライマー(配列番号23)とリバースプライマー(配列番号37)を用いたPCRによりベクター断片を増幅した。次にpHY-YR288(特開2022-019601号公報)を鋳型としてフォワードプライマー(配列番号38)とリバースプライマー(配列番号39)を用いたPCRによりYR288アミラーゼ遺伝子のORF配列を含むインサート断片を増幅した。該ベクター断片とインサート断片をIn-Fusion反応で結合し、大腸菌に形質転換導入することでpMW-PSP64-YR288プラスミドを得た。
Example 4 Construction of a Plasmid for Introducing an Amylase Expression Cassette Containing a Modified 5'UTR The YR288 amylase expression cassette was constructed as follows.
A vector fragment was amplified by PCR using the pMW-TS43 plasmid constructed in Example 1 as a template and a forward primer (SEQ ID NO: 23) and a reverse primer (SEQ ID NO: 37). Next, an insert fragment containing the ORF sequence of the YR288 amylase gene was amplified by PCR using pHY-YR288 (JP Patent Publication 2022-019601) as a template and a forward primer (SEQ ID NO: 38) and a reverse primer (SEQ ID NO: 39). The vector fragment and the insert fragment were ligated by an In-Fusion reaction, and transformed into E. coli to obtain the pMW-P SP64 -YR288 plasmid.
実施例2で構築したpMW-UTRS237-a-TS43プラスミドを鋳型としたフォワードプライマー(配列番号23)とリバースプライマー(配列番号40)を用いたPCRによりベクター断片を増幅した。次にpHY-YR288を鋳型としてフォワードプライマー(配列番号41)とリバースプライマー(配列番号39)を用いたPCRによりYR288アミラーゼ遺伝子のORF配列を含むインサート断片を増幅した。該ベクター断片とインサート断片をIn-Fusion反応で結合し、大腸菌に形質転換導入することでpMW-PSP64-UTRS237-a-YR288プラスミドを得た。 A vector fragment was amplified by PCR using the forward primer (SEQ ID NO: 23) and reverse primer (SEQ ID NO: 40) with the pMW-UTR S237 -a-TS43 plasmid constructed in Example 2 as a template. Next, an insert fragment containing the ORF sequence of the YR288 amylase gene was amplified by PCR using the forward primer (SEQ ID NO: 41) and reverse primer (SEQ ID NO: 39) with pHY-YR288 as a template. The vector fragment and the insert fragment were ligated by an In-Fusion reaction, and transformed into E. coli to obtain the pMW-P SP64 -UTR S237 -a-YR288 plasmid.
実施例3で構築したpMW-PspoVG-TS43を鋳型としてフォワードプライマー(配列番号23)とリバースプライマー(配列番号42)を用いたPCRによりベクター断片を増幅した。次にpHY-YR288を鋳型としてフォワードプライマー(配列番号43)とリバースプライマー(配列番号39)を用いたPCRによりYR288アミラーゼ遺伝子のORF配列を含むインサート断片を増幅した。該ベクター断片とインサート断片をIn-Fusion反応で結合し、大腸菌に形質転換導入することでpMW-PspoVG-YR288プラスミドを得た。 A vector fragment was amplified by PCR using the forward primer (SEQ ID NO: 23) and reverse primer (SEQ ID NO: 42) and pMW-P spoVG -TS43 constructed in Example 3 as a template. Next, an insert fragment containing the ORF sequence of the YR288 amylase gene was amplified by PCR using the forward primer (SEQ ID NO: 43) and reverse primer (SEQ ID NO: 39) and pHY-YR288 as a template. The vector fragment and the insert fragment were ligated by an In-Fusion reaction, and transformed into E. coli to obtain the pMW-P spoVG -YR288 plasmid.
実施例3で構築したpMW-PspoVG-UTRS237-TS43を鋳型としてフォワードプライマー(配列番号23)とリバースプライマー(配列番号44)を用いたPCRによりベクター断片を増幅した。次にpHY-YR288を鋳型としてフォワードプライマー(配列番号41)とリバースプライマー(配列番号39)を用いたPCRによりYR288アミラーゼ遺伝子のORF配列を含むインサート断片を増幅した。該ベクター断片とインサート断片をIn-Fusion反応で結合し、大腸菌に形質転換導入することでpMW-PspoVG-UTRS237-YR288プラスミドを得た。 A vector fragment was amplified by PCR using the forward primer (SEQ ID NO: 23) and reverse primer (SEQ ID NO: 44) and pMW-P spoVG -UTR S237 -TS43 constructed in Example 3 as a template. Next, an insert fragment containing the ORF sequence of the YR288 amylase gene was amplified by PCR using the forward primer (SEQ ID NO: 41) and reverse primer (SEQ ID NO: 39) and pHY-YR288 as a template. The vector fragment and the insert fragment were ligated by an In-Fusion reaction, and transformed into E. coli to obtain the pMW-P spoVG -UTR S237 -YR288 plasmid.
