DE10005973A1 - New plant nucleic acid encoding polyunsaturated fatty acid elongase, useful for producing transgenic organisms with increased content of long-chain unsaturated fatty acids - Google Patents
New plant nucleic acid encoding polyunsaturated fatty acid elongase, useful for producing transgenic organisms with increased content of long-chain unsaturated fatty acidsInfo
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Abstract
Description
Diese Erfindung betrifft ein neues Elongasegen mit der Sequenz SEQ ID NR: 1 oder seine Homologa, Derivate oder Analoga, ein Genkonstrukt, das dieses Gen oder seine Homologa, Derivate oder Analoga umfaßt, sowie seine Verwendung. Die Erfindung betrifft zudem Vektoren oder Organismen, die ein Elongasegen mit der Sequenz SEQ ID NR: 1 oder seine Homologa, Derivate oder Analoga umfassen.This invention relates to a new elongase gene with the sequence SEQ ID NO: 1 or its homologs, derivatives or analogs Gene construct that this gene or its homologues, derivatives or Analogs includes, as well as its use. The invention relates also vectors or organisms that have an elongase gene with the Sequence SEQ ID NO: 1 or its homologues, derivatives or analogs include.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung mehr fach ungesättigter Fettsäuren und ein Verfahren zum Einbringen von DNA in Organismen, die große Mengen an Ölen und insbesondere Ölen mit hohem Gehalt an ungesättigten Fettsäuren produzieren. Außerdem betrifft die Erfindung ein Öl und/oder eine Fettsäure zusammensetzung mit höherem Gehalt an mehrfach ungesättigten Fettsäuren mit mindestens zwei Doppelbindungen und/oder eine Triacylglycerin-Zusammensetzung mit höherem Gehalt an mehrfach ungesättigten Fettsäuren mit mindestens zwei Doppelbindungen.The invention further relates to a method of manufacturing more polyunsaturated fatty acids and a method of incorporation of DNA in organisms that contain large amounts of oils and in particular Produce oils with a high content of unsaturated fatty acids. The invention also relates to an oil and / or a fatty acid composition with a higher content of polyunsaturated Fatty acids with at least two double bonds and / or one Triacylglycerol composition with a higher content of multiple unsaturated fatty acids with at least two double bonds.
Bestimmte Produkte und Nebenprodukte natürlich vorkommender StoffwechselProzeße in Zellen sind für ein breites Spektrum an Industrien, einschließlich der Futtermittel-, Nahrungsmittel-, Kosmetik- und pharmazeutischen Industrie, nützlich. Zu diesen ge meinsam als "Feinchemikalien" bezeichneten Molekülen gehören auch Lipide und Fettsäuren, unter denen eine beispielhafte Klasse die mehrfach ungesättigten Fettsäuren sind. Mehrfach ungesättigte Fettsäuren (polyunsaturated fatty acids, PUFAs) werden beispiels weise zu Formulierungen für Kinder gegeben, um einen höheren Nährwert dieser Formulierungen zu erzeugen. PUFAs haben zum Beispiel einen positiven Einfluß auf den Cholesterinspiegel im Blut von Menschen und eignen sich daher zum Schutz gegen Herz krankheiten. Feinchemikalien und mehrfach ungesättigte Fettsäuren (polyunsaturated fatty acids, PUFAs) lassen sich aus tierischen Quellen, wie beispielsweise Fisch, isolieren oder mit Mikro organismen durch Züchtung von Mikroorganismen, die so entwickelt worden sind, daß sie große Mengen eines oder mehrerer gewünschter Moleküle produzieren und akkumulieren oder sezernieren, im großen Maßstab herstellen. Certain products and by-products of naturally occurring metabolic processes in cells are useful for a wide range of industries, including the feed, food, cosmetic, and pharmaceutical industries. These molecules, collectively referred to as "fine chemicals", also include lipids and fatty acids, among which an exemplary class is the polyunsaturated fatty acids. Polyunsaturated fatty acids (p oly u nsaturated f atty a cids, PUFAs) are example dropwise to infant formulas, in order to generate a higher nutritional value of these formulations. For example, PUFAs have a positive influence on the cholesterol level in the blood of humans and are therefore suitable for protection against heart diseases. Fine chemicals and polyunsaturated fatty acids (p oly u nsaturated f atty a cids PUFAs) can be isolated from animal sources such as fish, isolate or with micro-organisms by culturing microorganisms which have been developed so as large amounts of a plurality of one or Produce and accumulate or secrete desired molecules, produce on a large scale.
Besonders geeignete Mikroorganismen zur Herstellung von PUFAs sind Mikroorganismen, wie die Algen Phaeodactylum tricornutum oder Crypthecodinium-Arten, Ciliaten, wie Stylonichia oder Colpidium, Pilze, wie Mortierella, Entomophthora, Mucor. Durch Stammselektion ist eine Anzahl von Mutantenstämmen der ent sprechenden Mikroorganismen entwickelt worden, die eine Reihe wünschenswerter Verbindungen, einschließlich PUFAs, produzieren. Die Selektion von Stämmen mit verbesserter Produktion eines bestimmten Moleküls ist jedoch ein zeitraubendes und schwieriges Verfahren.Particularly suitable microorganisms for the production of PUFAs are microorganisms like the algae Phaeodactylum tricornutum or Crypthecodinium species, ciliates, such as Stylonichia or Colpidium, mushrooms such as Mortierella, Entomophthora, Mucor. By Strain selection is a number of mutant strains of the ent speaking microorganisms that have been developed a number of desirable compounds, including PUFAs. The selection of strains with improved production of a However, certain molecule is a time consuming and difficult one Method.
Alternativ kann die Produktion von Feinchemikalien geeigneter weise über die Produktion von Pflanzen, die so entwickelt sind, daß sie die vorstehend genannten PUFAs herstellen, im großen Maßstab durchgeführt werden. Besonders gut für diesen Zweck geeignete Pflanzen sind Ölfruchtpflanzen, die große Mengen an Lipidverbindungen enthalten, wie Raps, Canola, Lein, Soja, Sonnenblumen, Borretsch und Nachtkerze. Aber auch andere Nutzpflanzen, die Öle oder Lipide und Fettsäuren enthalten, sind gut geeignet, wie in der eingehenden Beschreibung dieser Erfindung erwähnt. Mittels herkömmlicher Züchtung ist eine Reihe von Mutantenpflanzen entwickelt worden, die ein Spektrum an wünschenswerten Lipiden und Fettsäuren, Cofaktoren und Enzymen produzieren. Die Selektion neuer Pflanzensorten mit verbesserter Produktion eines bestimmten Moleküls ist jedoch ein zeitauf wändiges und schwieriges Verfahren oder sogar unmöglich, wenn die Verbindung in der entsprechenden Pflanze nicht natürlich vorkommt, wie im Fall von mehrfach ungesättigten C20-Fettsäuren und solchen mit längeren Kohlenstoffketten.Alternatively, the production of fine chemicals may suitably be carried out on a large scale through the production of plants designed to produce the above-mentioned PUFAs. Plants which are particularly suitable for this purpose are oil-fruit plants which contain large amounts of lipid compounds, such as rapeseed, canola, flax, soybeans, sunflowers, borage and evening primrose. However, other crop plants containing oils or lipids and fatty acids are also well suited, as mentioned in the detailed description of this invention. Using conventional breeding, a number of mutant plants have been developed that produce a spectrum of desirable lipids and fatty acids, cofactors and enzymes. However, the selection of new plant varieties with improved production of a particular molecule is a time-consuming and difficult process or even impossible if the compound does not occur naturally in the corresponding plant, as in the case of polyunsaturated C 20 fatty acids and those with longer carbon chains.
Diese Erfindung stellt eine neues Nukleinsäuremolekül bereit, das zur Modifikation von Ölen, Fettsäuren, Lipiden, von Lipiden stammenden Verbindungen und am stärksten bevorzugt zur Her stellung mehrfach ungesättigter Fettsäuren verwendet werden kann.This invention provides a new nucleic acid molecule that for the modification of oils, fatty acids, lipids, of lipids originating compounds and most preferred to Her position of polyunsaturated fatty acids can be used.
Mikroorganismen, wie Phaeodactylum, Colpidium, Mortierella, Ent omophthora, Mucor, Crypthecodinium sowie andere Algen und Pilze und Pflanzen, insbesondere Ölfruchtpflanzen, werden gemeinhin in der Industrie zur Produktion einer Vielzahl von Feinchemikalien im großen Maßstab verwendet.Microorganisms such as Phaeodactylum, Colpidium, Mortierella, Ent omophthora, Mucor, Crypthecodinium and other algae and fungi and plants, especially oil crops, are commonly found in the industry to produce a variety of fine chemicals used on a large scale.
Unter der Voraussetzung der Verfügbarkeit von Klonierungsvektoren und Techniken zur genetischen Manipulation der obengenannten Mikroorganismen und Ciliaten, wie offenbart in WO 98/01572, oder Algen und verwandten Organismen, wie Phaeodactylum tricornutum, beschrieben in Falciatore et al., 1999, Marine Biotechnology 1 (3): 239-251, sowie Dunahay et al., 1995, Genetic transformation of diatoms, J. Phycol. 31: 10004-1012 und den Zitaten darin, können die erfindungsgemäßen Nukleinsäuremoleküle zur gen technologischen Veränderung dieser Organismen verwendet werden, so daß sie bessere oder effizientere Produzenten einer oder mehrerer Feinchemikalien werden. Diese verbesserte Produktion oder Effizienz der Produktion einer Feinchemikalie kann durch eine direkte Wirkung der Manipulation eines erfindungsgemäßen Gens oder durch eine indirekte Wirkung dieser Manipulation hervorgerufen werden.Assuming the availability of cloning vectors and techniques for genetic manipulation of the above Microorganisms and ciliates as disclosed in WO 98/01572, or Algae and related organisms such as Phaeodactylum tricornutum, described in Falciatore et al., 1999, Marine Biotechnology 1 (3): 239-251, and Dunahay et al., 1995, Genetic transformation of diatoms, J. Phycol. 31: 10004-1012 and the quotes in it can the nucleic acid molecules according to the invention gen technological change these organisms are used so that they are better or more efficient producers of one or several fine chemicals. This improved production or efficiency of the production of a fine chemical can by a direct effect of the manipulation of an inventive Gene or by an indirect effect of this manipulation are caused.
Moose und Algen sind die einzigen bekannten Pflanzensysteme, die erhebliche Mengen an mehrfach ungesättigten Fettsäuren, wie Arachidonsäure (ARA) und/oder Eicosapentaensäure (EPA) und/oder Docosahexaensäure (DHA) herstellen. Daher eignen sich Nuklein säuremoleküle, die aus einem Moos, wie Physcomitrella patens, stammen, besonders zur Modifikation des Lipid- und PUFA- Produktionssystems in einem Wirt, insbesondere in Mikro organismen, wie den vorstehend erwähnten Mikroorganismen, und Pflanzen, wie Ölfruchtpflanzen, beispielsweise Raps, Canola, Lein, Soja, Sonnenblumen, Borretsch. Ferner können Nuklein säuren aus dem Moos Physcomitrella patens zur Identifikation solcher DNA-Sequenzen und Enzyme in anderen Arten, die sich zur Modifikation der Biosynthese von Vorläufermolekülen von PUFAs in den entsprechenden Organismen eignen, verwendet werden.Mosses and algae are the only known plant systems the significant amounts of polyunsaturated fatty acids, such as Arachidonic acid (ARA) and / or eicosapentaenoic acid (EPA) and / or Prepare docosahexaenoic acid (DHA). Therefore, nucleuses are suitable acid molecules from a moss, like Physcomitrella patens, come, especially for the modification of the lipid and PUFA Production system in a host, especially in micro organisms such as the microorganisms mentioned above, and Plants, such as oil crops, for example rape, canola, Flax, soy, sunflower, borage. Furthermore, Nuklein acids from the moss Physcomitrella patens for identification such DNA sequences and enzymes in other species, which are used for Modification of the biosynthesis of precursor molecules of PUFAs in appropriate organisms are used.
Das Moos Physcomitrella patens ist ein Mitglied der Moose. Es ist mit anderen Moosen verwandt, wie Ceratodon purpureus, das in Abwesenheit von Licht wachsen kann. Moose, wie Ceratodon und Physcomitrella, sind auf DNA-Sequenz- und Polypeptid-Ebene sehr homolog zueinander, was die Verwendung von heterologem Screening von DNA-Molekülen mit von anderen Moosen oder Organismen stammen den Sonden ermöglicht, so daß eine Konsensussequenz abgeleitet werden kann, die sich zum heterologen Screening oder zur funktio nellen Kommentierung und Vorhersage von Genfunktionen in dritten Arten eignet. Die Fähigkeit, diese Funktionen zu identifizieren, z. B. die Vorhersage der Substratspezifität von Enzymen, kann daher von signifikanter Bedeutung sein. Ferner können diese Nukleinsäuremoleküle als Bezugssequenzen zur Kartierung anderer Moose oder zur Ableitung von PCR-Primern dienen.The moss Physcomitrella patens is a member of the moss. It is related to other mosses, such as Ceratodon purpureus, which in Absence of light can grow. Mosses such as Ceratodon and Physcomitrella, are very high at the DNA sequence and polypeptide levels homologous to each other, which is the use of heterologous screening from DNA molecules with from other mosses or organisms allows the probes to derive a consensus sequence that can be used for heterologous screening or for functio nelle commenting and prediction of gene functions in third Species. The ability to identify these functions e.g. B. can predict the substrate specificity of enzymes therefore be of significant importance. Furthermore, these Nucleic acid molecules as reference sequences for mapping others Mosses or to derive PCR primers.
Diese neuen Nukleinsäuremoleküle können Proteine kodieren, die hier als PUFA-spezifische Elongasen (PSEs oder im Singular PSE bezeichnet werden). Diese PSEs können beispielsweise eine Funktion ausüben, die am Stoffwechsel (z. B. an der Biosynthese oder am Abbau) von Verbindungen, die zur Lipid- oder Fettsäuresynthese notwendig sind, wie PUFAs, beteiligt sind oder am Trans membrantransport einer oder mehrerer Lipid-/Fettsäureverbindungen entweder in die oder aus der Zelle teilnehmen.These new nucleic acid molecules can encode proteins here as PUFA-specific elongases (PSEs or in the singular PSE). For example, these PSEs can be one Exercise a function that is related to metabolism (e.g. biosynthesis or degradation) of compounds that are used for lipid or fatty acid synthesis necessary, such as PUFAs, are involved or involved in the trans membrane transport of one or more lipid / fatty acid compounds either participate in or out of the cell.
In dieser neuen Anmeldung wird die Funktion einer der Sequenzen eingehender dargestellt. Wir haben zum ersten Mal ein funktionell aktives Pflanzengen isoliert, das zur Produktion langkettiger mehrfach ungesättigter Fettsäuren, vorzugsweise mit mehr als achtzehn Kohlenstoffatomen im Kohlenstoffgrundgerüst der Fett säure und/oder mindestens zwei Doppelbindungen in der Kohlen stoffkette, geeignet ist. Daher ist hierin von einem PSE-Gen oder -Protein die Rede. Andere Veröffentlichungen und Patente offen baren oder zeigen kein funktionell aktives PSE-Gen, obgleich es verschiedene bekannte Patentanmeldungen gibt, welche die Verlängerung gesättigter Fettsäuren mit kurzer oder mittlerer Kette (WO 98/46776 und US 5,475,099) oder die Verlängerung oder Produktion langkettiger Fettsäuren, die dann aber nicht mehr als eine Doppelbindung haben oder zu langkettigen Fettsäure-Wachs estern führen (siehe: WO 98/54954, WO 96/13582, WO 95/15387) zeigen.In this new application, the function becomes one of the sequences shown in more detail. We have a functional for the first time active plant gene isolated, which is used to produce long-chain polyunsaturated fatty acids, preferably with more than eighteen carbon atoms in the carbon skeleton of fat acid and / or at least two double bonds in the carbon fabric chain, is suitable. Therefore, here is from a PSE gene or -Protein speech. Other publications and patents open did not reveal or show a functionally active PSE gene, although there are various known patent applications which the Extension of saturated fatty acids with short or medium Chain (WO 98/46776 and US 5,475,099) or the extension or Production of long chain fatty acids, but then no more than have a double bond or too long chain fatty acid wax lead esters (see: WO 98/54954, WO 96/13582, WO 95/15387) demonstrate.
WO 99/64616, WO 98/46763, WO 98/46764, WO 98/46765 beschreiben zwar die Herstellung von PUFAs in transgenen Pflanzen und zeigen die Klonierung und funktionelle Expression entsprechender Desaturase-Aktivitäten, insbesondere aus Pilzen, zeigen aber kein unumgängliches PSE-kodierendes Gen und keine funktionelle PSE- Aktivität. Die Herstellung einer Triensäure mit C18-Kohlenstoff kette ist gezeigt und anhand von gamma-Linolensäure beansprucht worden, es wurde jedoch bisher nicht die Herstellung sehr lang kettiger mehrfach ungesättigter Fettsäuren (mit C20- und längerer Kohlenstoffkette sowie von Triensäuren und höher ungesättigten Typen) gelehrt.WO 99/64616, WO 98/46763, WO 98/46764, WO 98/46765 describe the production of PUFAs in transgenic plants and show the cloning and functional expression of corresponding desaturase activities, in particular from fungi, but do not show an inevitable PSE- coding gene and no functional PSE activity. The production of a trienoic acid with a C 18 carbon chain has been shown and has been claimed on the basis of gamma-linolenic acid, but it has not hitherto been the production of very long-chain polyunsaturated fatty acids (with a C 20 and longer carbon chain as well as trienoic acids and higher unsaturated types). taught.
Zur Herstellung langkettiger PUFAs müssen die mehrfach unge sättigten C18-Fettsäuren durch die enzymatische Aktivität einer Elongase um mindestens zwei Kohlenstoffatome verlängert werden. Die erfindungsgemäße Nukleinsäuresequenz kodiert die erste Pflanzenelongase, die C18-Fettsäuren mit mindestens zwei Doppel bindungen in der Fettsäure um mindestens zwei Kohlenstoff atome verlängern kann. Nach einer Elongationsrunde führt diese Enzymaktivität zu C20-Fettsäuren, und nach zwei, drei und vier Elongationsrunden zu C22-, C24- oder C26-Fettsäuren. Mit der erfindungsgemäßen Elongase können auch längere PUFAs syntheti siert werden. Die Aktivität der erfindungsgemäßen Elongase führt vorzugsweise zu C20- und/oder C22-Fettsäuren mit mindestens zwei Doppelbindungen im Fettsäuremolekül, vorzugsweise mit drei oder vier Doppelbindungen, besonders bevorzugt drei Doppelbindungen im Fettsäuremolekül. Nachdem die Verlängerung mit dem erfindungs gemäßen Enzym stattgefunden hat, können weitere Desaturierungs schritte erfolgen. Daher führen die Produkte der Elongase aktivität und der möglichen weiteren Desaturierung zu bevorzugten PUFAs mit einem höheren Desaturierungsgrad, wie Docosadiensäure, Arachidonsäure, ω6-Eicosatriendihomo-γ-linolensäure, Eicosapenten säure, ω3-Eicosatriensäure, ω3-Eicosatetraensäure, Docosapentaen säure oder Docosahexaensäure. Substrate der erfindungsgemäßen Enzymaktivität sind zum Beispiel Taxolsäure; 6,9-Octadecadien säure, Linolsäure, γ-Linolensäure, Pinolensäure, α-Linolensäure oder Stearidonsäure. Bevorzugte Substrate sind Linolsäure, γ-Linolensäure und/oder α-Linolensäure. Die C18-Fettsäuren mit mindestens zwei Doppelbindungen in der Fettsäure können durch die erfindungsgemäße enzymatische Aktivität in Form der freien Fett säure oder in Form der Ester, wie Phospholipide, Glycolipide, Sphingolipide, Phosphoglyceride, Monoacylglycerin, Diacylglycerin oder Triacylglycerin, verlängert werden.To produce long-chain PUFAs, the polyunsaturated C 18 fatty acids must be extended by at least two carbon atoms by the enzymatic activity of an elongase. The nucleic acid sequence according to the invention encodes the first plant elongase, which can extend C 18 fatty acids with at least two double bonds in the fatty acid by at least two carbon atoms. After one round of elongation, this enzyme activity leads to C 20 fatty acids, and after two, three and four rounds of elongation leads to C 22 , C 24 or C 26 fatty acids. Longer PUFAs can also be synthesized with the elongase according to the invention. The activity of the elongase according to the invention preferably leads to C 20 and / or C 22 fatty acids with at least two double bonds in the fatty acid molecule, preferably with three or four double bonds, particularly preferably three double bonds in the fatty acid molecule. After the extension with the enzyme according to the invention has taken place, further desaturation steps can take place. Therefore, the products of the elongase lead activity and the possible further desaturation to preferred PUFAs with a higher degree of desaturation as docosadienoic, arachidonic acid, ω6-Eicosatriendihomo-γ-linolenic acid, Eicosapenten acid, ω3-eicosatrienoic, ω3-eicosatetraenoic, docosapentaen acid or docosahexaenoic acid. Substrates of the enzyme activity according to the invention are, for example, taxolic acid; 6,9-octadecadiene acid, linoleic acid, γ-linolenic acid, pinolenic acid, α-linolenic acid or stearidonic acid. Preferred substrates are linoleic acid, γ-linolenic acid and / or α-linolenic acid. The C 18 fatty acids with at least two double bonds in the fatty acid can be extended by the enzymatic activity according to the invention in the form of the free fatty acid or in the form of the esters, such as phospholipids, glycolipids, sphingolipids, phosphoglycerides, monoacylglycerol, diacylglycerol or triacylglycerol.
Unter der Voraussetzung von Klonierungsvektoren zur Verwendung in Pflanzen und bei der Pflanzentransformation, wie denjenigen, die veröffentlicht sind in und dort zitiert sind: Plant Molecular Biology and Biotechnology (CRC Press, Boca Raton, Florida), Kapitel 6/7, S. 71-119 (1993); F. F. White, Vectors for Gene Transfer in Higher Plants; in: Transgenic Plants, Bd. 1, Engineering and Utilization, Hrsgb.: Kung und R. Wu, Academic Press, 1993, 15-38; B. Jenes et al., Techniques for Gene Trans fer, in: Transgenic Plants, Bd. 1, Engineering and Utilization, Hrsgb.: Kung und R. Wu, Academic Press (1993), 128-143; Potrykus, Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Molec. Biol. 42 (1991), 205-225)), lassen sich die erfindungsgemäßen Nukleinsäuren zur gentechnologischen Veränderung eines breiten Spektrums an Pflanzen verwenden, so daß diese ein besserer oder effizienterer Produzent eines oder mehrerer von Lipiden hergeleiteter Produkte, wie PUFAs, wird. Diese verbesserte Produktion oder Effizienz der Produktion eines von Lipiden hergeleiteten Produktes, wie PUFAs, kann durch direkte Wirkung der Manipulation oder eine indirekte Wirkung dieser Manipulation hervorgerufen werden.Assuming cloning vectors for use in Plants and in plant transformation, such as those that are published in and cited there: Plant Molecular Biology and Biotechnology (CRC Press, Boca Raton, Florida), Chapter 6/7, pp. 71-119 (1993); F. F. White, Vectors for Gene Transfer to higher plants; in: Transgenic Plants, Vol. 1, Engineering and Utilization, ed .: Kung and R. Wu, Academic Press, 1993, 15-38; B. Jenes et al., Techniques for Gene Trans fer, in: Transgenic Plants, Vol. 1, Engineering and Utilization, Ed .: Kung and R. Wu, Academic Press (1993), 128-143; Potrykus, Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Molec. Biol. 42 (1991), 205-225)), the nucleic acids according to the invention for the genetic engineering change of a broad spectrum Use plants to make them a better or more efficient one Producer of one or more products derived from lipids, like PUFAs. This improved production or efficiency of the Production of a product derived from lipids, such as PUFAs, can be by direct manipulation or an indirect effect Effect of this manipulation.
Es gibt eine Reihe von Mechanismen, durch die die Veränderung eines erfindungsgemäßen PSE-Proteins die Ausbeute, Produktion und/oder Effizienz der Produktion einer Feinchemikalie aus einer Ölfruchtpflanze oder einem Mikroorganismus aufgrund eines ver änderten Proteins direkt beeinflußen kann. Die Anzahl oder Aktivität des PSE-Proteins oder -Gens kann erhöht sein, so daß größere Mengen dieser Verbindungen de novo hergestellt werden, weil den Organismen diese Aktivität und Fähigkeit zur Biosynthese vor dem Einbringen des entsprechenden Gens fehlte.There are a number of mechanisms through which change takes place the yield, production of a PSE protein according to the invention and / or efficiency of producing a fine chemical from a Oil crop or a microorganism due to a ver modified protein can directly affect. The number or Activity of the PSE protein or gene can be increased so that larger quantities of these compounds are produced de novo, because the organisms have this activity and ability to biosynthesize before the corresponding gene was introduced.
Das Einbringen eines PSE-Gens in einen Organismus oder eine Zelle kann nicht nur den Biosynthesefluß zum Endprodukt erhöhen, sondern auch die entsprechende Triacylglycerin-Zusammensetzung erhöhen oder de novo schaffen. Ebenso kann die Anzahl oder Aktivität anderer Gene, die am Import von Nährstoffen, die zur Biosynthese einer oder mehrerer Feinchemikalien (z. B. Fettsäuren, polaren und neutralen Lipiden) nötig sind, erhöht sein, so daß die Konzentration dieser Vorläufer, Cofaktoren oder Zwischen verbindungen innerhalb der Zellen oder innerhalb des Speicher kompartiments erhöht ist, wodurch die Fähigkeit der Zellen zur Produktion von PUFAs, wie im folgenden beschrieben, weiter gesteigert wird. Fettsäuren und Lipide sind selbst als Fein chemikalien wünschenswert; durch Optimierung der Aktivität oder Erhöhung der Anzahl einer oder mehrerer PSEs, die an der Bio synthese dieser Verbindungen beteiligt sind, oder durch Zerstören der Aktivität einer oder mehrerer PSEs, die am Abbau dieser Verbindungen beteiligt sind, kann es möglich sein, die Ausbeute, Produktion und/oder Effizienz der Produktion von Fettsäure- und Lipidmolekülen aus Pflanzen oder Mikroorganismen zu steigern.The introduction of a PSE gene into an organism or Cell can not only increase the biosynthesis flow to the final product, but also the corresponding triacylglycerol composition increase or create de novo. Likewise, the number or Activity of other genes involved in the import of nutrients required for Biosynthesis of one or more fine chemicals (e.g. fatty acids, polar and neutral lipids) are necessary, so that the concentration of these precursors, cofactors or intermediates connections within cells or within memory compartment is increased, increasing the ability of the cells to Production of PUFAs as described below is increased. Fatty acids and lipids are themselves fine chemicals desirable; by optimizing the activity or Increase the number of one or more PSEs involved in the bio Synthesis of these compounds are involved, or by destroying them the activity of one or more PSEs involved in the breakdown of these Compounds are involved, it may be possible to increase the yield, Production and / or efficiency of the production of fatty acids and To increase lipid molecules from plants or microorganisms.
Die Mutagenese des erfindungsgemäßen PSE-Gens kann auch zu einem PSE-Protein mit geänderten Aktivitäten führen, welche die Produktion einer oder mehrerer gewünschter Feinchemikalien direkt oder indirekt beeinflußen. Beispielsweise kann die Anzahl oder Aktivität des erfindungsgemäßen PSE-Gens gesteigert werden, so daß die normalen Stoffwechselabfälle oder -nebenprodukte der Zelle (deren Menge möglicherweise aufgrund der Überproduktion der gewünschten Feinchemikalie erhöht ist) effizient exportiert werden, bevor sie andere Moleküle oder Prozeße innerhalb der Zelle (welche die Lebensfähigkeit der Zelle senken würden) zer stören oder die Biosynthesewege der Feinchemikalie stören würden (wodurch die Ausbeute, Produktion oder Effizienz der Produktion der gewünschten Feinchemikalie verringert wird). Ferner können die relativ großen intrazellulären Mengen der gewünschten Fein chemikalie selbst toxisch für die Zelle sein oder Enzym-Rück kopplungsmechanismen, wie die allosterische Regulation, stören, beispielsweise könnte sie durch Steigerung der Aktivität oder Anzahl anderer stromabwärts folgender Enzyme oder Entgiftungs enzyme des PUFA-Wegs die Allokation der PUFA in die Triacyl gylcerin-Fraktion steigern, man könnte die Lebensfähigkeit von Saatzellen erhöhen, was wiederum zu besserer Entwicklung von Zellen in Kultur oder zu Saaten führt, die die gewünschte Fein chemikalie produzieren. Das erfindungsgemäße PSE-Gen kann auch so manipuliert werden, daß die entsprechenden Mengen der verschiedenen Lipid- und Fettsäuremoleküle hergestellt werden. Dies kann eine einschneidende Wirkung auf die Lipidzusammensetzung der Membran der Zelle haben und erzeugt neue Öle zusätzlich zum Auf treten neusynthetisierter PUFAs. Da jeder Lipidtyp unterschied liche physikalische Eigenschaften hat, kann eine Veränderung der Lipidzusammensetzung einer Membran die Membranfluidität erheblich verändern. Änderungen der Membranfluidität können sich auf den Transport von Molekülen über die Membran sowie auf die Unver sehrtheit der Zelle auswirken, die beide eine entscheidende Wirkung auf die Produktion von Feinchemikalien besitzen. In Pflanzen können diese Änderungen überdies auch andere Merk male, wie Toleranz gegenüber ablotischen und biotischen Streß situationen, beeinflußen.The mutagenesis of the PSE gene according to the invention can also be increased a PSE protein with modified activities that cause the Production of one or more desired fine chemicals directly or indirectly affect. For example, the number or Activity of the PSE gene according to the invention can be increased, so that the normal metabolic waste or by-products of Cell (its amount may be due to overproduction the desired fine chemical is increased) efficiently exported before other molecules or processes within the Cell (which would lower the cell's viability) disrupt or disrupt the biosynthetic pathways of the fine chemical (which increases the yield, production or efficiency of production the desired fine chemical is reduced). Can also the relatively large intracellular amounts of the desired fines chemical itself may be toxic to the cell or enzyme return interfere with coupling mechanisms, such as allosteric regulation, for example, by increasing activity or Number of other downstream enzymes or detoxification enzymes of the PUFA pathway the allocation of the PUFA to the triacyl gylcerin fraction increase, one could the viability of Increase seed cells, which in turn leads to better development of Cells in culture or seeds that produce the desired fine produce chemical. The PSE gene according to the invention can also are manipulated so that the appropriate amounts of the different Lipid and fatty acid molecules are produced. This can have a drastic effect on the lipid composition of the The cell membrane has and produces new oils in addition to opening newly synthesized PUFAs. Because every lipid type was different has physical properties, a change in the Lipid composition of a membrane significantly increases membrane fluidity change. Changes in membrane fluidity can affect the Transport of molecules across the membrane and on the Unver affect cell integrity, both of which are crucial Have an effect on the production of fine chemicals. In Plants can also change these changes paint like tolerance to ablotic and biotic stress situations, influence.
Biotische und ablotische Streßtoleranz ist ein allgemeines Merk mal, das man an ein breites Spektrum von Pflanzen, wie Mais, Weizen, Roggen, Hafer, Triticale, Reis, Gerste, Sojabohne, Erd nuß, Baumwolle, Raps und Canola, Maniok, Pfeffer, Sonnenblume und Tagetes, Solanaceen-Pflanzen, wie Kartoffel, Tabak, Aubergine und Tomate, Vicia-Arten, Erbse, Alfalfa, Buschpflanzen (Kaffee, Kakao, Tee), Salix-Arten, Bäume (Ölpalme, Kokosnuß) und aus dauernde Gräser und Futterfeldfrüchte, vererben möchte. Diese Feldfrüchte sind als weitere erfindungsgemäße Ausführungsform auch bevorzugte Zielpflanzen für die Gentechnologie. Besonders bevorzugte erfindungsgemäße Pflanzen sind Ölfruchtpflanzen, wie Sojabohne, Erdnuß, Raps, Canola, Sonnenblume, Safflor, Bäume (Ölpalme, Kokosnuß) oder Feldfrüchte, wie Mais, Weizen, Roggen, Hafer, Triticale, Reis, Gerste, Alfalfa, oder Buschpflanzen (Kaffee, Kakao, Tee).Biotic and ablotic stress tolerance is a common feature times that you can think of a wide range of plants, like corn, Wheat, rye, oats, triticale, rice, barley, soybean, earth nut, cotton, rapeseed and canola, cassava, pepper, sunflower and tagetes, solanaceae plants such as potato, tobacco, eggplant and tomato, Vicia species, pea, alfalfa, bush plants (coffee, Cocoa, tea), salix species, trees (oil palm, coconut) and out permanent grasses and fodder crops, would like to inherit. This Field crops are another embodiment of the invention also preferred target plants for genetic engineering. Especially preferred plants according to the invention are oil fruit plants, such as Soybean, peanut, rapeseed, canola, sunflower, safflower, trees (Oil palm, coconut) or crops such as corn, wheat, rye, Oats, triticale, rice, barley, alfalfa, or bush plants (Coffee, cocoa, tea).
Folglich betrifft ein Aspekt der Erfindung isolierte Nuklein säuremoleküle (z. B. cDNAs), umfassend eine Nukleotidsequenz, die eine PSE oder biologisch aktive Teile davon kodiert, oder Nukleinsäurefragmente, die sich als Primer oder Hybridisierungs sonden zum Nachweis oder zur Amplifikation PSE-kodierender Nukleinsäuren (z. B. DNA oder mRNA) eignen. Bei besonders bevor zugten Ausführungsformen umfaßt das Nukleinsäuremolekül eine der in Sequenz ID NR: 1 dargestellten Nukleotidsequenzen oder die kodierende Region oder ein Komplement einer dieser Nukleotid sequenzen. Bei anderen besonders bevorzugten Ausführungsformen umfaßt das erfindungsgemäße isolierte Nukleinsäuremolekül eine Nukleotidsequenz, die an eine Nukleotidsequenz, wie in der Sequenz SEQ ID NR: 1 dargestellt, oder einen Teil davon hybridi siert oder zu mindestens etwa 50%, vorzugsweise mindestens etwa 60%, stärker bevorzugt mindestens etwa 70%, 80% oder 90% und noch stärker bevorzugt mindestens etwa 95%, 96%, 97%, 98%, 99% oder mehr homolog dazu ist. Bei anderen bevorzugten Ausführungsformen kodiert das isolierte Nukleinsäuremolekül eine der in der Sequenz SEQ ID NR: 2 dargestellten Aminosäuresequenzen. Das bevorzugte erfindungsgemäße PSE-Gen besitzt vorzugsweise auch mindestens eine der hier beschriebenen PSE-Aktivitäten.Thus, one aspect of the invention relates to isolated nucleotides acid molecules (e.g. cDNAs) comprising a nucleotide sequence, encoding a PSE or biologically active parts thereof, or Nucleic acid fragments that can be used as primers or hybridizations probes for detection or amplification of PSE-encoding Nucleic acids (e.g. DNA or mRNA) are suitable. Especially before Preferred embodiments, the nucleic acid molecule comprises one of the in sequence ID NO: 1 nucleotide sequences shown or the coding region or a complement of one of these nucleotides sequences. In other particularly preferred embodiments the isolated nucleic acid molecule according to the invention comprises a Nucleotide sequence attached to a nucleotide sequence as in the Sequence SEQ ID NO: 1 shown, or a part thereof hybridi or at least about 50%, preferably at least about 60%, more preferably at least about 70%, 80% or 90% and even more preferably at least about 95%, 96%, 97%, 98%, 99% or more is homologous to it. In other preferred embodiments the isolated nucleic acid molecule encodes one the amino acid sequences shown in the sequence SEQ ID NO: 2. The preferred PSE gene according to the invention preferably also has at least one of the PSE activities described here.
Bei einer weiteren Ausführungsform kodiert das isolierte Nukleinsäuremolekül ein Protein oder einen Teil davon, wobei das Protein oder der Teil davon eine Aminosäuresequenz enthält, die ausreichend homolog zu einer Aminosäuresequenz der Sequenz SEQ ID NR: 2 ist, daß das Protein oder der Teil davon eine PSE- Aktivität beibehält. Vorzugsweise behält das Protein oder der Teil davon, das/der von dem Nukleinsäuremolekül kodiert wird, die Fähigkeit, am Stoffwechsel von zum Aufbau von Zellmembranen von Pflanzen notwendigen Verbindungen oder am Transport von Molekülen über diese Membranen teilzunehmen. Bei einer Ausführungsform ist das von dem Nukleinsäuremolekül kodierte Protein zu mindestens etwa 50%, vorzugsweise mindestens etwa 60% und stärker bevor zugt mindestens etwa 70%, 80% oder 90% und am stärksten bevor zugt mindestens etwa 95%, 96%, 97%, 98%, 99% oder mehr homo log zu einer Aminosäuresequenz der Sequenz SEQ ID NR: 2. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Protein ein Voll längen-Physcomitrella patens-Protein, das im wesentlichen homolog zu einer gesamten Aminosäuresequenz der SEQ ID NR: 2 (die von dem in SEQ ID NR: 1 gezeigten offenen Leserahmen herrührt) ist.In a further embodiment, the isolated code Nucleic acid molecule is a protein or a part thereof, wherein the protein or part thereof contains an amino acid sequence, which are sufficiently homologous to an amino acid sequence of the sequence SEQ ID NO: 2 is that the protein or part thereof is a PSE Maintains activity. Preferably the protein or the Part of it encoded by the nucleic acid molecule that Ability to build on cell membranes by metabolism Plants necessary connections or at the transport of molecules participate through these membranes. In one embodiment at least the protein encoded by the nucleic acid molecule about 50%, preferably at least about 60% and more before prefers at least about 70%, 80% or 90% and most strongly does at least about 95%, 96%, 97%, 98%, 99% or more homo log to an amino acid sequence of sequence SEQ ID NO: 2 In another preferred embodiment, the protein is a full length Physcomitrella patens protein, which is essentially homologous to an entire amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 (that of the open reading frame shown in SEQ ID NO: 1).