pMW-PspoVG-UTRS237-YR288プラスミドを鋳型としてフォワードプライマー(配列番号45)とリバースプライマー(配列番号46)を用いたインバースPCRで断片を構築し、大腸菌に形質転換導入することでpMW-PspoVG-UTRS237-mut1-YR288プラスミドを得た。また、pMW-PspoVG-UTRS237-YR288を鋳型としてフォワードプライマー(配列番号47)とリバースプライマー(配列番号48)を用いたインバースPCRで断片を構築し、大腸菌に形質転換導入することでpMW-PspoVG-UTRS237-mut2-YR288プラスミドを得た。これらのプラスミドの制御領域PspoVG-UTRS237-mut1(配列番号78)とPspoVG-UTRS237-mut2(配列番号79)は、それぞれ5'UTRの3'末端に配列番号5及び配列番号6の配列を有していた。 A fragment was constructed by inverse PCR using the pMW-P spoVG -UTR S237 -YR288 plasmid as a template and a forward primer (SEQ ID NO: 45) and a reverse primer (SEQ ID NO: 46), and transformed into E. coli to obtain the pMW-P spoVG -UTR S237 -mut1-YR288 plasmid. A fragment was constructed by inverse PCR using the pMW-P spoVG -UTR S237 -YR288 plasmid as a template and a forward primer (SEQ ID NO: 47) and a reverse primer (SEQ ID NO: 48), and transformed into E. coli to obtain the pMW-P spoVG -UTR S237 -mut2-YR288 plasmid. The control regions of these plasmids, P spoVG -UTR S237 -mut1 (SEQ ID NO:78) and P spoVG -UTR S237 -mut2 (SEQ ID NO:79), had the sequences of SEQ ID NO:5 and SEQ ID NO:6, respectively, at the 3' end of the 5'UTR.
実施例5 改変5'UTRを含むCry5B発現カセット導入用プラスミドの構築
Cry5B発現カセットを構築した。実施例1で構築したpMW-TS43プラスミドを鋳型としてフォワードプライマー(配列番号23)とリバースプライマー(配列番号37)を用いたPCRによりベクター断片を増幅した。次にpHY-Pscry5B(特許第7218090号)を鋳型としてフォワードプライマー(配列番号49)とリバースプライマー(配列番号50)を用いたPCRによりCry5B遺伝子のORF配列を含むインサート断片を増幅した。該ベクター断片とインサート断片をIn-Fusion反応で結合し、大腸菌に形質転換導入することでpMW-PSP64-cry5Bプラスミドを得た。
Example 5 Construction of a plasmid for introducing a Cry5B expression cassette containing a modified 5'UTR A Cry5B expression cassette was constructed. A vector fragment was amplified by PCR using a forward primer (SEQ ID NO: 23) and a reverse primer (SEQ ID NO: 37) with the pMW-TS43 plasmid constructed in Example 1 as a template. Next, an insert fragment containing the ORF sequence of the Cry5B gene was amplified by PCR using a forward primer (SEQ ID NO: 49) and a reverse primer (SEQ ID NO: 50) with pHY-Pscry5B (Patent No. 7218090) as a template. The vector fragment and the insert fragment were combined by an In-Fusion reaction, and transformed into E. coli to obtain a pMW-P SP64 -cry5B plasmid.
実施例2で構築したpMW-UTRS237-a-TS43プラスミドを鋳型としたフォワードプライマー(配列番号23)とリバースプライマー(配列番号40)を用いたPCRによりベクター断片を増幅した。次にpHY-Pscry5Bを鋳型としてフォワードプライマー(配列番号51)とリバースプライマー(配列番号50)を用いたPCRによりCry5B遺伝子のORF配列を含むインサート断片を増幅した。該ベクター断片とインサート断片をIn-Fusion反応で結合し、大腸菌に形質転換導入することでpMW-PSP64-UTRS237-a-cry5Bプラスミドを得た。 A vector fragment was amplified by PCR using a forward primer (SEQ ID NO: 23) and a reverse primer (SEQ ID NO: 40) with the pMW-UTR S237 -a-TS43 plasmid constructed in Example 2 as a template. Next, an insert fragment containing the ORF sequence of the Cry5B gene was amplified by PCR using a forward primer (SEQ ID NO: 51) and a reverse primer (SEQ ID NO: 50) with pHY-Pscry5B as a template. The vector fragment and the insert fragment were ligated by an In-Fusion reaction, and transformed into E. coli to obtain the pMW-P SP64 -UTR S237 -a-cry5B plasmid.
実施例6 改変5'UTRを含むリパーゼ発現カセット導入用プラスミドの構築
リパーゼ発現カセットを構築した。実施例1で構築したpMW-TS43プラスミドを鋳型としてフォワードプライマー(配列番号23)とリバースプライマー(配列番号37)を用いたPCRによりベクター断片を増幅した。次にpHY-CnLip(配列番号52)を鋳型としてフォワードプライマー(配列番号53)とリバースプライマー(配列番号54)を用いたPCRによりリパーゼ遺伝子のORF配列を含むインサート断片を増幅した。該ベクター断片とインサート断片をIn-Fusion反応で結合し、大腸菌に形質転換導入することでpMW-PSP64-Lipプラスミドを得た。
Example 6 Construction of a Plasmid for Introducing a Lipase Expression Cassette Containing a Modified 5'UTR A lipase expression cassette was constructed. A vector fragment was amplified by PCR using the pMW-TS43 plasmid constructed in Example 1 as a template and a forward primer (SEQ ID NO: 23) and a reverse primer (SEQ ID NO: 37). Next, an insert fragment containing the ORF sequence of the lipase gene was amplified by PCR using the forward primer (SEQ ID NO: 53) and a reverse primer (SEQ ID NO: 54) and pHY-CnLip (SEQ ID NO: 52) as a template. The vector fragment and the insert fragment were ligated by an In-Fusion reaction, and transformed into E. coli to obtain the pMW-P SP64 -Lip plasmid.
実施例2で構築したpMW-UTRS237-a-TS43プラスミドを鋳型としたフォワードプライマー(配列番号23)とリバースプライマー(配列番号40)を用いたPCRによりベクター断片を増幅した。次にpHY-CnLipを鋳型としてフォワードプライマー(配列番号55)とリバースプライマー(配列番号54)を用いたPCRによりリパーゼ遺伝子のORF配列を含むインサート断片を増幅した。該ベクター断片とインサート断片をIn-Fusion反応で結合し、大腸菌に形質転換導入することでpMW-PSP64-UTRS237-a-Lipプラスミドを得た。 A vector fragment was amplified by PCR using the pMW-UTR S237 -a-TS43 plasmid constructed in Example 2 as a template and a forward primer (SEQ ID NO: 23) and a reverse primer (SEQ ID NO: 40). Next, an insert fragment containing the ORF sequence of the lipase gene was amplified by PCR using the forward primer (SEQ ID NO: 55) and a reverse primer (SEQ ID NO: 54) and pHY-CnLip as a template. The vector fragment and the insert fragment were ligated by an In-Fusion reaction, and transformed into E. coli to obtain the pMW-P SP64 -UTR S237 -a-Lip plasmid.
実施例7 改変5'UTRを含むKP43プロテアーゼ制御領域へのRBS追加
改変5'UTRを含むKP43プロテアーゼ制御領域にリボソーム結合領域(RBS)(CTTGAAAGGAGGGATGCCTAA;配列番号11)を追加する検討を実施した。実施例5で構築したpMW-PSP64-UTRS237-a-cry5Bプラスミドを鋳型としてフォワードプライマー(配列番号56)とリバースプライマー(配列番号57)を用いたインバースPCRで断片を構築し、大腸菌に形質転換導入することでpMW-PSP64-UTRS237-a-RBS-cry5Bを得た。図3のとおり、このプラスミドの制御領域PSP64-UTRS237-a-RBS(配列番号80)は、転写開始点の下流に追加されたRBS(黒色バー)を有し、5'UTRの3'末端に配列番号4の配列(斜線部)を有していた。
Example 7 Addition of an RBS to a KP43 protease control region containing a modified 5'UTR An investigation was carried out into adding a ribosome binding site (RBS) (CTTGAAAGGAGGGATGCCTAA; SEQ ID NO: 11) to a KP43 protease control region containing a modified 5'UTR. A fragment was constructed by inverse PCR using the pMW-P SP64 -UTR S237 -a-cry5B plasmid constructed in Example 5 as a template and a forward primer (SEQ ID NO: 56) and a reverse primer (SEQ ID NO: 57), and transformed into E. coli to obtain pMW-P SP64 -UTR S237 -a-RBS-cry5B. As shown in Figure 3, the control region P SP64 -UTR S237 -a-RBS (sequence number 80) of this plasmid had an RBS (black bar) added downstream of the transcription start site and had the sequence of SEQ ID NO: 4 (hatched area) at the 3' end of the 5'UTR.
実施例8 改変5'UTRを含む組換えバチルス属菌の作製
1)prsA過剰発現株の構築
B.subtilis 168株のsigF遺伝子欠失株(ΔsigF株:特許第4336082号)にprsA遺伝子の過剰発現カセット(配列番号58)を導入し、prsA過剰発現株を作製した。
prsA過剰発現カセット導入用DNA断片は下記の方法で構築した。まず、下記のPCR断片1~3を構築した:
PCR断片1:フォワードプライマー;配列番号59、リバースプライマー;配列番号60、鋳型DNA;prsA-Ka株ゲノムDNA(特許第4839144号);
PCR断片2:フォワードプライマー;配列番号61、リバースプライマー;配列番号62)、鋳型DNA:MazF cassette(Genet. Syst., 84(4):315-318,2009);
PCR断片3:フォワードプライマー;配列番号63、リバースプライマー;配列番号64)、鋳型DNA:168株ゲノムDNA。
該PCR断片1~3をSOE-PCR(フォワードプライマー;配列番号65、リバースプライマー;配列番号66)で連結させ、prsA過剰発現カセット導入用DNA断片を構築した。
構築したprsA過剰発現カセット導入用DNA断片をΔsigF株に導入し、該ΔsigF株のnprE遺伝子座にprsA過剰発現カセットを導入した。遺伝子導入は、森本らが開発したマーカーフリー欠失法(Genet. Syst., 84(4):315-318,2009)に従って相同組換えにより行った(図4)。得られたprsA過剰発現ΔsigF株(ΔsigF-prsA株)を親株として、以下の目的遺伝子発現カセットを導入した組換えバチルス属菌の作製に用いた。
Example 8 Preparation of recombinant Bacillus containing modified 5'UTR 1) Construction of prsA overexpression strain A prsA overexpression strain was prepared by introducing a prsA gene overexpression cassette (SEQ ID NO: 58) into a sigF gene deleted strain of B. subtilis 168 (ΔsigF strain: Japanese Patent No. 4336082).
A DNA fragment for introducing the prsA overexpression cassette was constructed in the following manner. First, the following PCR fragments 1 to 3 were constructed:
PCR fragment 1: forward primer; SEQ ID NO:59, reverse primer; SEQ ID NO:60, template DNA; prsA-Ka strain genomic DNA (Patent No. 4839144);
PCR fragment 2: forward primer; SEQ ID NO: 61, reverse primer; SEQ ID NO: 62), template DNA: MazF cassette (Genet. Syst., 84(4):315-318,2009);
PCR fragment 3: forward primer; sequence number 63, reverse primer; sequence number 64), template DNA: 168 strain genomic DNA.