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform rührt das isolierte Nukleinsäuremolekül von Physcomitrella patens her und kodiert ein Protein (z. B. ein PSE-Fusionsprotein), das eine biologisch aktive Domäne enthält, die zu mindestens etwa 50% oder mehr homolog zu einer Aminosäuresequenz der Sequenz SEQ ID NR: 2 ist und die Fähigkeit, am Stoffwechsel von zum Aufbau von Zellmembranen von Pflanzen notwendigen Verbindungen oder am Transport von Molekülen über diese Membranen teilzunehmen, beibehält oder zumindest eine der in der Tabelle 1 aufgeführten Aktivitäten besitzt, und umfaßt auch heterologe Nukleinsäuresequenzen, die ein heterologes Poly peptid oder regulatorische Proteine kodieren. In another preferred embodiment, the isolated one stirs Nucleic acid molecule from Physcomitrella patens and encodes Protein (e.g. a PSE fusion protein) that is a biologically active Domain containing at least about 50% or more homologous to an amino acid sequence of the sequence SEQ ID NO: 2 and the Ability to build on cell membranes by metabolism Plants necessary connections or at the transport of molecules participate through these membranes, maintains or at least one of the activities listed in Table 1, and includes also heterologous nucleic acid sequences that a heterologous poly encode peptide or regulatory proteins.
Fettsäuremuster von fünf transgenen Hefestämmen in Mol.-%. Die Anteile der zugeführten und aufgenommenen γ-Linolen säure sind durch fettgedruckte Zahlen hervorgehoben, die der ver längerten Produkte sind unterstrichen und die der verlängerten γ-Linolensäure durch fettgedruckte Zahlen (letzte Zeile).Fatty acid pattern of five transgenic yeast strains in Mol%. The proportions of the γ-linolen supplied and absorbed acid are highlighted in bold numbers that the ver longer products are underlined and those of the extended ones γ-linolenic acid by numbers in bold (last line).
Bei einer anderen Ausführungsform ist das isolierte Nukleinsäure molekül mindestens 15 Nukleotide lang und hybridisiert unter stringenten Bedingungen an ein Nukleinsäuremolekül, das eine Nukleotidsequenz der SEQ ID NR: 1 umfaßt. Vorzugsweise entspricht das isolierte Nukleinsäuremolekül einem natürlich vorkommenden Nukleinsäuremolekül. Stärker bevorzugt kodiert das isolierte Nukleinsäuremolekül natürlich vorkommende Physcomitrella patens- PSE oder einen biologisch aktiven Teil davon.In another embodiment, this is nucleic acid isolated molecule at least 15 nucleotides long and hybridizes under stringent conditions on a nucleic acid molecule that a Nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. Preferably corresponds the isolated nucleic acid molecule to a naturally occurring one Nucleic acid molecule. The isolated code is more preferred Nucleic acid molecule of naturally occurring Physcomitrella patens PSE or a biologically active part of it.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft Vektoren, z. B. rekombinante Expressionsvektoren, die mindestens ein erfindungs gemäßes Nukleinsäuremolekül enthalten, und Wirtszellen, in die diese Vektoren eingebracht worden sind, insbesondere Mikro organismen, Pflanzenzellen, Pflanzengewebe, -organe oder ganze Pflanzen. Bei einer Ausführungsform kann eine solche Wirtszelle Feinchemikalien-Verbindungen, insbesondere PUFAs, speichern; zur Isolation der gewünschten Verbindung werden die Zellen geerntet. Die Verbindung (Öle, Lipide, Triacylglyceride, Fettsäuren) oder die PSE können dann aus dem Medium oder der Wirtszelle, welche bei Pflanzen Zellen sind, die Feinchemikalien enthalten oder speichern, am stärksten bevorzugt Zellen von Speichergeweben, wie Samenhüllen, Knollen, Epidermis- und Samenzellen, isoliert werden.Another aspect of the invention relates to vectors, e.g. B. recombinant expression vectors containing at least one fiction contain appropriate nucleic acid molecule, and host cells into which these vectors have been introduced, in particular micro organisms, plant cells, plant tissues, organs or whole Plants. In one embodiment, such a host cell Store fine chemical compounds, especially PUFAs; to Isolation of the desired compound, the cells are harvested. The compound (oils, lipids, triacylglycerides, fatty acids) or the PSE can then be extracted from the medium or the host cell in plants there are cells that contain fine chemicals or store, most preferred cells from storage tissues, such as seed shells, tubers, epidermis and sperm cells become.
Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine genetisch veränderte Pflanze, bevorzugt ein Ölfruchtpflanze, wie vorstehend erwähnt, besonders bevorzugt eine Physcomitrella patens-Pflanze, in die ein PSE-Gen eingebracht worden ist oder in der ein PSE-Gen verändert worden ist. Bei einer Ausführungsform ist das Genom von Physcomitrella patens durch Einbringen eines erfindungsgemäßen Nukleinsäuremoleküls, das eine Wildtyp- oder mutierte PSE- Sequenz kodiert, als Transgen verändert worden. Bei einer anderen Ausführungsform ist ein endogenes PSE-Gen im Genom der Physcomitrella patens-Pflanze durch homologe Rekombination mit einem veränderten PSE-Gen verändert, d. h. funktionell zerstört, worden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform gehört der Pflanzenorganismus zur Gattung Physcomitrella, Ceratodon oder Funaria, wobei Physcomitrella besonders bevorzugt ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Physcomitrella-Pflanze auch zur Produktion einer gewünschten Verbindung, wie Lipiden und Fettsäuren, wobei PUFAs besonders bevorzugt sind, verwendet.Yet another aspect of the invention relates to a genetic one altered plant, preferably an oil crop, as above mentions, particularly preferably a Physcomitrella patens plant, into which a PSE gene has been introduced or in which a PSE gene has been changed. In one embodiment, the genome is of Physcomitrella patens by introducing an invention Nucleic acid molecule that is a wild-type or mutant PSE Sequence encoded, changed as a transgene. At a another embodiment is an endogenous PSE gene in the genome of Physcomitrella patens plant by homologous recombination with a changed PSE gene, d. H. functionally destroyed, been. In a preferred embodiment, the Plant organism to the genus Physcomitrella, Ceratodon or Funaria, with Physcomitrella being particularly preferred. At a preferred embodiment is the Physcomitrella plant too to produce a desired compound such as lipids and Fatty acids, with PUFAs being particularly preferred.
Bei noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Moos Physcomitrella patens zur Demonstration der Funktion eines Moos gens unter Verwendung homologer Rekombination auf der Basis der in dieser Erfindung beschriebenen Nukleinsäuren verwendet werden.In yet another preferred embodiment, the moss Physcomitrella patens to demonstrate the function of a moss gens using homologous recombination based on the nucleic acids described in this invention can be used.
Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein isoliertes PSE-Gen oder einen Teil, z. B. einen biologisch aktiven Teil, davon. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die isolierte PSE oder ein Teil davon am Stoffwechsel von zum Aufbau von Zellmembranen in einem Mikroorganismus oder einer Pflanzenzelle notwendigen Verbindungen oder am Transport von Molekülen über dessen/deren Membranen teilnehmen. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die isolierte PSE oder der Teil davon aus reichend homolog zu einer Aminosäuresequenz der SEQ ID NR: 2, daß dieses Protein oder der Teil davon die Fähigkeit, am Stoff wechsel von zum Aufbau von Zellmembranen in Mikroorganismen oder Pflanzenzellen notwendigen Verbindungen oder am Transport von Molekülen über diese Membranen teilzunehmen, beibehält.Yet another aspect of the invention relates to an isolated one PSE gene or part, e.g. B. a biologically active part, from that. In a preferred embodiment, the isolated one PSE or part of it on the metabolism of to build up Cell membranes in a microorganism or a plant cell necessary connections or on the transport of molecules via whose membranes participate. Another preferred Embodiment is the isolated PSE or part thereof sufficient homologous to an amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, that this protein or part of it has the ability to work on the substance change from to building up cell membranes in microorganisms or Plant cells necessary connections or at the transport of Participating molecules across these membranes persists.
Die Erfindung stellt auch eine isolierte Präparation einer PSE bereit. Bei bevorzugten Ausführungsformen umfaßt das PSE-Gen eine Aminosäuresequenz der SEQ ID NR: 2. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein isoliertes Volllängen protein, das im wesentlichen homolog zu einer gesamten Amino säuresequenz der SEQ ID NR: 2 (die von dem in SEQ ID NR: 1 gezeig ten offenen Leserahmen kodiert wird) ist. Bei einer weiteren Aus führungsform ist das Protein zu mindestens etwa 50%, vorzugs weise mindestens etwa 60% und stärker bevorzugt mindestens etwa 70%, 80% oder 90% und am stärksten bevorzugt mindestens etwa 95%, 96%, 97%, 98%, 99% oder mehr homolog zu einer Amino säuresequenz der Sequenz SEQ ID NR: 2. Bei anderen Ausführungs formen umfaßt die isolierte PSE eine Aminosäuresequenz, die zu mindestens etwa 50% homolog zu einer der Aminosäuresequenzen der SEQ ID NR: 2 ist und am Stoffwechsel von zum Aufbau von Fettsäuren in einem Mikroorganismus oder einer Pflanzenzelle notwendigen Verbindungen oder am Transport von Molekülen über diese Membranen teilnehmen kann oder eine oder mehrere der PUFA-verlängernden Aktivitäten hat, wobei die Verlängerung von desaturierten C18-Kohlenstoffketten mit Doppelbindungen an mindestens zwei Stellen gemeint ist.The invention also provides an isolated preparation of a PSE. In preferred embodiments, the PSE gene comprises an amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. In a further preferred embodiment, the invention relates to an isolated full-length protein which is essentially homologous to a total amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 (which is derived from that in SEQ ID NO: 1 shown open reading frame is encoded). In another embodiment, the protein is at least about 50%, preferably at least about 60%, and more preferably at least about 70%, 80% or 90%, and most preferably at least about 95%, 96%, 97%, 98% , 99% or more homologous to an amino acid sequence of the sequence SEQ ID NO: 2. In other embodiments, the isolated PSE comprises an amino acid sequence which is at least about 50% homologous to one of the amino acid sequences of SEQ ID NO: 2 and on the metabolism of compounds necessary for the formation of fatty acids in a microorganism or a plant cell or in the transport of molecules across these membranes or has one or more of the PUFA-prolonging activities, which means the extension of desatured C 18 carbon chains with double bonds at at least two sites is.
Alternativ kann die isolierte PSE eine Aminosäuresequenz umfassen, die von einer Nukleotidsequenz kodiert wird, die an eine Nukleotidsequenz der SEQ ID NR: 1 hybridisiert, z. B. unter stringenten Bedingungen hybridisiert, oder zu mindestens etwa 50%, vorzugsweise mindestens etwa 60%, stärker bevorzugt mindestens etwa 70%, 80% oder 90% und noch stärker bevorzugt mindestens etwa 95%, 96%, 97%, 98%, 99% oder mehr homolog dazu ist. Es ist ebenfalls bevorzugt, daß die bevorzugten PSE- Formen ebenfalls eine der hier beschriebenen PSE-Aktivitäten besitzen.Alternatively, the isolated PSE can be an amino acid sequence which are encoded by a nucleotide sequence attached to hybridizes a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, e.g. More colorful stringent conditions hybridized, or at least approximately 50%, preferably at least about 60%, more preferred at least about 70%, 80% or 90% and even more preferred at least about 95%, 96%, 97%, 98%, 99% or more homologous is to. It is also preferred that the preferred PSE Form one of the PSE activities described here have.
Das PSE-Polypeptid oder ein biologisch aktiver Teil davon kann funktionsfähig mit einem nicht-PSE-Polypeptid verbunden werden, so daß ein Fusionsprotein gebildet wird. Bei bevorzugten Aus führungsformen hat dieses Fusionsprotein eine Aktivität, die sich von derjenigen der PSE allein unterscheidet. Bei anderen bevorzugten Ausführungsform nimmt dieses Fusionsprotein am Stoff wechsel von Verbindungen, die zur Synthese von Lipiden und Fett säuren, Cofaktoren und Enzymen in Mikroorganismen oder Pflanzen notwendig sind, oder am Transport von Molekülen über diese Membranen teil. Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen moduliert das Einbringen dieses Fusionsproteins in eine Wirts zelle die Produktion einer gewünschten Verbindung durch die Zelle. Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthalten diese Fusionsproteine auch Delta-4-, Delta-5- oder Delta-6-Desaturase- Aktivitäten allein oder in Kombination.The PSE polypeptide or a biologically active part thereof can be operably linked to a non-PSE polypeptide so that a fusion protein is formed. With preferred off this fusion protein has an activity that differs from that of the PSE alone. With others preferred embodiment takes this fusion protein on the fabric alternation of compounds used to synthesize lipids and fat acids, cofactors and enzymes in microorganisms or plants are necessary, or for the transport of molecules via them Membranes part. In particularly preferred embodiments modulates the introduction of this fusion protein into a host the production of a desired connection by the cell Cell. In a preferred embodiment, these contain Fusion proteins also delta 4, delta 5 or delta 6 desaturase Activities alone or in combination.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Feinchemikalie. Dieses Verfahren beinhaltet entweder die Züchtung eines geeigneten Mikroorganismus oder die Züchtung von Pflanzenzellen, -geweben, -organen oder ganzen Pflanzen, umfassend die erfindungsgemäße Nukleotidsequenz der SEQ ID NR: 1 oder ihre Homologa, Derivate oder Analoga oder ein Genkonstrukt, das die SEQ ID NR: 1 oder ihre Homologa, Derivate oder Analoga umfaßt, oder einen Vektor, der diese Sequenz oder das Genkonstrukt umfaßt, welches die Expression eines erfindungs gemäßen PSE-Nukleinsäuremoleküls herbeiführt, so daß eine Fein chemikalie produziert wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Verfahren ferner den Schritt Gewinnen einer Zelle, die eine solche erfindungsgemäße Elongase-Nukleinsäuresequenz ent hält, wobei eine Zelle mit einer Elongase-Nukleinsäuresequenz, einem Genkonstrukt oder einem Vektor, welche die Expression einer erfindungsgemäßen PSE-Nukleinsäure herbeiführen, transformiert wird. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfaßt dieses Verfahren ferner den Schritt Gewinnen der Feinchemikalie aus der Kultur. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform gehört die Zelle zur Ordnung der Ciliaten, zu Mikroorganismen, wie Pilzen, oder zum Pflanzenreich, insbesondere zu Ölfrucht pflanzen, besonders bevorzugt sind Mikroorganismen oder Ölfrucht pflanzen.Another aspect of the invention relates to a method for Manufacture of a fine chemical. This procedure includes either the cultivation of a suitable microorganism or the Cultivation of plant cells, tissues, organs or whole Plants comprising the nucleotide sequence of the invention SEQ ID NO: 1 or their homologues, derivatives or analogues or a Gene construct that is SEQ ID NO: 1 or its homologs, derivatives or analogs, or a vector comprising this sequence or the gene construct comprising the expression of a fiction brings about according PSE nucleic acid molecule, so that a fine chemical is produced. In a preferred embodiment the method further includes the step of recovering a cell that such an elongase nucleic acid sequence according to the invention ent holds, a cell with an elongase nucleic acid sequence, a gene construct or a vector which expresses the expression of a bring about PSE nucleic acid according to the invention, transformed becomes. In a further preferred embodiment comprises this method further includes the step of recovering the fine chemical from culture. In a particularly preferred embodiment the cell belongs to the order of the ciliates, to microorganisms, like mushrooms, or to the plant kingdom, especially to oil fruits plants, particularly preferred are microorganisms or oil fruit plants.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft Verfahren zur Modulation der Produktion eines Moleküls durch einen Mikro organismus. Diese Verfahren umfassen das Zusammenbringen der Zelle mit einer Substanz, welche die PSE-Aktivität oder die PSE-Nukleinsäureexpression moduliert, so daß eine zellassoziierte Aktivität relativ zu der gleichen Aktivität in Abwesenheit der Substanz verändert wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird/werden ein oder zwei Stoffwechselweg(e) der Zelle für Lipide und Fettsäuren, Cofaktoren und Enzyme moduliert oder der Trans port von Verbindungen über diese Membranen moduliert, so daß die Ausbeute oder die Rate der Produktion einer gewünschten Fein chemikalie durch diesen Mikroorganismus verbessert ist. Die Substanz, welche die PSE-Aktivität moduliert, kann eine Substanz sein, welche die PSE-Aktivität oder PSE-Nukleinsäureexpression stimuliert oder die als Zwischenprodukt bei der Fettsäurebio synthese verwendet werden kann. Beispiele für Substanzen, welche die PSE-Aktivität oder PSE-Nukleinsäureexpression stimulieren, sind u. a. kleine Moleküle, aktive PSEs sowie PSEs-kodierende Nukleinsäuren, die in die Zelle eingebracht worden sind. Bei spiele für Substanzen, welche die PSE-Aktivität oder -Expression hemmen, sind u. a. kleine Moleküle und Antisense-PSE-Nukleinsäure moleküle.Another aspect of the invention relates to methods for Modulation of the production of a molecule by a micro organism. These procedures involve bringing the Cell with a substance that has PSE activity or PSE nucleic acid expression modulated so that a cell-associated Activity relative to the same activity in the absence of Substance is changed. In a preferred embodiment is one or two pathways of the cell for lipids and modulates fatty acids, cofactors and enzymes or the trans port of compounds modulated over these membranes so that the Yield or the rate of production of a desired fine chemical is improved by this microorganism. The Substance that modulates PSE activity can be a substance be the PSE activity or PSE nucleic acid expression stimulated or as an intermediate in the fatty acid bio synthesis can be used. Examples of substances which stimulate PSE activity or PSE nucleic acid expression, are u. a. small molecules, active PSEs and PSEs encoding Nucleic acids that have been introduced into the cell. At play for substances that have PSE activity or expression inhibit, are u. a. small molecules and antisense PSE nucleic acid molecules.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft Verfahren zur Modulation der Ausbeuten einer gewünschten Verbindung aus einer Zelle, umfassend das Einbringen eines Wildtyp- oder Mutanten-PSE- Gens, das entweder auf einem separaten Plasmid gehalten oder in das Genom der Wirtszelle integriert wird, in eine Zelle. Bei Integration in das Genom kann die Integration zufallsgemäß sein oder durch derartige Rekombination erfolgen, daß das native Gen durch die eingebrachte Kopie ersetzt wird, wodurch die Produktion der gewünschten Verbindung durch die Zelle moduliert wird, oder durch Verwendung eines Gens in trans, so daß das Gen mit einer funktionellen Expressionseinheit, welche mindestens eine die Expression eines Gens erleichternde Sequenz und mindestens eine die Polyadenylierung eines funktionell transkribierten Gens erleichternde Sequenz enthält, funktionell verbunden ist.Another aspect of the invention relates to methods for Modulation of the yields of a desired compound from a Cell comprising introducing a wild type or mutant PSE Gene that is either kept on a separate plasmid or in the genome of the host cell is integrated into a cell. At Integration into the genome can be random or by recombination such that the native gene is replaced by the incorporated copy, reducing production the desired compound is modulated by the cell, or by using a gene in trans so that the gene is associated with a functional expression unit, which at least one the Expression of a gene facilitating sequence and at least one the polyadenylation of a functionally transcribed gene contains relieving sequence, is functionally linked.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Ausbeuten modifiziert. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die gewünschte Chemikalie vermehrt, wobei unerwünschte störende Verbindungen vermindert werden können. Bei einer besonders bevor zugten Ausführungsform ist die gewünschte Feinchemikalie ein Lipid oder eine Fettsäure, ein Cofaktor oder ein Enzym. Bei besonders bevorzugten Ausführungsform ist diese Chemikalie eine mehrfach ungesättigte Fettsäure. Stärker bevorzugt ist sie aus gewählt aus Arachidonsäure (ARA), Eicosapentaensäure (AEP) oder Docosahexaensäure (DHA).In a preferred embodiment, the yields are modified. In another preferred embodiment the desired chemical multiplied, with unwanted disruptive Connections can be reduced. With one especially before preferred embodiment is the desired fine chemical Lipid or a fatty acid, a cofactor or an enzyme. At particularly preferred embodiment, this chemical is a polyunsaturated fatty acid. It is more preferred from selected from arachidonic acid (ARA), eicosapentaenoic acid (AEP) or Docosahexaenoic acid (DHA).
Die vorliegende Erfindung stellt PSE-Nukleinsäuren und -Protein moleküle bereit, die am Stoffwechsel von Lipiden und Fettsäuren, PUFA-Cofaktoren und Enzymen in dem Moos Physcomitrella patens oder am Transport lipophiler Verbindungen über Membranen be teiligt sind. Die erfindungsgemäßen Verbindungen lassen sich zur Modulation der Produktion von Feinchemikalien aus Organismen, beispielsweise Mikroorganismen, wie Ciliaten, Pilzen, Hefen, Bakterien, Algen, und/oder Pflanzen, wie Mais, Weizen, Roggen, Hafer, Triticale, Reis, Gerste, Sojabohne, Erdnuß, Baumwolle, Brassica-Arten, wie Raps, Canola und Rübsen, Pfeffer, Sonnen blume, Borretsch, Nachtkerze und Tagetes, Solanaceen-Pflanzen, wie Kartoffel, Tabak, Aubergine und Tomate, Vicia-Arten, Erbse, Maniok, Alfalfa, Buschpflanzen (Kaffee, Kakao, Tee), Salix-Arten, Bäume (Ölpalme, Kokosnuß) und ausdauernden Gräsern und Futter feldfrüchten, entweder direkt (z. B. wenn die Überexpression oder Optimierung eines Fettsäurebiosynthese-Proteins einen direkten Einfluß auf die Ausbeute, Produktion und/oder Effizienz der Produktion der Fettsäure aus modifizierten Organismen hat) ver wenden oder können eine indirekt Auswirkung haben, die dennoch zu einer Steigerung der Ausbeute, Produktion und/oder Effizienz der Produktion einer gewünschten Verbindung oder einer Abnahme uner wünschter Verbindungen führt (z. B. wenn die Modulation des Stoff wechsels von Lipiden und Fettsäuren, Cofaktoren und Enzymen zu Veränderungen der Ausbeute, Produktion und/oder Effizienz der Produktion oder der Zusammensetzung der gewünschten Verbindungen innerhalb der Zellen führt, was wiederum die Produktion einer oder mehrerer Feinchemikalien beeinflußen kann). Aspekte der Erfindung sind nachstehend weiter erläutert. The present invention provides PSE nucleic acids and proteins molecules ready, involved in lipid and fatty acid metabolism, PUFA cofactors and enzymes in the moss Physcomitrella patens or on the transport of lipophilic compounds across membranes are divided. The compounds of the invention can be used for Modulation of the production of fine chemicals from organisms, for example microorganisms, such as ciliates, fungi, yeasts, Bacteria, algae, and / or plants, such as corn, wheat, rye, Oats, triticale, rice, barley, soybean, peanut, cotton, Brassica species, such as rape, canola and turnip, pepper, sun flower, borage, evening primrose and tagetes, solanaceae plants, such as potato, tobacco, eggplant and tomato, Vicia species, pea, Cassava, alfalfa, bush plants (coffee, cocoa, tea), salix species, Trees (oil palm, coconut) and perennial grasses and forage field crops, either directly (e.g. when overexpression or Optimization of a direct fatty acid biosynthesis protein Influence on the yield, production and / or efficiency of the Production of the fatty acid from modified organisms has) ver turn or can have an indirect impact, but still have an increase in yield, production and / or efficiency of Production of a desired connection or a decrease in desired connections (e.g. if the modulation of the substance alternating between lipids and fatty acids, cofactors and enzymes Changes in yield, production and / or efficiency of the Production or the composition of the desired compounds inside the cells, which in turn leads to the production of a or several fine chemicals). Aspects of Invention are further explained below.
Der Begriff "Feinchemikalie" ist im Fachgebiet bekannt und umfaßt Moleküle, die durch einen Organismus produziert worden sind und Anwendungen in verschiedenen Industrien finden, wie, aber nicht beschränkt auf, die pharmazeutische, Landwirtschafts-, Nahrungs mittel- und Kosmetik-Industrie. Diese Verbindungen umfassen Lipide, Fettsäuren, Cofaktoren und Enzyme usw. (wie z. B. beschrieben in Kuninaka, A. (1996) Nucleotides and related compounds, S. 561-612, in Biotechnology Bd. 6, Rehm et al., Hrsgb., VCH: Weinheim und darin enthaltenen Literaturstellen), Lipide, gesättigte und ungesättigte Fettsäuren (z. B. Arachidon säure), Vitamine und Cofaktoren (wie beschrieben in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Bd. A27, Vitamins, S. 443-613 (1996) VCH: Weinheim und darin enthaltenen Literatur stellen; und Ong, A. S., Niki, E., & Packer, L. (1995) Nutrition, Lipids, Health and Disease Proceedings of the UNESCO/Confedera tion of Scientific and Technological Associations in Malaysia and the Society for Free Radical Research - Asien, abgehalten am 1.-3. Sept. 1994 in Penang, Malysia, AOCS Press (1995)), Enzyme und sämtliche anderen von Gutcho (1983) in Chemicals by Fermentation, Noyes Data Corporation, ISBN: 0818805086, und darin angegebenen Literaturstellen beschriebenen Chemikalien. Der Stoffwechsel und die Verwendungen bestimmter Feinchemikalien sind nachstehend weiter erläutert.The term "fine chemical" is known in the art and includes Molecules that have been produced by an organism and Find applications in different industries like, but not limited to, the pharmaceutical, agricultural, food medium and cosmetic industry. These include connections Lipids, fatty acids, cofactors and enzymes etc. (such as described in Kuninaka, A. (1996) Nucleotides and related compounds, pp. 561-612, in Biotechnology Vol. 6, Rehm et al., Ed., VCH: Weinheim and literature references contained therein), Lipids, saturated and unsaturated fatty acids (e.g. arachidone acid), vitamins and cofactors (as described in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A27, Vitamins, Pp. 443-613 (1996) VCH: Weinheim and the literature contained therein put; and Ong, A.S., Niki, E., & Packer, L. (1995) Nutrition, Lipids, Health and Disease Proceedings of the UNESCO / Confedera tion of Scientific and Technological Associations in Malaysia and the Society for Free Radical Research - Asia on the 1st-3rd Sept. 1994 in Penang, Malysia, AOCS Press (1995)), Enzymes and all others by Gutcho (1983) in Chemicals by Fermentation, Noyes Data Corporation, ISBN: 0818805086, and chemicals described therein. The Metabolism and uses of certain fine chemicals are explained further below.
Die Kombination verschiedener Vorläufermoleküle und Biosynthese enzyme führt zur Herstellung verschiedener Fettsäuremoleküle, was eine entscheidende Auswirkung auf die Zusammensetzung der Membran hat. Es kann angenommen werden, daß PUFAs nicht nur einfach in Triacylglycerin, sondern auch in Membranlipide eingebaut werden.The combination of different precursor molecules and biosynthesis enzyme leads to the production of various fatty acid molecules, what a decisive impact on the composition of the membrane Has. It can be assumed that PUFAs are not just simple in Triacylglycerol, but also be incorporated into membrane lipids.
Die Synthese von Membranen ist ein gut charakterisierter Prozeß, an dem eine Anzahl von Komponenten, einschließlich Lipiden als Teil der Bilayer-Membran, beteiligt sind. Die Produktion neuer Fettsäuren, wie PUFAs, kann daher neue Eigenschaften von Membran funktionen innerhalb einer Zelle oder eines Organismus erzeugen.The synthesis of membranes is a well characterized process on which a number of components, including lipids as Part of the bilayer membrane, are involved. The production of new ones Fatty acids, such as PUFAs, can therefore have new membrane properties create functions within a cell or organism.
Zellmembranen dienen einer Vielzahl von Funktionen in einer Zelle. Zuerst und in erster Linie grenzt eine Membran den Inhalt einer Zelle von der Umgebung ab, wodurch sie der Zelle Integrität verleiht. Membranen können auch als Schranken gegenüber dem Einstrom gefährlicher oder unerwünschter Verbindungen und auch gegenüber dem Ausstrom gewünschter Verbindungen dienen. Cell membranes serve a variety of functions in one Cell. First and foremost, a membrane limits the content a cell from the environment, thereby giving cell integrity gives. Membranes can also act as barriers to this Influx of dangerous or unwanted connections and also serve against the outflow of desired connections.
Detailliertere Beschreibungen und Beteiligungen von Membranen und die beteiligten Mechanismen siehe in: Bamberg, E., et al. (1993) Charge transport of ion pumps on lipid bilayer membranes, Q. Rev. Biophys. 26: 1-25; Gennis, R. B. (1989) Pores, Channels and Transporters, in: Biomembranes, Molecular Structure and Function, Springer: Heidelberg, S. 270-322; und Nikaido, H., und Saier, H. (1992) Transport proteins in bacteria: common themes in their design, Science 258: 936-942, und den in jeder dieser Literaturstellen enthaltenen Zitaten.More detailed descriptions and participations of membranes and the mechanisms involved see in: Bamberg, E., et al. (1993) Charge transport of ion pumps on lipid bilayer membranes, Q. Rev. Biophys. 26: 1-25; Gennis, R.B. (1989) Pores, Channels and Transporters, in: Biomembranes, Molecular Structure and Function, Springer: Heidelberg, pp. 270-322; and Nikaido, H., and Saier, H. (1992) Transport proteins in bacteria: common themes in their design, Science 258: 936-942, and that in everyone of these citations.
Die Lipidsynthese läßt sich in zwei Abschnitte unterteilen: die Synthese von Fettsäuren und ihre Bindung an sn-Glycerin-3- Phosphat sowie die Addition oder Modifikation einer polaren Kopfgruppe. Übliche Lipide, die in Membranen verwendet werden, umfassen Phospholipide, Glycolipide, Sphingolipide und Phospho glyceride. Die Fettsäuresynthese beginnt mit der Umwandlung von Acetyl-CoA entweder in Malonyl-CoA durch die Acetyl-CoA-Carboxy lase oder in Acetyl-ACP durch die Acetyltransacylase. Nach einer Kondensationsreaktion bilden diese beiden Produktmoleküle zusammen Acetoacetyl-ACP, das über eine Reihe von Kondensations-, Reduktions- und Dehydratisierungsreaktionen umgewandelt wird, so daß ein gesättigtes Fettsäuremolekül mit der gewünschten Ketten länge erhalten wird. Die Produktion der ungesättigten Fettsäuren aus diesen Molekülen wird durch spezifische Desaturasen kataly siert, und zwar entweder aerob mittels molekularem Sauerstoff oder anaerob (bezüglich der Fettsäuresynthese in Mikroorganismen siehe F. C. Neidhardt et al. (1996) E. coli und Salmonella. ASM Press: Washington, D. C., S. 612-636 und darin enthaltene Literaturstellen; Lengeler et al. (Hrsgb.) (1999) Biology of Procaryotes. Thieme: Stuttgart, New York, und die enthaltene Literaturstellen, sowie Magnuson, K., et al. (1993) Micro biological Reviews 57: 522-542 und die enthaltene Literatur stellen).Lipid synthesis can be divided into two sections: the synthesis of fatty acids and their binding to sn-glycerin-3- Phosphate and the addition or modification of a polar Head group. Common lipids used in membranes include phospholipids, glycolipids, sphingolipids and phospho glycerides. Fatty acid synthesis begins with the conversion of Acetyl-CoA in either malonyl-CoA through the acetyl-CoA-carboxy lase or in acetyl-ACP by acetyl transacylase. To These two product molecules form a condensation reaction together acetoacetyl-ACP, which has a series of condensation, Reduction and dehydration reactions is converted, so that a saturated fatty acid molecule with the desired chains length is obtained. Production of unsaturated fatty acids these molecules are catalyzed by specific desaturases based, either aerobically using molecular oxygen or anaerobic (with regard to the synthesis of fatty acids in microorganisms see F.C. Neidhardt et al. (1996) E. coli and Salmonella. ASM Press: Washington, D.C., pp. 612-636 and contained therein References; Lengeler et al. (Ed.) (1999) Biology of Procaryotes. Thieme: Stuttgart, New York, and the one included References, as well as Magnuson, K., et al. (1993) Micro biological reviews 57: 522-542 and the literature included put).
Vorläufer für die PUFA-Biosynthese sind beispielsweise Linol- und Linolensäure. Diese C18-Kohlenstoff-Fettsäuren müssen auf C20, und C22 verlängert werden, damit Fettsäuren vom Eicosa- und Docosa- Kettentyp erhalten werden. Mit Hilfe verschiedener Desaturasen, wie Enzymen, welche Delta-6-Desaturase-, Delta-5- und Delta-4- Desaturaseaktivität aufweisen, können Arachidonsäure, Eicosa pentensäure und Docosahexaensäure sowie verschiedene andere langkettige PUFAs erhalten, extrahiert und für verschiedene Zwecke bei Nahrungsmittel-, Futter-, Kosmetik- oder pharma zeutischen Anwendungen verwendet werden. Precursors for PUFA biosynthesis are, for example, linoleic and linolenic acid. These C 18 carbon fatty acids must be extended to C 20 and C 22 in order to obtain fatty acids of the Eicosa and Docosa chain type. With the help of various desaturases, such as enzymes, which have delta-6-desaturase, delta-5 and delta-4 desaturase activity, arachidonic acid, eicosa pentenoic acid and docosahexaenoic acid and various other long-chain PUFAs can be obtained, extracted and used for various purposes in food , Feed, cosmetic or pharmaceutical applications are used.
Zur Herstellung langkettiger PUFAs müssen, wie oben erwähnt, die mehrfach ungesättigten C18-Fettsäuren um mindestens zwei Kohlen stoffatome durch die Enzymaktivität einer Elongase verlängert werden. Die erfindungsgemäße Nukleinsäuresequenz kodiert eine erste Pflanzen-Elongase, die C18-Fettsäuren mit mindestens zwei Doppelbindungen in der Fettsäure um mindestens zwei Kohlenstoff atome verlängern kann. Nach einer Elongationsrunde führt diese Enzymaktivität zu C20-Fettsäuren, und nach zwei, drei und vier Elongationsrunden zu C22-, C24- oder C26-Fettsäuren. Mit der er findungsgemäßen Elongase können auch längere PUFAs synthetisiert werden. Die Aktivität der erfindungsgemäßen Elongase führt vor zugsweise zu C20- und/oder C22-Fettsäuren mit mindestens zwei Doppelbindungen im Fettsäuremolekül, vorzugsweise mit drei oder vier Doppelbindungen, besonders bevorzugt drei Doppelbindungen im Fettsäuremolekül. Nach der Elongation mit dem erfindungs gemäßen Enzym können weitere Desaturierungsschritte erfolgen. Daher führen die Produkte der Elongaseaktivität und der möglichen weiteren Desaturierung zu bevorzugten PUFAs mit höherem Desaturierungsgrad, wie Docosadiensäure, Arachidon säure, ω6-Eicosatriendihomo-γ-linolensäure, Eicosapentensäure, ω3-Eicosatriensäure, ω3-Eicosatetraensäure, Docosapentaensäure oder Docosahexaensäure. Substrate dieser erfindungsgemäßen Enzym aktivität sind zum Beispiel Taxolsäure, 6,9-Octadecadiensäure, Linolsäure, γ-Linolensäure, Pinolensäure, α-Linolensäure oder Stearidonsäure. Bevorzugte Substrate sind Linolsäure, γ-Linolen säure und/oder α-Linolensäure. Die C18-Fettsäuren mit mindestens zwei Doppelbindungen in der Fettsäure können durch die er findungsgemäße Enzymaktivität in Form der freien Fettsäure oder in Form der Ester, wie Phospholipide, Glykolipide, Sphingolipide, Phosphoglyceride, Monoacylglycerin, Diacylglycerin oder Triacyl glycerin, verlängert werden.To produce long-chain PUFAs, as mentioned above, the polyunsaturated C 18 fatty acids must be extended by at least two carbon atoms through the enzyme activity of an elongase. The nucleic acid sequence according to the invention encodes a first plant elongase which can extend C 18 fatty acids with at least two double bonds in the fatty acid by at least two carbon atoms. After one round of elongation, this enzyme activity leads to C 20 fatty acids, and after two, three and four rounds of elongation leads to C 22 , C 24 or C 26 fatty acids. Longer PUFAs can also be synthesized with the elongase according to the invention. The activity of the elongase according to the invention preferably leads to C 20 and / or C 22 fatty acids with at least two double bonds in the fatty acid molecule, preferably with three or four double bonds, particularly preferably three double bonds in the fatty acid molecule. After elongation with the enzyme according to the invention, further desaturation steps can take place. Therefore, the products of the elongase activity and the possible further desaturation lead to preferred PUFAs with a higher degree of desaturation as docosadienoic, arachidonic acid, ω6-Eicosatriendihomo-γ-linolenic acid, eicosapentaenoic acid, ω3-eicosatrienoic, ω3-eicosatetraenoic, docosapentaenoic acid or docosahexaenoic acid. Substrates of this enzyme activity according to the invention are, for example, taxolic acid, 6,9-octadecadienoic acid, linoleic acid, γ-linolenic acid, pinolenic acid, α-linolenic acid or stearidonic acid. Preferred substrates are linoleic acid, γ-linolenic acid and / or α-linolenic acid. The C 18 fatty acids with at least two double bonds in the fatty acid can be extended by the enzyme activity according to the invention in the form of the free fatty acid or in the form of the esters, such as phospholipids, glycolipids, sphingolipids, phosphoglycerides, monoacylglycerol, diacylglycerol or triacylglycerol.
Ferner müssen Fettsäuren anschließend an verschiedene Modifikationen transportiert und in das Triacylglycerin-Speicher lipid eingebaut werden. Ein weiterer wichtiger Schritt bei der Lipidsynthese ist der Transfer von Fettsäuren auf die polaren Kopfgruppen, beispielsweise durch Glycerin-Fettsäure-Acyltrans ferase (siehe Frentzen, 1998, Lipid, 100 (4-5): 161-166).Furthermore, fatty acids have to be added to various Modifications transported and stored in the triacylglycerol storage can be incorporated lipid. Another important step in the Lipid synthesis is the transfer of fatty acids to the polar Head groups, for example by glycerol fatty acid acyltrans ferase (see Frentzen, 1998, Lipid, 100 (4-5): 161-166).
Veröffentlichungen über die Pflanzen-Fettsäurebiosynthese, Desaturierung, den Lipidstoffwechsel und Membrantransport von fetthaltigen Verbindungen, die Betaoxidation, Fettsäure modifikation und Cofaktoren, Triacylglycerin-Speicherung und -Assemblierung einschließlich der Literaturstellen darin siehe in den folgenden Artikeln: Kinney, 1997, Genetic Engeneering, Hrsgb.: JK Setlow, 19: 149-166; Ohlrogge und Browse, 1995, Plant Cell 7: 957-970; Shanklin und Cahoon, 1998, Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 49: 611-641; Voelker, 1996, Genetic Engeneering, Hrsgb.: JK Setlow, 18: 111-13; Gerhardt, 1992, Prog. Lipid R. 31: 397-417; Gühnemann-Schäfer & Kindl, 1995, Biochim. Biophys Acta 1256: 181-186; Kunau et al., 1995, Prog. Lipid Res. 34: 267-342; Stymne et al., 1993, in: Biochemistry and Molecular Biology of Membrane and Storage Lipids of Plants, Hrsgb.: Murata und Somerville, Rockville, American Society of Plant Physiologists, 150-158, Murphy & Ross 1998, Plant Journal. 13 (1): 1-16.Publications on plant fatty acid biosynthesis, Desaturation, lipid metabolism and membrane transport of fatty compounds, beta oxidation, fatty acid modification and cofactors, triacylglycerol storage and -Assembly including the references therein see in the following articles: Kinney, 1997, Genetic Engeneering, Ed .: JK Setlow, 19: 149-166; Ohlrogge and Browse, 1995, Plant Cell 7: 957-970; Shanklin and Cahoon, 1998, Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 49: 611-641; Voelker, 1996, Genetic Engineering, Ed .: JK Setlow, 18: 111-13; Gerhardt, 1992, Prog. Lipid R. 31: 397-417; Gühnemann-Schäfer & Kindl, 1995, Biochim. Biophys Acta 1256: 181-186; Kunau et al., 1995, Prog. Lipid Res. 34: 267-342; Stymne et al., 1993, in: Biochemistry and Molecular Biology of Membrane and Storage Lipids of Plants, ed .: Murata and Somerville, Rockville, American Society of Plant Physiologists, 150-158, Murphy & Ross 1998, Plant Journal. 13 (1): 1-16.
Vitamine, Cofaktoren und Nutrazeutika, wie PUFAs, umfassen eine Gruppe von Molekülen, die höhere Tiere nicht mehr synthetisieren können und somit aufnehmen müssen oder die höhere Tiere nicht mehr ausreichend selbst herstellen können und somit zusätzlich aufnehmen müssen, obwohl sie leicht von anderen Organismen, wie Bakterien, synthetisiert werden. Die Biosynthese dieser Moleküle in Organismen, die sie produzieren können, wie in Bakterien, ist im großen und ganzen charakterisiert worden (Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, "Vitamins", Bd. A27, S. 443-613, VCH: Weinheim, 1996; Michal, G. (1999) Biochemical Pathways: An Atlas of Biochemistry and Molecular Biology, John Wiley & Sons; Ong, A. S., Niki, E., & Packer, L. (1995) "Nutrition, Lipids, Health and Disease" Proceedings of the UNESCO/Confederation of Scientific and Technological Associations in Malaysia and the Society for Free Radical Research Asia, abgehalten am 1.-3. Sept. 1994 in Penang, Malaysia, AOCS Press, Champaign, IL X, 374 S).Vitamins, cofactors and nutraceuticals such as PUFAs include one A group of molecules that higher animals no longer synthesize can and therefore have to take up or the higher animals not can produce more sufficiently themselves and thus additionally need to absorb, although easily from other organisms, such as Bacteria to be synthesized. The biosynthesis of these molecules in organisms that they can produce, such as bacteria, has been broadly characterized (Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, "Vitamins", Vol. A27, Pp. 443-613, VCH: Weinheim, 1996; Michal, G. (1999) Biochemical Pathways: An Atlas of Biochemistry and Molecular Biology, John Wiley &Sons; Ong, A.S., Niki, E., & Packer, L. (1995) "Nutrition, Lipids, Health and Disease" Proceedings of the UNESCO / Confederation of Scientific and Technological Associations in Malaysia and the Society for Free Radical Research Asia, held on 1-3. Sept. 1994 in Penang, Malaysia, AOCS Press, Champaign, IL X, 374 S).
Die oben erwähnten Moleküle sind entweder selbst biologisch aktive Moleküle oder Vorstufen biologisch aktiver Substanzen, die entweder als Elektronenüberträger oder Zwischenprodukte bei einer Vielzahl von Stoffwechselwegen dienen. Diese Verbindungen haben neben ihrem Nährwert auch einen signifikanten industriellen Wert als Farbstoffe, Antioxidantien und Katalysatoren oder andere Ver arbeitungshilfstoffe. (Einen Überblick über Struktur, Aktivität und industrielle Anwendungen dieser Verbindungen siehe z. B. in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, "Vitamins", Bd. A27, S. 443-613, VCH: Weinheim, 1996). Mehrfach ungesättigte Fettsäuren haben verschiedene Funktionen und gesundheitsfördernde Wirkungen, beispielsweise bei koronarer Herzerkrankung, Ent zündungsmechanismen, Kinderernährung usw. Veröffentlichungen und Literaturstellen, einschließlich darin zitierter Literatur stellen, siehe in: Simopoulos, 1999, Am. J. Clin. Nutr. 70 (3. Suppl.): 560-569, Takahata et al., Biosc. Biotechnol. Biochem. 1998, 62 (11): 2079-2085, Willich und Winther, 1995, Deutsche Medizinische Wochenschrift 120 (7): 229ff. The molecules mentioned above are either biological themselves active molecules or precursors of biologically active substances that either as an electron carrier or as an intermediate in one Serve a variety of metabolic pathways. Have these connections in addition to their nutritional value, also a significant industrial value as dyes, antioxidants and catalysts or other ver work aids. (An overview of structure, activity and for industrial applications of these compounds see e.g. B. in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, "Vitamins", Vol. A27, pp. 443-613, VCH: Weinheim, 1996). Polyunsaturated Fatty acids have various functions and are beneficial to health Effects, for example in coronary heart disease, ent ignition mechanisms, child nutrition, etc. publications and references, including literature cited therein see, in: Simopoulos, 1999, Am. J. Clin. Nutr. 70 (3rd Suppl.): 560-569, Takahata et al., Biosc. Biotechnol. Biochem. 1998, 62 (11): 2079-2085, Willich and Winther, 1995, German Medical weekly 120 (7): 229ff.
Die vorliegende Erfindung beruht zumindest teilweise auf der Ent deckung eines neuen Moleküls, das hier als PSE-Nukleinsäure- und -Proteinmoleküle bezeichnet wird, welche eine Wirkung auf die Produktion von Zellmembranen in Physcomitrella patens und Ceratodon purpureus ausüben und beispielsweise die Bewegung von Molekülen über diese Membranen beeinflußen. Bei einer Aus führungsform nehmen die PSE-Moleküle am Stoffwechsel von zum Aufbau von Zellmembranen in Organismen, wie Mikroorganismen und Pflanzen, notwendigen Verbindungen teil oder beeinflußen indirekt den Transport von Molekülen über diese Membranen. Bei einer be vorzugten Ausführungsform hat die Aktivität der erfindungsgemäßen PSE-Moleküle zur Regulation der Produktion von Membrankomponenten und des Membrantransports eine Auswirkung auf die Produktion der gewünschten Feinchemikalie durch diesen Organismus. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Aktivität der erfindungsgemäßen PSE-Moleküle moduliert, so daß die Ausbeute, Produktion und/oder Effizienz der Produktion der Stoffwechselwege von Mikroorganismen oder Pflanzen, welche die erfindungsgemäßen PSEs regulieren, moduliert sind und die Effizienz des Transport von Verbindungen durch die Membranen verändert ist, was entweder direkt oder indirekt die Ausbeute, Produktion und/oder Effizienz der Produktion einer gewünschten Feinchemikalie durch Mikro organismen und Pflanzen moduliert.The present invention is based, at least in part, on the Ent coverage of a new molecule, here called PSE nucleic acid and -Protein molecules is called, which have an effect on the Production of cell membranes in Physcomitrella patens and Exercise Ceratodon purpureus and, for example, exercise influenced by molecules across these membranes. With an off In the leadership form, the PSE molecules take their metabolism from to Structure of cell membranes in organisms such as microorganisms and Plants, necessary connections partially or indirectly influence the transport of molecules across these membranes. With a be preferred embodiment has the activity of the invention PSE molecules for regulating the production of membrane components and membrane transport have an impact on the production of desired fine chemical by this organism. At a particularly preferred embodiment is the activity of PSE molecules according to the invention modulated so that the yield, Production and / or efficiency of the production of the metabolic pathways of microorganisms or plants which the invention Regulate PSEs, are modulated and the efficiency of transportation of connections through the membranes is what either directly or indirectly the yield, production and / or efficiency the production of a desired fine chemical by micro organisms and plants modulated.
Der Begriff PSE oder PSE-Polypeptid umfaßt Proteine, die am Stoffwechsel von zum Aufbau von Zellmembranen in Organismen, wie Mikroorganismen und Pflanzen, notwendigen Verbindungen oder am Transport von Molekülen über diese Membranen teilnehmen. Beispiele für PSEs sind in der SEQ ID NR: 1 oder ihren Homologa, Derivaten oder Analoga offenbart. Die Begriffe PSE oder PSE- Nukleinsäuresequenz(en) umfassen Nukleinsäuresequenzen, die eine PSE kodieren und bei denen ein Teil eine kodierende Region und ebenfalls entsprechende 5'- und 3'-untranslatierte Sequenz bereiche ist. Beispiele für PSE-Gene sind die in SEQ ID NR: 1 dargestellten. Die Begriffe Produktion oder Produktivität sind im Fachgebiet bekannt und beinhalten die Konzentration des Fermentationsproduktes (zum Beispiel der gewünschten Fein chemikalie), das in einer bestimmten Zeitspanne und einem be stimmten Fermentationsvolumen gebildet wird (z. B. kg Produkt pro Stunde pro Liter). Der Begriff Effizienz der Produktion umfaßt die Zeit, die zur Erzielung einer bestimmten Produktionsmenge nötig ist (z. B. wie lange die Zelle zur Aufrichtung einer bestimmten Durchsatzrate einer Feinchemikalie benötigt). Der Begriff Ausbeute oder Produkt/Kohlenstoff-Ausbeute ist im Fach gebiet bekannt und umfaßt die Effizienz der Umwandlung der Kohlenstoffquelle in das Produkt (d. h. die Feinchemikalie). Dies wird gewöhnlich beispielsweise ausgedrückt als kg Produkt pro kg Kohlenstoffquelle. Durch Erhöhen der Ausbeute oder Produktion der Verbindung wird die Menge der gewonnenen Moleküle oder der geeigneten gewonnenen Moleküle dieser Verbindung in einer be stimmten Kulturmenge über einen festgelegten Zeitraum erhöht. Die Begriffe Biosynthese oder Biosyntheseweg sind im Fachgebiet be kannt und umfassen die Synthese einer Verbindung, vorzugsweise einer organischen Verbindung, durch eine Zelle aus Zwischen verbindungen, beispielsweise in einem Mehrschritt- und stark regulierten Prozeß. Die Begriffe Abbau oder Abbauweg sind im Fachgebiet bekannt und umfassen die Spaltung einer Verbindung, vorzugsweise einer organischen Verbindung, durch eine Zelle in Abbauprodukte (allgemeiner gesagt, kleinere oder weniger komplexe Moleküle) beispielsweise in einem Mehrschritt- und stark regulierten Prozeß. Der Begriff Stoffwechsel ist im Fachgebiet bekannt und umfaßt die Gesamtheit der biochemischen Reaktionen, die in einem Organismus stattfinden. Der Stoffwechsel einer bestimmten Verbindung (z. B. der Stoffwechsel einer Fettsäure) umfaßt dann die Gesamtheit der Biosynthese-, Modifikations- und Abbauwege dieser Verbindung in der Zelle, die diese Verbindung betreffen.The term PSE or PSE polypeptide includes proteins that are on Metabolism of to build cell membranes in organisms, such as microorganisms and plants, necessary compounds or participate in the transport of molecules across these membranes. Examples of PSEs are in SEQ ID NO: 1 or their homologs, Derivatives or analogs disclosed. The terms PSE or PSE Nucleic acid sequence (s) include nucleic acid sequences that are one Encode PSE and in which a part is a coding region and also corresponding 5'- and 3'-untranslated sequence areas is. Examples of PSE genes are those in SEQ ID NO: 1 shown. The terms production or productivity are known in the art and include the concentration of Fermentation product (for example the desired fine chemical), which in a certain period of time and be certain fermentation volume is formed (e.g. kg product per Hour per liter). The term efficiency of production encompasses the time it takes to achieve a certain amount of production is necessary (e.g. how long the cell takes to erect a certain throughput rate of a fine chemical is required). The The term yield or product / carbon yield is in the art known and includes the efficiency of the conversion of the Carbon source in the product (i.e. the fine chemical). This is usually expressed, for example, as kg of product per kg Carbon source. By increasing yield or production the connection is the amount of molecules obtained or the suitable obtained molecules of this compound in a be certain amount of culture increased over a specified period. The Terms biosynthesis or biosynthetic pathway are in the field Knows and include the synthesis of a compound, preferably an organic compound, through a cell from intermediate connections, for example in a multi-step and strong regulated process. The terms degradation or degradation route are in Known in the art and include splitting a connection, preferably an organic compound, through a cell in breakdown products (more generally, smaller or fewer complex molecules) for example in a multi-step and strong regulated process. The term metabolism is in the specialty known and encompasses all biochemical reactions, that take place in an organism. The metabolism of one certain compound (e.g. the metabolism of a fatty acid) then comprises the entirety of the biosynthesis, modification and Degradation pathways of this connection in the cell that this connection affect.
Bei einer anderen Ausführungsform können die erfindungsgemäßen PSE-Moleküle die Produktion eines gewünschten Moleküls, wie einer Feinchemikalie, in einem Mikroorganismus oder in Pflanzen modulieren. Es gibt eine Reihe von Mechanismen, durch die die Veränderung einer erfindungsgemäßen PSR die Ausbeute, Produktion und/oder Effizienz der Produktion einer Feinchemikalie aus einem Mikroorganismus- oder Pflanzenstamm, die dieses veränderte Protein enthalten, direkt beeinflußen kann. Die Anzahl oder Aktivität von PSEs, die am Transport von Feinchemikalienmolekülen innerhalb oder aus der Zelle beteiligt sind, kann erhöht werden, so daß größere Mengen dieser Verbindungen über Membranen trans portiert werden, aus denen sie leichter gewonnen und ineinander umgewandelt werden. Ferner sind Fettsäuren, Triacylglycerine und/oder Lipide selbst wünschenswerte Feinchemikalien; durch Optimierung der Aktivität oder Steigern der Anzahl einer oder mehrerer erfindungsgemäßer PSEs, die an der Biosynthese dieser Verbindungen beteiligt sind, oder durch Stören der Aktivität einer oder mehrerer PSEs, die am Abbau dieser Verbindungen beteiligt sind, kann es möglich sein, die Ausbeute, Produktion und/oder Effizienz der Produktion von Fettsäure- und Lipid molekülen aus Organismen, wie Mikroorganismen oder Pflanzen, zu erhöhen. In another embodiment, the inventive PSE molecules like the production of a desired molecule a fine chemical, in a microorganism or in plants modulate. There are a number of mechanisms through which the Changing a PSR according to the invention, the yield, production and / or efficiency of production of a fine chemical a microorganism or plant strain that changed it Contain protein, can directly influence. The number or Activity of PSEs involved in the transport of fine chemical molecules involved inside or out of the cell can be increased so that larger amounts of these compounds across membranes trans be ported from which they are more easily extracted and into each other being transformed. Also fatty acids are triacylglycerols and / or lipids themselves desirable fine chemicals; by Optimizing activity or increasing the number of one or of several PSEs according to the invention which are involved in the biosynthesis of these Connections are involved, or by disrupting the activity one or more PSEs involved in breaking down these connections involved, it may be possible the yield, production and / or efficiency of production of fatty acid and lipid molecules from organisms, such as microorganisms or plants, to increase.
Die Mutagenese des erfindungsgemäßen PSE-Gens kann auch PSEs mit veränderten Aktivitäten hervorbringen, welche die Produktion einer oder mehrerer gewünschter Feinchemikalien aus Mikro organismen oder Pflanzen indirekt beeinflußen. Beispielsweise können erfindungsgemäße PSEs, die am Export von Abfallprodukten beteiligt sind, eine größere Anzahl oder höhere Aktivität auf weisen, so daß die normalen Stoffwechselabfälle der Zelle (deren Menge möglicherweise aufgrund der Überproduktion der gewünschten Feinchemikalie erhöht ist) effizient exportiert werden, bevor sie die Moleküle in der Zelle schädigen können (was die Lebensfähig keit der Zelle herabsetzen würde) oder die Feinchemikalien-Bio synthesewege stören können (was die Ausbeute, Produktion oder Effizienz der Produktion einer gewünschten Feinchemikalie senken würde). Die relativ großen intrazellulären Mengen der gewünschten Feinchemikalie selbst können ferner für die Zelle toxisch sein, so daß man durch Steigern der Aktivität oder Anzahl von Trans portern, die diese Verbindungen aus der Zelle exportieren können, die Lebensfähigkeit der Zelle in Kultur steigern kann, was wiederum zu einer größeren Anzahl an Zellen in der Kultur führt, welche die gewünschte Feinchemikalie produzieren. Die erfindungs gemäßen PSEs können auch so manipuliert werden, daß die ent sprechenden Mengen unterschiedlicher Lipid- und Fettsäuremoleküle produziert werden. Dies kann eine erhebliche Auswirkung auf die Lipidzusammensetzung der Zellmembran haben. Da jeder Lipidtyp unterschiedliche physikalische Eigenschaften aufweist, kann eine Veränderung der Lipidzusammensetzung einer Membran die Membran fluidität signifikant verändern. Änderungen der Membranfluidität können den Transport von Molekülen über die Membran sowie die Integrität der Zelle beeinflußen, was jeweils eine erhebliche Auswirkung auf die Produktion von Feinchemikalien aus Mikro organismen und Pflanzen in Fermentationskultur im großen Maß stab hat. Pflanzenmembranen verleihen spezifische Eigenschaften, wie Toleranz gegenüber Wärme, Kälte, Salz, Trockenheit sowie Toleranz gegen Pathogene, wie Bakterien und Pilze. Daher kann die Modulation der Membrankomponenten eine grundlegende Wirkung auf die Überlebensfähgikeit der Pflanzen unter den oben genannten Streßparametern haben. Dies kann über Änderungen in Signal kaskaden oder direkt über die veränderte Membranzusammensetzung erfolgen (siehe zum Beispiel: Chapman, 1998, Trends in Plant Science, 3 (11): 419-426) und Signalkaskaden (siehe Wang 1999, Plant Physiology, 120: 645-651) oder die Kältetoleranz, wie offenbart in WO 95/18222, beeinflußen.The mutagenesis of the PSE gene according to the invention can also be done with PSEs bring about changed activities that affect production one or more desired micro fine chemicals indirectly affect organisms or plants. For example can PSEs according to the invention, the export of waste products are involved in a greater number or higher activity point so that the normal metabolic waste of the cell (whose Quantity may be due to overproduction of the desired one Fine chemical is increased) can be exported efficiently before which can damage molecules in the cell (which is viable cell would decrease) or the fine chemicals bio synthesis pathways (what the yield, production or Reduce the efficiency of the production of a desired fine chemical would). The relatively large intracellular amounts of the desired Fine chemicals themselves can also be toxic to the cell so that by increasing the activity or number of trans porters who can export these connections from the cell what can increase the viability of the cell in culture again leads to a larger number of cells in the culture, which produce the desired fine chemical. The fiction according to PSEs can also be manipulated so that the ent speaking amounts of different lipid and fatty acid molecules to be produced. This can have a significant impact on the Have lipid composition of the cell membrane. Because every lipid type has different physical properties, a Change in the lipid composition of a membrane the membrane change fluidity significantly. Changes in membrane fluidity can transport molecules across the membrane as well Integrity of the cell affect, each of which is significant Impact on the production of fine chemicals from micro organisms and plants in fermentation culture on a large scale stab. Plant membranes impart specific properties, such as tolerance to heat, cold, salt, dryness as well Tolerance to pathogens such as bacteria and fungi. Therefore, the Modulation of the membrane components has a fundamental effect the viability of the plants among the above Have stress parameters. This can result in changes in signal cascades or directly via the changed membrane composition (see for example: Chapman, 1998, Trends in Plant Science, 3 (11): 419-426) and signal cascades (see Wang 1999, Plant Physiology, 120: 645-651) or the cold tolerance, such as disclosed in WO 95/18222.
Die erfindungsgemäße isolierte Nukleinsäuresequenz ist im Genom eines Physcomitrella patens-Stamms enthalten, der über die Moos- Sammlung der Universität Hamburg verfügbar ist. Die Nukleotid sequenz der isolierten Physcomitrella patens-cDNA und die abgeleiteten Aminosäuresequenzen der Physcomitrella patens-PSEs sind in den SEQ ID NR: 1 bzw. 2 gezeigt. Es wurden Computeranalysen durchgeführt, die diese Nukleotidsequenzen als Sequenzen klassi fizierten und/oder identifizierten, die am Stoffwechsel von Zell membrankomponenten beteiligte Proteine oder am Transport von Ver bindungen über Zellmembranen beteiligte Proteine kodieren. Ein EST mit der Datenbankeingabe-Nr. 08_ck19_b07 des Erfinders ist Teil der gezeigten Sequenz in SEQ ID NR: 1. Inzwischen wurden diese ESTs umbenannt, was zu dem überarbeiteten Namen: pp001019019f führte. Auf analoge Weise wurde das partielle Poly peptid als pp001019019f bezeichnet. Das vollständige Fragment- Insert des ESTs pp001019019f wurde sequenziert und ergab die SEQ ID NR: 1, welche die vollständige Sequenz von pp001019019f zeigt. Sie enthält eine vollständigen, funktionell aktiven Klon, von dem sich nach spezifischer Expression in Hefe herausstellte, daß er die gewünschte Substratspezifität aufwies, wie im Bei spielteil gezeigt ist. Auch Hefen sind geeignete erfindungsgemäße Organismen, beispielsweise als Wirtszellen für die erfindungs gemäßen Gene, Genkonstrukte oder Vektoren.The isolated nucleic acid sequence according to the invention is in the genome of a Physcomitrella patens strain contained in the moss University of Hamburg collection is available. The nucleotide sequence of the isolated Physcomitrella patens cDNA and the derived ones Amino acid sequences of the Physcomitrella patens PSEs are shown in SEQ ID NO: 1 and 2, respectively. There were computer analyzes performed that classify these nucleotide sequences as sequences fected and / or identified that are involved in the metabolism of cells proteins involved in membrane components or in the transport of ver encode proteins involved in cell membrane bonds. On EST with database entry no. 08_ck19_b07 of the inventor Part of the sequence shown in SEQ ID NO: 1. Meanwhile these ESTs renamed, resulting in the revised name: pp001019019f led. The partial poly peptide referred to as pp001019019f. The complete fragment Insert of the EST pp001019019f was sequenced to give the SEQ ID NO: 1, which shows the complete sequence of pp001019019f shows. It contains a complete, functionally active clone, which was found after specific expression in yeast, that he had the desired substrate specificity, as in the case game part is shown. Yeasts are also suitable according to the invention Organisms, for example as host cells for the invention appropriate genes, gene constructs or vectors.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch Proteine mit einer Amino säuresequenz, die im wesentlichen homolog zu einer Aminosäure sequenz der SEQ ID NR: 2 ist. Wie hier verwendet, ist ein Protein mit einer Aminosäuresequenz, die im wesentlichen homolog zu einer ausgewählten Aminosäuresequenz ist, zu mindestens etwa 50% homo log zu der ausgewählten Aminosäuresequenz, z. B. der gesamten aus gewählten Aminosäuresequenz. Ein Protein mit einer Aminosäure sequenz, die im wesentlichen homolog zu einer ausgewählten Amino säuresequenz ist, kann auch zu mindestens etwa 50 bis 60%, vorzugsweise mindestens etwa 60 bis 70% und stärker bevorzugt mindestens etwa 70 bis 80%, 80 bis 90% oder 90 bis 95% und am stärksten bevorzugt mindestens etwa 96%, 97%, 98%, 99% oder mehr homolog zu einer ausgewählten Aminosäuresequenz sein.The present invention also relates to proteins with an amino acid sequence that is essentially homologous to an amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. As used here is a protein with an amino acid sequence that is essentially homologous to a amino acid sequence selected is at least about 50% homo log to the selected amino acid sequence, e.g. B. the entire selected amino acid sequence. A protein with an amino acid sequence that is essentially homologous to a selected amino acid sequence can also be at least about 50 to 60%, preferably at least about 60 to 70% and more preferred at least about 70 to 80%, 80 to 90% or 90 to 95% and most preferably at least about 96%, 97%, 98%, 99% or more homologous to a selected amino acid sequence.
Die erfindungsgemäße PSE oder der biologisch aktive Teil oder das Fragment davon kann am Stoffwechsel von zum Aufbau von Zellmembranen in Mikroorganismen oder Pflanzen notwendigen Ver bindungen oder am Transport von Molekülen über diese Membranen teilnehmen oder eine oder mehrere der zur Elongation von C18-PUFAs benötigten Aktivitäten besitzen, so daß C22- oder C24-PUFAs sowie verwandte PUFAs erhalten werden.The PSE according to the invention or the biologically active part or the fragment thereof can participate in the metabolism of compounds necessary for the construction of cell membranes in microorganisms or plants or in the transport of molecules across these membranes or one or more of the activities required for elongating C 18 PUFAs have so that C 22 or C 24 PUFAs and related PUFAs are obtained.
Verschiedene Aspekte der Erfindung sind eingehender in den folgenden Unterabschnitten beschrieben. Various aspects of the invention are further discussed in the following subsections.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist eine isolierte Nuklein säure, die von einer Pflanze stammt und ein Polypeptid kodiert, das C18-Fettsäuren mit mindestens zwei Doppelbindungen in der Fettsäure um mindestens zwei Kohlenstoffatome verlängert.One embodiment of the invention is an isolated nucleic acid derived from a plant and encoding a polypeptide that extends C 18 fatty acids with at least two double bonds in the fatty acid by at least two carbon atoms.
Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform ist eine isolierte
Nukleinsäure, umfassend eine Nukleotidsequenz, die ein Polypeptid
kodiert, das C18-Fettsäuren mit mindestens zwei Doppelbindungen
in der Fettsäure verlängert und ausgewählt ist aus der Gruppe,
bestehend aus
A further embodiment according to the invention is an isolated nucleic acid, comprising a nucleotide sequence which encodes a polypeptide which extends C 18 fatty acids with at least two double bonds in the fatty acid and is selected from the group consisting of
- a) einer in SEQ ID NR: 1 dargestellten Nukleinsäuresequenz,a) a nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 1,
- b) einer Nukleinsäuresequenz, die gemäß dem degenerierten genetischen Code von der in SEQ ID NR: 1 dargestellten Sequenz stammt,b) a nucleic acid sequence which according to the degenerate genetic code from the sequence shown in SEQ ID NO: 1 comes from
- c) Derivate der in SEQ ID NR: 1 dargestellten Sequenz, welche Polypeptide mit mindestens 50% Homologie zu der Sequenz kodiert, welche die in SEQ ID NR: 2 dargestellten Aminosäure sequenzen kodiert, wobei die Sequenzen als C18-Elongase wirken.c) Derivatives of the sequence shown in SEQ ID NO: 1, which encodes polypeptides with at least 50% homology to the sequence which encodes the amino acid sequences shown in SEQ ID NO: 2, the sequences acting as C 18 elongase.
Die oben genannte erfindungsgemäße Nukleinsäure stammt von Organismen, wie Ciliaten, Pilzen, Algen oder Dinoflagellaten, die PUFAs synthetisieren können, vorzugsweise von Pflanzen, besonders bevorzugt aus der Gattung Physcomitrella und am stärksten bevorzugt von Physcomitrella patens.The above-mentioned nucleic acid according to the invention comes from Organisms such as ciliates, fungi, algae or dinoflagellates, able to synthesize PUFAs, preferably from plants, particularly preferred from the genus Physcomitrella and am most preferred by Physcomitrella patens.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft isolierte Nukleinsäuremole küle, die PSE-Polypeptide oder biologisch aktive Teile davon kodieren, sowie Nukleinsäurefragmente, die zur Verwendung als Hybridisierungssonden oder Primer zur Identifizierung oder Amplifizierung einer PSE-kodierenden Nukleinsäure (z. B. PSE-DNA) ausreichen. Der Begriff "Nukleinsäuremolekül", wie hier ver wendet, soll DNA-Moleküle (z. B. cDNA oder genomische DNA) und RNA-Moleküle (z. B. mRNA) sowie DNA- oder RNA-Analoga, die mittels Nukleotidanaloga erzeugt werden, umfassen. Dieser Begriff umfaßt zudem die am 3'- und am 5'-Ende des kodierenden Genbereichs gelegene untranslatierte Sequenz: mindestens etwa 100 Nukleotide der Sequenz stromaufwärts des 5'-Endes des kodierenden Bereichs und mindestens etwa 20 Nukleotide der Sequenz stromabwärts des 3'-Endes des kodierenden Genbereichs. Das Nukleinsäuremolekül kann einzelsträngig oder doppelsträngig sein, ist aber vorzugs weise doppelsträngige DNA. Ein "isoliertes" Nukleinsäuremolekül wird von anderen Nukleinsäuremolekülen abgetrennt, die in der natürlichen Quelle der Nukleinsäure vorliegen. Eine "isolierte" Nukleinsäure hat vorzugsweise keine Sequenzen, welche die Nukleinsäure in der genomischen DNA des Organismus, aus dem die Nukleinsäure stammt, natürlicherweise flankieren (z. B. Sequenzen, die sich an den 5'- und 3'-Enden der Nukleinsäure befinden). Bei verschiedenen Ausführungsformen kann das isolierte PSE-Nuklein säuremolekül zum Beispiel weniger als etwa 5 kb, 4 kb, 3 kb, 2 kb, 1 kb, 0,5 kb oder 0,1 kb an Nukleotidsequenzen enthalten, die natürlicherweise das Nukleinsäuremolekül in der genomischen DNA der Zelle, aus der die Nukleinsäure stammt (z. B. eine Physcomitrella patens-Zelle) flankieren. Ein "isoliertes" Nukleinsäuremolekül, wie ein cDNA-Molekül, kann überdies im wesentlichen frei von anderem zellulären Material oder Kultur medium sein, wenn es durch rekombinante Techniken hergestellt wird, oder frei von chemischen Vorstufen oder anderen Chemikalien sein, wenn es chemisch synthetisiert wird.One aspect of the invention relates to isolated nucleic acid moles cool, the PSE polypeptides or biologically active parts thereof encode, as well as nucleic acid fragments for use as Hybridization probes or primers for identification or Amplification of a PSE-encoding nucleic acid (e.g. PSE-DNA) suffice. The term "nucleic acid molecule" as ver here DNA molecules (e.g. cDNA or genomic DNA) and RNA molecules (e.g. mRNA) as well as DNA or RNA analogues, which by means of Nucleotide analogs are generated include. This term includes also those at the 3 'and 5' ends of the coding gene region located untranslated sequence: at least about 100 nucleotides the sequence upstream of the 5 'end of the coding region and at least about 20 nucleotides of the sequence downstream of the 3 'end of the coding gene region. The nucleic acid molecule can be single-stranded or double-stranded, but is preferred wise double-stranded DNA. An "isolated" nucleic acid molecule is separated from other nucleic acid molecules that are in the natural source of the nucleic acid. An "isolated" Nucleic acid preferably has no sequences that the Nucleic acid in the genomic DNA of the organism from which the Nucleic acid originates, naturally flanking (e.g. sequences, which are located at the 5 'and 3' ends of the nucleic acid). At In various embodiments, the isolated PSE nucleus acid molecule for example less than about 5 kb, 4 kb, 3 kb, Contain 2 kb, 1 kb, 0.5 kb or 0.1 kb of nucleotide sequences, which naturally contains the nucleic acid molecule in the genomic DNA of the cell from which the nucleic acid originates (e.g. a Flank Physcomitrella patens cell). An "isolated" Nucleic acid molecule, such as a cDNA molecule, can also be in the essentially free of other cellular material or culture be medium if it is made by recombinant techniques becomes, or free of chemical precursors or other chemicals be when it's chemically synthesized.
Ein erfindungsgemäßes Nukleinsäuremolekül, z. B. ein Nuklein säuremolekül mit einer Nukleotidsequenz der SEQ ID NR: 1 oder eines Teils davon, kann unter Verwendung molekularbiologischer Standardtechniken und der hier bereitgestellten Sequenz information isoliert werden. Beispielsweise kann eine P. patens- cDNA aus einer P. patens-Bank isoliert werden, indem die voll ständige SEQ ID NR: 1 oder ein Teil davon als Hybridisierungssonde sowie Standard-Hybridisierungstechniken (wie z. B. beschrieben in Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 2. Aufl., Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989) verwendet werden. Überdies läßt sich ein Nukleinsäuremolekül, umfassend eine voll ständige Sequenz der SEQ ID NR: 1 oder einen Teil davon, durch Polymerasekettenreaktion isolieren, wobei Oligonukleotidprimer, die auf der Basis dieser Sequenz oder von Teilen davon, ins besondere Regionen um His-Box-Motive, siehe Shanklin et al. (1994) Biochemistry 33, 12787-12794, erstellt wurden, verwendet werden (z. B. kann ein Nukleinsäuremolekül, umfassend die voll ständigen Sequenz der SEQ ID NR: 1 oder einen Teil davon, durch Polymerasekettenreaktion unter Verwendung von Oligonukleotid primern isoliert werden, die auf der Basis dieser gleichen Sequenz der SEQ ID NR: 1 erstellt worden sind). Zum Beispiel läßt sich mRNA aus Pflanzenzellen isolieren (z. B. durch das Guanidiniumthiocyanat-Extraktionsverfahren von Chirgwin et al. (1979) Biochemistry 18: 5294-5299) und cDNA mittels Reverser Transkriptase (z. B. Moloney-MLV-Reverse-Transkriptase, erhältlich von Gibco/BRL, Bethesda, MD, oder AMV-Reverse-Transkriptase, erhältlich von Seikagaku America, Inc., St. Petersburg, FL) herstellen. Synthetische Oligonukleotidprimer zur Amplifizierung mittels Polymerasekettenreaktion lassen sich auf der Basis einer der in SEQ ID NR: 1 gezeigten Nukleotidsequenzen erstellen. Eine erfindungsgemäße Nukleinsäure kann unter Verwendung von cDNA oder alternativ von genomischer DNA als Matrize und geeigneten Oligo nukleotidprimern gemäß Standard-PCR-Amplifikationstechniken amplifiziert werden. Die so amplifizierte Nukleinsäure kann in einen geeigneten Vektor kloniert werden und mittels DNA-Sequenz analyse charakterisiert werden. Oligonukleotide, die einer PSE- Nukleotidsequenz entsprechen, können durch Standard-Synthese verfahren, beispielsweise mit einem automatischen DNA-Synthese gerät, hergestellt werden.A nucleic acid molecule according to the invention, e.g. B. a nucleus acid molecule with a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or part of it can be used using molecular biology Standard techniques and the sequence provided here information to be isolated. For example, a P. patens cDNA can be isolated from a P. patens bank by using the full permanent SEQ ID NO: 1 or a part thereof as a hybridization probe as well as standard hybridization techniques (such as described in Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 2nd ed., Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989). In addition, a nucleic acid molecule comprising one full can permanent sequence of SEQ ID NO: 1 or a part thereof Isolate polymerase chain reaction, wherein oligonucleotide primers, based on this sequence or parts thereof, ins special regions around His box motifs, see Shanklin et al. (1994) Biochemistry 33, 12787-12794 (e.g., a nucleic acid molecule comprising the full permanent sequence of SEQ ID NO: 1 or a part thereof Polymerase chain reaction using oligonucleotide primers are isolated that are based on these same Sequence of SEQ ID NO: 1 have been created). For example mRNA can be isolated from plant cells (e.g. by the Guanidinium thiocyanate extraction method by Chirgwin et al. (1979) Biochemistry 18: 5294-5299) and reverse cDNA Transcriptase (e.g. Moloney MLV reverse transcriptase available from Gibco / BRL, Bethesda, MD, or AMV reverse transcriptase, available from Seikagaku America, Inc., St. Petersburg, FL) produce. Synthetic oligonucleotide primers for amplification by means of a polymerase chain reaction on the basis of a create the nucleotide sequences shown in SEQ ID NO: 1. A The nucleic acid according to the invention can be used using cDNA or alternatively from genomic DNA as template and suitable oligo nucleotide primers according to standard PCR amplification techniques be amplified. The nucleic acid amplified in this way can be in a suitable vector can be cloned and by means of DNA sequence analysis can be characterized. Oligonucleotides that a PSE Nucleotide sequence can match by standard synthesis procedure, for example with an automatic DNA synthesis device, manufactured.
Die in SEQ ID NR: 1 gezeigte cDNA umfaßt Sequenzen, die PSEs kodieren, (d. h. den "kodierenden Bereich") sowie 5'-untrans latierte Sequenzen und 3'-untranslatierte Sequenzen. Alternativ kann das Nukleinsäuremolekül nur den kodierenden Bereich einer der Sequenzen in SEQ ID NR: 1 umfassen oder kann ganze genomische Fragmente, die aus genomischer DNA isoliert sind, enthalten.The cDNA shown in SEQ ID NO: 1 comprises sequences, the PSEs encode (i.e. the "coding region") and 5'-untrans latated sequences and 3'-untranslated sequences. Alternatively the nucleic acid molecule can only encode the coding region of the sequences in SEQ ID NO: 1 or can be whole genomic Contain fragments isolated from genomic DNA.
Die SEQ ID NR: 2 wird durch die gleiche EST-Eingabenummer- Bezeichnung identifiziert, wie SEQ ID NR: 1, so daß sie leicht korreliert werden können. Beispielsweise ist die als PpPSE1 bezeichnete Aminosäuresequenz in SEQ ID NR: 2 eine Translation der kodierenden Region der Nukleotidsequenz des Nukleinsäure moleküls pp001019019f.SEQ ID NO: 2 is identified by the same EST entry number Label identifies as SEQ ID NO: 1, making it easy can be correlated. For example, that is as PpPSE1 designated amino acid sequence in SEQ ID NO: 2 a translation the coding region of the nucleotide sequence of the nucleic acid molecule pp001019019f.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfaßt ein erfindungsgemäßes isoliertes Nukleinsäuremolekül ein Nuklein säuremolekül, das ein Komplement einer der in SEQ ID NR: 1 gezeigten Nukleotidsequenzen oder eines Teils davon ist. Ein Nukleinsäuremolekül, das zu einer der in SEQ ID NR: 1 gezeigten Nukleotidsequenzen komplementär ist, ist eines, das zu einer der in SEQ ID NR: 1 gezeigten Nukleotidsequenzen ausreichend komplementär ist, daß es mit einer der in SEQ ID NR: 1 angegebenen Sequenzen hybridisieren kann, wodurch ein stabiler Duplex ent steht.In a further preferred embodiment, a isolated nucleic acid molecule according to the invention a nucleotide acid molecule that is a complement of one of SEQ ID NO: 1 shown nucleotide sequences or a part thereof. On Nucleic acid molecule belonging to one of those shown in SEQ ID NO: 1 Nucleotide sequences is complementary, is one that is related to one of the nucleotide sequences shown in SEQ ID NO: 1 are sufficient is complementary that it is with one of those specified in SEQ ID NO: 1 Sequences can hybridize, creating a stable duplex ent stands.