The PCR fragments 1 to 3 were ligated by SOE-PCR (forward primer: SEQ ID NO: 65, reverse primer: SEQ ID NO: 66) to construct a DNA fragment for introducing a prsA overexpression cassette.
The constructed DNA fragment for introducing the prsA overexpression cassette was introduced into the ΔsigF strain, and the prsA overexpression cassette was introduced into the nprE locus of the ΔsigF strain. Gene introduction was performed by homologous recombination according to the marker-free deletion method developed by Morimoto et al. (Genet. Syst., 84(4):315-318, 2009) (FIG. 4). The obtained prsA overexpression ΔsigF strain (ΔsigF-prsA strain) was used as a parent strain to prepare recombinant Bacillus bacteria into which the following target gene expression cassettes were introduced.
2)目的遺伝子発現カセットの親株ゲノムへの導入
プロテアーゼ及びアミラーゼ発現株は下記の方法で構築した。実施例1~4、7で構築した目的遺伝子発現カセット導入用プラスミドを鋳型としてフォワードプライマー(配列番号67)とリバースプライマー(配列番号68)を用いたPCRによりゲノム導入用PCR断片を得た。このPCR断片をコンピテントセル法(特許第6088282号を参照)により前記1)で作製したΔsigF―prsA株に導入し、ゲノム上のamyE遺伝子座位に相同組換えで形質転換導入した。
2) Introduction of target gene expression cassette into parent strain genome Protease and amylase expression strains were constructed by the following method. A PCR fragment for genome introduction was obtained by PCR using a forward primer (SEQ ID NO: 67) and a reverse primer (SEQ ID NO: 68) with the target gene expression cassette introduction plasmid constructed in Examples 1 to 4 and 7 as a template. This PCR fragment was introduced into the ΔsigF-prsA strain prepared in 1) above by the competent cell method (see Japanese Patent No. 6088282), and transformed by homologous recombination into the amyE gene locus on the genome.
Cry5B及びリパーゼ発現株は下記の方法で構築した。実施例5~6で構築した目的遺伝子発現カセット導入用プラスミドを鋳型としてフォワードプライマー(配列番号67)とリバースプライマー(配列番号68)を用いたPCRによりゲノム導入用PCR断片を得た。このPCR断片をコンピテントセル法(特許第6088282号を参照)によりΔsigF株(特許第4336082号)に導入し、ゲノム上のamyE遺伝子座位に相同組み換えで導入し、発現カセットが導入された組換えバチルス属菌を作製した。 The Cry5B and lipase expression strains were constructed by the following method. A PCR fragment for genome introduction was obtained by PCR using a forward primer (sequence number 67) and a reverse primer (sequence number 68) with the plasmid for introducing the target gene expression cassette constructed in Examples 5 and 6 as a template. This PCR fragment was introduced into the ΔsigF strain (Patent No. 4336082) by the competent cell method (see Patent No. 6088282) and introduced by homologous recombination into the amyE gene locus on the genome to produce a recombinant Bacillus bacterium with the expression cassette introduced.
実施例9 組換えバチルス属菌培養による目的タンパク質生産
実施例8で得られた目的遺伝子発現カセットを導入した組換えバチルス属菌を、10mL容丸底スピッツ管内の2mLのLB培地で一夜30℃、180rpmで振盪培養した。得られた培養液500μLを分取し、20mLの2×L-マルトース培地(2%ペプトン、1%酵母エキス、1%NaCl、7.5%マルトース、7.5ppmマンガン4-5水和物、消泡剤;%はv/w%)に接種した。これを32℃(Cry5B発現株及びリパーゼ発現株は30℃)、210rpmで72時間培養した。
Example 9 Production of a target protein by culturing recombinant Bacillus bacteria The recombinant Bacillus bacteria into which the target gene expression cassette obtained in Example 8 had been introduced was cultured overnight at 30°C and 180 rpm in 2 mL of LB medium in a 10 mL round-bottom Spitz tube with shaking. 500 μL of the resulting culture solution was sampled and inoculated into 20 mL of 2×L-maltose medium (2% peptone, 1% yeast extract, 1% NaCl, 7.5% maltose, 7.5 ppm manganese 4-5 hydrate, antifoaming agent; % is v/w%). This was cultured at 32°C (30°C for the Cry5B expression strain and lipase expression strain) and 210 rpm for 72 hours.
実施例10 目的タンパク質の生産量測定
1)方法
実施例8で作製した組換えバチルス属菌による目的タンパク質の生産量を測定した。
プロテアーゼの生産量はプロテアーゼ活性値として求めた。実施例9の培養終了後、菌体を除いた培養上清のプロテアーゼ活性を下記の手順で測定した。1/15Mリン酸緩衝液(pH7.4)0.9mL、40mMのGlt-Ala-Ala-Pro-Leu-p-ニトロアニリド/ジメチルスルホキシド溶液0.05mLを試験管に採り、30℃で5分間保温した。これに培養上清0.05mLを加えて30℃で10分間反応を行った後、5%(w/v)クエン酸水溶液2.0mLを加えて反応を停止し、分光光度計を用いて420nmにおける吸光度を測定し、プロテアーゼ活性値とした。改変5'UTRを含む発現カセットを導入した組換えバチルス属菌のプロテアーゼ活性値を、非改変5'UTRを含む発現カセットを導入した組換えバチルス属菌の活性を1とした相対値(a.u.)で示した。
Example 10 Measurement of the amount of target protein produced 1) Method The amount of target protein produced by the recombinant Bacillus bacteria prepared in Example 8 was measured.