Homologa der neuen Elongase-Nukleinsäuresequenz mit der Sequenz SEQ ID NR: 1 bedeutet beispielsweise allelische Varianten mit mindestens etwa 50 bis 60%, vorzugsweise mindestens etwa 60 bis 70%, stärker bevorzugt mindestens etwa 70 bis 80%, 80 bis 90% oder 90 bis 95% und noch stärker bevorzugt mindestens etwa 95%, 96%, 97%, 98%, 99% oder mehr Homologie zu einer in SEQ ID NR: 1 gezeigten Nukleotidsequenzen oder ihren Homologa, Derivaten oder Analoga oder Teilen davon. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfaßt ein isoliertes erfindungs gemäßes Nukleinsäuremolekül eine Nukleotidsequenz, die an eine der in SEQ ID NR: 1 gezeigten Nukleotidsequenzen oder einen Teil davon hybridisiert, z. B. unter stringenten Bedingungen hybridi siert. Allelische Varianten umfassen insbesondere funktionelle Varianten, die sich durch Deletion, Insertion oder Substitution von Nukleotiden aus/in der in SEQ ID NR: 1 dargestellten Sequenz erhalten lassen, wobei aber die Absicht ist, daß die Enzym aktivität der davon herrührenden synthetisierten Proteine für die Insertion eines oder mehrerer Gene vorteilhafterweise beibehalten wird. Proteine, die noch die enzymatische Aktivität der Elongase besitzen, bedeutet Proteine mit mindestens 10%, vorzugsweise 20%, besonders bevorzugt 30%, ganz besonders bevorzugt 40% der ursprünglichen Enzymaktivität, verglichen mit dem durch SEQ ID NR: 2 kodierten Protein.Homologs of the new elongase nucleic acid sequence with the sequence SEQ ID NO: 1 means, for example, allelic variants at least about 50 to 60%, preferably at least about 60 to 70%, more preferably at least about 70 to 80%, 80 to 90% or 90 to 95% and more preferably at least about 95%, 96%, 97%, 98%, 99% or more homology to one in SEQ ID NO: 1 shown nucleotide sequences or their homologues, Derivatives or analogs or parts thereof. Another preferred embodiment comprises an isolated invention according nucleic acid molecule a nucleotide sequence attached to a or part of the nucleotide sequences shown in SEQ ID NO: 1 hybridized thereof, e.g. B. hybridi under stringent conditions siert. Allelic variants include functional ones in particular Variants characterized by deletion, insertion or substitution of nucleotides from / in the sequence shown in SEQ ID NO: 1 can be obtained, but the intention is that the enzyme activity of the resulting synthesized proteins for the Advantageously maintain insertion of one or more genes becomes. Proteins that still have the enzymatic activity of elongase own, means proteins with at least 10%, preferably 20%, particularly preferably 30%, very particularly preferably 40% the original enzyme activity compared to that by SEQ ID NO: 2 encoded protein.
Homologa der SEQ ID NR: 2 bedeutet beispielsweise auch bakterielle, Pilz- und Pflanzenhomologa, verkürzte Sequenzen, einzelsträngige DNA oder RNA der kodierenden und nicht- kodierenden DNA-Sequenz.Homologs of SEQ ID NO: 2 also means, for example bacterial, fungal and plant homologs, shortened sequences, single-stranded DNA or RNA of the coding and non- coding DNA sequence.
Homologa der SEQ ID NR: 1 bedeutet auch Derivate, wie beispiels weise Promotorvarianten. Die Promotoren stromaufwärts der angegebenen Nukleotidsequenzen können durch einen oder mehrere Nukleotidaustausche, durch Insertion(en) und/oder Deletion(en) modifiziert werden, ohne daß jedoch die Funktionalität oder Aktivität der Promotoren gestört wird. Es ist weiterhin möglich, daß die Aktivität der Promotoren durch Modifikation ihrer Sequenz erhöht ist oder daß sie vollständig durch aktivere Promotoren, sogar aus heterologen Organismen, ersetzt werden.Homologs of SEQ ID NO: 1 also means derivatives, such as wise promoter variants. The promoters upstream of the specified nucleotide sequences can be one or more Nucleotide exchanges, by insertion (s) and / or deletion (s) be modified without, however, the functionality or Activity of the promoters is disturbed. It is still possible that the activity of the promoters by modification of their sequence is increased or that it is completely replaced by more active promoters, even from heterologous organisms.
Überdies kann das erfindungsgemäße Nukleinsäuremolekül nur einen Teil des kodierenden Bereichs einer der Sequenzen in SEQ ID NR: 1 umfassen, zum Beispiel ein Fragment, das als Sonde oder Primer verwendet werden kann, oder ein Fragment, welches einen biologisch aktiven Abschnitt einer PSE kodiert. Die aus der Klonierung des PSE-Gens von P, patens ermittelten Nukleotid sequenzen ermöglichen die Erzeugung von Sonden und Primern, die zur Identifizierung und/oder Klonierung von PSE-Homologa in anderen Zelltypen und Organismen sowie PSE-Homologa aus anderen Moosen oder verwandten Arten gestaltet sind. Die Sonde/der Primer umfaßt gewöhnlich im wesentlichen gereinigtes Oligonukleotid. Das Oligonukleotid umfaßt gewöhnlich einen Nukleotidsequenzbereich, der unter stringenten Bedingungen an mindestens etwa 12, vorzugs weise etwa 16, stärker bevorzugt etwa 25, 40, 50 oder 75 auf einanderfolgende Nukleotide eines Sense-Stranges einer der in SEQ ID NR: 1 angegebenen Sequenzen, eines Antisense-Stranges einer der in SEQ ID NR: 1 angegebenen Sequenzen oder seiner Homologa, Derivate oder Analoga oder natürlich vorkommender Mutanten davon hybridisiert. Primer auf der Basis einer Nukleotidsequenz der SEQ ID NR: 1 können in PCR-Reaktionen zur Klonierung von PSE-Homologa verwendet werden. Sonden auf der Basis der PSE- Nukleotidsequenzen können zum Nachweis von Transkripten oder genomischen Sequenzen, die das gleiche oder homologe Proteine kodieren, verwendet werden. Bei bevorzugten Ausführungsformen umfaßt die Sonde zudem eine daran gebundene Markierungsgruppe, z. B. ein Radioisotop, eine fluoreszierende Verbindung, ein Enzym oder einen Enzym-Cofaktor. Diese Sonden können als Teil eines Test-Kits für genomische Marker zur Identifizierung von Zellen, die eine PSE misexprimieren, beispielsweise durch Messen einer Menge einer PSE-kodierenden Nukleinsäure in einer Zellenprobe, z. B. Messen der PSE-mRNA-Spiegel, oder zur Bestimmung, ob ein genomisches PSE-Gen mutiert oder deletiert ist, verwendet werden.In addition, the nucleic acid molecule according to the invention can only have one Part of the coding region of one of the sequences in SEQ ID NO: 1 include, for example, a fragment that acts as a probe or Primer can be used, or a fragment containing a encoded biologically active section of a PSE. The one from the Cloning of the PSE gene from P, patens-determined nucleotide sequences enable the generation of probes and primers, those for the identification and / or cloning of PSE homologs in other cell types and organisms as well as PSE homologues from others Mosses or related species are designed. The probe / primer usually comprises essentially purified oligonucleotide. The Oligonucleotide usually includes a nucleotide sequence region the under stringent conditions at least about 12, preferably is about 16, more preferably about 25, 40, 50 or 75 consecutive nucleotides of a sense strand one of the in SEQ ID NO: 1 specified sequences, an antisense strand one the sequences specified in SEQ ID NO: 1 or its homologues, Derivatives or analogs or naturally occurring mutants thereof hybridizes. Primer based on a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 can be used in PCR reactions for cloning PSE homologs can be used. Probes based on the PSE Nucleotide sequences can be used for the detection of transcripts or genomic sequences that are the same or homologous proteins encode, are used. In preferred embodiments the probe also includes a label group attached to it, e.g. B. a radioisotope, a fluorescent compound, an enzyme or an enzyme cofactor. These probes can be part of a Test kits for genomic markers to identify cells, that mis-express a PSE, for example by measuring one Amount of a PSE-encoding nucleic acid in a cell sample, e.g. B. Measure PSE mRNA levels, or to determine whether a genomic PSE gene is mutated or deleted can be used.
Bei einer Ausführungsform kodiert das erfindungsgemäße Nuklein säuremolekül ein Protein oder einen Teil davon, das/der eine Aminosäuresequenz umfaßt, die ausreichend homolog zu einer Amino säuresequenz der SEQ ID NR: 2 ist, daß das Protein oder der Teil davon die Fähigkeit, am Stoffwechsel von zum Aufbau von Zell membranen in Mikroorganismen oder Pflanzen notwendigen Ver bindungen oder am Transport von Molekülen über diese Membranen teilzunehmen, beibehält. Wie hier verwendet, betrifft der Begriff "ausreichend homolog" Proteine oder Teile davon, deren Amino säuresequenzen eine minimale Anzahl identischer oder äquivalenter Aminosäurereste (z. B. einen Aminosäurerest mit einer ähnlichen Seitenkette, wie ein Aminosäurerest in einer der Sequenzen der SEQ ID NR: 2) zu einer Aminosäuresequenz der SEQ ID NR: 2 auf weisen, so daß das Protein oder der Teil davon am Stoffwechsel von zum Aufbau von Zellmembranen in Mikroorganismen oder Pflanzen notwendigen Verbindungen oder am Transport von Molekülen über diese Membranen teilnehmen kann. Proteinbestandteile dieser Stoffwechselwege für Membrankomponenten oder Membrantransport systeme können, wie hier beschrieben, eine Rolle bei der Produktion und Sekretion einer oder mehrerer Feinchemikalien spielen. Beispiele für diese Aktivitäten sind hier ebenfalls beschrieben. Somit trägt die "Funktion einer PSE" entweder direkt oder indirekt zur Ausbeute, Produktion und/oder Effizienz der Produktion einer oder mehrerer Feinchemikalien bei. Beispiele für PSE-Substratspezifitäten der katalytischen Aktivität sind in Tabelle 1 angegeben.In one embodiment, the nucleotide according to the invention encodes acid molecule a protein or part thereof, the one Amino acid sequence that is sufficiently homologous to an amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 is that the protein or part of which the ability to metabolize to build cells membranes in microorganisms or plants necessary ver bonds or the transport of molecules across these membranes to participate, maintains. As used here, the term refers to "sufficiently homologous" proteins or parts thereof, their amino acid sequences a minimal number of identical or equivalent Amino acid residues (e.g. an amino acid residue with a similar one Side chain, like an amino acid residue in one of the sequences of the SEQ ID NO: 2) to an amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 point so that the protein or part of it on metabolism for building cell membranes in microorganisms or plants necessary connections or on the transport of molecules via these membranes can participate. Protein components of this Metabolic pathways for membrane components or membrane transport systems, as described here, can play a role in Production and secretion of one or more fine chemicals play. Examples of these activities are also here described. Thus, the "function of a PSE" either bears directly or indirectly to the yield, production and / or efficiency of the Production of one or more fine chemicals at. Examples for PSE substrate specificities of catalytic activity given in Table 1.
Bei einer weiteren Ausführungsform kodieren Derivate des erfindungsgemäßen Nukleinsäuremoleküls Proteine mit mindestens etwa 50 bis 60%, vorzugsweise mindestens etwa 60 bis 70% und stärker bevorzugt mindestens etwa 70 bis 80%, 80 bis 90%, 90 bis 95% und am stärksten bevorzugt mindestens etwa 96%, 97%, 98%, 99% oder mehr Homologie zu einer vollständigen Aminosäuresequenz der SEQ ID NR: 2. Die Homologie der Aminosäure sequenz wurde über den gesamten Sequenzbereich mit dem Programm PileUp (J. Mol. Evolution., 25, 351-360, 1987, Higgins et al., CABIOS, 5, 1989: 151-153) bestimmt.In a further embodiment, derivatives of the Nucleic acid molecule according to the invention proteins with at least about 50 to 60%, preferably at least about 60 to 70% and more preferably at least about 70 to 80%, 80 to 90%, 90 to 95% and most preferably at least about 96%, 97%, 98%, 99% or more homology to complete Amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. The homology of the amino acid Sequence was made over the entire sequence area with the program PileUp (J. Mol. Evolution., 25, 351-360, 1987, Higgins et al., CABIOS, 5, 1989: 151-153).
Teile von Proteinen, die von den erfindungsgemäßen PSE-Nuklein säuremolekülen kodiert werden, sind vorzugsweise biologisch aktive Teile einer der PSEs. Wie hier verwendet, soll der Begriff "biologisch aktiver Teil einer PSE", einen Abschnitt, z. B. eine Domäne/ein Motiv, einer PSE umfassen, der am Stoffwechsel von zum Aufbau von Zellmembranen in Mikroorganismen oder Pflanzen not wendigen Verbindungen oder am Transport von Molekülen über diese Membranen teilnehmen kann oder eine in Tabelle 1 angegebene Aktivität aufweist. Zur Bestimmung, ob eine PSE oder ein bio logisch aktiver Teil davon am Stoffwechsel von zum Aufbau von Zellmembranen in Mikroorganismen oder Pflanzen notwendigen Ver bindungen oder am Transport von Molekülen über diese Membranen teilnehmen kann, kann ein Test der enzymatischen Aktivität durch geführt werden. Diese Testverfahren, wie eingehend in Beispiel 8 des Beispielteils beschrieben, sind dem Fachmann geläufig.Parts of proteins produced by the PSE nucleic acid according to the invention acid molecules are encoded, are preferably biological active parts of one of the PSEs. As used here, the term is meant to "biologically active part of a PSE", a section, e.g. Legs Domain / motive to include a PSE that is involved in the metabolism of the Structure of cell membranes in microorganisms or plants agile connections or the transport of molecules via them Membranes can participate or one given in Table 1 Has activity. To determine whether a PSE or a bio logically active part of it on the metabolism of to build up Ver. Necessary cell membranes in microorganisms or plants bonds or the transport of molecules across these membranes can take a test of enzymatic activity by be performed. These test procedures, as detailed in Example 8 described in the example part, are familiar to those skilled in the art.
Zusätzliche Nukleinsäurefragmente, die biologisch aktive Abschnitte einer PSE kodieren, lassen sich durch Isolation eines Teils einer der Sequenzen in SEQ ID NR: 2, Exprimieren des kodierten Abschnitt der PSE oder des Peptids (z. B. durch rekombinante Expression in vitro) und Bestimmen der Aktivität des kodierten Teils der PSE oder des Peptids herstellen.Additional nucleic acid fragments that are biologically active Coding sections of a PSE can be done by isolation a part of one of the sequences in SEQ ID NO: 2 the encoded portion of the PSE or peptide (e.g., by recombinant expression in vitro) and determination of the activity of the encoded portion of the PSE or peptide.
Die Erfindung umfaßt zudem Nukleinsäuremoleküle, die sich von einer der in SEQ ID NR: 1 gezeigten Nukleotidsequenzen (und Teilen davon) aufgrund des degenerierten genetischen Codes unterscheiden und somit die gleiche PSE kodieren wie diejenige, die von den in SEQ ID NR: 1 gezeigten Nukleotidsequenzen kodiert wird. Bei einer anderen Ausführungsform hat ein erfindungsgemäßes isoliertes Nukleinsäuremolekül eine Nukleotidsequenz, die ein Protein mit einer in SEQ ID NR: 2 gezeigten Aminosäuresequenz kodiert. Bei einer weiteren Ausführungsform kodiert das erfindungsgemäße Nukleinsäuremolekül ein Vollängen-Physcomitrella patens-Protein, das zu einer Aminosäuresequenz der SEQ ID NR: 2 (die von einem in SEQ ID NR: 1 gezeigten offenen Leseraster kodiert wird) im wesent lichen homolog ist.The invention also encompasses nucleic acid molecules that differ from one of the nucleotide sequences shown in SEQ ID NO: 1 (and parts of this) due to the degenerate genetic code and thus encode the same PSE as that used by those in SEQ ID NO: 1 nucleotide sequences shown is encoded. At a another embodiment has an insulated according to the invention Nucleic acid molecule is a nucleotide sequence that contains a protein an amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. At a further embodiment encodes the invention Nucleic acid molecule a full-length Physcomitrella patens protein, which results in an amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 (which is derived from one in SEQ ID NO: 1 shown open reading frame is encoded) essentially is homologous.
Zusätzlich zu den in SEQ ID NR: 1 gezeigten Physcomitrella patens- PSE-Nukleotidsequenzen erkennt der Fachmann, daß DNA-Sequenzpoly morphismen, die zu Änderungen in den Aminosäuresequenzen der PSEs führen, innerhalb einer Population (z. B. der Physcomitrella patens-Population) existieren können. Diese genetischen Poly morphismen im PSE-Gen können zwischen Individuen innerhalb einer Population aufgrund von natürlicher Variation existieren. Wie hier verwendet, bedeuten die Begriffe "Gen" und "rekombinantes Gen" Nukleinsäuremoleküle mit einem offenen Leserahmen, der eine PSE, vorzugsweise eine Physcomitrella patens-PSE, kodiert. Diese natürlichen Varianten bewirken üblicherweise eine Varianz von 1 bis 5% in der Nukleotidsequenz des PSE-Gens. Sämtliche und alle dieser Nukleotidvariationen und daraus resultierende Aminosäure polymorphismen in PSE, die das Ergebnis natürlicher Variation sind und die funktionelle Aktivität von PSEs nicht verändern, sollen im Umfang der Erfindung enthalten sein.In addition to the Physcomitrella patens- shown in SEQ ID NO: 1 Those skilled in the art will recognize PSE nucleotide sequences that DNA sequence poly morphisms that lead to changes in the amino acid sequences of the PSEs lead within a population (e.g. Physcomitrella patens population) can exist. This genetic poly Morphisms in the PSE gene can occur between individuals within one Population due to natural variation exist. How As used herein, the terms "gene" and "recombinant" mean Gene "nucleic acid molecules with an open reading frame, the one PSE, preferably a Physcomitrella patens PSE, encoded. This natural variants usually result in a variance of 1 up to 5% in the nucleotide sequence of the PSE gene. All and all of these nucleotide variations and the resulting amino acid polymorphisms in PSE that are the result of natural variation and do not change the functional activity of PSEs, are intended to be included within the scope of the invention.
Nukleinsäuremoleküle, die den natürlichen Varianten entsprechen, und nicht-Physcomitrella patens-Homologa, -Derivate und -Analoga der erfindungsgemäßen Physcomitrella patens-PSE-cDNA können auf der Grundlage ihrer Homologie zu der hier offenbarten Physcomitrella patens-PSE-Nukleinsäure unter Verwendung der Physcomitrella patens-cDNA oder eines Teils davon als Hybridi sierungssonde gemäß Standard-Hybridisierungstechniken unter stringenten Hybridisierungsbedingungen isoliert werden. Bei einer anderen Ausführungsform ist ein erfindungsgemäßes isoliertes Nukleinsäuremolekül mindestens 15 Nukleotide lang und hybridi siert unter stringenten Bedingungen mit dem Nukleinsäuremolekül, das eine Nukleotidsequenz der SEQ ID NR: 1 umfaßt. Bei anderen Ausführungsformen ist die Nukleinsäure mindestens 25, 50, 100, 250 oder mehr Nukleotide lang. Der Begriff "hybridisiert unter stringenten Bedingungen", wie hier verwendet, soll Hybridisierungs- und Waschbedingungen beschreiben, unter denen Nukleotidsequenzen, die mindestens 60% homolog zueinander sind, gewöhnlich aneinander hybridisiert bleiben. Die Bedingungen sind vorzugsweise derart, daß Sequenzen, die mindestens etwa 65%, stärker bevorzugt mindestens etwa 70% und noch stärker bevorzugt mindestens etwa 75% oder stärker zueinander homolog sind, gewöhnlich aneinander hybridisiert bleiben. Diese stringenten Bedingungen sind dem Fachmann bekannt und lassen sich in Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, N. Y. (1989), 6.3.1-6.3.6., finden. Ein bevorzugtes, nicht einschränkendes Beispiel für stringente Hybridisierungsbedingungen sind Hybridi sierungen in 6 × Natriumchlorid/Natriumcitrat (sodium chloride/ sodiumcitrate = SSC) bei etwa 45°C, gefolgt von einem oder mehreren Waschschritten in 0,2 × SSC, 0,1% SDS bei 50 bis 65°C. Dem Fachmann ist bekannt, daß diese Hybridisierungsbedingungen sich je nach dem Typ der Nukleinsäure und, wenn beispielsweise organische Lösungsmittel vorliegen, hinsichtlich der Temperatur und der Konzentration des Puffers unterscheiden. Die Temperatur unterscheidet sich beispielsweise unter "Standard-Hybridisierungsbedingungen" je nach dem Typ der Nukleinsäure zwischen 42°C und 58°C in wäßrigem Puffer mit einer Konzentration von 0,1 bis 5 × SSC (pH 7,2). Falls organisches Lösungsmittel im oben genannten Puffer vorliegt, zum Beispiel 50% Formamid, ist die Temperatur unter Standardbedingungen etwa 42°C. Vorzugsweise sind die Hybridisierungsbedingungen für DNA: DNA-Hybride zum Beispiel 0,1 × SSC und 20°C bis 45°C, vorzugsweise zwischen 30°C und 45°C. Vorzugsweise sind die Hybridisierungsbedingungen für DNA : RNA- Hybride zum Beispiel 0,1 × SSC und 30°C bis 55°C, vorzugsweise zwischen 45°C und 55°C. Die vorstehend genannten Hybridisierungs temperaturen sind beispielsweise für eine Nukleinsäure mit etwa 100 bp (= Basenpaare) Länge und einem G + C-Gehalt von 50% in Abwesenheit von Formamid bestimmt. Der Fachmann weiß, wie die erforderlichen Hybridisierungsbedingungen anhand von Lehrbüchern, wie dem vorstehend erwähnten oder aus den folgenden Lehrbüchern Sambrook et al., "Molecular Cloning", Cold Spring Harbor Laboratory, 1989; Hames und Higgins (Hrsgb.) 1985, "Nucleic Acids Hybridization: A Practical Approach", IRL Press at Oxford University Press, Oxford; Brown (Hrsgb.) 1991, "Essential Molecular Biology: A Practical Approach", IRL Press at Oxford University Press, Oxford, bestimmt werden können.Nucleic acid molecules which correspond to the natural variants and non-Physcomitrella patens homologues, derivatives and analogs of the Physcomitrella patens PSE cDNA according to the invention can be used on the basis of their homology to the Physcomitrella patens PSE nucleic acid disclosed here using the Physcomitrella patens -cDNA or part thereof can be isolated as a hybridization probe according to standard hybridization techniques under stringent hybridization conditions. In another embodiment, an isolated nucleic acid molecule according to the invention is at least 15 nucleotides long and hybridizes under stringent conditions with the nucleic acid molecule which comprises a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. In other embodiments, the nucleic acid is at least 25, 50, 100, 250 or more nucleotides in length. The term "hybridizes under stringent conditions", as used here, is intended to describe hybridization and washing conditions under which nucleotide sequences which are at least 60% homologous to one another usually remain hybridized to one another. The conditions are preferably such that sequences that are at least about 65%, more preferably at least about 70%, and even more preferably at least about 75% or more homologous to one another usually remain hybridized to one another. These stringent conditions are known to the person skilled in the art and can be found in Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, NY (1989), 6.3.1-6.3.6. A preferred, non-limiting example of stringent hybridization conditions are hybridizations in 6 × sodium chloride / sodium citrate ( s odium chloride / s odium c itrate = SSC) at approximately 45 ° C., followed by one or more washing steps in 0.2 × SSC, 0 , 1% SDS at 50 to 65 ° C. The person skilled in the art is aware that these hybridization conditions differ depending on the type of nucleic acid and, if organic solvents are present, for example, with regard to the temperature and the concentration of the buffer. The temperature differs, for example, under “standard hybridization conditions” depending on the type of nucleic acid between 42 ° C. and 58 ° C. in an aqueous buffer with a concentration of 0.1 to 5 × SSC (pH 7.2). If organic solvent is present in the above buffer, for example 50% formamide, the temperature is about 42 ° C under standard conditions. The hybridization conditions for DNA: DNA hybrids are preferably, for example, 0.1 × SSC and 20 ° C. to 45 ° C., preferably between 30 ° C. and 45 ° C. The hybridization conditions for DNA: RNA hybrids are preferably, for example, 0.1 × SSC and 30 ° C. to 55 ° C., preferably between 45 ° C. and 55 ° C. The above-mentioned hybridization temperatures are determined, for example, for a nucleic acid with a length of about 100 bp (= base pairs) and a G + C content of 50% in the absence of formamide. Those skilled in the art know how the required hybridization conditions are based on textbooks, such as that mentioned above or from the following textbooks Sambrook et al., "Molecular Cloning", Cold Spring Harbor Laboratory, 1989; Hames and Higgins (eds.) 1985, Nucleic Acids Hybridization: A Practical Approach, IRL Press at Oxford University Press, Oxford; Brown (ed.) 1991, "Essential Molecular Biology: A Practical Approach," IRL Press at Oxford University Press, Oxford.
Vorzugsweise entspricht ein erfindungsgemäßes isoliertes Nuklein säuremolekül, das unter stringenten Bedingungen an eine Sequenz der SEQ ID NR: 1 hybridisiert, einem natürlich vorkommenden Nukleinsäuremolekül. Wie hier verwendet, betrifft ein "natürlich vorkommendes" Nukleinsäuremolekül ein RNA- oder DNA-Molekül mit einer Nukleotidsequenz, die in der Natur vorkommt (z. B. ein natürliches Protein kodiert). Bei einer Ausführungsform kodiert die Nukleinsäure eine natürliche vorkommendes Physcomitrella patens-PSE.An isolated nucleotide according to the invention preferably corresponds acid molecule attached to a sequence under stringent conditions the SEQ ID NO: 1 hybridizes, a naturally occurring one Nucleic acid molecule. As used here, a "of course concerns occurring "nucleic acid molecule with an RNA or DNA molecule a nucleotide sequence that occurs naturally (e.g. a encodes natural protein). Encoded in one embodiment the nucleic acid is a naturally occurring Physcomitrella patens-PSE.
Zusätzlich zu natürlich vorkommenden Varianten der PSE-Sequenz, die in der Population existieren können, erkennt der Fachmann ferner, daß auch Änderungen durch Mutation in eine Nukleotid sequenz der SEQ ID NR: 1 eingebracht werden können, was zu Änderungen der Aminosäuresequenz der kodierten PSE führt, ohne daß die Funktionsfähigkeit des PSE-Proteins beeinträchtigt wird. Beispielsweise lassen sich Nukleotidsusbtitutionen, die an "nicht-essentiellen" Aminosäureresten zu Aminosäuresubstitutionen führen, in einer Sequenz der SEQ ID NR: 1 herstellen. Ein "nicht- essentieller" Aminosäurerest ist ein Rest, der sich in einer Wildtypsequenz einer der PSEs (SEQ ID NR: 2) verändern läßt, ohne daß die Aktivität der PSE verändert wird, wohingegen ein "essentieller" Aminosäurerest für die PSE-Aktivität erforderlich ist. Andere Aminosäurereste (z. B. diejenigen, die in der Domäne mit PSE-Aktivität nicht konserviert oder lediglich semikonserviert sind) können jedoch für die Aktivität nicht essentiell sein und lassen sich somit wahrscheinlich verändern, ohne daß die PSE-Aktivität verändert wird.In addition to naturally occurring variants of the PSE sequence, those skilled in the art recognize those that may exist in the population further that changes by mutation into a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 can be introduced, resulting in Changes in the amino acid sequence of the encoded PSE results without that the functionality of the PSE protein is impaired. For example, nucleotide substitutions that are "non-essential" amino acid residues for amino acid substitutions lead in a sequence of SEQ ID NO: 1. A "not- essential "amino acid residue is a residue that is in one Wildtypenzsequenz one of the PSEs (SEQ ID NO: 2) can be changed, without changing the activity of the PSE, whereas a "Essential" amino acid residue required for PSE activity is. Other amino acid residues (e.g. those in the Domain with PSE activity not conserved or only are semi-preserved) but cannot be used for the activity essential and can probably be changed, without changing the PSE activity.
Folglich betrifft in weiterer Aspekt der Erfindung Nukleinsäure moleküle, die PSEs kodieren, die veränderte Aminosäurereste ent halten, die für die PSE-Aktivität nicht essentiell sind. Diese PSEs unterscheiden sich in der Aminosäuresequenz von einer Sequenz in SEQ ID NR: 2 und behalten dennoch zumindest eine der hier beschriebenen PSE-Aktivitäten. Das isolierte Nukleinsäure molekül umfaßt bei einer Ausführungsform eine Nukleotidsequenz, die ein Protein kodiert, wobei das Protein eine Aminosäuresequenz mit mindestens etwa 50% Homologie zu einer Aminosäuresequenz der SEQ ID NR: 2 umfaßt und am Stoffwechsel von zum Aufbau von Zell membranen in P. patens notwendigen Verbindungen oder am Transport von Molekülen über diese Membranen teilnehmen kann oder eine oder mehrere der in Tabelle 1 aufgeführten Aktivitäten besitzt. Das von dem Nukleinsäuremolekül kodierte Protein ist vorzugsweise mindestens etwa 50 bis 60% homolog zu einer der Sequenzen in SEQ ID NR: 2, stärker bevorzugt mindestens etwa 60 bis 70% homo log zu einer der Sequenzen in SEQ ID NR: 2, noch stärker bevorzugt mindestens etwa 70 bis 80%, 80 bis 90%, 90 bis 95% homolog zu einer der Sequenzen in SEQ ID NR: 2 und am stärksten bevorzugt mindestens etwa 96%, 97%, 98% oder 99% homolog zu einer der Sequenzen in SEQ ID NR: 2.Accordingly, in another aspect of the invention relates to nucleic acid Molecules that encode PSEs ent the modified amino acid residues hold that are not essential for PSE activity. This PSEs differ in amino acid sequence from one Sequence in SEQ ID NO: 2 and still retain at least one of the PSE activities described here. The isolated nucleic acid In one embodiment, the molecule comprises a nucleotide sequence, which encodes a protein, the protein being an amino acid sequence with at least about 50% homology to an amino acid sequence of the SEQ ID NO: 2 includes and on the metabolism of to build cells membranes in P. patens necessary connections or on transport of molecules can participate through these membranes or one or has several of the activities listed in Table 1. The protein encoded by the nucleic acid molecule is preferred at least about 50 to 60% homologous to one of the sequences in SEQ ID NO: 2, more preferably at least about 60 to 70% homo log to one of the sequences in SEQ ID NO: 2, even more preferred at least about 70 to 80%, 80 to 90%, 90 to 95% homologous to one of the sequences in SEQ ID NO: 2 and most preferred at least about 96%, 97%, 98% or 99% homologous to one of the Sequences in SEQ ID NO: 2.
Zur Bestimmung der prozentualen Homologie von zwei Aminosäure sequenzen (z. B. einer der Sequenzen der SEQ ID NR: 2 und einer mutierten Form davon) oder von zwei Nukleinsäuren werden die Sequenzen zum Zweck des optimalen Vergleichs untereinander geschrieben (z. B. können Lücken in die Sequenz eines Proteins oder einer Nukleinsäure eingefügt werden, um ein optimales Alignment mit dem anderen Protein oder der anderen Nukleinsäure zu erzeugen). Die Aminosäurereste oder Nukleotide an den ent sprechenden Aminosäurepositionen oder Nukleotidpositionen werden dann verglichen. Wenn eine Position in einer Sequenz (z. B. einer der Sequenzen der SEQ ID NR: 2) durch den gleichen Aminosäurerest oder das gleiche Nukleotid wie die entsprechende Stelle in der anderen Sequenz (z. B. einer mutierten Form der aus SEQ ID NR: 2 ausgewählten Sequenz) belegt wird, dann sind die Moleküle an dieser Position homolog (d. h. Aminosäure- oder Nukleinsäure- "Homologie", wie hier verwendet, entspricht Aminosäure- oder Nukleinsäure-"Identität"). Die prozentuale Homologie zwischen den beiden Sequenzen ist eine Funktion der Anzahl an identischen Positionen, die den Sequenzen gemeinsam sind (d. h. % Homologie = Anzahl der identischen Positionen/Gesamtanzahl der Positionen × 100). To determine the percentage homology of two amino acids sequences (e.g. one of the sequences of SEQ ID NO: 2 and one mutated form thereof) or of two nucleic acids Sequences for the purpose of optimal comparison with one another written (e.g., gaps in the sequence of a protein or a nucleic acid to be optimal Alignment with the other protein or nucleic acid to create). The amino acid residues or nucleotides on the ent speaking amino acid positions or nucleotide positions then compared. If a position in a sequence (e.g. one of the sequences of SEQ ID NO: 2) by the same amino acid residue or the same nucleotide as the corresponding site in the other sequence (e.g. a mutated form of the one from SEQ ID NO: 2 selected sequence), the molecules are on homologous to that position (i.e. amino acid or nucleic acid "Homology" as used here corresponds to amino acid or Nucleic acid "identity"). The percentage homology between the both sequences is a function of the number of identical ones Positions that are common to the sequences (i.e.% homology = Number of identical positions / total number of positions × 100).
Ein isoliertes Nukleinsäuremolekül, das eine PSE kodiert, die zu einer Proteinsequenz der SEQ ID NR: 2 homolog ist, kann durch Ein bringen einer oder mehrerer Nukleotidsubstitutionen, -additionen oder -deletionen in eine Nukleotidsequenz der SEQ ID NR: 1 erzeugt werden, so daß eine oder mehrere Aminosäuresubstitutionen, -additionen oder -deletionen in das kodierte Protein eingebracht werden. Mutationen können in eine der Sequenzen der SEQ ID NR: 1 durch Standardtechniken, wie stellenspezifische Mutagenese und PCR-vermittelte Mutagenese, eingebracht werden. Vorzugsweise werden konservative Aminosäuresubstitutionen an einer oder mehreren der vorhergesagten nicht-essentiellen Aminosäureresten hergestellt. Bei einer "konservativen Aminosäuresubstitution" wird der Aminosäurerest gegen einen Aminosäurerest mit einer ähnlichen Seitenkette ausgetauscht. Im Fachgebiet sind Familien von Aminosäureresten mit ähnlichen Seitenketten definiert worden. Diese Familien umfassen Aminosäuren mit basischen Seitenketten (z. B. Lysin, Arginin, Histidin), sauren Seitenketten (z. B. Asparaginsäure, Glutaminsäure), ungeladenen polaren Seitenketten (z. B. Glycin, Asparagin, Glutamin, Serin, Threonin, Tyrosin, Cystein), unpolaren Seitenketten, (z. B. Alanin, Valin, Leucin, Isoleucin, Prolin, Phenylalanin, Methionin, Tryptophan), beta- verzweigten Seitenketten (z. B. Threonin, Valin, Isoleucin) und aromatischen Seitenketten (z. B. Tyrosin, Phenylalanin, Trypto phan, Histidin). Ein vorhergesagter nicht-essentieller Amino säurerest in einer PSE wird somit vorzugsweise durch einen anderen Aminosäurerest aus der gleichen Seitenkettenfamilie aus getauscht. Alternativ können bei einer anderen Ausführungsform die Mutationen zufallsgemäß über die gesamte oder einen Teil der PSE-kodierenden Sequenz eingebracht werden, z. B. durch Sättigungsmutagenese, und die resultierenden Mutanten können nach der hier beschriebenen PSE-Aktivität durchmustert werden, um Mutanten zu identifizieren, die PSE-Aktivität beibehalten. Nach der Mutagenese einer der Sequenzen der SEQ ID NR: 1 kann das kodierte Protein rekombinant exprimiert werden, und die Aktivität des Proteins kann z. B. unter Verwendung der hier beschriebenen Tests (siehe Beispielteil) bestimmt werden.An isolated nucleic acid molecule that encodes a PSE a protein sequence of SEQ ID NO: 2 is homologous by Ein bring one or more nucleotide substitutions, additions or deletions generated in a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 so that one or more amino acid substitutions, additions or deletions introduced into the encoded protein become. Mutations can occur in one of the sequences of SEQ ID NO: 1 using standard techniques such as site-specific mutagenesis and PCR-mediated mutagenesis. Preferably become conservative amino acid substitutions on one or several of the predicted non-essential amino acid residues manufactured. With a "conservative amino acid substitution" the amino acid residue is replaced by an amino acid residue with a similar side chain replaced. There are families in the field of amino acid residues with similar side chains. These families include amino acids with basic side chains (e.g. lysine, arginine, histidine), acidic side chains (e.g. Aspartic acid, glutamic acid), uncharged polar side chains (e.g. glycine, asparagine, glutamine, serine, threonine, tyrosine, Cysteine), non-polar side chains, (e.g. alanine, valine, leucine, Isoleucine, proline, phenylalanine, methionine, tryptophan), beta branched side chains (e.g. threonine, valine, isoleucine) and aromatic side chains (e.g. tyrosine, phenylalanine, trypto phan, histidine). A predicted non-essential amino acid residue in a PSE is thus preferably by a other amino acid residue from the same side chain family exchanged. Alternatively, in another embodiment the mutations randomly over all or part the PSE coding sequence are introduced, e.g. B. by Saturation mutagenesis, and the resulting mutants can screened for the PSE activity described here, to identify mutants that maintain PSE activity. After mutagenesis of one of the sequences of SEQ ID NO: 1, this can encoded protein can be expressed recombinantly, and the activity the protein can e.g. B. using those described here Tests (see example part) can be determined.
Zusätzlich zu den Nukleinsäuremolekülen, welche die vorstehend beschriebenen PSEs kodieren, betrifft ein weiterer Aspekt der Erfindung isolierte Nukleinsäuremoleküle, die "Antisense" dazu sind. Eine "Antisense"-Nukleinsäure umfaßt eine Nukleotidsequenz, die zu einer "Sense"-Nukleinsäure, welche ein Protein kodiert, komplementär ist, z. B. komplementär zum kodierenden Strang eines doppelsträngigen cDNA-Moleküls oder komplementär zu einer mRNA- Sequenz. Eine Antisense-Nukleinsäure kann folglich über Wasser stoffbrückenbindungen an eine Sense-Nukleinsäure binden. Die Antisense-Nukleinsäure kann zu einem gesamten PSE-kodierenden Strang oder nur zu einem Teil davon komplementär sein. Bei einer Ausführungsform ist ein Antisense-Nukleinsäuremolekül "Antisense" zu einem "kodierenden Bereich" des kodierenden Strangs einer Nukleotidsequenz, die eine PSE kodiert. Der Begriff "kodierender Bereich" betrifft den Bereich der Nukleotidsequenz, der Codons umfaßt, die in Aminosäurereste translatiert werden (z. B. den gesamten kodierenden Bereich, der mit dem Stopcodon beginnt und endet, d. h. dem letzten Codon vor dem Stopcodon). Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Antisense-Nukleinsäuremolekül "Antisense" zu einem "nicht-kodierenden Bereich" des kodierenden Strangs einer Nukleotidsequenz, die PSE kodiert. Der Begriff "nicht-kodierender Bereich" betrifft 5'- und 3'-Sequenzen, die den kodierenden Bereich flankieren und nicht in Aminosäuren translatiert werden (d. h. die man auch als 5'- und 3'-untrans latierte Bereiche bezeichnet).In addition to the nucleic acid molecules that the above encoding PSEs described concerns another aspect of Invention isolated nucleic acid molecules, the "antisense" to it are. An "antisense" nucleic acid comprises a nucleotide sequence to a "sense" nucleic acid that encodes a protein, is complementary, e.g. B. complementary to the coding strand of a double-stranded cDNA molecule or complementary to an mRNA Sequence. An antisense nucleic acid can therefore be above water Bind fabric bonds to a sense nucleic acid. The Antisense nucleic acid can encode an entire PSE Strand or only complementary to part of it. At a Embodiment is an antisense nucleic acid molecule "antisense" to a "coding area" of the coding strand Nucleotide sequence encoding a PSE. The term "coding Area "refers to the area of the nucleotide sequence, the codons which are translated into amino acid residues (e.g. the entire coding area starting with the stop codon and ends, d. H. the last codon before the stop codon). At a Another embodiment is the antisense nucleic acid molecule "Antisense" to a "non-coding area" of the coding Strands of a nucleotide sequence that encodes PSE. The term "Non-coding region" refers to 5 'and 3' sequences that flank the coding area and not in amino acids be translated (i.e. which are also called 5'- and 3'-untrans latated areas).
Unter Voraussetzung der hier offenbarten PSE-kodierenden Sequenzen des kodierenden Stranges (z. B. die in SEQ ID NR: 1 dar gestellten Sequenzen) können erfindungsgemäße Antisense-Nuklein säuren gemäß den Regeln der Watson-Crick-Basenpaarung gestaltet werden. Das Antisense-Nukleinsäuremolekül kann komplementär zum gesamten kodierenden Bereich von PSE-mRNA sein, ist aber stärker bevorzugt ein Oligonukleotid, das nur zu einem Teil des kodieren den oder nicht-kodierenden Bereichs von PSE-mRNA "Antisense" ist. Das Antisense-Oligonukleotid kann z. B. zu dem Bereich, der die Translationsstartstelle von PSE-mRNA umgibt, komplementär sein. Ein Antisense-Oligonukleotid kann z. B. etwa 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 oder 50 und mehr Nukleotide lang sein. Eine erfindungsgemäße Antisense-Nukleinsäure kann unter Verwendung chemischer Synthese und enzymatischer Ligationsreaktionen mittels im Fachgebiet bekannter Verfahren konstruiert werden. Eine Antisense-Nukleinsäure (z. B. ein Antisense-Oligonukleotid) kann z. B. chemisch synthetisiert werden, wobei natürlich vorkommende Nukleotide oder verschiedentlich modifizierte Nukleotide ver wendet werden, die so gestaltet sind, daß sie die biologische Stabilität der Moleküle erhöhen oder die physikalische Stabilität des zwischen der Antisense- und der Sense-Nukleinsäure gebildeten Duplexes erhöhen, beispielsweise können Phosphorthioat-Derivate und acridinsubstituierte Nukleotide verwendet werden. Beispiele für modifizierte Nukleotide, die zur Erzeugung der Antisense- Nukleinsäure verwendet werden können, sind u. a. 5-Fluoruracil, 5-Bromuracil, 5-Chloruracil, 5-Ioduracil, Hypoxanthin, Xanthin, 4-Acetylcytosin, 5-(Carboxyhydroxylmethyl)uracil, 5-Carboxy methylaminomethyl-2-thiouridin, 5-Carboxymethylaminomethyluracil, Dihydrouracil, Beta-D-Galactosylqueosin, Inosin, N6-Isopentenyl adenin, 1-Methylguanin, 1-Methylinosin, 2,2-Dimethylguanin, 2-Methyladenin, 2-Methylguanin, 3-Methylcytosin, 5-Methylcytosin, N6-Adenin, 7-Methylguanin, 5-Methylaminomethyluracil, 5-Methoxy aminomethyl-2-thiouracil, Beta-D-Mannosylqueosin, 5'-Methoxy carboxymethyluracil, 5-Methoxyuracil, 2-Methylthio-N6-isopentyl adenin, Uracil-5-oxyessigsäure (v), Wybutoxosin, Pseudouracil, Queosin, 2-Thiocytosin, 5-Methyl-2-thiouracil, 2-Thiouracil, 4-Thiouracil, 5-Methyluracil, Uracil-5-oxyessigsäuremethylester, Uracil-5-oxyessigsäure (v), 5-Methyl-2-thiouracil, 3-(3-Amino-3- N-2-carboxypropyl)uracil, (acp3)w und 2,6-Diaminopurin. Die Anti sense-Nukleinsäure kann alternativ biologisch unter Verwendung eines Expressionsvektors hergestellt werden, in den eine Nuklein säure in Antisense-Richtung subkloniert worden ist (d. h. RNA, die von der eingebrachten Nukleinsäure transkribiert wird, ist zu einer Zielnukleinsäure von Interesse in Antisense-Richtung orientiert, was im nachstehenden Unterabschnitt weiter beschrieben ist).Provided the PSE encoding disclosed here Sequences of the coding strand (e.g. those in SEQ ID NO: 1 sequences) can antisense nucleic acids according to the invention acids designed according to the rules of Watson-Crick base pairing become. The antisense nucleic acid molecule can be complementary to entire coding region of PSE mRNA, but is stronger preferably an oligonucleotide that only encode part of the the or non-coding region of PSE mRNA is "antisense". The antisense oligonucleotide can e.g. B. to the area that the Translation start site surrounded by PSE mRNA, be complementary. An antisense oligonucleotide can e.g. B. about 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 or 50 and more nucleotides in length. A antisense nucleic acid of the invention can be used chemical synthesis and enzymatic ligation reactions using be constructed in the art of known methods. A Antisense nucleic acid (e.g. an antisense oligonucleotide) can e.g. B. chemically synthesized, naturally occurring Nucleotides or variously modified nucleotides ver are used, which are designed so that they the biological Molecular stability increase or physical stability that formed between the antisense and sense nucleic acids Increase duplexes, for example, phosphorothioate derivatives and acridine substituted nucleotides can be used. Examples for modified nucleotides that are used to generate the antisense Nucleic acid can be used u. a. 5-fluorouracil, 5-bromouracil, 5-chlorouracil, 5-ioduracil, hypoxanthine, xanthine, 4-acetylcytosine, 5- (carboxyhydroxylmethyl) uracil, 5-carboxy methylaminomethyl-2-thiouridine, 5-carboxymethylaminomethyluracil, Dihydrouracil, beta-D-galactosylqueosine, inosine, N6-isopentenyl adenine, 1-methylguanine, 1-methylinosine, 2,2-dimethylguanine, 2-methyladenine, 2-methylguanine, 3-methylcytosine, 5-methylcytosine, N6-adenine, 7-methylguanine, 5-methylaminomethyluracil, 5-methoxy aminomethyl-2-thiouracil, beta-D-mannosylqueosine, 5'-methoxy carboxymethyluracil, 5-methoxyuracil, 2-methylthio-N6-isopentyl adenine, uracil-5-oxyacetic acid (v), wybutoxosin, pseudouracil, Queosin, 2-thiocytosine, 5-methyl-2-thiouracil, 2-thiouracil, 4-thiouracil, 5-methyluracil, uracil-5-oxyacetic acid methyl ester, Uracil-5-oxyacetic acid (v), 5-methyl-2-thiouracil, 3- (3-amino-3- N-2-carboxypropyl) uracil, (acp3) w and 2,6-diaminopurine. The anti Alternatively, sense nucleic acid can be used biologically an expression vector into which a nucleotide acid has been subcloned in the antisense direction (i.e. RNA, which is transcribed by the introduced nucleic acid to a target nucleic acid of interest in the antisense direction oriented what continues in the subsection below is described).
Die erfindungsgemäßen Antisense-Nukleinsäuremoleküle werden üblicherweise an eine Zelle verabreicht oder in situ erzeugt, so daß sie mit der zellulären mRNA und/oder der genomischen DNA, die eine PSE kodiert, hybridisieren oder daran binden, um dadurch die Expression des Proteins, z. B. durch Hemmung der Transkription und/oder Translation, zu hemmen. Die Hybridisierung kann durch herkömmliche Nukleotidkomplementarität unter Bildung eines stabilen Duplexes oder z. B. im Fall eines Antisense-Nukleinsäure moleküls, das DNA-Duplices bindet, durch spezifische Wechsel wirkungen in der großen Furche der Doppelhelix erfolgen. Das Antisense-Molekül kann so modifiziert sein, daß es spezifisch an einen Rezeptor oder an ein auf einer ausgewählten Zelloberfläche exprimiertes Antigen bindet, z. B. durch Binden des Antisense- Nukleinsäuremoleküls an ein Peptid oder einen Antikörper, das/der an einen Zelloberflächenrezeptor oder ein Antigen bindet. Das Antisense-Nukleinsäuremolekül kann auch unter Verwendung der hier beschriebenen Vektoren den Zellen zugeführt werden. Zur Erzielung ausreichender intrazellulärer Konzentrationen der Antisense- Moleküle sind Vektorkonstrukte, in denen sich das Antisense- Nukleinsäuremolekül unter der Kontrolle eines starken pro karyotischen, viralen oder eukaryotischen, einschließlich pflanzlichen, Promotors befindet, bevorzugt.The antisense nucleic acid molecules according to the invention are usually administered to a cell or generated in situ, so that they are associated with the cellular mRNA and / or the genomic DNA encode, hybridize, or bind a PSE to thereby encode the Expression of the protein, e.g. B. by inhibiting transcription and / or translation. Hybridization can be done by conventional nucleotide complementarity to form a stable duplexes or z. B. in the case of an antisense nucleic acid molecule that binds DNA duplexes through specific changes effects occur in the large furrow of the double helix. The Antisense molecule can be modified to be specific a receptor or to one on a selected cell surface expressed antigen binds e.g. B. by binding the antisense Nucleic acid molecule to a peptide or an antibody, the binds to a cell surface receptor or an antigen. The Antisense nucleic acid molecule can also be used here described vectors are supplied to the cells. To achieve sufficient intracellular concentrations of antisense Molecules are vector constructs in which the antisense Nucleic acid molecule under the control of a strong pro caryotic, viral or eukaryotic, including vegetable, promoter is preferred.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Anti sense-Nukleinsäuremolekül ein α-anomeres Nukleinsäuremolekül. Ein α-anomeres Nukleinsäuremolekül bildet spezifische doppelsträngige Hybride mit komplementärer RNA, wobei die Stränge im Gegensatz zu gewöhnlichen β-Einheiten parallel zueinander verlaufen. (Gaultier et al. (1987) Nucleic Acids Res. 15: 6625-6641). Das Antisense- Nukleinsäuremolekül kann zudem ein 2'-o-Methylribonukleotid (Inoue et al. (1987) Nucleic Acids Res. 15: 6131-6148) oder ein chimäres RNA-DNA-Analogon (Inoue et al. (1987) FEBS Lett. 215: 327-330) umfassen.In a further embodiment, the anti according to the invention is sense nucleic acid molecule is an α-anomeric nucleic acid molecule. On α-anomeric nucleic acid molecule forms specific double-stranded ones Hybrid with complementary RNA, the strands being unlike ordinary β units run parallel to each other. (Gaultier et al. (1987) Nucleic Acids Res. 15: 6625-6641). The antisense Nucleic acid molecule can also be a 2'-o-methyl ribonucleotide (Inoue et al. (1987) Nucleic Acids Res. 15: 6131-6148) or a chimeric RNA-DNA analog (Inoue et al. (1987) FEBS Lett. 215: 327-330).
Bei einer weiteren Ausführungsform ist eine erfindungsgemäße Antisense-Nukleinsäure ein Ribozym. Ribozyme sind katalytische RNA-Moleküle mit Ribonukleaseaktivität, die eine einzelsträngige Nukleinsäure, wie eine mRNA, spalten können, zu der sie einen komplementären Bereich haben. Somit können Ribozyme (z. B. Hammerhead-Ribozyme (beschrieben in Haselhoff und Gerlach (1988) Nature 334: 585-591)) zur katalytischen Spaltung von PSE-mRNA- Transkripten verwendet werden, um dadurch die Translation von PSE-mRNA zu hemmen. Ein Ribozym mit Spezifität für eine PSE kodierende Nukleinsäure kann auf der Basis der Nukleotidsequenz einer hier offenbarten PSE-cDNA (d. h. 38_ck21_g07fwd in SEQ ID NR: 1) oder auf der Basis einer gemäß den in dieser Erfindung gelehrten Verfahren zu isolierenden heterologen Sequenz gestaltet werden. Beispielsweise kann ein Derivat einer Tetra hymena-L-19-IVS-RNA konstruiert werden, wobei die Nukleotid sequenz der aktiven Stelle komplementär zu der Nukleotidsequenz ist, die in einer PSE-kodierenden mRNA gespalten werden soll. Siehe z. B. Cech et al., US-Patent Nr. 4,987,071 und Cech et al., US-Patent Nr. 5,116,742. Alternativ kann PSE-mRNA zur Selektion einer katalytischen RNA mit einer spezifischen Ribonuklease aktivität aus einem Pool von RNA-Molekülen verwendet werden. Siehe z. B. Bartel, D., und Szostak, J. W. (1993) Science 261: 1411-1418.In a further embodiment, one according to the invention Antisense nucleic acid a ribozyme. Ribozymes are catalytic RNA molecules with ribonuclease activity that are single-stranded Can cleave nucleic acid, such as an mRNA, to which they join have complementary area. Thus ribozymes (e.g. Hammerhead ribozymes (described in Haselhoff and Gerlach (1988) Nature 334: 585-591)) for the catalytic cleavage of PSE mRNA Transcripts are used to thereby translate Inhibit PSE mRNA. A ribozyme with specificity for a PSE coding nucleic acid can be based on the nucleotide sequence a PSE cDNA disclosed here (i.e. 38_ck21_g07fwd in SEQ ID NO: 1) or on the basis of one in accordance with this Invention taught method to isolate heterologous sequence be designed. For example, a derivative of a tetra hymena-L-19-IVS-RNA can be constructed using the nucleotide sequence of the active site complementary to the nucleotide sequence which is to be cleaved in a PSE-encoding mRNA. See e.g. B. Cech et al., U.S. Patent No. 4,987,071 and Cech et al., U.S. Patent No. 5,116,742. Alternatively, PSE mRNA can be used for selection a catalytic RNA with a specific ribonuclease activity from a pool of RNA molecules can be used. See e.g. B. Bartel, D., and Szostak, J.W. (1993) Science 261: 1411-1418.
Alternativ läßt sich die PSE-Gen-Expression hemmen, indem Nukleotidsequenzen, die komplementär zum regulatorischen Bereich einer PSE-Nukleotidsequenz (z. B. einem PSE-Promotor und/oder -Enhancer) sind, so dirigiert werden, daß Dreifach helix-Strukturen gebildet werden, welche die Transkription eines PSE-Gens in Zielzellen hemmen. Siehe allgemein Helene, C. (1991) Anticancer Drug Res. 6 (6) 569-84; Helene, C., et al. (1992) Ann. N. Y. Acad. Sci. 660: 27-36; und Maher. L. J. (1992) Bioassays 14 (12): 807-815.Alternatively, PSE gene expression can be inhibited by Nucleotide sequences complementary to regulatory Region of a PSE nucleotide sequence (e.g. a PSE promoter and / or enhancer) are so directed that triple helix structures are formed, which are the transcription of a Inhibit PSE genes in target cells. See generally Helene, C. (1991) Anticancer Drug Res. 6 (6) 569-84; Helene, C., et al. (1992) Ann. N. Y. Acad. Sci. 660: 27-36; and Maher. L. J. (1992) Bioassays 14 (12): 807-815.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist ein neues Gen konstrukt, was eine isolierte Nukleinsäure bedeutet, die von einer Pflanze stammt und ein Polypeptid kodiert, das C18-Fett säuren mit mindestens zwei Doppelbindungen in der Fettsäure um mindestens zwei Kohlenstoffatome verlängert, oder die Gensequenz der SEQ ID NR: 1, ihre Homologa, Derivate oder Analoga, die funktionsfähig mit einem oder mehreren Regulationssignalen, vorteilhafterweise zur Steigerung der Genexpression, verbunden sind. Beispiele für diese Regulationssequenzen sind Sequenzen, an die Induktoren oder Repressoren binden und so die Expression der Nukleinsäure regulieren. Zusätzlich zu diesen neuen Regulations sequenzen kann die natürliche Regulation dieser Sequenzen vor den eigentlichen Strukturgenen noch vorhanden sein und, wenn geeignet, genetisch modifiziert worden sein, so daß die natür liche Regulation ausgeschaltet worden ist und die Expression der Gene gesteigert worden ist. Das Genkonstrukt kann jedoch auch eine einfachere Struktur haben, d. h. daß keine zusätz lichen Regulationssignale vor der Sequenz SEQ ID NR: 1 oder ihren Homologa inseriert worden sind und der natürliche Promotor mit seiner Regulation nicht deletiert worden ist. Statt dessen ist die natürliche Regulationssequenz so mutiert worden, daß keine Regulation mehr stattfindet und die Genexpression verstärkt ist. Das Genkonstrukt kann außerdem vorteilhafterweise eine oder mehrere sogenannte Enhancer-Sequenzen, die funktionsfähig mit dem Promotor verbunden sind und die gesteigerte Expression der Nukleinsäuresequenz ermöglichen, umfassen. Es ist auch möglich, am 3'-Ende der DNA-Sequenzen zusätzlich vorteilhafte Sequenzen zu inserieren, beispielsweise weitere Regulationselemente oder Terminatoren. Die Elongasegene können im Genkonstrukt in einer oder mehreren Kopien vorliegen. Es ist vorteilhaft für die Insertion weiterer Gene in Organismen, wenn weitere Gene im Genkonstrukt vorliegen.Another embodiment of the invention is a new gene constructed, which means an isolated nucleic acid derived from a plant and encoding a polypeptide that extends C 18 fatty acids with at least two double bonds in the fatty acid by at least two carbon atoms, or the gene sequence of SEQ ID NO: 1, their homologs, derivatives or analogs that are operably linked to one or more regulatory signals, advantageously to increase gene expression. Examples of these regulatory sequences are sequences to which inducers or repressors bind and thus regulate the expression of the nucleic acid. In addition to these new regulatory sequences, the natural regulation of these sequences can still be present before the actual structural genes and, if appropriate, have been genetically modified so that the natural regulation has been switched off and the expression of the genes has been increased. However, the gene construct can also have a simpler structure, ie that no additional regulatory signals have been inserted before the sequence SEQ ID NO: 1 or its homologs and the natural promoter with its regulation has not been deleted. Instead, the natural regulatory sequence has been mutated so that regulation no longer takes place and gene expression is increased. The gene construct can also advantageously comprise one or more so-called enhancer sequences which are operably linked to the promoter and which enable increased expression of the nucleic acid sequence. It is also possible to additionally insert advantageous sequences, for example further regulatory elements or terminators, at the 3 'end of the DNA sequences. The elongase genes can be present in the gene construct in one or more copies. It is advantageous for the insertion of further genes in organisms if further genes are present in the gene construct.
Vorteilhafte Regulationssequenzen für das neue Verfahren liegen beispielsweise in Promotoren vor, wie dem cos-, tac-, trp-, tet-, trp-tet-, lpp-, lac-, lpp-lac-, lacIq- T7-, T5-, T3-, gal-, trc-, ara-, SP6-, λ-PR- oder λ-PL-Promotor und werden vorteilhafterweise in Gram-negativen Bakterien angewendet. Weitere vorteilhafte Regulationssequenzen liegen beispielsweise in den Gram-positiven Promotoren amy und SPO2, in den Hefe- oder Pilzpromotoren ADC1, MFα, AC, P-60, CYC1, GAPDH, TEF, rp28, ADH oder in den Pflanzen promotoren CaMV/35S [Franck et al., Cell 21 (1980) 285-294], PRP1 [Ward et al., Plant. Mol. Biol. 22 (1993)], SSU, OCS, lib4, usp, STLS1, B33, nos oder im Ubiquitin- oder Phaseolin-Promotor vor. In diesem Zusammenhang vorteilhaft sind ebenfalls induzierbare Promotoren, wie die in EP-A-0 388 186 (Benzylsulfonamid-induzier bar), Plant J. 2, 1992: 397-404 (Gatz et al., Tetracyclin- induzierbar), EP-A-0 335 528 (Abzisinsäure-induzierbar) oder WO 93/21334 (Ethanol- oder Cyclohexenol-induzierbar) beschriebe nen Promotoren. Weitere geeignete Pflanzenpromotoren sind der Promotor von cytosolischer FBPase oder der ST-LSI-Promotor der Kartoffel (Stockhaus et al., EMBO J. 8, 1989, 2445), der Phospho ribosylpyrophosphatamidotransferase-Promotor aus Glycine max (Genbank-Zugangsnr. U87999) oder der in EP-A-0 249 676 beschrie bene nodenspezifische Promotor. Besonders vorteilhafte Promotoren sind Promotoren, welche die Expression in Geweben ermöglichen, die an der Fettsäurebiosynthese beteiligt sind. Ganz besonders vorteilhaft sind samenspezifische Promotoren, wie der usp-, LEB4-, Phaseolin- oder Napin-Promotor. Weitere besonders vorteil hafte Promotoren sind samenspezifische Promotoren, die für Mono kotyledonen oder Dikotyledonen verwendet werden können und in US 5,608,152 (Napin-Promotor aus Raps), WO 98/45461 (Phaseolin- Promotor aus Arobidopsis), US 5,504,200 (Phaseolin-Promotor aus Phaseolus vulgaris), WO 91/13980 (Bce4-Promotor aus Brassica), von Baeumlein et al., Plant J., 2, 2, 1992: 233-239 99999 00070 552 001000280000000200012000285919988800040 0002010005973 00004 99880(LEB4-Promotor aus Leguminosen) beschrieben sind, wobei sich diese Promotoren für Dikotyledonen eignen. Die folgenden Promotoren eignen sich beispielsweise für Monokotyledonen lpt-2- oder lpt-1-Promotor aus Gerste (WO 95/15389 und WO 95/23230), Hordein-Promotor aus Gerste und andere, in WO 99/16890 beschriebene geeignete Promotoren.Advantageous regulatory sequences for the novel process are present for example in promoters such as the cos, tac, trp, tet, trp-tet, lpp, lac, lpp-lac, lacI q- T7, T5 , T3, gal, trc, ara, SP6, λ-P R or λ-P L promoter and are advantageously used in Gram-negative bacteria. Further advantageous regulatory sequences are, for example, in the Gram-positive promoters amy and SPO2, in the yeast or fungal promoters ADC1, MFα, AC, P-60, CYC1, GAPDH, TEF, rp28, ADH or in the plant promoters CaMV / 35S [Franck et al., 1980, Cell 21: 285-294], PRP1 [Ward et al., Plant. Mol. Biol. 22 (1993)], SSU, OCS, lib4, usp, STLS1, B33, nos or in the ubiquitin or phaseolin promoter. In this context, inducible promoters are also advantageous, such as those in EP-A-0 388 186 (benzylsulfonamide-inducible bar), Plant J. 2, 1992: 397-404 (Gatz et al., Tetracycline-inducible), EP-A -0 335 528 (abscisic acid inducible) or WO 93/21334 (ethanol or cyclohexenol inducible) described promoters. Other suitable plant promoters are the cytosolic FBPase promoter or the ST-LSI promoter of the potato (Stockhaus et al., EMBO J. 8, 1989, 2445), the phospho ribosylpyrophosphatamidotransferase promoter from Glycine max (Genbank accession number U87999) or the node-specific promoter described in EP-A-0 249 676. Particularly advantageous promoters are promoters which enable expression in tissues which are involved in fatty acid biosynthesis. Seed-specific promoters such as the usp, LEB4, phaseolin or napin promoter are particularly advantageous. Further particularly advantageous promoters are seed-specific promoters that can be used for monocotyledons or dicotyledons and in US 5,608,152 (napin promoter from rapeseed), WO 98/45461 (phaseolin promoter from Arobidopsis), US 5,504,200 (phaseolin promoter from phaseolus vulgaris), WO 91/13980 (Bce4 promoter from Brassica), by Baeumlein et al., Plant J., 2, 2, 1992: 233-239 99999 00070 552 001000280000000200012000285919988800040 0002010005973 00004 99880 (LEB4 promoter from legumes) , where these promoters are suitable for dicotyledons. The following promoters are suitable for example for monocotyledons lpt-2 or lpt-1 promoter from barley (WO 95/15389 and WO 95/23230), hordein promoter from barley and other suitable promoters described in WO 99/16890.
Es ist im Prinzip möglich, alle natürlichen Promotoren mit ihren Regulationssequenzen, wie die oben genannten, für das neue Ver fahren zu verwenden. Es ist ebenfalls möglich und vorteilhaft, zusätzlich synthetische Promotoren zu verwenden.In principle it is possible to use all natural promoters with their Regulatory sequences, such as those mentioned above, for the new ver driving to use. It is also possible and advantageous additionally use synthetic promoters.
Das Genkonstrukt kann, wie oben beschrieben, auch weitere Gene umfassen, die in die Organismen eingebracht werden sollen. Es ist möglich und vorteilhaft, in die Wirtsorganismen Regulationsgene, wie Gene für Induktoren, Repressoren oder Enzyme, welche durch ihre Enzymaktivität in die Regulation eines oder mehrerer Gene eines Biosynthesewegs eingreifen, einzubringen und darin zu exprimieren. Diese Gene können heterologen oder homologen Ursprungs sein. Die inserierten Gene können ihren eigenen Promotor haben oder auch unter der Kontrolle des Promotors der Sequenz SEQ ID NR: 1 oder seiner Homologa stehen.As described above, the gene construct can also contain other genes include that are to be introduced into the organisms. It is possible and beneficial, in the host organisms regulatory genes, such as genes for inducers, repressors or enzymes, which are caused by their enzyme activity in the regulation of one or more genes intervene in a biosynthetic pathway, introduce it and close it express. These genes can be heterologous or homologous Be of origin. The inserted genes can have their own Have promoter or under the control of the promoter the sequence SEQ ID NO: 1 or its homologues.
Das Genkonstrukt umfaßt vorteilhafterweise zur Expression der anderen vorliegenden Gene weitere 3'- und/oder 5'-terminale Regulationssequenzen zur Steigerung der Expression, die in Abhängigkeit vom gewählten Wirtsorganismus und dem Gen oder den Genen für die optimale Expression ausgewählt werden.The gene construct advantageously comprises for the expression of the other present genes further 3'- and / or 5'-terminal Regulatory sequences to increase expression, which in Dependence on the selected host organism and the gene or the genes are selected for optimal expression.
Diese Regulationssequenzen sollen, wie oben erwähnt, die spezifische Expression der Gene und die Proteinexpression ermöglichen. Dies kann je nach dem Wirtsorganismus beispiels weise bedeuten, daß das Gen nur nach Induktion exprimiert oder überexprimiert wird oder daß es sofort exprimiert und/oder über exprimiert wird. As mentioned above, these regulatory sequences are intended to: specific expression of the genes and protein expression enable. This can, for example, depending on the host organism wise mean that the gene expresses only after induction or is overexpressed or immediately expressed and / or over is expressed.
Die Regulationssequenzen oder -faktoren können außerdem vorzugs weise eine vorteilhafte Wirkung auf die Expression der ein gebrachten Gene haben und diese somit steigern. Auf diese Weise ist es möglich, daß die Regulationselemente unter Verwendung starker Transkriptionssignale, wie Promotoren und/oder Enhancer, vorteilhafterweise auf Transkriptionsebene verstärkt werden. Es ist jedoch weiterhin auch möglich, die Translation zum Beispiel durch Verbesserung der mRNA-Stabilität zu verstärken.The regulatory sequences or factors may also be preferred have a beneficial effect on the expression of a have brought genes and thus increase them. In this way it is possible to use the regulatory elements strong transcription signals, such as promoters and / or enhancers, advantageously be amplified at the transcription level. It however, translation is still possible, for example by enhancing mRNA stability.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft Vektoren, vorzugs weise Expressionsvektoren, die eine Nukleinsäure enthalten, die eine PSE (oder einen Teil davon) kodieren. Wie hier verwendet, betrifft der Begriff "Vektor" ein Nukleinsäuremolekül, das eine andere Nukleinsäure transportieren kann, an welche es gebunden ist. Ein Vektortyp ist ein "Plasmid", was für eine zirkuläre doppelsträngige DNA-Schleife steht, in die zusätzlichen DNA- Segmente ligiert werden können. Ein weiterer Vektortyp ist ein viraler Vektor, wobei zusätzliche DNA-Segmente in das virale Genom ligiert werden können. Bestimmte Vektoren können in einer Wirtszelle, in die sie eingebracht worden sind, autonom replizieren (z. B. Bakterienvektoren mit bakteriellem Replikationsursprung und episomale Säugervektoren). Andere Vektoren (z. B. nicht-episomale Säugervektoren) werden beim Einbringen in die Wirtszelle in das Genom einer Wirtszelle integriert und dadurch zusammen mit dem Wirtsgenom repliziert. Zudem können bestimmte Vektoren die Expression von Genen, mit denen sie funktionsfähig verbunden sind, steuern. Diese Vektoren werden hier als "Expressionsvektoren" bezeichnet. Gewöhnlich haben Expressionsvektoren, die für DNA-Rekombinationstechniken geeignet sind, die Form von Plasmiden. In der vorliegenden Beschreibung können "Plasmid" und "Vektor" austauschbar ver wendet werden, da das Plasmid die am häufigsten verwendete Vektorform ist. Die Erfindung soll jedoch diese anderen Expressionsvektorformen, wie virale Vektoren (z. B. replikations defiziente Retroviren, Adenoviren und adenoverwandte Viren), die ähnliche Funktionen ausüben, umfassen. Ferner soll der Begriff Vektor auch andere Vektoren, die dem Fachmann bekannt sind, wie Phagen, Viren, wie SV40, CMV, Baculovirus, Adenovirus, Transposons, IS-Elemente, Phasmide, Phagemide, Cosmide, lineare oder zirkuläre DNA, umfassen.Another aspect of the invention relates to vectors, preferably wise expression vectors containing a nucleic acid that encode a PSE (or part of it). As used here the term "vector" refers to a nucleic acid molecule that contains a can transport other nucleic acid to which it is bound is. A vector type is a "plasmid", what a circular double-stranded DNA loop is in the additional DNA Segments can be ligated. Another type of vector is a viral vector, with additional DNA segments in the viral genome can be ligated. Certain vectors can in a host cell into which they have been placed replicate autonomously (e.g. bacterial vectors with bacterial Origin of replication and episomal mammalian vectors). Other Vectors (e.g. non-episomal mammalian vectors) are used in the Introduction into the host cell in the genome of a host cell integrated and thereby replicated together with the host genome. In addition, certain vectors can express genes with to which they are functionally connected. These vectors are referred to here as "expression vectors". Usually have expression vectors that are used for recombinant DNA techniques are suitable, the form of plasmids. In the present Description "plasmid" and "vector" can be used interchangeably be used because the plasmid is the most commonly used Is vector shape. However, the invention is intended to address these others Expression vector forms, such as viral vectors (e.g. replication deficient retroviruses, adenoviruses and adeno-related viruses) that perform similar functions. Furthermore, the term Vector also other vectors known to those skilled in the art, such as phages, viruses such as SV40, CMV, baculovirus, adenovirus, Transposons, IS elements, phasmids, phagemids, cosmids, linear or circular DNA.
Die erfindungsgemäßen rekombinanten Expressionsvektoren umfassen eine erfindungsgemäße Nukleinsäure oder ein erfindungsgemäßes Genkonstrukt in einer Form, die sich zur Expression der Nuklein säure in einer Wirtszelle eignet, was bedeutet, daß die rekombinanten Expressionsvektoren eine oder mehrere Regulations sequenzen, ausgewählt auf der Basis der zur Expression zu ver wendenden Wirtszellen, die mit der zu exprimierenden Nuklein säuresequenz funktionsfähig verbunden ist, umfaßt. In einem rekombinanten Expressionsvektor bedeutet "funktionsfähig ver bunden", daß die Nukleotidsequenz von Interesse derart an die Regulationssequenz(en) gebunden ist, daß die Expression der Nukleotidsequenz möglich ist und sie aneinander gebunden sind, so daß beide Sequenzen die vorhergesagte, der Sequenz zugeschriebene Funktion erfüllen (z. B. in einem In-vitro-Transkriptions-/Trans lationssystem oder in einer Wirtszelle, wenn der Vektor in die Wirtszelle eingebracht wird). Der Begriff "Regulationssequenz" soll Promotoren, Enhancer und andere Expressionskontrollelemente (z. B. Polyadenylierungssignale) umfassen. Diese Regulations sequenzen sind z. B. beschrieben in Goeddel: Gene Expression Technology: Methods in Enzymology 185, Academic Press, San Diego, CA (1990), oder siehe: Gruber und Crosby, in: Methods in Plant Molecular Biology and Biotechnolgy, CRC Press, Boca Raton, Florida, Hrsgb.: Glick und Thompson, Kapitel 7, 89-108, ein schließlich der Literaturstellen darin. Regulationssequenzen umfassen solche, welche die konstitutive Expression einer Nukleotidsequenz in vielen Wirtszelltypen steuern, und solche, welche die direkte Expression der Nukleotidsequenz nur in bestimmten Wirtszellen unter bestimmten Bedingungen steuern. Der Fachmann weiß, daß die Gestaltung des Expressionsvektors von Faktoren, wie der Auswahl der zu transformierenden Wirtszelle, dem Ausmaß der Expression des gewünschten Proteins usw., abhängen kann. Die erfindungsgemäßen Expressionsvektoren können in Wirts zellen eingebracht werden, um dadurch Proteine oder Peptide, einschließlich Fusionsproteinen oder -peptiden, herzustellen, die von den Nukleinsäuren, wie hier beschrieben, kodiert werden (z. B. PSEs, mutante Formen von PSEs, Fusionsproteine usw.).The recombinant expression vectors according to the invention comprise a nucleic acid according to the invention or one according to the invention Gene construct in a form that is used to express the nuclein acid in a host cell, which means that the recombinant Expression vectors of one or more regulations sequences selected on the basis of the expression to be ver turning host cells with the nucleotide to be expressed acid sequence is operatively linked. In one recombinant expression vector means "functional ver bound "that the nucleotide sequence of interest to the Regulatory sequence (s) is bound that the expression of the Nucleotide sequence is possible and they are bound to each other, so that both sequences are the predicted, attributed to the sequence Perform function (e.g. in an in vitro transcription / trans lation system or in a host cell if the vector is in the Host cell is introduced). The term "regulatory sequence" is said to be promoters, enhancers and other expression control elements (e.g., polyadenylation signals). These regulations sequences are e.g. B. described in Goeddel: Gene Expression Technology: Methods in Enzymology 185, Academic Press, San Diego, CA (1990), or see: Gruber and Crosby, in: Methods in Plant Molecular Biology and Biotechnolgy, CRC Press, Boca Raton, Florida, ed .: Glick and Thompson, Chapter 7, 89-108 finally the references in it. Regulatory sequences include those that constitute the constitutive expression of a Control nucleotide sequence in many host cell types, and those which the direct expression of the nucleotide sequence only in control certain host cells under certain conditions. Those skilled in the art know that the design of the expression vector of Factors such as the selection of the host cell to be transformed, the extent of expression of the desired protein, etc. can. The expression vectors according to the invention can be found in hosts cells are introduced in order to thereby produce proteins or peptides, including producing fusion proteins or peptides, which are encoded by the nucleic acids as described here (e.g. PSEs, mutant forms of PSEs, fusion proteins, etc.).