The amount of protease produced was determined as a protease activity value. After the completion of the culture in Example 9, the protease activity of the culture supernatant from which the cells had been removed was measured by the following procedure. 0.9 mL of 1/15 M phosphate buffer (pH 7.4) and 0.05 mL of 40 mM Glt-Ala-Ala-Pro-Leu-p-nitroanilide/dimethyl sulfoxide solution were placed in a test tube and incubated at 30°C for 5 minutes. 0.05 mL of the culture supernatant was added thereto and reacted at 30°C for 10 minutes, after which 2.0 mL of 5% (w/v) citric acid aqueous solution was added to stop the reaction, and the absorbance at 420 nm was measured using a spectrophotometer to obtain the protease activity value. The protease activity value of the recombinant Bacillus bacteria into which an expression cassette containing a modified 5'UTR had been introduced was expressed as a relative value (au) with the activity of the recombinant Bacillus bacteria into which an expression cassette containing an unmodified 5'UTR had been introduced taken as 1.
アミラーゼの生産量はアミラーゼ活性値として求めた。アミラーゼ活性測定は下記の方法で実施した。実施例9の培養終了後、菌体を除いた培養上清のアミラーゼ活性を下記の手順で測定した。5mLの1/15Mリン酸緩衝液(pH7.4)に対してファデバスアミラーゼテスト1錠を懸濁した水溶液を試験管に0.9mL添加し、30℃で15分間保温した。これに2mM塩化カルシウム水溶液で適宜希釈した酵素液(培養上清)0.05mLを加えて30℃で正確に10分間反応を行った後、5%(w/v)クエン酸水溶液2mLを加えて反応を停止した。酵素反応液を3000rpm、5分間遠心分離した上清を、分光光度計を用いて750nmにおける吸光度を測定し、アミラーゼ活性値とした。改変5'UTRを含む発現カセットを導入した組換えバチルス属菌のアミラーゼ活性値を、非改変5'UTRを含む発現カセットを導入した組換えバチルス属菌の活性を1とした相対値(a.u.)で示した。 The amount of amylase produced was determined as the amylase activity value. Amylase activity measurement was performed as follows. After the end of the culture in Example 9, the amylase activity of the culture supernatant from which the cells had been removed was measured as follows. 0.9 mL of an aqueous solution in which one tablet of Fadebas Amylase Test was suspended in 5 mL of 1/15 M phosphate buffer (pH 7.4) was added to a test tube and incubated at 30°C for 15 minutes. 0.05 mL of an enzyme solution (culture supernatant) appropriately diluted with a 2 mM calcium chloride aqueous solution was added to this, and the reaction was carried out at 30°C for exactly 10 minutes, after which 2 mL of a 5% (w/v) citric acid aqueous solution was added to stop the reaction. The enzyme reaction solution was centrifuged at 3000 rpm for 5 minutes, and the absorbance at 750 nm of the supernatant was measured using a spectrophotometer to determine the amylase activity value. The amylase activity of recombinant Bacillus bacteria into which an expression cassette containing a modified 5'UTR was introduced was expressed as a relative value (a.u.), with the activity of recombinant Bacillus bacteria into which an expression cassette containing an unmodified 5'UTR was introduced being taken as 1.
Cry5Bの生産量はタンパク質濃度として求めた。Cry5Bタンパク質濃度は特許第7218090号に記載の方法で測定した。具体的には、実施例9の培養終了後、菌体を除いた培養上清中のCry5B濃度を下記の手順で測定した。該培養上清、及び標準タンパク質としてのウシ血清アルブミン(BSA)(和光純薬工業株式会社製)のSDS-PAGEを行った。ゲルをBio-SafeTM Coomassie(BIO-RAD)で1時間振盪しながら染色し、イオン交換水にて脱色した。米国国立衛生研究所(NIH)が開発した画像ソフトImageJ(rsb.info.nih.gov/ij/download.html)を用いて、ゲルの画像における各バンドの輝度を解析した。BSAのデータから検量線を作成した。この検量線からCry5Bタンパク質濃度を計算した。改変5'UTRを含む発現カセットを導入した組換えバチルス属菌のCry5Bタンパク質濃度を、非改変5'UTRを含む発現カセットを導入した組換えバチルス属菌のCry5Bタンパク質濃度を1とした相対値(a.u.)で示した。 The amount of Cry5B produced was determined as a protein concentration. The Cry5B protein concentration was measured by the method described in Japanese Patent No. 7218090. Specifically, after the completion of the culture in Example 9, the Cry5B concentration in the culture supernatant from which the bacterial cells had been removed was measured by the following procedure. The culture supernatant and bovine serum albumin (BSA) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a standard protein were subjected to SDS-PAGE. The gel was stained with Bio-Safe TM Coomassie (BIO-RAD) while shaking for 1 hour, and decolorized with ion-exchanged water. The brightness of each band in the gel image was analyzed using the image software ImageJ (rsb.info.nih.gov/ij/download.html) developed by the National Institutes of Health (NIH). A calibration curve was created from the BSA data. The Cry5B protein concentration was calculated from this calibration curve. The Cry5B protein concentration of recombinant Bacillus bacteria into which an expression cassette containing a modified 5'UTR was introduced is shown as a relative value (au) with the Cry5B protein concentration of recombinant Bacillus bacteria into which an expression cassette containing an unmodified 5'UTR was introduced set at 1.