Die erfindungsgemäßen rekombinanten Expressionsvektoren können zur Expression von PSEs in prokaryotischen oder eukaryotischen Zellen gestaltet sein. Beispielsweise können PSE-Gene in bakteriellen Zellen, wie C. glutamicum, Insektenzellen (unter Verwendung von Baculovirus-Expressionsvektoren), Hefe- und anderen Pilzzellen (siehe Romanos, M. A., et al. (1992) "Foreign gene expression in yeast: a review", Yeast 8: 423-488; von den Hondel, C. A. M. J. J., et al. (1991) "Heterologous gene expression in filamentous fungi", in: More Gene Manipulations in Fungi, J. W. Bennet & L. L. Lasure, Hrsgb., S. 396-428: Academic Press: San Diego; und von den Hondel, C. A. M. J. J., & Punt, P. J. (1991) "Gene transfer systems and vector development for filamentous fungi, in: Applied Molecular Genetics of Fungi, Peberdy, J. F., et al., Hrsgb., S. 1-28, Cambridge University Press: Cambridge), Algen (Falciatore et al., 1999, Marine Biotechnology. 1, 3: 239-251), Ciliaten der Typen: Holotrichia, Peritrichia, Spirotrichia, Suctoria, Tetrahymena, Paramecium, Colpidium, Glaucoma, Platyophrya, Potomacus, Pseudocohnilembus, Euplotes, Engelmaniella und Stylonychia, insbesondere der Gattung Stylonychia lemnae, mit Vektoren nach einem Transformationsver fahren, wie beschrieben in WO 98/01572, sowie Zellen vielzelliger Pflanzen (siehe Schmidt, R. und Willmitzer, L. (1988) "High efficiency Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation of Arabidopsis thaliana leaf and cotyledon explants" Plant Cell Rep.: 583-586; Plant Molecular Biology and Biotechnology, C Press, Boca Raton, Florida, Kapitel 6/7, S. 71-119 (1993); F. F. White, B. Jenes et al., Techniques for Gene Transfer, in: Transgenic Plants, Bd. 1, Engineering and Utilization, Hrsgb.: Kung und R. Wu, Academic Press (1993), 128-43; Potrykus, Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Molec. Biol. 42 (1991), 205-225 (und darin zitierte Literaturstellen)) oder Säugerzellen exprimiert werden. Geeignete Wirtszellen werden ferner erörtert in Goeddel, Gene Expression Technology: Methods in Enzymology 185, Academic Press, San Diego, CA (1990). Der rekombinante Expressionsvektor kann alternativ, zum Beispiel unter Verwendung von T7-Promotor- Regulationssequenzen und T7-Polymerase, in vitro transkribiert und translatiert werden.The recombinant expression vectors according to the invention can for the expression of PSEs in prokaryotic or eukaryotic Cells. For example, PSE genes can be found in bacterial cells, such as C. glutamicum, insect cells (under Use of baculovirus expression vectors), yeast and other fungal cells (see Romanos, M.A., et al. (1992) "Foreign gene expression in yeast: a review ", Yeast 8: 423-488; by the Hondel, C.A.M.J., et al. (1991) "Heterologous gene expression in filamentous fungi ", in: More Gene Manipulations in Fungi, J.W. Bennet & L.L. Lasure, eds., Pp. 396-428: Academic Press: San Diego; and von den Hondel, C.A.M.J., & Punt, P.J. (1991) "Gene transfer systems and vector development for filamentous fungi, in: Applied Molecular Genetics of Fungi, Peberdy, J.F., et al., eds., pp. 1-28, Cambridge University Press: Cambridge), Algae (Falciatore et al., 1999, Marine Biotechnology. 1, 3: 239-251), ciliates of the types: Holotrichia, Peritrichia, Spirotrichia, Suctoria, Tetrahymena, Paramecium, Colpidium, Glaucoma, Platyophrya, Potomacus, Pseudocohnilembus, Euplotes, Engelmaniella and Stylonychia, especially of the genus Stylonychia lemnae, with vectors after a transformation ver drive, as described in WO 98/01572, and cells multicellular Plants (see Schmidt, R. and Willmitzer, L. (1988) "High efficiency Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation of Arabidopsis thaliana leaf and cotyledon explants "Plant Cell Rep .: 583-586; Plant Molecular Biology and Biotechnology, C Press, Boca Raton, Florida, Chapter 6/7, pp. 71-119 (1993); F. F. White, B. Jenes et al., Techniques for Gene Transfer, in: Transgenic Plants, Vol. 1, Engineering and Utilization, ed .: Kung and R. Wu, Academic Press (1993), 128-43; Potrykus, Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Molec. Biol. 42 (1991), 205-225 (and therein cited references)) or mammalian cells are expressed. Suitable host cells are also discussed in Goeddel, Gene Expression Technology: Methods in Enzymology 185, Academic Press, San Diego, CA (1990). The recombinant expression vector can alternatively, for example using T7 promoter Regulatory sequences and T7 polymerase, transcribed in vitro and be translated.
Die Expression von Proteinen in Prokaryoten erfolgt meist mit Vektoren, die konstitutive oder induzierbare Promotoren ent halten, welche die Expression von Fusions- oder nicht-Fusions proteinen steuern. Fusionsvektoren fügen eine Reihe von Amino säuren an ein darin kodiertes Protein an, gewöhnlich am Amino terminus des rekombinanten Proteins, aber auch am C-Terminus oder fusioniert innerhalb geeigneter Bereiche in den Proteinen. Diese Fusionsvektoren haben gewöhnlich drei Aufgaben: 1) die Verstärkung der Expression von rekombinantem Protein; 2) die Erhöhung der Löslichkeit des rekombinanten Proteins und 3) die Unterstützung der Reinigung des rekombinanten Proteins durch Wirkung als Ligand bei der Affinitätsreinigung. Bei Fusions- Expressionsvektoren wird oft eine proteolytische Spaltstelle an der Verbindungsstelle der Fusionseinheit und des rekombinanten Proteins eingebracht, so daß die Abtrennung des rekombinanten Proteins von der Fusionseinheit nach der Reinigung des Fusions proteins möglich ist. Diese Enzyme und ihre entsprechenden Erkennungssequenzen umfassen Faktor Xa, Thrombin und Entero kinase.The expression of proteins in prokaryotes is usually done with Vectors containing constitutive or inducible promoters hold the expression of fusion or non-fusion control proteins. Fusion vectors add a series of amino acids to a protein encoded therein, usually the amino Terminus of the recombinant protein, but also at the C-terminus or fused within appropriate ranges in the proteins. These fusion vectors usually have three functions: 1) the Enhancing the expression of recombinant protein; 2) the Increasing the solubility of the recombinant protein and 3) the Support the purification of the recombinant protein by Effect as a ligand in affinity purification. In the case of fusion Expression vectors often become a proteolytic cleavage site the junction of the fusion unit and the recombinant Protein introduced so that the separation of the recombinant Protein from the fusion device after cleaning the fusion proteins is possible. These enzymes and their corresponding ones Recognition sequences include factor Xa, thrombin and entero kinase.
Typische Fusions-Expressionsvektoren sind u. a. pGEX (Pharmacia Biotech Inc; Smith, D. B., und Johnson, K. S. (1988) Gene 67: 31-40), pMAL (New England Biolabs, Beverly, MA) und pRIT5 (Pharmacia, Piscataway, NJ), bei denen Glutathion-S-Transferase (GST), Maltose E-bindendes Protein bzw. Protein A an das rekombinante Zielprotein fusioniert wird. Bei einer Ausführungs form ist die PSE-kodierende Sequenz in einen pGEX-Expressions vektor kloniert, so daß ein Vektor erzeugt wird, der ein Fusions protein kodiert, das vom N-Terminus zum C-Terminus GST-Thrombin- Spaltstelle-X-Protein umfaßt. Das Fusionsprotein kann durch Affinitätschromatographie unter Verwendung von Glutathion- Agarose-Harz gereinigt werden. Rekombinante PSE, die nicht an GST fusioniert ist, kann durch Spaltung des Fusionsproteins mit Thrombin gewonnen werden.Typical fusion expression vectors include a. pGEX (Pharmacia Biotech Inc; Smith, D.B. and Johnson, K.S. (1988) Gene 67: 31-40), pMAL (New England Biolabs, Beverly, MA) and pRIT5 (Pharmacia, Piscataway, NJ) in which glutathione-S-transferase (GST), Maltose E-binding protein or Protein A to the recombinant target protein is fused. With an execution form is the PSE coding sequence in a pGEX expression vector cloned so that a vector is generated that merges encodes protein that transitions from the N-terminus to the C-terminus GST-thrombin Cleavage site X protein. The fusion protein can by Affinity Chromatography Using Glutathione Agarose resin can be cleaned. Recombinant PSE that does not participate GST is fused by cleavage of the fusion protein can be obtained with thrombin.
Beispiele für geeignete induzierbare nicht-Fusions-E. coli- Expressionsvektoren sind u. a. pTrc (Amann et al. (1988) Gene 69: 301-315) und pET 11d (Studier et al., Gene Expression Technology: Methods in Enzymology 185, Academic Press, San Diego, Kalifornien (1990) 60-89). Die Zielgenexpression vom pTrc-Vektor beruht auf der Transkription durch Wirts-RNA-Polymerase von einem Hybrid-trp-lac-Fusionspromotor. Die Zielgenexpression aus dem pET 11d-Vektor beruht auf der Transkription von einem T7-gn10-lac- Fusions-Promotor, die von einer coexprimierten viralen RNA- Polymerase (T7 gn1) vermittelt wird. Diese virale Polymerase wird von den Wirtsstämmen BL21 (DE3) oder HMS174 (DE3) von einem residenten λ-Prophagen bereitgestellt, der ein T7 gn1-Gen unter der Transkriptionskontrolle des lacUV 5-Promotors birgt.Examples of suitable inducible non-fusion E. coli Expression vectors are u. a. pTrc (Amann et al. (1988) Gene 69: 301-315) and pET 11d (Studier et al., Gene Expression Technology: Methods in Enzymology 185, Academic Press, San Diego, California (1990) 60-89). The target gene expression from the pTrc vector relies on host RNA polymerase transcription from one Hybrid trp-lac fusion promoter. The target gene expression from the pET 11d vector is based on the transcription of a T7-gn10-lac Fusion promoter derived from a coexpressed viral RNA Polymerase (T7 gn1) is mediated. This viral polymerase is from the host strains BL21 (DE3) or HMS174 (DE3) from one resident λ prophage provided that a T7 gn1 gene under the transcription control of the lacUV 5 promoter.
Andere in prokaryotischen Organismen geeignete Vektoren sind dem Fachmann bekannt, diese Vektoren sind beispielsweise in E. coli pLG338, pACYC184, die pBR-Reihe, wie pBR322, die pUC-Reihe, wie pUC18 oder pUC19, die M113mp-Reihe, pKC30, pRep4, pHS1, pHS2, pPLc236, pMBL24, pLG200, pUR290, pIN-III113-B1, ?gt11 or pBdCI, in Streptomyces pIJ101, pIJ364, pIJ702 oder pIJ361, in Bacillus pUB110, pC194 oder pBD214, in Corynebacterium pSA77 oder pAJ667.Other vectors suitable in prokaryotic organisms are known to the person skilled in the art, these vectors are, for example, in E. coli pLG338, pACYC184, the pBR series, such as pBR322, the pUC series, such as pUC18 or pUC19, the M113mp series, pKC30, pRep4, pHS1, pHS2, pPLc236, pMBL24, pLG200, pUR290, pIN-III 113 -B1,? gt11 or pBdCI, in Streptomyces pIJ101, pIJ364, pIJ702 or pIJ361, in Bacillus pUB110, pC194 or pBDnebacter, in CBDn2146.
Eine Strategie zur Maximierung der Expression von rekombinantem Protein ist die Expression des Proteins in einem Wirtsbakterium, dessen Fähigkeit zur proteolytischen Spaltung des rekombinanten Proteins gestört ist (Gottesman, S., Gene Expression Technology: Methods in Enzymology 185, Academic Press, San Diego, Kalifornien (1990) 119-128). Eine weitere Strategie ist die Veränderung der Nukleinsäuresequenz der in einen Expressionsvektor zu inserieren den Nukleinsäure, so daß die einzelnen Codons für jede Amino säure diejenigen sind, die vorzugsweise in einem zur Expression ausgewählten Bakterium, wie C. glutamicum, verwendet werden (Wada et al. (1992) Nucleic Acids Res. 20: 2111-2118). Diese Veränderung der erfindungsgemäßen Nukleinsäuresequenzen erfolgt durch Standard-DNA-Synthesetechniken. A strategy to maximize the expression of recombinant Protein is the expression of the protein in a host bacterium, its ability to proteolytically cleave the recombinant Protein is disturbed (Gottesman, S., Gene Expression Technology: Methods in Enzymology 185, Academic Press, San Diego, California (1990) 119-128). Another strategy is to change the Insert nucleic acid sequence into an expression vector the nucleic acid so that the individual codons for each amino Acid are those that are preferred for expression in one selected bacteria such as C. glutamicum can be used (Wada et al. (1992) Nucleic Acids Res. 20: 2111-2118). This The nucleic acid sequences according to the invention are changed through standard DNA synthesis techniques.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist der PSE-Expressionsvektor ein Hefe-Expressionsvektor. Beispiele für Vektoren zur Expression in der Hefe S. cerevisiae umfassen pYepSec1 (Baldari et al. (1987) Embo J. 6: 229-234), pMFa (Kurjan und Herskowitz (1982) Cell 30: 933-943), pJRY88 (Schultz et al. (1987) Gene 54: 113-123) sowie pYES2 (Invitrogen Corporation, San Diego, CA). Vektoren und Verfahren zur Konstruktion von Vektoren, die sich zur Verwendung in anderen Pilzen, wie den filamentösen Pilzen, eignen, umfassen diejenigen, die eingehend beschrieben sind in: von den Hondel, C. A. M. J. J., & Punt, P. J. (1991) "Gene transfer systems and vector development for filamentous fungi, in: Applied Molecular Genetics of fungi, J. F. Peberdy et al., Hrsgb., S. 1-28, Cambridge University Press: Cambridge, oder in: More Gene Manipulations in Fungi [J. W. Bennet & L. L. Lasure, Hrsgb., S. 396-428: Academic Press: San Diego]. Weitere geeignete Hefevektoren sind beispiels weise 2 µM, pAG-1, YEp6, YEp13 oder pEMBLYe23.In another embodiment, the PSE expression vector is a yeast expression vector. Examples of vectors for expression in the yeast S. cerevisiae include pYepSec1 (Baldari et al. (1987) Embo J. 6: 229-234), pMFa (Kurjan and Herskowitz (1982) Cell 30: 933-943), pJRY88 (Schultz et al. (1987) Gene 54: 113-123) and pYES2 (Invitrogen Corporation, San Diego, CA). Vectors and Process of constructing vectors that are ready for use in other fungi, such as filamentous fungi those that are described in detail in: from the Hondel, C.A.M.J.J. & Punt, P.J. (1991) "Gene transfer systems and vector development for filamentous fungi, in: Applied Molecular Genetics of fungi, J.F. Peberdy et al., eds., pp. 1-28, Cambridge University Press: Cambridge, or in: More Gene Manipulations in Fungi [J. W. Bennet & L.L. Lasure, eds., Pp. 396-428: Academic Press: San Diego]. Other suitable yeast vectors are examples example 2 µM, pAG-1, YEp6, YEp13 or pEMBLYe23.
Alternativ können die erfindungsgemäßen PSEs in Insektenzellen unter Verwendung von Baculovirus-Expressionsvektoren exprimiert werden. Baculovirus-Vektoren, die zur Expression von Proteinen in gezüchteten Insektenzellen (z. B. Sf9-Zellen) verfügbar sind, umfassen die pAc -Reihe (Smith et al. (1983) Mol. Cell Biol.. 3: 2156-2165) und die pVL-Reihe (Lucklow und Summers (1989) Virology 170: 31-39).Alternatively, the PSEs according to the invention can be used in insect cells expressed using baculovirus expression vectors become. Baculovirus vectors used to express proteins are available in cultured insect cells (e.g. Sf9 cells), include the pAc series (Smith et al. (1983) Mol. Cell Biol .. 3: 2156-2165) and the pVL series (Lucklow and Summers (1989) Virology 170: 31-39).
Die oben genannten Vektoren bieten nur einen kleinen Überblick über mögliche geeignete Vektoren. Weitere Plasmide sind dem Fachmann bekannt und sind zum Beispiel beschrieben in: Cloning Vectors (Hrsgb. Pouwels, P. H., et al., Elsevier, Amsterdam- New York-Oxford, 1985, ISBN 0 444 904018).The above vectors only provide a small overview about possible suitable vectors. Other plasmids are that Known in the art and are described for example in: Cloning Vectors (ed. Pouwels, P.H., et al., Elsevier, Amsterdam- New York-Oxford, 1985, ISBN 0 444 904018).
Bei noch einer weiteren Ausführungsform wird eine erfindungs gemäße Nukleinsäure in Säugerzellen unter Verwendung eines Säuger-Expressionsvektors exprimiert. Beispiele für Säuger- Expressionsvektoren umfassen pCDM8 (Seed, B. (1987) Nature 329: 840) und pMT2PC (Kaufman et al. (1987) EMBO J. 6: 187-195). Bei der Verwendung in Säugerzellen werden die Kontrollfunktionen des Expressionsvektors oft von viralen Regulationselementen bereitgestellt. Üblicherweise verwendete Promotoren stammen z. B. aus Polyoma, Adenovirus2, Cytomegalievirus und Simian Virus 40. Weitere geeignete Expressionssysteme für prokaryotische und eukaryotische Zellen siehe in den Kapiteln 16 und 17 von Sambrook, J., Fritsch, E. F., und Maniatis, T., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2. Auflage, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989. In yet another embodiment, an invention appropriate nucleic acid in mammalian cells using a Mammalian expression vector expressed. Examples of mammalian Expression vectors include pCDM8 (Seed, B. (1987) Nature 329: 840) and pMT2PC (Kaufman et al. (1987) EMBO J. 6: 187-195). When used in mammalian cells, the control functions of the expression vector often from viral regulatory elements provided. Commonly used promoters come from e.g. B. from Polyoma, Adenovirus2, Cytomegalievirus and Simian Virus 40. Other suitable expression systems for prokaryotic and eukaryotic cells see in chapters 16 and 17 of Sambrook, J., Fritsch, E.F., and Maniatis, T., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989.
Bei einer anderen Ausführungsform kann der rekombinante Säuger- Expressionsvektor die Expression der Nukleinsäure vorzugsweise in einem bestimmten Zelltyp steuern (z. B. werden gewebespezifische Regulationselemente zur Expression der Nukleinsäure verwendet). Gewebespezifische Regulationselemente sind im Fachgebiet bekannt. Nicht beschränkende Beispiele für geeignete gewebespezifische Promotoren sind u. a. der Albuminpromotor (leberspezifisch; Pinkert et al. (1987) Genes Dev. 1: 268-277), lymphoidspezifische Promotoren (Calame und Eaton (1988) Adv. Immunol. 43: 235-275), insbesondere Promotoren von T-Zellrezeptoren (Winoto und Baltimore (1989) EMBO J. 8: 729-733) und Immunglobulinen (Banerji et al. (1983) Cell 33: 729-740; Queen und Baltimore (1983) Cell 33: 741-748), neuronspezifische Promotoren (z. B. Neurofilament- Promotor; Byrne und Ruddle (1989) PNAS 86: 5473-5477), pankreas- spezifische Promotoren (Edlund et al., (1985) Science 230: 912-916) und milchdrüsenspezifische Promotoren (z. B. Milch serum-Promotor; US-Patent Nr. 4,873,316 und Europäische Patent anmeldung-Veröffentlichung Nr. 264,166). Auch entwicklungs regulierte Promoren sind umfaßt, z. B. die hox-Promotoren der Maus (Kessel und Gruss (1990) Science 249: 374-379) und der Fetoprotein-Promotor (Campes und Tilghman (1989) Genes Dev. 3: 537-546).In another embodiment, the recombinant mammalian Expression vector the expression of the nucleic acid preferably in control a specific cell type (e.g. tissue-specific Regulatory elements used to express the nucleic acid). Tissue-specific regulatory elements are known in the art. Non-limiting examples of suitable tissue-specific Promoters include a. the albumin promoter (liver-specific; Pinkert et al. (1987) Genes Dev. 1: 268-277), lymphoid-specific Promoters (Calame and Eaton (1988) Adv. Immunol. 43: 235-275), in particular promoters of T cell receptors (Winoto and Baltimore (1989) EMBO J. 8: 729-733) and immunoglobulins (Banerji et al. (1983) Cell 33: 729-740; Queen and Baltimore (1983) Cell 33: 741-748), neuron-specific promoters (e.g. neurofilament Promoter; Byrne and Ruddle (1989) PNAS 86: 5473-5477), pancreas specific promoters (Edlund et al., (1985) Science 230: 912-916) and mammary-specific promoters (e.g. milk serum promoter; U.S. Patent No. 4,873,316 and European Patent registration publication No. 264,166). Also developmental regulated promoters are included, e.g. B. the hox promoters Mouse (Kessel and Gruss (1990) Science 249: 374-379) and the Fetoprotein promoter (Campes and Tilghman (1989) Genes Dev. 3: 537-546).
Bei einer weiteren Ausführungsform können die erfindungsgemäßen PSEs in einzelligen Pflanzenzellen (wie Algen), siehe Falciatore et al., 1999, Marine Biotechnology 1 (3): 239-251 und darin zitierte Literaturangaben, und Pflanzenzellen aus höheren Pflanzen (z. B. Spermatophyten, wie Feldfrüchten) exprimiert werden. Beispiele für Pflanzen-Expressionsvektoren umfassen solche, die eingehend beschrieben sind in: Becker, D., Kemper, E., Schell, J., und Masterson, R. (1992) "New plant binary vectors with selectable markers located proximal to the left border", Plant Mol. Biol. 20: 1195-1197; und Bevan, M. W. (1984) "Binary Agrobacterium vectors for plant transformation", Nucl. Acids Res. 12: 8711-8721; Vectors for Gene Transfer in Higher Plants; in: Transgenic Plants, Bd. 1, Engineering and Utilization, Hrsgb.: Kung und R. Wu, Academic Press, 1993, S. 15-38.In a further embodiment, the inventive PSEs in single-cell plant cells (such as algae), see Falciatore et al., 1999, Marine Biotechnology 1 (3): 239-251 and therein cited references, and plant cells from higher Plants (e.g. spermatophytes, such as crops) are expressed become. Examples of plant expression vectors include those that are described in detail in: Becker, D., Kemper, E., Schell, J., and Masterson, R. (1992) "New plant binary vectors with selectable markers located proximal to the left border ", Plant Mol. Biol. 20: 1195-1197; and Bevan, M. W. (1984) "Binary Agrobacterium vectors for plant transformation", Nucl. Acids Res. 12: 8711-8721; Vectors for Gene Transfer in Higher plants; in: Transgenic Plants, Vol. 1, Engineering and Utilization, ed .: Kung and R. Wu, Academic Press, 1993, Pp. 15-38.
Eine Pflanzen-Expressionskassette enthält vorzugsweise Regulationssequenzen, welche die Genexpression in Pflanzen zellen steuern können und funktionsfähig verbunden sind, so daß jede Sequenz ihre Funktion, wie Termination der Transkription, erfüllen kann, beispielsweise Polyadenylierungssignale. Bevor zugte Polyadenylierungssignale sind diejenigen, die aus Agro bacterium tumefaciens-t-DNA stammen, wie das als Octopinsynthase bekannte Gen 3 des Ti-Plasmids pTiACH5 (Gielen et al., EMBO J. 3 (1984) 83Sff.) oder funktionelle Äquivalente davon, aber auch alle anderen in Pflanzen funktionell aktiven Terminatoren sind geeignet.A plant expression cassette preferably contains Regulatory sequences that regulate gene expression in plants can control cells and are operatively connected so that each sequence its function, like termination of transcription, can fulfill, for example polyadenylation signals. Before pulled polyadenylation signals are those derived from Agro bacterium tumefaciens-t-DNA originate, like that as octopine synthase known gene 3 of the Ti plasmid pTiACH5 (Gielen et al., EMBO J. 3 (1984) 83ff.) Or functional equivalents thereof, but also all other terminators are functionally active in plants suitable.
Da die Pflanzengenexpression sehr oft nicht auf Transkriptions ebenen beschränkt ist, enthält eine Pflanzen-Expressionskassette vorzugsweise andere funktionsfähig verbunden Sequenzen, wie Translationsenhancer, beispielsweise die Overdrive-Sequenz, welche die 5'-untranslatierte Leader-Sequenz aus Tabakmosaik virus, die das Protein/RNA-Verhältnis erhöht, enthält (Gallie et al.., 1987, Nucl. Acids Research 15: 8693-8711).Because plant gene expression very often does not rely on transcription level restricted, contains a plant expression cassette preferably other operably linked sequences, such as Translation enhancers, for example the overdrive sequence, which is the 5'-untranslated tobacco mosaic leader sequence virus, which increases the protein / RNA ratio, contains (Gallie et al., 1987, Nucl. Acids Research 15: 8693-8711).
Die Pflanzengenexpression muss funktionsfähig mit einem geeigneten Promotor verbunden sein, der die Genexpression auf rechtzeitige, zell- oder gewebespezifische Weise durchführt. Bevorzugt sind Promotoren, welche die konstitutive Expression herbeiführen (Benfey et al., EMBO J. 8 (1989) 2195-2202), wie diejenigen, die von Pflanzenviren stammen, wie 355 CAMV (Franck et al., Cell 21 (1980) 285-294), 19S CaMV (siehe auch US 5352605 und WO 84/02913) oder Pflanzenpromotoren, wie der in US 4,962,028 beschriebene der kleinen Untereinheit der Rubisco.Plant gene expression must be functional with a suitable promoter linked to gene expression perform timely, cell or tissue specific ways. Preferred are promoters which have the constitutive expression induction (Benfey et al., EMBO J. 8 (1989) 2195-2202), such as those derived from plant viruses, such as 355 CAMV (Franck et al., Cell 21 (1980) 285-294), 19S CaMV (see also US 5352605 and WO 84/02913) or plant promoters, such as that in US 4,962,028 described the small subunit of the Rubisco.
Andere bevorzugte Sequenzen für die Verwendung zur funktions fähigen Verbindung in Pflanzengenexpressions-Kassetten sind Targeting-Sequenzen, die zur Steuerung des Genproduktes in sein entsprechendes Zellkompartiment notwendig sind (siehe eine Über sicht in Kermode, Crit. Rev. Plant Sci. 15, 4 (1996) 285-423 und darin zitierte Literaturstellen), beispielsweise in die Vakuole, den Zellkern, alle Arten von Plastiden, wie Amyloplasten, Chloroplasten, Chromoplasten, den extrazellulären Raum, die Mitochondrien, das Endoplasmatische Retikulum, Ölkörper, Peroxisomen und andere Kompartimente von Pflanzenzellen.Other preferred sequences for use in function capable compound in plant gene expression cassettes Targeting sequences that are used to control the gene product appropriate cell compartments are necessary (see an over view in Kermode, Crit. Rev. Plant Sci. 15, 4 (1996) 285-423 and references cited therein), for example in the vacuole, the cell nucleus, all types of plastids, such as amyloplasts, Chloroplasts, chromoplasts, the extracellular space, the Mitochondria, the endoplasmic reticulum, oil body, Peroxisomes and other compartments of plant cells.
Die Pflanzengenexpression läßt sich auch über einen chemisch induzierbaren Promotor erleichtern (siehe eine Übersicht in Gatz 1997, Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol., 48: 89-108). Chemisch induzierbare Promotoren eignen sich besonders, wenn gewünscht wird, daß die Genexpression auf zeitspezifische Weise erfolgt. Beispiele für solche Promotoren sind ein Salicylsäure induzierbarer Promotor (WO 95/19443), ein Tetracyclin-induzier- barer Promotor (Gatz et al. (1992) Plant J. 2, 397-404) und ein Ethanol-induzierbarer Promotor.Plant gene expression can also be done chemically facilitate inducible promoter (see an overview in Gatz 1997, Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol., 48: 89-108). Chemically inducible promoters are particularly useful when it is desired that gene expression be time-specific he follows. Examples of such promoters are salicylic acid inducible promoter (WO 95/19443), a tetracycline-induced bar promoter (Gatz et al. (1992) Plant J. 2, 397-404) and a Ethanol inducible promoter.
Auch Promotoren, die auf biotische oder ablotische Streß bedingungen reagieren, sind geeignete Promotoren, beispielsweise der pathogeninduzierte PRP1-Gen-Promotor (Ward et al., Plant. Mol. Biol. 22 (1993) 361-366), der hitzeinduzierbare hsp80-Promotor aus Tomate (US 5,187,267), der kälteinduzierbare Alpha amylase-Promotor aus Kartoffel (WO 96/12814) oder der durch Wunden induzierbare pinII-Promotor (EP-A-0 375 091).Also promoters working on biotic or ablotic stress React conditions are suitable promoters, for example the pathogen-induced PRP1 gene promoter (Ward et al., Plant. Mol. Biol. 22 (1993) 361-366), the heat-inducible hsp80 promoter from tomato (US 5,187,267), the cold-inducible alpha amylase promoter from potato (WO 96/12814) or by Wound inducible pinII promoter (EP-A-0 375 091).
Es sind insbesondere solche Promotoren bevorzugt, welche die Genexpression in Geweben und Organen herbeiführen, in denen die Lipid- und Ölbiosynthese stattfindet, in Samenzellen, wie den Zellen des Endosperms und des sich entwickelnden Embryos. Geeignete Promotoren sind der Napingen-Promotor aus Raps (US 5,608,152), der USP-Promotor aus Vicia faba (Baeumlein et al., Mol Gen Genet, 1991, 225 (3): 459-67), der Oleosin- Promotor aus Arabidopsis (WO 98/45461), der Phaseolin-Promotor aus Phaseolus vulgaris (US 5,504,200), der Bce4-Promotor aus Brassica (WO 91/13980) oder der Legumin-B4-Promotor (LeB4; Baeumlein et al., 1992, Plant Journal, 2 (2): 233-9) sowie Promotoren, welche die samenspezifische Expression in Mono kotyledonen-Pflanzen, wie Mais, Gerste, Weizen, Roggen, Reis usw. herbeiführen. Geeignete beachtenswerte Promotoren sind der lpt2- oder lpt1-Gen-Promotor aus Gerste (WO 95/15389 und WO 95/23230) oder die in WO 99/16890 beschriebenen (Promotoren aus dem Gersten-Hordein-Gen, dem Reis-Glutelin-Gen, dem Reis-Oryzin-Gen, dem Reis-Prolamin-Gen, dem Weizen-Gliadin-Gen, Weizen-Glutelin- Gen, dem Mais-Zein-Gen, dem Hafer-Glutelin-Gen, dem Sorghum- Kasirin-Gen, dem Roggen-Secalin-Gen).In particular, promoters are preferred which the Induce gene expression in tissues and organs in which lipid and oil biosynthesis takes place in sperm cells, such as the cells of the endosperm and the developing embryo. Suitable promoters are the Napingen promoter from rapeseed (US 5,608,152), the USP promoter from Vicia faba (Baeumlein et al., Mol Gen Genet, 1991, 225 (3): 459-67), the oleosin Arabidopsis promoter (WO 98/45461), the phaseolin promoter from Phaseolus vulgaris (US 5,504,200), the Bce4 promoter Brassica (WO 91/13980) or the legumin B4 promoter (LeB4; Baeumlein et al., 1992, Plant Journal, 2 (2): 233-9) and Promoters showing seed-specific expression in Mono cotyledonous plants such as corn, barley, wheat, rye, rice, etc. bring about. Suitable notable promoters are the lpt2- or lpt1 gene promoter from barley (WO 95/15389 and WO 95/23230) or those described in WO 99/16890 (promoters from the Barley Hordein gene, the rice glutelin gene, the rice oryzin gene, the rice prolamin gene, the wheat gliadin gene, wheat glutelin Gene, the corn zein gene, the oat glutelin gene, the sorghum Kasirin gene, the rye secalin gene).
Ebenfalls besonders geeignet sind Promotoren, welche die plastidenspezifische Expression herbeiführen, da Plastiden das Kompartiment sind, in dem die Vorläufer sowie einige End produkte der Lipidbiosynthese synthetisiert werden. Geeignete Promotoren, wie der virale RNA-Polymerase-Promotor, sind beschrieben in WO 95/16783 und WO 97/06250, und der clpP- Promotor aus Arabidopsis, beschrieben in WO 99/46394.Promoters which are also particularly suitable induce plastid-specific expression because plastids are the compartment in which the precursor as well as some end products of lipid biosynthesis are synthesized. Suitable Promoters, such as the viral RNA polymerase promoter described in WO 95/16783 and WO 97/06250, and the clpP- Arabidopsis promoter, described in WO 99/46394.
Die Erfindung stellt zudem einen rekombinanten Expressions vektor bereit, umfassend ein erfindungsgemäßes DNA Molekül, das in Antisense-Richtung in den Expressionsvektor kloniert ist. d. h. das DNA-Molekül ist derart mit einer regulatorischen Sequenz funktionsfähig verbunden, daß die Expression (durch Transkription des DNA-Moleküls) eines RNA-Moleküls, das zur PSE- mRNA "Antisense" ist, ermöglicht wird. Es können Regulations sequenzen ausgewählt werden, die funktionsfähig mit einer in Antisense-Richtung klonierten Nukleinsäure verbunden sind und die kontinuierliche Expression des Antisense-RNA-Moleküls in einer Vielzahl von Zelltypen steuern, zum Beispiel können virale Promotoren und/oder Enhancer oder Regulationssequenzen ausgewählt werden, welche die konstitutive, gewebespezifische oder zelltyp- spezifische Expression von Antisense-RNA steuern. Der Antisense- Expressionsvektor kann in Form eines rekombinanten Plasmids, Phagemids oder attenuierten Virus vorliegen, in dem Anti sense-Nukleinsäuren unter der Kontrolle eines hochwirksamen regulatorischen Bereichs produziert werden, dessen Aktivität durch den Zelltyp bestimmt werden kann, in den der Vektor eingebracht worden ist. Eine Erläuterung der Regulation der Genexpression mittels Antisense-Genen siehe in Weintraub, H., et al., Antisense-RNA as a molecular tool for genetic analysis, Reviews - Trends in Genetics, Bd. 1(1) 1986.The invention also provides recombinant expression vector ready, comprising a DNA molecule according to the invention, that clones into the expression vector in the antisense direction is. d. H. the DNA molecule is so regulatory Sequence operably linked to expression (by Transcription of the DNA molecule) of an RNA molecule that mRNA "antisense" is made possible. There can be regulations sequences are selected that work with an in Antisense direction are linked to cloned nucleic acid and the continuous expression of the antisense RNA molecule in control a variety of cell types, for example viral ones Promoters and / or enhancers or regulatory sequences selected which are constitutive, tissue-specific or cell type Control specific expression of antisense RNA. The antisense Expression vector can be in the form of a recombinant plasmid, Phagemids or attenuated virus are present in the anti sense nucleic acids under the control of a highly effective regulatory area are produced, its activity can be determined by the cell type in which the vector has been introduced. An explanation of the regulation of For gene expression using antisense genes, see Weintraub, H., et al., Antisense-RNA as a molecular tool for genetic analysis, Reviews - Trends in Genetics, Vol. 1 (1) 1986.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft Wirtszellen, in die ein erfindungsgemäßer rekombinanter Expressionsvektor eingebracht worden ist. Die Begriffe "Wirtszelle" und "rekombinante Wirts zelle" werden hier untereinander austauschbar verwendet. Selbst verständlich betreffen diese Begriffe nicht nur die bestimmte Zielzelle, sondern auch die Nachkommen oder potentiellen Nach kommen dieser Zelle. Da in aufeinanderfolgenden Generationen auf grund von Mutation oder Umwelteinflüssen bestimmte Modifikationen auftreten können, sind diese Nachkommen nicht unbedingt mit der Parentalzelle identisch, sind jedoch immer noch vom Umfang des Begriffs, wie hier verwendet, umfaßt.Another aspect of the invention relates to host cells in which introduced a recombinant expression vector according to the invention has been. The terms "host cell" and "recombinant host cells "are used interchangeably here. Even understandably, these terms do not only apply to the specific one Target cell, but also the offspring or potential offspring come this cell. Because in successive generations certain modifications due to mutation or environmental influences these offspring are not necessarily with the Parental cell are identical, but are still of the size of the Term as used herein.
Eine Wirtszelle kann eine prokaryotische oder eukaryotische Zelle sein. Zum Beispiel kann eine PSE in Bakterienzellen, wie C. glutamicum, Insektenzellen, Pilzzellen oder Säugerzellen (wie Chinesischer Hamster-Ovarzellen (CHO) oder COS-Zellen), Algen, Ciliaten, Pflanzenzellen, Pilzen oder anderen Mikroorganismen, wie C. glutamicum, exprimiert werden. Andere geeignete Wirts zellen sind dem Fachmann geläufig.A host cell can be a prokaryotic or eukaryotic Be a cell. For example, a PSE can be found in bacterial cells such as C. glutamicum, insect cells, fungal cells or mammalian cells (such as Chinese hamster ovary (CHO) or COS cells), algae, Ciliates, plant cells, fungi or other microorganisms, such as C. glutamicum. Other suitable hosts cells are familiar to the person skilled in the art.
Vektor-DNA läßt sich in prokaryotische oder eukaryotische Zellen über herkömmliche Transformations- oder Transfektionstechniken einbringen. Die Begriffe "Transformation" und "Transfektion", Konjugation und Transduktion, wie hier verwendet, sollen eine Vielzahl von im Stand der Technik bekannten Verfahren zum Ein bringen fremder Nukleinsäure (z. B. DNA) in eine Wirtszelle, ein schließlich Calciumphosphat- oder Calciumchlorid-Copräzipitation, DEAE-Dextran-vermittelte Transfektion, Lipofektion, natürliche Kompetenz, chemisch vermittelter Transfer, Elektroporation oder Teilchenbeschuß, umfassen. Geeignete Verfahren zur Transformation oder Transfektion von Wirtszellen, einschließlich Pflanzenzellen, lassen sich finden in Sambrook et al. (Molecular Cloning: A Laboratory Manual., 2. Aufl., Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989) und anderen Labor-Handbüchern, wie Methods in Molecular Biology, 1995, Bd. 44, Agrobacterium protocols, Hrsgb: Gartland und Davey, Humana Press, Totowa, New Jersey. Vector DNA can be expressed in prokaryotic or eukaryotic cells using conventional transformation or transfection techniques bring in. The terms "transformation" and "transfection", Conjugation and transduction, as used here, are said to be one A variety of methods known in the art for one bring foreign nucleic acid (e.g. DNA) into a host cell finally calcium phosphate or calcium chloride coprecipitation, DEAE-dextran-mediated transfection, lipofection, natural Competence, chemically mediated transfer, electroporation or Particle bombardment. Suitable procedures for transformation or transfection of host cells, including plant cells, can be found in Sambrook et al. (Molecular cloning: A Laboratory Manual., 2nd ed., Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989) and other laboratory manuals, such as Methods in Molecular Biology, 1995, Vol. 44, Agrobacterium protocols, eds .: Gartland and Davey, Humana Press, Totowa, New Jersey.
Über die stabile Transfektion von Säugerzellen ist bekannt, daß je nach verwendetem Expressionsvektor und verwendeter Transfektionstechnik nur ein kleiner Teil der Zellen die fremde DNA in ihr Genom integriert. Zur Identifikation und Selektion dieser Integranten wird gewöhnlich ein Gen, das einen selektier baren Marker (z. B. Resistenz gegen Antibiotika) kodiert, zusammen mit dem Gen von Interesse in die Wirtszellen eingebracht. Bevor zugte selektierbare Marker umfassen solche, welche Resistenz gegen Medikamente, wie G418, Hygromycin und Methotrexat, ver leihen, oder in Pflanzen solche, welche Resistenz gegen ein Herbizid, wie Glyphosphat oder Glufosinat, verleihen. Weitere geeignete Marker sind beispielsweise Marker, welche Gene kodieren, die an Biosynthesewegen von zum Beispiel Zuckern oder Aminosäuren beteiligt sind, wie β-Galactodsidase, ura3 oder ilv2. Marker, welche Gene, wie Luziferase, gfp oder andere Fluoreszenz gene kodieren, sind ebenfalls geeignet. Diese Marker lassen sich in Mutanten verwenden, in denen diese Gene nicht funktionell sind, da sie beispielsweise mittels herkömmlicher Verfahren deletiert worden sind. Ferner können Marker, welche eine Nuklein säure kodieren, die einen selektierbaren Marker kodiert, in eine Wirtszelle auf dem gleichen Vektor eingebracht werden, wie der jenige, der eine PSE kodiert, oder können auf einem gesonderten Vektor eingebracht werden. Zellen, die mit der eingebrachten Nukleinsäure stabil transfiziert worden sind, können zum Beispiel durch Medikamentenselektion identifiziert werden (z. B. überleben Zellen, die den selektierbaren Marker integriert haben, wohin gegen die anderen Zellen absterben).It is known about the stable transfection of mammalian cells that depending on the expression vector used and Transfection technology only a small part of the cells the foreign DNA integrated into their genome. For identification and selection these integrants usually become a gene that selects one encoded marker (e.g. resistance to antibiotics) introduced into the host cells with the gene of interest. Before Selected selectable markers include those that have resistance against drugs such as G418, hygromycin and methotrexate, ver borrow, or in plants those that have resistance to a Apply herbicide such as glyphosphate or glufosinate. Further suitable markers are, for example, markers which genes encode the biosynthetic pathways of, for example, sugars or Amino acids are involved, such as β-galactodsidase, ura3 or ilv2. Markers containing genes such as luciferase, gfp or other fluorescence encoding genes are also suitable. These markers can be use in mutants in which these genes are not functional because, for example, using conventional methods have been deleted. Furthermore, markers, which are a nucleus encode acid that encodes a selectable marker into one Host cell can be introduced on the same vector as the those who encode a PSE, or can use a separate Vector can be introduced. Cells brought in with the For example, nucleic acids have been stably transfected identified by drug selection (e.g. survival Cells that have integrated the selectable marker, where die against the other cells).
Zur Erzeugung eines homolog rekombinierten Mikroorganismus wird ein Vektor hergestellt, der zumindest einen Abschnitt eines PSE- Gens enthält, in den eine Deletion, Addition oder Substitution eingebracht worden ist, um dadurch das PSE-Gen zu verändern, z. B. funktionell zu disrumpieren. Dieses PSE-Gen ist vorzugsweise ein Physcomitrella patens-PSE-Gen, es kann jedoch ein Homologon oder Analogon aus einer verwandten Pflanze oder sogar aus einer Säuger-, Hefe- oder Insektenquelle verwendet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Vektor so gestaltet, daß das endogene PSE-Gen bei homologer Rekombination funktionell disrumpiert wird (d. h. nicht länger einfunktionelles Protein kodiert, auch als Knockout-Vektor bezeichnet). Alternativ kann der Vektor so gestaltet sein, daß das endogene PSE-Gen bei homologer Rekombination mutiert oder anderweitig verändert wird, aber immer noch ein funktionelles Protein kodiert (z. B. kann der stromaufwärts gelegene regulatorische Bereich so verändert sein, daß dadurch die Expression der endogenen PSE verändert wird). Zur Erzeugung einer Punktmutation über homologe Rekombination können auch als Chimeraplastie bekannte DNA-RNA-Hybride verwendet werden, die aus Cole-Strauss et al., 1999, Nucleic Acids Research 27 (5): 1323-1330 und Kmiec, Gene therapy, 19999, American Scientist, 87 (3): 240-247 bekannt sind.To produce a homologously recombined microorganism made a vector that has at least a portion of a PSE Contains gene in which a deletion, addition or substitution has been introduced to thereby change the PSE gene, e.g. B. functionally disrupt. This PSE gene is preferred a Physcomitrella patens PSE gene, but it can be a homologue or analogue from a related plant or even from one Mammal, yeast or insect source can be used. At a preferred embodiment, the vector is designed such that the endogenous PSE gene is functional with homologous recombination is disrupted (i.e., no longer a functional protein encoded, also known as a knockout vector). Alternatively, you can the vector should be designed so that the endogenous PSE gene homologous recombination is mutated or otherwise changed, but still encodes a functional protein (e.g., the upstream regulatory area so be changed that this changes the expression of the endogenous PSE). To create a point mutation via homologous recombination can also use DNA-RNA hybrids known as chimeraplasty from Cole-Strauss et al., 1999, Nucleic Acids Research 27 (5): 1323-1330 and Kmiec, Gene therapy, 19999, American Scientist, 87 (3): 240-247.
Im Vektor für die homologe Rekombination ist der veränderte Abschnitt des PSE-Gens an seinem 5'- und 3'-Ende von zusätzlicher Nukleinsäure des PSE-Gens flankiert, so daß homologe Rekombi nation zwischen dem exogenen PSE-Gen, das auf dem Vektor vor liegt, und einem endogenen PSE-Gen in einem Mikroorganismus oder einer Pflanze möglich ist. Die zusätzliche flankierende PSE- Nukleinsäure ist für eine erfolgreiche homologe Rekombination mit dem endogenen Gen hinreichend lang. Gewöhnlich sind im Vektor mehrere hundert Basenpaare bis zu Kilobasen flankierende DNA (sowohl am 5'- als auch am 3'-Ende) enthalten (eine Beschreibung von Vektoren zur homologen Rekombination siehe z. B. in Thomas, K. R., und Capecchi, M. R. (1987) Cell 51: 503 oder der Rekombi nation in Physcomitrella patens auf cDNA-Basis in Strepp et al., 1998, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95 (8): 4368-4373). Der Vektor wird in einen Mikroorganismus oder eine Pflanzenzelle (z. B. mittels Polyethylenglycol-vermittelter DNA) eingebracht, und Zellen, in denen das eingebrachte PSE-Gen mit dem endogenen PSE- Gen homolog rekombiniert ist, werden unter Verwendung im Fach gebiet bekannter Techniken selektiert.In the vector for homologous recombination is the changed one Section of the PSE gene at its 5 'and 3' end from additional Flanked nucleic acid of the PSE gene so that homologous recombi nation between the exogenous PSE gene that precedes the vector and an endogenous PSE gene in a microorganism or a plant is possible. The additional flanking PSE Nucleic acid is essential for successful homologous recombination the endogenous gene is long enough. Usually are in vector several hundred base pairs to DNA flanking kilobases (at both the 5 'and 3' ends) included (a description of vectors for homologous recombination see e.g. B. in Thomas, K.R., and Capecchi, M.R. (1987) Cell 51: 503 or the Rekombi nation in Physcomitrella patens based on cDNA in Strepp et al., 1998, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95 (8): 4368-4373). The vector is placed in a microorganism or a plant cell (e.g. by means of polyethylene glycol-mediated DNA), and Cells in which the introduced PSE gene with the endogenous PSE The gene is homologously recombined using in the art area of known techniques selected.
Bei einer anderen Ausführungsform können rekombinante Organismen, wie Mikroorganismen, hergestellt werden, die ausgewählte Systeme enthalten, welche eine regulierte Expression des eingebrachten Gens ermöglichen. Der Einschluß eines PSE-Gens in einem Vektor, wobei es unter die Kontrolle des lac-Operons gebracht wird, ermöglicht z. B. die Expression des PSE-Gens nur in Gegenwart von IPTG. Diese Regulationssysteme sind im Fachgebiet bekannt.In another embodiment, recombinant organisms, how microorganisms are made, the selected systems contain, which a regulated expression of the introduced Enable gene. The inclusion of a PSE gene in a vector being brought under the control of the lac operon, enables z. B. expression of the PSE gene only in the presence from IPTG. These regulation systems are known in the art.
Eine erfindungsgemäße Wirtszelle, wie eine prokaryotische oder eukaryotische Wirtszelle, in Kultur oder auf einem Feld wachsend, kann zur Produktion (d. h. Expression) einer PSE verwendet werden. In Pflanzen kann zusätzlich ein alternatives Verfahren durch direkten Transfer von DNA in sich entwickelnde Blüten über Elektroporation oder Gentransfer mittels Agrobacterium ange wendet werden. Die Erfindung stellt folglich ferner Verfahren zur Produktion von PSEs unter Verwendung der erfindungsgemäßen Wirtszellen bereit. Bei einer Ausführungsform umfaßt das Ver fahren die Anzucht der erfindungsgemäßen Wirtszelle (in die ein rekombinanter Expressionsvektor, der eine PSE kodiert, ein gebracht worden ist, oder in deren Genom ein Gen eingebracht worden ist, das eine Wildtyp- oder veränderte PSE kodiert) in einem geeigneten Medium, bis die PSE produziert worden ist. Das Verfahren umfaßt bei einer weiteren Ausführungsform das Isolieren der PSEs aus dem Medium oder der Wirtszelle.A host cell according to the invention, such as a prokaryotic or eukaryotic host cell, growing in culture or in a field, can be used to produce (i.e., express) a PSE. In plants, an alternative procedure can also be followed direct transfer of DNA into developing flowers Electroporation or gene transfer using Agrobacterium be applied. The invention therefore also provides methods for the production of PSEs using the inventive Host cells ready. In one embodiment, the ver drive the cultivation of the host cell according to the invention (in the a recombinant expression vector encoding a PSE has been brought in, or a gene has been introduced into their genome encoding a wild-type or modified PSE) in a suitable medium until the PSE has been produced. The In another embodiment, the method comprises isolating the PSEs from the medium or the host cell.
Wirtszellen, die im Prinzip zum Aufnehmen der erfindungsgemäßen Nukleinsäure, des erfindungsgemäßen neuen Genproduktes oder des erfindungsgemäßen Vektors geeignet sind, sind alle pro karyotischen oder eukaryotischen Organismen. Die vorteilhafter weise verwendeten Wirtsorganismen sind Organismen, wie Bakterien, Pilze, Hefen, Tier- oder Pflanzenzellen. Weitere vorteilhafte Organismen sind Tiere oder vorzugsweise Pflanzen oder Teile davon. Pilze, Hefen oder Pflanzen werden vorzugsweise verwendet, besonders bevorzugt Pilze oder Pflanzen, ganz besonders bevorzugt Pflanzen, wie Ölfruchtpflanzen, die große Mengen an Lipid verbindungen enthalten, wie Raps, Nachtkerze, Canola, Erdnuß, Lein, Soja, Safflor, Sonnenblume, Borretsch, oder Pflanzen, wie Mais, Weizen, Roggen, Hafer, Triticale, Reis, Gerste, Baumwolle, Maniok, Pfeffer, Tagetes, Solanaceen-Pflanzen, wie Kartoffel, Tabak, Aubergine und Tomate, Vicia-Arten, Erbse, Alfalfa, Busch pflanzen (Kaffee, Kakao, Tee), Salix-Arten, Bäume (Ölplame, Kokosnuß) sowie ausdauernde Gräser und Futterfeldfrüchte. Besonders bevorzugte erfindungsgemäße Pflanzen sind Ölfrucht pflanzen, wie Soja, Erdnuß, Raps, Canola, Sonnenblume, Safflor, Bäume (Ölpalme, Kokosnuß).Host cells, in principle for receiving the invention Nucleic acid, the new gene product according to the invention or of the vector according to the invention are suitable, are all pro caryotic or eukaryotic organisms. The more advantageous host organisms used wisely are organisms such as bacteria, Mushrooms, yeasts, animal or plant cells. More beneficial Organisms are animals or preferably plants or parts from that. Mushrooms, yeasts or plants are preferably used particularly preferred mushrooms or plants, very particularly preferred Plants, like oil crops, that have large amounts of lipid contain compounds such as rapeseed, evening primrose, canola, peanut, Flax, soy, safflower, sunflower, borage, or plants such as Corn, wheat, rye, oats, triticale, rice, barley, cotton, Cassava, pepper, tagetes, solanaceae plants, such as potato, Tobacco, eggplant and tomato, Vicia species, pea, alfalfa, bush plants (coffee, cocoa, tea), salix species, trees (oil plant, Coconut) as well as perennial grasses and forage crops. Particularly preferred plants according to the invention are oil fruit plants, such as soybean, peanut, rapeseed, canola, sunflower, safflower, Trees (oil palm, coconut).
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft isolierte PSEs und biologisch aktive Teile davon. Ein "isoliertes" oder "gereinigtes" Protein oder ein biologisch aktiver Teil davon ist im wesentlichen frei von zellulärem Material, wenn es durch DNA- Rekombinationstechniken produziert wird, oder von chemischen Vor stufen oder andern Chemikalien, wenn es chemisch synthetisiert wird. Der Begriff "im wesentlichen frei von zellulärem Material" umfaßt PSE-Präparationen, in denen das Protein von zellulären Komponenten der Zellen, in denen es natürlich oder rekombinant produziert wird, getrennt ist. Bei einer Ausführungsform umfaßt der Ausdruck "im wesentlichen frei von zellulärem Material" PSE- Präparationen mit weniger als etwa 30% (bezogen auf das Trocken gewicht) nicht-PSE (hier auch als "verunreinigendes Protein" bezeichnet), stärker bevorzugt weniger als etwa 20% nicht-PSE, noch stärker bevorzugt weniger als etwa 10% nicht-PSE und am stärksten bevorzugt weniger als etwa 5% nicht-PSE. Wenn die PSE oder ein biologisch aktiver Teil davon rekombinant hergestellt worden ist, ist sie/er auch im wesentlichen frei von Kultur medium, d. h. das Kulturmedium macht weniger als etwa 20%, stärker bevorzugt weniger als etwa 10% und am stärksten bevor zugt weniger als etwa 5% des Volumens der Proteinpräparation aus. Der Begriff "im wesentlichen frei von chemischen Vorstufen oder anderen Chemikalien" umfaßt PSE-Präparationen, in denen das Protein von chemischen Vorstufen oder anderen Chemikalien getrennt ist, die an der Synthese des Proteins beteiligt sind. Bei einer Ausführungsform umfaßt der Begriff "im wesentlichen frei von chemischen Vorstufen oder anderen Chemikalien" PSE- Präparationen mit weniger als etwa 30% (bezogen auf das Trocken gewicht) chemischen Vorstufen oder nicht-PSE-Chemikalien, stärker bevorzugt weniger als etwa 20% chemischen Vorstufen oder nicht- PSE-Chemikalien, noch stärker bevorzugt weniger als etwa 10% chemischen Vorstufen oder nicht-PSE-Chemikalien und am stärksten bevorzugt weniger als etwa 5% chemischen Vorstufen oder nicht- PSE-Chemikalien. Bei bevorzugten Ausführungsformen weisen iso lierte Proteine oder biologisch aktive Teile davon keine ver unreinigenden Proteine aus dem gleichen Organismus auf, aus dem die PSE stammt. Diese Proteine werden gewöhnlich durch rekombinante Expression zum Beispiel einer Physcomitrella patens- PSE in anderen Pflanzen als Physcomitrella patens oder Mikro organismen, beispielsweise Bakterien, wie C. glutamicum, Pilzen, wie Mortierella, Hefe, wie Saccharomyces, oder Ciliaten, Algen oder Pilzen hergestellt.Another aspect of the invention relates to isolated PSEs and biologically active parts of it. An "isolated" or is "purified" protein or a biologically active part thereof essentially free of cellular material when DNA Recombination techniques is produced, or by chemical pre stages or other chemicals if it chemically synthesizes becomes. The term "essentially free of cellular material" includes PSE preparations in which the protein is cellular Components of the cells in which it is natural or recombinant is produced, is separated. In one embodiment the expression "essentially free of cellular material" PSE- Preparations with less than about 30% (based on the dry weight) non-PSE (here also as "contaminating protein" designated), more preferably less than about 20% non-PSE, even more preferably less than about 10% non-PSE and am most preferably less than about 5% non-PSE. If the PSE or a biologically active part thereof is produced recombinantly , he / she is also essentially free of culture medium, d. H. the culture medium makes up less than about 20%, more preferably less than about 10% and most preferred accounts for less than about 5% of the volume of the protein preparation out. The term "essentially free of chemical precursors or other chemicals "includes PSE preparations in which the protein from chemical precursors or other chemicals is separated, which are involved in the synthesis of the protein. In one embodiment, the term "essentially includes free of chemical precursors or other chemicals "PSE- Preparations with less than about 30% (based on the dry weight) chemical precursors or non-PSE chemicals, stronger preferably less than about 20% chemical precursors or non- PSE chemicals, more preferably less than about 10% chemical precursors or non-PSE chemicals and most potent preferably less than about 5% chemical precursors or non- PSE chemicals. In preferred embodiments, iso gated proteins or biologically active parts thereof no ver impure proteins from the same organism where the PSE comes from. These proteins are usually made by recombinant expression for example of a Physcomitrella patens PSE in plants other than Physcomitrella patens or micro organisms, for example bacteria, such as C. glutamicum, fungi, such as Mortierella, yeast, such as Saccharomyces, or ciliates, algae or mushrooms.
Eine erfindungsgemäße isolierte PSE oder ein Teil davon kann auch am Stoffwechsel von zum Aufbau von Zellmembranen in Physcomitrella patens notwendigen Verbindungen oder am Transport von Molekülen über diese Membranen teilnehmen oder hat eine oder mehrere der in Tabelle 1 angegebenen Aktivitäten. Bei bevorzugten Ausführungsformen umfaßt das Protein oder der Teil davon eine Aminosäuresequenz, die ausreichend homolog zu einer Aminosäure sequenz der SEQ ID NR: 2 ist, daß das Protein oder der Teil davon die Fähigkeit, am Stoffwechsel von zum Aufbau von Zellmembranen in Physcomitrella patens notwendigen Verbindungen oder am Trans port von Molekülen über diese Membranen teilzunehmen, beibehält. Der Teil des Proteins ist vorzugsweise ein biologisch aktiver Teil, wie hier beschrieben. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform hat eine erfindungsgemäße PSE eine der in SEQ ID NR: 2 gezeigten Aminosäuresequenzen. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform hat die PSE eine Aminosäuresequenz, die von einer Nukleotidsequenz kodiert wird, die, zum Beispiel unter stringenten Bedingungen, an eine Nukleotidsequenz der SEQ ID NR: 1 hybridisiert. Bei noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform hat die PSE eine Aminosäuresequenz, die von einer Nukleotidsequenz kodiert wird, die mindestens etwa 50 bis 60%, vorzugsweise mindestens etwa 60 bis 70%, stärker bevorzugt mindestens etwa 70 bis 80%, 80 bis 90%, 90 bis 95% und noch stärker bevorzugt mindestens etwa 96%, 97%, 98%, 99% oder noch homologer zu einer der Aminosäuresequenzen der SEQ ID NR: 2 ist. Die erfindungsgemäße bevorzugte PSE besitzt vorzugsweise auch mindestens eine der hier beschriebenen PSE-Aktivitäten. Zum Beispiel umfaßt eine erfindungsgemäße bevorzugte PSE eine Amino säuresequenz, die von einer Nukleotidsequenz kodiert wird, die, zum Beispiel unter stringenten Bedingungen, an eine Nukleotid sequenz der SEQ ID NR: 1 hybridisiert und am Stoffwechsel von zum Aufbau von Zellmembranen in Physcomitrella patens notwendigen Verbindungen oder am Transport von Molekülen über diese Membranen teilnehmen kann oder eine oder mehrere der in Tabelle 1 ange gebenen Aktivitäten aufweist.An isolated PSE according to the invention or a part thereof can also be used in metabolism to build cell membranes in Physcomitrella patens necessary connections or on transport of molecules participating through these membranes or has one or several of the activities listed in Table 1. With preferred Embodiments include the protein or part thereof Amino acid sequence that is sufficiently homologous to an amino acid Sequence of SEQ ID NO: 2 is that the protein or part thereof the ability to metabolize to build cell membranes in Physcomitrella patens necessary connections or on Trans port of molecules to participate across these membranes. The part of the protein is preferably a biologically active one Part as described here. Another preferred Embodiment has a PSE according to the invention one of the in SEQ ID NO: 2 amino acid sequences shown. Another preferred embodiment, the PSE has an amino acid sequence, which is encoded by a nucleotide sequence which, for example under stringent conditions, to a nucleotide sequence of the SEQ ID NO: 1 hybridized. Yet another preferred one Embodiment, the PSE has an amino acid sequence that is one Is encoded nucleotide sequence that is at least about 50 to 60%, preferably at least about 60 to 70%, more preferably at least about 70 to 80%, 80 to 90%, 90 to 95% and more more preferably at least about 96%, 97%, 98%, 99% or even more homologous to one of the amino acid sequences of SEQ ID NO: 2 is. The preferred PSE according to the invention preferably has also at least one of the PSE activities described here. To the For example, a preferred PSE according to the invention comprises an amino acid sequence that is encoded by a nucleotide sequence that for example, under stringent conditions, to a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 hybridizes and at the metabolism from to Structure of cell membranes in Physcomitrella patens necessary Connections or the transport of molecules across these membranes can participate or one or more of those listed in Table 1 activities.
Bei anderen Ausführungsformen ist die PSE im wesentlichen homolog zu einer Aminosäuresequenz der SEQ ID NR: 2 und behält die funktionelle Aktivität des Proteins einer der Sequenzen der SEQ ID NR: 2 bei, ihre Aminosäuresequenz unterscheidet sich jenoch aufgrund von natürlicher Variation oder Mutagenese, wie eingehend im obigen Unterabschnitt I beschrieben. Bei einer weiteren Aus führungsform ist die PSE folglich ein Protein, das eine Amino säuresequenz umfaßt, die mindestens etwa 50 bis 60%, vorzugs weise mindestens etwa 60 bis 70% und stärker bevorzugt min destens etwa 70 bis 80%, 80 bis 90%, 90 bis 95% und am stärksten bevorzugt mindestens etwa 96%, 97%, 98%, 99% oder noch homologer zu einer vollständigen Aminosäuresequenz der SEQ ID NR: 2 ist und zumindest eine der hier beschriebenen PSE- Aktivitäten aufweist. Bei einer anderen Ausführungsform betrifft die Erfindung ein vollständiges Physcomitrella patens-Protein, das im wesentlichen homolog zu einer vollständigen Aminosäure sequenz der SEQ ID NR: 2 ist.In other embodiments, the PSE is essentially homologous to an amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 and retains the functional activity of the protein of one of the sequences of the SEQ ID NO: 2, but their amino acid sequence differs due to natural variation or mutagenesis as detailed described in subsection I above. With another out The PSE is consequently a protein that is an amino acid sequence comprising at least about 50 to 60%, preferably at least about 60 to 70% and more preferably min at least about 70 to 80%, 80 to 90%, 90 to 95% and am most preferably at least about 96%, 97%, 98%, 99% or even more homologous to a complete amino acid sequence of the SEQ ID NO: 2 and is at least one of the PSE Activities. In another embodiment relates the invention a complete Physcomitrella patens protein, which is essentially homologous to a complete amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.
Biologisch aktive Teile einer PSE umfassen Peptide, umfassend Aminosäuresequenzen, die von der Aminosäuresequenz einer PSE hergeleitet sind, z. B. eine in SEQ ID NR: 2 gezeigte Aminosäure sequenz oder die Aminosäuresequenz eines Proteins, das zu einer PSE homolog ist, welche weniger Aminosäuren als die Vollängen-PSE oder das Vollängenprotein aufweisen, das zu einer PSE homolog ist, und zumindest eine Aktivität einer PSE aufweisen. Gewöhnlich umfassen biologisch aktive Teile (Peptide, z. B. Peptide, die zum Beispiel 5, 10, 15, 20, 30, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 50, 100 oder mehr Aminosäuren lang sind) eine Domäne oder ein Motiv mit mindestens einer Aktivität einer PSE. Überdies können andere biologisch aktive Teile, in denen andere Bereiche des Proteins deletiert sind, durch rekombinante Techniken hergestellt und bezüglich einer oder mehrerer der hier beschriebenen Aktivitäten untersucht werden. Die biologisch aktiven Teile einer PSE umfassen vorzugsweise ein/eine oder mehrere ausgewählte Domänen/ Motive oder Teile davon mit biologischer Aktivität. Biologically active parts of a PSE include peptides comprising Amino acid sequences derived from the amino acid sequence of a PSE are derived, e.g. B. an amino acid shown in SEQ ID NO: 2 sequence or the amino acid sequence of a protein that results in a PSE is homologous, which is less amino acids than the full length PSE or have the full length protein homologous to a PSE and have at least one activity of a PSE. Usually comprise biologically active parts (peptides, e.g. peptides which are used for Example 5, 10, 15, 20, 30, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 50, 100 or more amino acids long) with a domain or a motif at least one activity of a PSE. Moreover, others can biologically active parts in which other areas of the protein are deleted, produced by recombinant techniques and related to one or more of the activities described here to be examined. The biologically active parts of a PSE preferably comprise one / one or more selected domains / Motives or parts thereof with biological activity.
PSEs werden vorzugsweise durch DNA-Rekombinationstechniken hergestellt. Zum Beispiel wird ein das Protein kodierendes Nukleinsäuremolekül in einen Expressionsvektor (wie vorstehend beschrieben) kloniert, der Expressionsvektor wird in eine Wirts zelle (wie vorstehend beschrieben) eingebracht, und die PSE wird in der Wirtszelle exprimiert. Die PSE kann dann durch ein geeignetes Reinigungsschema mittels Standard-Proteinreinigungs techniken aus den Zellen isoliert werden. Alternativ zur rekombinanten Expression kann eine PSE, ein -Polypeptid, oder -Peptid mittels Standard-Peptidsynthesetechniken chemisch synthetisiert werden. Überdies kann native PSE aus Zellen (z. B. Endothelzellen) z. B. unter Verwendung eines Anti-PSE- Antikörpers isoliert werden, der durch Standardtechniken produziert werden kann, wobei eine erfindungsgemäße PSE oder ein Fragment davon verwendet wird.PSEs are preferably made by recombinant DNA techniques manufactured. For example, one encoding the protein Nucleic acid molecule into an expression vector (as above described) cloned, the expression vector is in a host cell (as described above) and the PSE is expressed in the host cell. The PSE can then be replaced by a suitable cleaning scheme using standard protein cleaning techniques are isolated from the cells. As an alternative to recombinant expression can be a PSE, a polypeptide, or -Peptide chemically using standard peptide synthesis techniques be synthesized. In addition, native PSE can be derived from cells (e.g. endothelial cells) e.g. B. using an anti-PSE Antibody can be isolated by standard techniques can be produced, wherein a PSE or a fragment of it is used.
Die Erfindung stellt auch chimäre PSE-Proteine oder PSE-Fusions proteine bereit. Wie hier verwendet, umfaßt ein "chimäres PSE- Protein" oder "PSE-Fusionsprotein" ein PSE-Polypeptid, das funk tionsfähig an ein nicht-PSE-Polypeptid gebunden ist. Ein "PSE- Polypeptid" betrifft ein Polypeptid mit einer Aminosäuresequenz, die einer PSE entspricht, wohingegen ein "nicht-PSE-Polypeptid" ein Polypeptid mit einer Aminosäuresequenz betrifft, die einem Protein entspricht, das im wesentlichen nicht homolog zu der PSE ist, z. B. ein Protein, das sich vom der PSE unterscheidet und aus dem gleichen oder einem anderen Organismus stammt. Innerhalb des Fusionsproteins soll der Begriff "funktionsfähig verbunden" bedeuten, daß das PSE-Polypeptid und das nicht-PSE-Polypeptid so miteinander fusioniert sind, daß beide Sequenzen die vorherge sagte, der verwendeten Sequenz zugeschriebene Funktion erfüllen. Das nicht-PSE-Polypeptid kann an den N-Terminus oder den C-Terminus des PSE-Polypeptids fusioniert sein. Bei einer Aus führungsform ist das Fusionsprotein zum Beispiel ein GST-PSE- Fusionsprotein, bei dem die PSE-Sequenzen an den C-Terminus der GST-Sequenzen fusioniert sind. Diese Fusionsproteine können die Reinigung der rekombinanten PSEs erleichtern. Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Fusionsprotein eine PSE, die eine hetero loge Signalsequenz an ihrem N-Terminus aufweist. In bestimmten Wirtszellen (z. B. Säuger-Wirtszellen) kann die Expression und/oder Sekretion einer PSE durch Verwendung einer heterologen Signalsequenz gesteigert werden.The invention also provides chimeric PSE proteins or PSE fusions proteins ready. As used herein, a "chimeric PSE- Protein "or" PSE fusion protein "a PSE polypeptide that funk is capable of being bound to a non-PSE polypeptide. A "PSE Polypeptide "refers to a polypeptide with an amino acid sequence, which corresponds to a PSE whereas a "non-PSE polypeptide" relates to a polypeptide with an amino acid sequence which corresponds to a Corresponds to protein, which is essentially not homologous to the PSE is, e.g. B. a protein that differs from PSE and comes from the same or a different organism. Within of the fusion protein the term "functionally linked" mean that the PSE polypeptide and the non-PSE polypeptide are so are fused together that both sequences the previous said to perform the function attributed to the sequence used. The non-PSE polypeptide can be attached to the N-terminus or the C-terminus of the PSE polypeptide must be fused. With an off the fusion protein is, for example, a GST-PSE Fusion protein in which the PSE sequences at the C-terminus of the GST sequences are fused. These fusion proteins can Facilitate cleaning of recombinant PSEs. Another Embodiment, the fusion protein is a PSE that is hetero has a logical signal sequence at its N-terminus. In particular Host cells (e.g. mammalian host cells) can express and / or secretion of a PSE using a heterologous Signal sequence can be increased.
Ein erfindungsgemäßes chimäres PSE-Protein oder PSE-Fusions protein wird durch Standard-DNA-Rekombinationstechniken her gestellt. Zum Beispiel werden DNA-Fragmente, die unterschiedliche Polypeptidsequenzen kodieren, gemäß herkömmlicher Techniken im Leseraster aneinander ligiert, indem beispielsweise glatte oder überhängende Enden zur Ligation, Restriktionsenzymspaltung zur Bereitstellung geeigneter Enden, Auffüllen kohäsiver Enden, wie erforderlich, Behandlung mit alkalischer Phosphatase, um ungewollte Verknüpfungen zu vermeiden, und enzymatische Ligation eingesetzt werden. Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Fusionsgen durch herkömmliche Techniken, einschließlich DNA- Syntheseautomaten, synthetisiert werden. Alternativ kann eine PCR-Amplifizierung von Genfragmenten unter Verwendung von Anker primern durchgeführt werden, die komplementäre Überhänge zwischen aufeinanderfolgenden Genfragmenten erzeugen, die anschließend miteinander hybridisiert und reamplifiziert werden können, so daß eine chimäre Gensequenz erzeugt wird (siehe zum Beispiel Current Protocols in Molecular Biology, Hrsgb. Ausubel et al., John Wiley & Sons: 1992). Überdies sind viele Expressionsvektoren kommerziell erhältlich, die bereits eine Fusionseinheit (z. B. ein GST-Polypeptid) kodieren. Eine PSE-kodierende Nukleinsäure kann in einen solchen Expressionsvektor kloniert werden, so daß die Fusionseinheit im Leseraster mit dem PSE-Protein verbunden ist.A chimeric PSE protein or PSE fusion according to the invention protein is made by standard recombinant DNA techniques posed. For example, DNA fragments are different Encode polypeptide sequences according to conventional techniques in Reading frames ligated together, for example by smooth or overhanging ends for ligation, restriction enzyme cleavage for Provide suitable ends, fill in cohesive ends, as required, treatment with alkaline phosphatase to avoid unwanted links, and enzymatic ligation be used. In a further embodiment, this can Fusion gene by conventional techniques, including DNA Automatic synthesizers to be synthesized. Alternatively, one PCR amplification of gene fragments using anchors primers are performed that have complementary overhangs between successive gene fragments that subsequently generate can be hybridized with one another and reamplified, so that a chimeric gene sequence is generated (see for example Current Protocols in Molecular Biology, ed. Ausubel et al., John Wiley & Sons: 1992). Furthermore, there are many expression vectors commercially available that already has a fusion unit (e.g. a GST polypeptide). A nucleic acid encoding PSE can be cloned into such an expression vector so that the Fusion unit is linked in frame with the PSE protein.
Homologa der PSE können durch Mutagenese, z. B. durch spezifische Punktmutation oder Verkürzung der PSE, erzeugt werden. Der Begriff "Homologon", wie hier verwendet, betrifft eine variante Form der PSE, die als Agonist oder Antagonist der PSE-Aktivität wirkt. Ein Agonist der PSE kann im wesentlichen die gleiche Aktivität wie die oder einen Teil der biologischen Aktivitäten der PSE beibehalten. Ein Antagonist der PSE kann eine oder mehrere Aktivitäten der natürlich vorkommenden Form der PSE durch zum Beispiel kompetitive Bindung an ein stromabwärts oder -auf wärts gelegenes Element der Stoffwechselkaskade für Zellmembran komponenten, welche die PSE umfaßt, oder durch Bindung an eine PSE, welche den Transport von Verbindungen über Zellmembranen vermittelt, hemmen, wodurch die Translokation gehemmt wird.Homologs of PSE can by mutagenesis, e.g. B. by specific Point mutation or shortening of the PSE. The The term "homologue" as used here refers to a variant Form of PSE that acts as an agonist or antagonist of PSE activity works. An PSE agonist can be essentially the same Activity like that or part of biological activities maintain the PSE. An PSE antagonist can have one or several activities of the naturally occurring form of PSE for example competitive binding to a downstream or upstream element in the metabolic cascade for the cell membrane components that comprise the PSE, or by binding to a PSE, which is the transport of compounds across cell membranes mediates, inhibit, whereby the translocation is inhibited.
Bei einer alternativen Ausführungsform können Homologa der PSE durch Screening kombinatorischer Banken von Mutanten, z. B. Verkürzungsmutanten, der PSE hinsichtlich PSE-Agonisten- oder -Antagonisten-Aktivität identifiziert werden. Bei einer Aus führungsform wird eine variegierte Bank von PSE-Varianten durch kombinatorische Mutagenese auf Nukleinsäureebene erzeugt und durch eine variegierte Genbank kodiert. Eine variegierte Bank von PSE-Varianten kann z. B. durch enzymatische Ligation eines Gemisches von synthetischen Oligonukleotiden in Gensequenzen her gestellt werden, so daß sich ein degenerierter Satz potentieller PSE-Sequenzen als individuelle Polypeptide oder alternativ als Satz größerer Fusionsproteine (z. B. für das Phage-Display), die diesen Satz von PSE-Sequenzen enthalten, exprimieren läßt. Es gibt eine Vielzahl von Verfahren, die zur Herstellung von Banken potentieller PSE-Homologa aus einer degenerierten Oligo nukleotidsequenz verwendet werden können. Die chemische Synthese einer degenerierten Gensequenz kann in einem DNA- Syntheseautomaten durchgeführt und das synthetische Gen dann in einen geeigneten Expressionsvektor ligiert werden. Die Ver wendung eines degenerierten Satzes von Genen ermöglicht die Bereitstellung sämtlicher Sequenzen, die den gewünschten Satz an potentiellen PSE-Sequenzen kodieren, in einem Gemisch. Verfahren zur Synthese degenerierter Oligonukleotide sind im Fachgebiet bekannt (siehe z. B. Narang, S. A. (1983) Tetrahedron 39: 3; Itakura et al. (1984) Annu. Rev. Biochem. 53: 323; Itakura et al., (1984) Science 198: 1056; Ike et al. (1983) Nucleic Acids Res. 11: 477).In an alternative embodiment, homologs of the PSE by screening combinatorial banks of mutants, e.g. B. Shortening mutants, the PSE in terms of PSE agonists or Antagonist activity can be identified. With an off a varied bank of PSE variants is implemented combinatorial mutagenesis at the nucleic acid level and encoded by a varied gene bank. A varied bank of PSE variants can e.g. B. by enzymatic ligation Mixtures of synthetic oligonucleotides in gene sequences be made so that a degenerate sentence of potential PSE sequences as individual polypeptides or alternatively as Set of larger fusion proteins (e.g. for the phage display) that contain this set of PSE sequences. It are a variety of processes used to manufacture banks potential PSE homologs from a degenerate oligo nucleotide sequence can be used. The chemical Synthesis of a degenerate gene sequence can be done in a DNA Synthesized machines performed and then the synthetic gene be ligated into a suitable expression vector. The Ver using a degenerate set of genes enables the Provision of all sequences that match the desired sentence encode potential PSE sequences in a mixture. method for the synthesis of degenerate oligonucleotides are in the art known (see e.g. Narang, S.A. (1983) Tetrahedron 39: 3; Itakura et al. (1984) Annu. Rev. Biochem. 53: 323; Itakura et al., (1984) Science 198: 1056; Ike et al. (1983) Nucleic Acids Res. 11: 477).
Zusätzlich können Banken von PSE-Fragmenten zur Herstellung einer variegierten Population von PSE-Fragmenten für das Screening und für die anschließende Selektion von Homologa einer PSE verwendet werden. Bei einer Ausführungsform kann eine Bank von Fragmenten der kodierenden Sequenz durch Behandeln eines doppelsträngigen PCR-Fragmentes einer kodierenden PSE-Sequenz mit einer Nuklease unter Bedingungen, unter denen Doppelstrangbrüche nur etwa einmal pro Molekül erfolgen, Denaturieren der doppelsträngigen DNA, Renaturieren der DNA unter Bildung doppelsträngiger DNA, welche Sense/Antisense-Paare von verschiedenen Produkten mit Doppelstrangbrüchen umfassen kann, Entfernen einzelsträngiger Abschnitte aus neu gebildeten Duplices durch Behandlung mit S1-Nuklease und Ligieren der resultierenden Fragmentbank in einen Expressionsvektor erzeugt werden. Mit diesem Verfahren kann eine Expressionsbank hergeleitet werden, die N-terminale, C-terminale und interne Fragmente der PSE verschiedener Größen kodiert.In addition, banks of PSE fragments can be used to produce a varied population of PSE fragments for screening and used for the subsequent selection of homologs of a PSE become. In one embodiment, a bank of fragments the coding sequence by treating a double-stranded PCR fragment of a coding PSE sequence with a nuclease under conditions where double strand breaks only about done once per molecule, denaturing the double-stranded DNA, renaturing the DNA to form double-stranded DNA, what sense / antisense pairs of different products with Double-strand breaks can include single-strand removal Sections from newly formed duplexes by treatment with S1 nuclease and ligating the resulting fragment library into one Expression vector can be generated. With this procedure a Expression bank can be derived, the N-terminal, C-terminal and encoded PSE internal fragments of various sizes.