リパーゼの生産量はリパーゼ活性値として求めた。実施例9の培養終了後、菌体を除いた培養上清のリパーゼ活性を下記の方法で測定した。リパーゼの作用によるp-ニトロフェノールの遊離に伴う吸光度の増加速度を測定することでリパーゼの活性を求めた。20mM Tris-HCl(pH7.0)に対しp-ニトロフェニル酪酸(pNPB)(SIGMA)を終濃度2mMで添加し混合したものを基質溶液として用いた。20mM Tris-HCl(pH7.0)で適宜希釈した培養上清4μLと、基質溶液100μLを96穴アッセイプレートの各ウェルで混合し、30℃で405nmの吸光度変化(OD/min)を測定した。ブランク(培養上清添加無しサンプル)との差分ΔOD/minを求めた。改変5'UTRを含む発現カセットを導入した組換えバチルス属菌のリパーゼ活性を、非改変5'UTRを含む発現カセットを導入した組換えバチルス属菌のリパーゼ活性を1とした相対値(a.u.)で示した。 The amount of lipase produced was determined as the lipase activity value. After the completion of the culture in Example 9, the lipase activity of the culture supernatant from which the cells had been removed was measured by the following method. The lipase activity was determined by measuring the rate of increase in absorbance accompanying the release of p-nitrophenol by the action of lipase. A substrate solution was prepared by adding p-nitrophenylbutyric acid (pNPB) (SIGMA) to a final concentration of 2 mM to 20 mM Tris-HCl (pH 7.0) and mixing the mixture. 4 μL of the culture supernatant appropriately diluted with 20 mM Tris-HCl (pH 7.0) and 100 μL of the substrate solution were mixed in each well of a 96-well assay plate, and the change in absorbance (OD/min) at 405 nm at 30°C was measured. The difference ΔOD/min from the blank (sample without culture supernatant added) was determined. The lipase activity of recombinant Bacillus bacteria into which an expression cassette containing a modified 5'UTR was introduced is shown as a relative value (a.u.) with the lipase activity of recombinant Bacillus bacteria into which an expression cassette containing an unmodified 5'UTR was introduced set at 1.
2)結果
図5は、実施例2で構築した改変5'UTRを含む改変PSP64プロモーター(PSP64-UTRS237-a,b及びc)を有するKP43プロテアーゼ発現カセットを導入した組み換えバチルス属菌による、KP43プロテアーゼの生産量向上を示す。改変5'UTRを含むPSP64-UTRS237-a,b及びcは、非改変5'UTRを含む親プロモーター(PSP64-UTRSP64)を用いた場合のKP43プロテアーゼの生産量を100%とするとき、該親プロモーターに比べて、組み換えバチルス属菌におけるプロテアーゼ生産量をそれぞれ45%、38%、42%向上させた。図6は、実施例3で構築した改変5'UTRを含むspoVGプロモーター(PspoVG-UTRS237)を有するKP43プロテアーゼ発現カセットを導入した組み換えバチルス属菌による、KP43プロテアーゼの生産量向上を示す。改変5'UTRを含むPspoVG-UTRS237は、非改変5'UTRを含む親プロモーター(PspoVG-UTRspoVG)に比べて、組み換えバチルス属菌におけるプロテアーゼ生産量を4.0倍に向上させた。
2) Results Figure 5 shows the improvement in the production of KP43 protease by recombinant Bacillus bacteria into which a KP43 protease expression cassette having the modified P SP64 promoter (P SP64 -UTR S237 -a, b, and c) containing the modified 5'UTR constructed in Example 2 has been introduced. When the production of KP43 protease when the parent promoter (P SP64 -UTR SP64 ) containing an unmodified 5'UTR is taken as 100%, P SP64 -UTR S237 -a, b, and c containing the modified 5'UTR improved the protease production in the recombinant Bacillus bacteria by 45%, 38%, and 42%, respectively, compared to the parent promoter, when the production of KP43 protease when the parent promoter (P SP64 -UTR SP64 ) containing an unmodified 5'UTR is used. 6 shows the improvement in the production of KP43 protease by recombinant Bacillus bacteria into which a KP43 protease expression cassette having a spoVG promoter (P spoVG -UTR S237 ) containing a modified 5'UTR constructed in Example 3 has been introduced. P spoVG -UTR S237 containing a modified 5'UTR improved the protease production in the recombinant Bacillus bacteria by 4.0 times compared to the parent promoter (P spoVG -UTR spoVG ) containing an unmodified 5'UTR.
図7は、実施例4で構築した改変5'UTRを含む改変PSP64プロモーター(PSP64-UTRS237-a)を有するアミラーゼ発現カセットを導入した組み換えバチルス属菌による、アミラーゼの生産量向上を示す。改変5'UTRを含むPSP64-UTRS237-aは、非改変5'UTRを含む親プロモーター(PSP64-UTRSP64)に比べて、組み換えバチルス属菌におけるアミラーゼ生産量を2.7倍に向上させた。図8は、実施例4で構築した改変5'UTRを含むspoVGプロモーター(PspoVG-UTRS237、PspoVG-UTRS237-mut1及びPspoVG-UTRS237-mut2)を有するアミラーゼ発現カセットを導入した組み換えバチルス属菌による、アミラーゼの生産量向上を示す。改変5'UTRを含むPspoVG-UTRS237、PspoVG-UTRS237-mut1及びPspoVG-UTRS237-mut2は、非改変5'UTRを含む親プロモーター(PspoVG-UTRspoVG)に比べて、組み換えバチルス属菌におけるアミラーゼ生産量をそれぞれ7.5倍、2.6倍、7.8倍に向上させた。 7 shows the improvement in amylase production by recombinant Bacillus bacteria into which an amylase expression cassette having the modified P SP64 promoter (P SP64 -UTR S237 -a) containing the modified 5'UTR constructed in Example 4 has been introduced. P SP64 -UTR S237 -a containing the modified 5'UTR improved the amylase production in the recombinant Bacillus bacteria by 2.7-fold compared to the parent promoter (P SP64 -UTR SP64 ) containing an unmodified 5'UTR. 8 shows the improvement in amylase production by recombinant Bacillus bacteria introduced with an amylase expression cassette having the spoVG promoter ( PspoVG - UTRs237 , PspoVG - UTRs237 -mut1 and PspoVG - UTRs237 -mut2) containing the modified 5'UTR constructed in Example 4. PspoVG - UTRs237 , PspoVG - UTRs237 -mut1 and PspoVG - UTRs237 -mut2 containing the modified 5'UTR improved the amylase production in the recombinant Bacillus bacteria by 7.5-fold, 2.6-fold and 7.8-fold, respectively, compared to the parent promoter ( PspoVG - UTRspoVG ) containing an unmodified 5'UTR.
図9は、実施例5で構築した改変5'UTRを含む改変PSP64プロモーター(PSP64-UTRS237-a)を有するCry5B発現カセットを導入した組み換えバチルス属菌による、Cry5Bの生産量の向上を示す。改変5'UTRを含むPSP64-UTRS237-aは、非改変5'UTRを含む親プロモーター(PSP64-UTRSP64)に比べて、組み換えバチルス属菌におけるCry5B生産量を3.3倍に向上させた。 9 shows the improvement in the production of Cry5B by recombinant Bacillus bacteria into which a Cry5B expression cassette having a modified P SP64 promoter (P SP64 -UTR S237 -a) containing a modified 5'UTR constructed in Example 5 has been introduced. P SP64 -UTR S237 -a containing a modified 5'UTR improved the production of Cry5B in recombinant Bacillus bacteria by 3.3-fold compared to the parent promoter (P SP64 -UTR SP64 ) containing an unmodified 5'UTR.
図10は、実施例6で構築した改変5'UTRを含む改変PSP64プロモーター(PSP64-UTRS237-a)を有するリパーゼ発現カセットを導入した組み換えバチルス属菌による、リパーゼの生産量の向上を示す。改変5'UTRを含むPSP64-UTRS237-aは、非改変5'UTRを含む親プロモーター(PSP64-UTRSP64)に比べて、組み換えバチルス属菌におけるリパーゼ生産量を34%向上させた。 10 shows the improvement in the production of lipase by recombinant Bacillus bacteria into which a lipase expression cassette having the modified P SP64 promoter (P SP64 -UTR S237 -a) containing the modified 5'UTR constructed in Example 6 has been introduced. P SP64 -UTR S237 -a containing the modified 5'UTR improved the production of lipase in the recombinant Bacillus bacteria by 34% compared to the parent promoter (P SP64 -UTR SP64 ) containing an unmodified 5'UTR.
図11は、実施例7で構築した追加RBSを有する改変5'UTRを含む改変PSP64プロモーター(PSP64-UTRS237-a-RBS)を有するCry5B発現カセットを導入した組み換えバチルス属菌による、Cry5Bの生産量の向上を示す。追加RBSを有する改変プロモーター(PSP64-UTRS237-a-RBS)は、追加RBSのない改変プロモーター(PSP64-UTRS237-a)を用いた場合のCry5Bの生産量を100%とするとき、PSP64-UTRS237-aと比べて、Cry5Bの生産量を56%向上させた。また、PSP64-UTRS237-a-RBSは、非改変5’UTRを含む親プロモーター(PSP64-UTRSP64)に比べて、組み換えバチルス属菌におけるCry5Bの生産量を5.1倍に向上させた。 11 shows the improvement in the production of Cry5B by recombinant Bacillus bacteria into which a Cry5B expression cassette having a modified P SP64 promoter (P SP64 -UTR S237 -a-RBS) including a modified 5'UTR with an additional RBS constructed in Example 7 has been introduced. The modified promoter having an additional RBS (P SP64 -UTR S237 -a-RBS) improved the production of Cry5B by 56% compared to P SP64 -UTR S237 -a, assuming the production of Cry5B when a modified promoter without an additional RBS (P SP64 -UTR S237 -a) is used as 100%. Furthermore, P SP64 -UTR S237 -a-RBS increased the production of Cry5B in the recombinant Bacillus by 5.1-fold compared to the parent promoter (P SP64 -UTR SP64 ) containing the unmodified 5'UTR.
Claims (17)
該改変プロモーターは、異種ポリヌクレオチドを含有する改変5'UTRを含み、
該異種ポリヌクレオチドが、以下のa)~d)のポリヌクレオチドのいずれか:
a)配列番号3のヌクレオチド配列、又は当該配列と少なくとも90%の同一性を有し、かつ配列番号3のヌクレオチド配列の8位~13位に相当する位置にAGGAGGのヌクレオチド配列を含むヌクレオチド配列からなる、ポリヌクレオチド;
b)配列番号4のヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドもしくは配列番号3のヌクレオチド配列を含むその断片、又は、
該ポリヌクレオチドもしくはその断片と少なくとも90%の同一性を有し、かつ配列番号3のヌクレオチド配列の8位~13位に相当する位置にAGGAGGのヌクレオチド配列を含むヌクレオチド配列からなる、ポリヌクレオチド;
c)配列番号5のヌクレオチド配列、又は当該配列と少なくとも90%の同一性を有し、かつ配列番号5のヌクレオチド配列の8位~13位に相当する位置にAGGAGGのヌクレオチド配列を含むヌクレオチド配列からなる、ポリヌクレオチド;
d)配列番号6のヌクレオチド配列、又は当該配列と少なくとも90%の同一性を有し、かつ配列番号6のヌクレオチド配列の8位~13位に相当する位置にAGGAGGのヌクレオチド配列を含むヌクレオチド配列からなる、ポリヌクレオチド、
であり、
該改変プロモーターは、該改変5’UTRを含むように改変される前の親プロモーターと比較して遺伝子の発現量を向上させる、
DNA分子。 A DNA molecule comprising a modified promoter,
The modified promoter comprises a modified 5'UTR containing a heterologous polynucleotide;
The heterologous polynucleotide is any one of the following polynucleotides a) to d):
a) a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3, or a nucleotide sequence having at least 90% identity thereto and comprising the nucleotide sequence AGGAGG at positions corresponding to positions 8 to 13 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3;
b) a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4 or a fragment thereof comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3, or
a polynucleotide having at least 90% identity with said polynucleotide or a fragment thereof and comprising a nucleotide sequence containing the nucleotide sequence AGGAGG at positions corresponding to positions 8 to 13 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO:3;
c) a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO:5, or a nucleotide sequence having at least 90% identity thereto and comprising the nucleotide sequence AGGAGG at positions corresponding to positions 8 to 13 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO:5;
d) a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 6, or a nucleotide sequence having at least 90% identity thereto and comprising the nucleotide sequence AGGAGG at positions corresponding to positions 8 to 13 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 6;
and
The modified promoter improves the expression level of a gene compared to the parent promoter before it was modified to include the modified 5'UTR.
DNA molecule.
該改変プロモーターの親プロモーターを含み、かつ該目的遺伝子をさらに含む発現カセットを含有する細胞における該目的遺伝子の発現量を100%とするとき、
該形質転換体は、該目的遺伝子の発現量を少なくとも10%増加させる、
請求項13記載の形質転換体。 The transformant contains the DNA molecule according to claim 1 , which is an expression cassette containing the modified promoter and further containing a gene of interest, and
When the expression level of the target gene in a cell containing an expression cassette including the parent promoter of the modified promoter and further including the target gene is taken as 100%,
The transformant increases the expression level of the target gene by at least 10%.
The transformant according to claim 13.
該方法は、親プロモーターに含まれる5'UTRを改変することを含み、
該5'UTRの改変は、該5'UTRの一部又は全部を異種ポリヌクレオチドで置換するか、又は該5'UTRに該異種ポリヌクレオチドを付加することを含み、
該異種ポリヌクレオチドが、以下のa)~d)のポリヌクレオチドのいずれか:
a)配列番号3のヌクレオチド配列、又は当該配列と少なくとも90%の同一性を有し、かつ配列番号3のヌクレオチド配列の8位~13位に相当する位置にAGGAGGのヌクレオチド配列を含むヌクレオチド配列からなる、ポリヌクレオチド;
b)配列番号4のヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドもしくは配列番号3のヌクレオチド配列を含むその断片、又は、
該ポリヌクレオチドもしくはその断片と少なくとも90%の同一性を有し、かつ配列番号3のヌクレオチド配列の8位~13位に相当する位置にAGGAGGのヌクレオチド配列を含むヌクレオチド配列からなる、ポリヌクレオチド;
c)配列番号5のヌクレオチド配列、又は当該配列と少なくとも90%の同一性を有し、かつ配列番号5のヌクレオチド配列の8位~13位に相当する位置にAGGAGGのヌクレオチド配列を含むヌクレオチド配列からなる、ポリヌクレオチド;
d)配列番号6のヌクレオチド配列、又は当該配列と少なくとも90%の同一性を有し、かつ配列番号6のヌクレオチド配列の8位~13位に相当する位置にAGGAGGのヌクレオチド配列を含むヌクレオチド配列からなる、ポリヌクレオチド、
であり、
該親プロモーターは、該異種ポリヌクレオチドを含まない5'UTRを含むプロモーターであり、
該改変プロモーターは、該親プロモーターと比較して遺伝子の発現量を向上させる、
方法。 A method for producing a modified promoter, comprising the steps of:
The method comprises modifying a 5'UTR contained in a parent promoter,
Modifying the 5'UTR includes replacing part or all of the 5'UTR with a heterologous polynucleotide or adding the heterologous polynucleotide to the 5'UTR;
The heterologous polynucleotide is any one of the following polynucleotides a) to d):
a) a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3, or a nucleotide sequence having at least 90% identity thereto and comprising the nucleotide sequence AGGAGG at positions corresponding to positions 8 to 13 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3;
b) a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4 or a fragment thereof comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3, or
a polynucleotide having at least 90% identity with said polynucleotide or a fragment thereof and comprising a nucleotide sequence containing the nucleotide sequence AGGAGG at positions corresponding to positions 8 to 13 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO:3;
c) a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO:5, or a nucleotide sequence having at least 90% identity thereto and comprising the nucleotide sequence AGGAGG at positions corresponding to positions 8 to 13 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO:5;
d) a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 6, or a nucleotide sequence having at least 90% identity thereto and comprising the nucleotide sequence AGGAGG at positions corresponding to positions 8 to 13 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 6;
and
the parent promoter is a promoter that comprises a 5'UTR that does not contain the heterologous polynucleotide;
The modified promoter improves the expression level of a gene compared to the parent promoter.
method.
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