Im Fachgebiet sind mehrere Techniken für das Screening von Gen produkten in kombinatorischen Banken, die durch Punktmutationen oder Verkürzung hergestellt worden sind, und für das Screening von cDNA-Banken nach Genprodukten mit einer ausgewählten Eigen schaft bekannt. Diese Techniken lassen sich an das schnelle Screening der Genbanken anpassen, die durch kombinatorische Mutagenese von PSE-Homologa erzeugt worden sind. Die am häufig sten verwendeten Techniken zum Screening großer Genbanken, die einer Analyse mit hohem Durchsatz unterworfen werden können, umfassen gewöhnlich das Klonieren der Genbank in replizierbare Expressionsvektoren, Transformieren von geeigneten Zellen mit der resultierenden Vektorenbank und Exprimieren der kombinatorischen Gene unter Bedingungen, unter denen der Nachweis der gewünschten Aktivität die Isolation des Vektors, der das Gen kodiert, dessen Produkt nachgewiesen wurde, erleichtert. Recursive-Ensemble-Muta genese (REM), eine neue Technik, die die Häufigkeit funktioneller Mutanten in den Banken erhöht, kann in Kombination mit den Screeningtests zur Identifikation von PSE-Homologa verwendet werden (Arkin und Yourvan (1992) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89: 7811-7815; Delgrave et al. (1993) Protein Engineering 6 (3): 327-331).There are several techniques for gene screening in the art products in combinatorial banks caused by point mutations or shortening have been made, and for screening from cDNA banks for gene products with a selected proprietary known. These techniques can be applied to the quick Customize screening of gene banks by combinatorial Mutagenesis of PSE homologs have been generated. The most common most used techniques for screening large gene banks, the can be subjected to high throughput analysis, usually involve cloning the library into replicable ones Expression vectors, transforming suitable cells with the resulting vector library and expressing the combinatorial Genes under conditions under which the detection of the desired Activity the isolation of the vector encoding the gene whose Product was proven relieved. Recursive ensemble muta genese (REM), a new technique that makes the frequency more functional Mutants increased in banks, in combination with the Screening tests used to identify PSE homologs (Arkin and Yourvan (1992) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89: 7811-7815; Delgrave et al. (1993) Protein Engineering 6 (3): 327-331).
Bei einer weiteren Ausführungsform können Tests auf Zellbasis zur Analyse einer variegierten PSE-Bank unter Verwendung von im Fachgebiet bekannten Verfahren ausgenutzt werden.In another embodiment, cell-based tests can be performed to analyze a varied PSE bank using methods known in the art can be used.
Die hier beschriebenen Nukleinsäuremoleküle, Proteine, Protein homologa, Fusionsproteine, Primer, Vektoren und Wirtszellen können bei einem oder mehreren der nachstehenden Verfahren verwendet werden: Identifikation von Physcomitrella patens und verwandten Organismen, Kartierung der Genome von Organismen, die mit Physcomitrella patens verwandt sind, Identifikation und Lokalisierung von Physcomitrella patens-Sequenzen von Interesse, Evolutionsstudien, Bestimmung von PSE-Proteinbereichen, die für die Funktion notwendig sind, Modulation einer PSE-Aktivität; Modulation des Stoffwechsels einer oder mehrerer Zellmembran komponenten; Modulation des Transmembrantransports einer oder mehrerer Verbindungen sowie Modulation der zellulären Produktion einer gewünschten Verbindung, wie einer Feinchemikalie. Die erfindungsgemäßen PSE-Nukleinsäuremoleküle haben eine Vielzahl von Verwendungen. Sie können zunächst zur Identifikation eines Organismus als Physcomitrella patens oder als naher Verwandter davon verwendet werden. Sie können auch zur Identifikation des Vorliegens von Physcomitrella patens oder eines Verwandten davon in einer Mischpopulation von Mikroorganismen verwendet werden. Die Erfindung stellt die Nukleinsäuresequenzen einer Reihe von Physcomitrella patens-Genen bereit; durch Sondieren der extrahierten genomischen DNA einer Kultur einer einheit lichen oder gemischten Population von Mikroorganismen unter stringenten Bedingungen mit einer Sonde, die einen Bereich eines Physcomitrella patens-Gens oder von Teilen davon über spannt, das für diesen Organismus einzigartig ist, kann man bestimmen, ob dieser Organismus vorliegt. Physcomitrella patens selbst wird zwar nicht zur kommerzeillen Produktion mehrfach ungesättigter Säuren verwendet, aber Moose sind die einzigen bekannten Pflanzen, die PUFAs produzieren. Daher eignen sich PSE-verwandte DNA-Sequenzen besonders zur Verwendung zur PUFA- Produktion in anderen Organismen.The nucleic acid molecules, proteins, protein described here homologa, fusion proteins, primers, vectors and host cells can be used in one or more of the following procedures used: identification of Physcomitrella patens and related organisms, mapping the genomes of organisms, related to Physcomitrella patens, identification and Localization of Physcomitrella patens sequences of interest, Evolutionary studies, determination of PSE protein areas that are required for the function is necessary, modulation of a PSE activity; Modulation of the metabolism of one or more cell membranes components; Modulation of the transmembrane transport of one or several compounds as well as modulation of cellular production a desired compound, such as a fine chemical. The PSE nucleic acid molecules according to the invention have a large number of uses. You can first use to identify a Organism as Physcomitrella patens or as a close relative of which are used. You can also use it to identify the Presence of Physcomitrella patens or a relative of which used in a mixed population of microorganisms become. The invention provides the nucleic acid sequences one Series of Physcomitrella patens genes ready; by probing the extracted genomic DNA of a culture of a unit or mixed population of microorganisms among stringent conditions with a probe covering an area a Physcomitrella patens gene or parts thereof that is unique to this organism, you can determine whether this organism is present. Physcomitrella patens itself does not become a commercial production multiple times unsaturated acids are used, but mosses are the only ones known plants that produce PUFAs. Therefore are suitable PSE-related DNA sequences especially for use in PUFA Production in other organisms.
Ferner können die erfindungsgemäßen Nukleinsäure- und Protein moleküle als Marker für spezifische Bereiche des Genoms dienen. Dies ist nicht nur zur Kartierung des Genoms, sondern auch für funktionelle Studien von Physcomitrella patens-Proteinen geeig net. Zur Identifikation des Genombereichs, an den ein bestimmtes DNA-bindendes Protein von Physcomitrella patens bindet, könnte das Physcomitrella patens-Genom zum Beispiel gespalten werden und die Fragmente mit dem DNA-bindenden Protein inkubiert werden. Diejenigen, die das Protein binden, können zusätzlich mit den erfindungsgemäßen Nukleinsäuremolekülen, vorzugsweise mit leicht nachweisbaren Markierungen, sondiert werden; die Bindung eines solchen Nukleinsäuremoleküls an das Genomfragment ermöglicht die Lokalisierung des Fragments auf der Genomkarte von Physcomitrella patens und erleichtert, wenn dies mehrmals mit unterschiedlichen Enzymen durchgeführt wird, eine rasche Bestimmung der Nuklein säuresequenz, an die das Protein bindet. Die erfindungsgemäßen Nukleinsäuremoleküle können zudem ausreichend homolog zu den Sequenzen verwandter Arten sein, daß diese Nukleinsäuremoleküle als Marker für die Konstruktion einer genomischen Karte bei verwandten Moosen dienen können.Furthermore, the nucleic acid and protein according to the invention molecules serve as markers for specific areas of the genome. This is not only for mapping the genome, but also for functional studies of Physcomitrella patens proteins net. To identify the genome area to which a specific DNA binding protein from Physcomitrella patens could bind the Physcomitrella patens genome, for example and the fragments are incubated with the DNA binding protein. Those who bind the protein can also use the Nucleic acid molecules according to the invention, preferably with light detectable markings to be probed; the binding of a such nucleic acid molecule to the genome fragment enables Localization of the fragment on the Physcomitrella genome map patens and relieved if this happens several times with different Enzymes is carried out, a rapid determination of the nucleus acid sequence to which the protein binds. The invention Nucleic acid molecules can also be sufficiently homologous to the Sequences of related types that these nucleic acid molecules as a marker for the construction of a genomic map related mosses can serve.
Die erfindungsgemäßen PSE-Nukleinsäuremoleküle eignen sich auch für Evolutions- und Proteinstruktur-Untersuchungen. Die Stoffwechsel- und TransportProzeße, an denen die erfindungs gemäßen Moleküle beteiligt sind, werden von vielen pro karyotischen und eukaryotischen Zellen genutzt; durch Ver gleich der Sequenzen der erfindungsgemäßen Nukleinsäure moleküle mit solchen, die ähnliche Enzyme aus anderen Organismen kodieren, kann der Evolutions-Verwandschaftsgrad der Organismen bestimmt werden. Entsprechend ermöglicht ein solcher Vergleich die Bestimmung, welche Sequenzbereiche konserviert sind und welche nicht, was bei der Bestimmung von Bereichen des Proteins hilfreich sein kann, die für die Enzymfunktion essentiell sind. Dieser Typ der Bestimmung ist für Proteinengineering-Untersu chungen wertvoll und kann einen Hinweis darauf geben, wieviel Mutagenese das Protein tolerieren kann, ohne die Funktion zu verlieren.The PSE nucleic acid molecules according to the invention are suitable also for evolution and protein structure studies. The Metabolism and transport processes in which the fiction Appropriate molecules are involved by many pro used karyotic and eukaryotic cells; by ver equal to the sequences of the nucleic acid according to the invention molecules with those that have similar enzymes from other organisms encode the degree of evolutionary kinship of the organisms be determined. Such a comparison accordingly enables the determination of which sequence areas are conserved and which is not what when determining areas of the protein can be helpful, which are essential for the enzyme function. This type of determination is for protein engineering studies valuable and can give an indication of how much Mutagenesis the protein can tolerate without function to lose.
Die Manipulation der erfindungsgemäßen PSE-Nukleinsäuremoleküle kann zur Produktion von PSEs mit funktionellen Unterschieden zu den Wildtyp-PSEs führen. Die Effizienz oder Aktivität dieser Proteine kann verbessert sein, sie können in größeren Anzahlen als gewöhnlich in der Zelle zugegen sein, oder ihre Effizienz oder Aktivität kann verringert sein. Verbesserte Effizienz oder Aktivität bedeutet beispielsweise, daß das Enzym eine höhere Selektivität und/oder Aktivität, vorzugsweise eine mindestens 10% höhere, besonders bevorzugt eine mindestens 20% höhere Aktivität, ganz besonders bevorzugt eine mindestens 30% höhere Aktivität als das ursprüngliche Enzym aufweist. The manipulation of the PSE nucleic acid molecules according to the invention can be used to produce PSEs with functional differences lead the wild type PSEs. The efficiency or activity of this Proteins can be improved, they can be in larger numbers than usually present in the cell, or its efficiency or activity may be reduced. Improved efficiency or For example, activity means that the enzyme has a higher one Selectivity and / or activity, preferably at least one 10% higher, particularly preferably an at least 20% higher Activity, most preferably at least 30% higher Has activity than the original enzyme.
Es gibt eine Reihe von Mechanismen, durch die die Veränderung einer erfindungsgemäßen PSE die Ausbeute, Produktion und/oder Effizienz der Produktion einer Feinchemikalie, welche ein solches verändertes Protein enthält, direkt beeinflußen kann. Die Gewinnung von Feinchemikalien-Verbindungen aus Kulturen von Ciliaten, Algen oder Pilzen im großen Maßstab ist signi fikant verbessert, wenn die Zelle die gewünschten Verbindungen sezerniert, da diese Verbindungen aus dem Kulturmedium (im Gegen satz zur Extraktion aus der Masse der gezüchteten Zellen) leicht gereinigt werden können. Ansonsten läßt sich die Reinigung ver bessern, wenn die Zelle in vivo Verbindungen in einem speziali sierten Kompartiment mit einer Art Konzentrationsmechanismus speichert. Bei Pflanzen, die PSEs exprimieren, kann ein gesteigerter Transport zu besserer Verteilung innerhalb des Pflanzengewebes und der -organe führen. Durch Vergrößern der Anzahl oder der Aktivität von Transportermolekülen, welche Fein chemikalien aus der Zelle exportieren, kann es möglich sein, die Menge der produzierten Feinchemikalie, die im extrazellulären Medium zugegen ist, zu steigern, wodurch Ernte und Reinigung oder bei Pflanzen eine effizientere Verteilung erleichtert werden. Zur effizienten Überproduktion einer oder mehrerer Feinchemikalien sind dagegen erhöhte Mengen an Cofaktoren, Vorläufermolekülen und Zwischenverbindungen für die geeigneten Biosynthesewege erforder lich. Durch Vergrößern der Anzahl und/oder der Aktivität von Transporterproteinen, die am Import von Nährstoffen, wie Kohlen stoffquellen (d. h. Zuckern), Stickstoffquellen (d. h. Aminosäuren, Ammoniumsalzen), Phosphat und Schwefel, beteiligt sind, kann man die Produktion einer Feinchemikalie aufgrund der Beseitigung aller Einschränkungen des Nährstoffangebots beim Biosynthese prozeß verbessern. Fettsäuren, wie PUFAs, und Lipide, die PUFAs enthalten, sind selbst wünschenswerte Feinchemikalien; durch Optimieren der Aktivität oder Erhöhen der Anzahl einer oder mehrerer erfindungsgemäßer PSEs, die an der Biosynthese dieser Verbindungen beteiligt sind, oder durch Stören der Aktivität einer oder mehrerer PSEs, die am Abbau dieser Verbindungen beteiligt sind, kann man somit die Ausbeute, Produktion und/oder Effizienz der Produktion von Fettsäure- und Lipidmoleküle in Ciliaten, Algen, Pflanzen, Pilzen, Hefen oder anderen Mikro organismen steigern.There are a number of mechanisms through which change takes place the yield, production and / or a PSE according to the invention Efficiency of the production of a fine chemical, which a contains such modified protein, can directly influence. The extraction of fine chemical compounds from cultures of ciliates, algae or mushrooms on a large scale is signi savory improves when the cell makes the desired connections secreted because these compounds from the culture medium (in the opposite set for extraction from the mass of grown cells) easily can be cleaned. Otherwise the cleaning can be done improve when the cell connects in vivo in a specialty compartment with a kind of concentration mechanism saves. For plants that express PSEs, a increased transport for better distribution within the Plant tissue and organs. By enlarging the Number or activity of transporter molecules, which fine exporting chemicals from the cell, it may be possible Amount of fine chemical produced in the extracellular Medium is present to increase, making harvesting and cleaning or in plants a more efficient distribution can be facilitated. For efficient overproduction of one or more fine chemicals are increased amounts of cofactors, precursors and Interconnections required for the appropriate biosynthetic pathways Lich. By increasing the number and / or activity of Transporter proteins involved in the import of nutrients such as coal Substance sources (i.e. sugars), nitrogen sources (i.e. amino acids, Ammonium salts), phosphate and sulfur, can be involved the production of a fine chemical due to disposal all restrictions on the supply of nutrients in biosynthesis improve process. Fatty acids, such as PUFAs, and lipids, the PUFAs contain, are themselves desirable fine chemicals; by Optimize activity or increase the number of one or of several PSEs according to the invention which are involved in the biosynthesis of these Connections are involved, or by disrupting the activity one or more PSEs involved in breaking down these connections are involved, you can thus the yield, production and / or Efficiency of the production of fatty acid and lipid molecules in Ciliates, algae, plants, mushrooms, yeasts or other micro increase organisms.
Die Manipulation eines oder mehrerer erfindungsgemäßer PSE-Gene kann ebenfalls zu PSEs mit veränderten Aktivitäten führen, welche die Produktion einer oder mehrerer gewünschter Feinchemikalien aus Algen, Pflanzen, Ciliaten oder Pilzen indirekt beeinflußen. Die normalen biochemischen StoffwechselProzeße führen z. B. zur Produktion einer Vielzahl an Abfallprodukten (z. B. Wasserstoff peroxid und andere reaktive Sauerstoffspezies), die diese StoffwechselProzeße aktiv stören können (z. B. nitriert Peroxynitrit bekanntlich Tyrosin-Seitenketten, wodurch einige Enzyme mit Tyrosin im aktiven Zentrum inaktiviert werden (Groves, J. T. (1999) Curr. Opin. Chem. Biol. 3(2); 226-235)). Diese Abfall produkte werden zwar üblicherweise ausgeschieden, aber die zur fermentativen Produktion im großen Maßstab verwendeten Zellen werden für die Überproduktion einer oder mehrerer Feinchemikalien optimiert und können somit mehr Abfallprodukte produzieren als für eine Wildtypzelle üblich. Durch Optimieren der Aktivität einer oder mehrerer erfindungsgemäßer PSEs, die am Export von Abfallmolekülen beteiligt sind, kann man die Lebensfähigkeit der Zelle verbessern und eine effiziente Stoffwechselaktivität auf rechterhalten. Auch das Vorliegen hoher intrazellulärer Mengen der gewünschten Feinchemikalie kann tatsächlich für die Zelle toxisch sein, so daß man durch Steigern der Fähigkeit der Zelle zur Sekretion dieser Verbindungen die Lebensfähigkeit der Zelle verbessern kann.The manipulation of one or more PSE genes according to the invention can also lead to PSEs with changed activities, which the production of one or more desired fine chemicals from algae, plants, ciliates or fungi. The normal biochemical metabolic processes lead e.g. B. for Production of a variety of waste products (e.g. hydrogen peroxide and other reactive oxygen species) that these metabolic processes can actively interfere (e.g. nitrided peroxynitrite famously known tyrosine side chains, whereby some enzymes with Tyrosine can be inactivated in the active center (Groves, J. T. (1999) Curr. Opin. Chem. Biol. 3 (2); 226-235)). This waste products are usually eliminated, but those for cells used for large-scale fermentative production are used for the overproduction of one or more fine chemicals optimized and can therefore produce more waste products than common for a wild type cell. By optimizing the activity one or more PSEs according to the invention which are involved in the export of Waste molecules are involved, the viability of the Improve cell and have an efficient metabolic activity keep right. The presence of high intracellular amounts The desired fine chemical can actually be used for the cell be toxic so that by increasing the ability of the cell cell viability for the secretion of these compounds can improve.
Die erfindungsgemäßen PSEs können ferner so manipuliert sein, daß die relativen Mengen verschiedener Lipid- und Fettsäuremoleküle verändert werden. Dies kann eine entscheidende Auswirkung auf die Lipidzusammensetzung der Zellmembran haben. Da jeder Lipidtyp unterschiedliche physikalische Eigenschaften hat, kann eine Veränderung der Lipidzusammensetzung einer Membran die Membran fluidität signifikant verändern. Änderungen der Membranfluidität können den Transport von Molekülen über die Membran beeinflußen, was, wie vorstehend erläutert, den Export von Abfallprodukten oder der produzierten Feinchemikalie oder den Import notwendiger Nährstoffe modifizieren kann. Diese Änderungen der Membran fluidität können auch die Integrität der Zelle entscheidend beeinflussen; Zellen mit vergleichsweise schwächeren Membranen sind anfälliger gegenüber ablotischen und biotischen Streß bedingungen, welche die Zelle beschädigen oder abtöten können. Durch Manipulieren von PSEs, die an der Produktion von Fettsäuren und Lipiden für den Membranaufbau beteiligt sind, so daß die resultierende Membran eine Membranzusammensetzung hat, die für die in den Kulturen, die zur Produktion von Feinchemikalien ver wendet werden, herrschenden Umweltbedingungen empfänglicher sind, sollte ein größerer Anteil der Zellen überleben und sich ver mehren. Größere Mengen an produzierenden Zellen sollten sich in größeren Ausbeuten, höherer Produktion oder Effizienz der Produktion der Feinchemikalie aus der Kultur manifestieren.The PSEs according to the invention can also be manipulated in such a way that the relative amounts of different lipid and fatty acid molecules to be changed. This can have a critical impact on the Have lipid composition of the cell membrane. Because every lipid type has different physical properties, one Change in the lipid composition of a membrane the membrane change fluidity significantly. Changes in membrane fluidity can affect the transport of molecules across the membrane, which, as explained above, is the export of waste products or the fine chemical produced or the import necessary Can modify nutrients. This changes the membrane Fluidity can also be critical to cell integrity influence; Cells with comparatively weaker membranes are more susceptible to ablotic and biotic stress conditions that can damage or kill the cell. By manipulating PSEs involved in the production of fatty acids and lipids for membrane construction are involved, so that the resulting membrane has a membrane composition that is suitable for in the cultures used to produce fine chemicals prevailing environmental conditions are more receptive, should a larger proportion of the cells survive and ver increase. Larger amounts of producing cells should appear in larger yields, higher production or efficiency of Manipulate the production of fine chemicals from culture.
Die vorstehend genannten Mutagenesestrategien für PSEs, die zu erhöhten Ausbeuten einer Feinchemikalie führen sollen, sollen nicht beschränkend sein; Variationen dieser Strategien sind dem Fachmann leicht ersichtlich. Unter Verwendung dieser Mechanismen und mit Hilfe der hier offenbarten Mechanismen können die erfindungsgemäßen Nukleinsäure- und Proteinmoleküle zur Erzeugung von Algen, Ciliaten, Pflanzen, Tieren, Pilzen oder anderen Mikro organismen, wie C. glutamicum, verwendet werden, die mutierte PSE-Nukleinsäure- und Proteinmoleküle exprimieren, so daß die Ausbeute, Produktion und/oder Effizienz der Produktion einer ge wünschten Verbindung verbessert wird. Diese gewünschte Verbindung kann ein beliebiges natürliches Produkt von Algen, Ciliaten, Pflanzen, Tieren, Pilzen oder C. glutamicum sein, welches die Endprodukte von Biosynthesewegen und Zwischenprodukte natürlich vorkommender Stoffwechselwege umfaßt, sowie Moleküle, die im Stoffwechsel dieser Zellen nicht natürlich vorkommen, die jedoch von den erfindungsgemäßen Zellen produziert werden.The above mutagenesis strategies for PSEs leading to should lead to increased yields of a fine chemical not be restrictive; Variations on these strategies are that Easily seen by a specialist. Using these mechanisms and with the help of the mechanisms disclosed here, the Nucleic acid and protein molecules according to the invention for generation of algae, ciliates, plants, animals, fungi or other micro organisms such as C. glutamicum can be used, the mutated Express PSE nucleic acid and protein molecules so that the Yield, production and / or efficiency of production of a ge desired connection is improved. This desired connection can be any natural product of algae, ciliates, Plants, animals, mushrooms or C. glutamicum, which the End products of biosynthetic pathways and intermediates, of course occurring metabolic pathways includes, as well as molecules that in Metabolism of these cells does not occur naturally, however are produced by the cells according to the invention.
Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform ist ein Verfahren zur Produktion von PUFAs, wobei das Verfahren das Züchten eines Organismus, der eine erfindungsgemäße Nukleinsäure, ein er findungsgemäßes Genkonstrukt oder einen erfindungsgemäßen Vektor umfaßt, welche ein Polypeptid kodieren, das C18-Fettsäuren mit mindestens zwei Doppelbindungen im Fettsäuremolekül um mindestens zwei Kohlenstoffatome unter Bedingungen, unter denen PUFAs in dem Organismus produziert werden, verlängert, umfaßt. Durch dieses Verfahren hergestellte PUFAs lassen sich durch Ernten der Organismen entweder aus der Kultur, in der sie wachsen, oder von dem Feld, Aufbrechen und/oder Extrahieren des geernteten Materials mit einem organischen Lösungsmittel isolieren. Aus diesem Lösungsmittel kann das Öl, das Lipide, Phospholipide, Sphingolipide, Glycolipide, Triacylglycerine und/oder freie Fettsäuren mit höherem Gehalt an PUFAs enthält, isoliert werden. Durch basische oder saure Hydrolyse der Lipide, Phospholipide, Sphingolipide, Glycolipide, Triacylglycerine können die freien Fettsäuren mit höherem Gehalt an PUFAs isoliert werden. Ein höherer Gehalt an PUFAs bedeutet mindestens 5%, vorzugsweise 10%, besonders bevorzugt 20%, ganz besonders bevorzugt 40% mehr PUFAs als der ursprüngliche Organismus, der keine zusätz liche Nukleinsäure, die die erfindungsgemäße Elongase kodiert, besitzt.A further embodiment according to the invention is a method for producing PUFAs, the method comprising growing an organism which comprises a nucleic acid according to the invention, a gene construct according to the invention or a vector according to the invention which encode a polypeptide which contains C 18 fatty acids with at least two double bonds in the Fatty acid molecule extended by at least two carbon atoms under conditions under which PUFAs are produced in the organism. PUFAs produced by this method can be isolated by harvesting the organisms either from the culture in which they grow or from the field, breaking up and / or extracting the harvested material with an organic solvent. The oil containing lipids, phospholipids, sphingolipids, glycolipids, triacylglycerols and / or free fatty acids with a higher PUFA content can be isolated from this solvent. The free fatty acids with a higher PUFA content can be isolated by basic or acidic hydrolysis of the lipids, phospholipids, sphingolipids, glycolipids, triacylglycerols. A higher content of PUFAs means at least 5%, preferably 10%, particularly preferably 20%, very particularly preferably 40% more PUFAs than the original organism, which has no additional nucleic acid which encodes the elongase according to the invention.
Vorzugsweise sind die durch dieses Verfahren produzierten PUFAs C20- oder C22-Fettsäuremoleküle mit mindestens zwei Doppel bindungen im Fettsäuremolekül, vorzugsweise drei oder vier Doppelbindungen, besonders bevorzugt drei Doppelbindungen. Diese C20- oder C22-Fettsäuremoleküle lassen sich aus dem Organismus in Form eines Öls, Lipids oder einer freien Fettsäure isolieren. Geeignete Organismen sind beispielsweise die vorstehend er wähnten. Bevorzugte Organismen sind transgene Pflanzen. The PUFAs produced by this process are preferably C 20 or C 22 fatty acid molecules with at least two double bonds in the fatty acid molecule, preferably three or four double bonds, particularly preferably three double bonds. These C 20 or C 22 fatty acid molecules can be isolated from the organism in the form of an oil, lipid or a free fatty acid. Suitable organisms are, for example, those mentioned above. Preferred organisms are transgenic plants.
Eine erfindungsgemäße Ausführungsform sind Öle, Lipide oder Fett säuren oder Fraktionen davon, die durch das oben beschriebene Verfahren hergestellt worden sind, besonders bevorzugt Öl, Lipid oder eine Fettsäurezusammensetzung, die PUFAs umfassen und von transgenen Pflanzen herrühren.An embodiment of the invention are oils, lipids or fat acids or fractions thereof by the above described Processes have been produced, particularly preferably oil, lipid or a fatty acid composition comprising PUFAs and from originate from transgenic plants.
Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform ist die Verwendung des Öls, Lipids oder der Fettsäurezusammensetzung in Futter mitteln, Nahrungsmitteln, Kosmetika oder Pharmazeutika.Another embodiment of the invention is the use of the oil, lipids or fatty acid composition in feed agents, foodstuffs, cosmetics or pharmaceuticals.
Diese Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele weiter veranschaulicht, die nicht als beschränkend aufgefaßt werden sollten. Der Inhalt sämtlicher in dieser Patentanmeldung zitierten Literaturstellen, Patentanmeldungen, Patente und veröffentlichten Patentanmeldungen ist hier durch Bezugnahme aufgenommen.This invention is further illustrated by the examples below illustrated, which are not to be taken as limiting should. The content of all in this patent application cited references, patent applications, patents and published patent applications are here by reference added.
Klonierungsverfahren, wie beispielsweise Restriktionsspaltungen, Agarosegelelektrophorese, Reinigung von DNA-Fragmenten, Transfer von Nukleinsäuren auf Nitrocellulose- und Nylonmembranen, Ver bindung von DNA-Fragmenten, Transformation von Escherichia coli- und Hefe-Zellen, Züchtung von Bakterien und Sequenzanalyse re kombinanter DNA, wurden durchgeführt wie beschrieben in Sambrook et al. (1989) (Cold Spring Harbor Laboratory Press: ISBN 0-87969-309-6) oder Kaiser, Michaelis und Mitchell (1994) "Methods in Yeast Genetics" (Cold Spring Harbor Laboratory Press: ISBN 0-87969-451-3). Die Transformation und Züchtung von Algen, wie Chlorella oder Phaeodactylum werden durchgeführt wie be schrieben von El-Sheekh (1999), Biologia Plantarum 42: 209-216; Apt et al. (1996) Molecular and General Genetics 252 (5): 872-9.Cloning methods, such as restriction cleavages, Agarose gel electrophoresis, purification of DNA fragments, transfer of nucleic acids on nitrocellulose and nylon membranes, Ver binding of DNA fragments, transformation of Escherichia coli and yeast cells, bacterial growth and sequence analysis right combined DNA were performed as described in Sambrook et al. (1989) (Cold Spring Harbor Laboratory Press: ISBN 0-87969-309-6) or Kaiser, Michaelis and Mitchell (1994) "Methods in Yeast Genetics" (Cold Spring Harbor Laboratory Press: ISBN 0-87969-451-3). The transformation and breeding of algae, such as Chlorella or Phaeodactylum are carried out as be written by El-Sheekh (1999), Biologia Plantarum 42: 209-216; Apt et al. (1996) Molecular and General Genetics 252 (5): 872-9.
Die verwendeten Chemikalien wurden, wenn im Text nicht anders angegeben, in p. A.-Qualität von den Firmen Fluka (Neu-Ulm), Merck (Darmstadt), Roth (Karlsruhe), Serva (Heidelberg) und Sigma (Deisenhofen) bezogen. Lösungen wurden unter Verwendung von reinem pyrogenfreiem Wasser, im nachstehenden Text als H2O bezeichnet, aus einer Milli-Q-Wassersystem-Wasserreinigungsanlage (Millipore, Eschborn) hergestellt. Restriktionsendonukleasen, DNA-modifizierende Enzyme und molekularbiologische Kits wurden bezogen von den Firmen AGS (Heidelberg), Amersham (Braunschweig), Biometra (Göttingen), Boehringer (Mannheim), Genomed (Bad Oeynhausen), New England Biolabs (Schwalbach/Taunus), Novagen (Madison, Wisconsin, USA), Perkin-Elmer (Weiterstadt), Pharmacia (Freiburg), Qiagen (Hilden) und Stratagene (Amsterdam, Nieder lande). Wenn nicht anders angegeben, wurden sie nach den Anweisungen des Herstellers verwendet.The chemicals used were, unless otherwise stated in the text, in p. A. quality from Fluka (Neu-Ulm), Merck (Darmstadt), Roth (Karlsruhe), Serva (Heidelberg) and Sigma (Deisenhofen). Solutions were prepared from a Milli-Q water system water purification plant (Millipore, Eschborn) using pure pyrogen-free water, hereinafter referred to as H 2 O. Restriction endonucleases, DNA-modifying enzymes and molecular biological kits were obtained from AGS (Heidelberg), Amersham (Braunschweig), Biometra (Göttingen), Boehringer (Mannheim), Genomed (Bad Oeynhausen), New England Biolabs (Schwalbach / Taunus), Novagen (Madison, Wisconsin, USA), Perkin-Elmer (Weiterstadt), Pharmacia (Freiburg), Qiagen (Hilden) and Stratagene (Amsterdam, Netherlands). Unless otherwise stated, they were used according to the manufacturer's instructions.
Für diese Untersuchung wurden Pflanzen der Art Physcomitrella patens (Hedw.) B. S. G. aus der Sammlung der Abteilung für Genetische Untersuchungen der Universität Hamburg verwendet. Sie stammen von dem Stamm 16/14, der von H. L. K. Whitehouse in Gransden Wood, Huntingdonshire (England) gesammelt und von Engel (1968, Am J Bot 55, 438-446) aus einer Spore subkultiviert wurde. Die Proliferation der Pflanzen erfolgte mittels Sporen und mittels Regeneration der Gametophyten. Das Protonema entwickelte sich aus der haploiden Spore zu chloroplastenreichem Chloronema und chloroplastenarmem Caulonema, woraus sich nach etwa 12 Tagen Knospen bildeten. Diese wuchsen zu Gametophoren mit Antheridien und Archegonien. Nach der Befruchtung entstand der diploide Sporophyt mit kurzer Seta und Sporenkapsel, in der die Meio sporen reifen.Plants of the Physcomitrella species were used for this study patens (Hedw.) B. S. G. from the collection of the Department for Genetic studies from the University of Hamburg used. They come from strain 16/14, which was developed by H. L. K. Whitehouse in Gransden Wood, Huntingdonshire (England) collected and used by angels (1968, Am J Bot 55, 438-446) was subcultured from a spore. The plants were proliferated by means of spores and by means of regeneration of the gametophytes. The Protonema developed from the haploid spore to chloroplast-rich chloronema and low-chloroplast caulonema, which results after about 12 days Buds formed. These grew into gametophores with antheridia and archegonia. The diploid emerged after fertilization Sporophyte with a short Seta and spore capsule, in which the Meio spores mature.
Die Züchtung erfolgte in einer klimatisierten Kammer bei einer Lufttemperatur von 25°C und einer Lichtintensität von 55 Mikro mol-im-2 (Weißlicht; Phillips TL 65W/25 Fluoreszenzröhre) und einem Licht-Dunkel-Wechsel von 16/8 Stunden. Das Moos wurde entweder in Flüssigkultur unter Verwendung von Knop-Medium nach Reski und Abel (1985, Planta 165, 354-358) modifiziert oder auf festem Knop-Medium unter Verwendung von 1% Oxoidagar (Unipath, Basingstoke, England) gezüchtet.The cultivation took place in an air-conditioned chamber at one Air temperature of 25 ° C and a light intensity of 55 micro mol-im-2 (white light; Phillips TL 65W / 25 fluorescent tube) and a light / dark change of 16/8 hours. The moss became either in liquid culture using Knop medium Reski and Abel (1985, Planta 165, 354-358) modified or on solid button medium using 1% oxoid agar (Unipath, Basingstoke, England).
Die zur RNA- und DNA-Isolation verwendeten Protonemata wurden in belüfteten Flüssigkulturen gezüchtet. Die Protonemata wurden alle 9 Tage zerkleinert und in frisches Kulturmedium überführt.The protonemata used for RNA and DNA isolation were described in aerated liquid cultures. The protonemata were all Crushed for 9 days and transferred to fresh culture medium.
Die Einzelheiten der Isolation von Gesamt-DNA betreffen die Auf arbeitung von Pflanzenmaterial mit einem Frischgewicht von einem Gramm. The details of the isolation of total DNA relate to the Auf working of plant material with a fresh weight of one Grams.
CTAB-Puffer: 2% (Gew./Vol.) N-Acetyl-N,N,N-trimethylamionium bromid (CTAB); 100 mM Tris-HCl, pH 8,0; 1,4 M NaCl; 20 mM EDTA.CTAB buffer: 2% (w / v) N-acetyl-N, N, N-trimethylamionium bromide (CTAB); 100 mM Tris-HCl, pH 8.0; 1.4 M NaCl; 20mM EDTA.
N-Laurylsarkosin-Puffer: 10% (Gew./Vol.) N-Laurylsarkosin; 100 mM Tris-HCl, pH 8,0; 20 mM EDTA.N-lauryl sarcosine buffer: 10% (w / v) N-lauryl sarcosine; 100 mM Tris-HCl, pH 8.0; 20mM EDTA.
Das Pflanzenmaterial wurde unter flüssigem Stickstoff in einem Mörser verrieben, so daß ein feines Pulver erhalten wurde, und in 2 ml-Eppendorfgefäße überführt. Das gefrorene Pflanzenmaterial wurde dann mit einer Schicht von 1 ml Zersetzungspuffer (1 ml CTAB-Puffer, 100 ml N-Laurylsarkosin-Puffer, 20 ml β-Mercapto ethanol und 10 ml Proteinase K-Lösung, 10 mg/ml) überschichtet und eine Stunde unter kontinuierlichem Schütteln bei 60°C inkubiert. Das erhaltene Homogenat wurde in zwei Eppendorfgefäße (2 ml) aufgeteilt und zweimal durch Schütteln mit dem gleichen Volumen Chloroform/Isoamylalkohol (24 : 1) extrahiert. Zur Phasen trennung wurde eine Zentrifugation bei 8000 × g und RT (= Raum temperatur = ~23°C) jeweils 15 min lang durchgeführt. Die DNA wurde dann 30 min unter Verwendung von eiskaltem Isopropanol bei -70°C gefällt. Die gefällte DNA wurde bei 10000 g 30 min bei 4°C sedimentiert und in 180 ml TE-Puffer (Sambrook et al., 1989, Cold Spring Harbor Laboratory Press: ISBN 0-87969-309-6) resuspendiert. Zur weiteren Reinigung wurde die DNA mit NaCl (1,2 M Endkonzentration) behandelt und erneut 30 min unter Ver wendung des zweifachen Volumens an absolutem Ethanol bei -70°C gefällt. Nach einem Waschschritt mit 70% Ethanol wurde die DNA getrocknet und anschließend in 50 ml H2O + RNAse (50 mg/ml End konzentration) aufgenommen. Die DNA wurde über Nacht bei 4°C gelöst und die RNAse-Spaltung wurde anschließend 1 Std. bei 37°C durchgeführt. Die Aufbewahrung der DNA erfolgte bei 4°C.The plant material was triturated under liquid nitrogen in a mortar so that a fine powder was obtained and transferred to 2 ml Eppendorf tubes. The frozen plant material was then covered with a layer of 1 ml of decomposition buffer (1 ml of CTAB buffer, 100 ml of N-lauryl sarcosine buffer, 20 ml of β-mercapto ethanol and 10 ml of Proteinase K solution, 10 mg / ml) and for one hour incubated at 60 ° C with continuous shaking. The homogenate obtained was divided into two Eppendorf tubes (2 ml) and extracted twice by shaking with the same volume of chloroform / isoamyl alcohol (24: 1). For phase separation, centrifugation was carried out at 8000 × g and RT (= room temperature = ~ 23 ° C) for 15 min each. The DNA was then precipitated at -70 ° C for 30 minutes using ice cold isopropanol. The precipitated DNA was sedimented at 10,000 g for 30 min at 4 ° C. and resuspended in 180 ml TE buffer (Sambrook et al., 1989, Cold Spring Harbor Laboratory Press: ISBN 0-87969-309-6). For further purification, the DNA was treated with NaCl (1.2 M final concentration) and precipitated again at -70 ° C. for 30 min using twice the volume of absolute ethanol. After a washing step with 70% ethanol, the DNA was dried and then taken up in 50 ml H 2 O + RNAse (50 mg / ml final concentration). The DNA was dissolved overnight at 4 ° C. and the RNAse cleavage was then carried out at 37 ° C. for 1 hour. The DNA was stored at 4 ° C.
Zur Untersuchung von Transkripten wurden Gesamt-RNA und poly(A)+-RNA isoliert. Die Gesamt-RNA wurde aus 9 T alten Wildtyp-Protonemata nach dem GTC-Verfahren (Reski et al., 1994, Mol. Gen. Genet., 244: 352-359) gewonnen.Total RNA and poly (A) + RNA were isolated to examine transcripts. The total RNA was obtained from 9 T old wild-type protonemata by the GTC method (Reski et al., 1994, Mol. Gen. Genet., 244: 352-359).
Die Isolation von poly(A)+-RNA erfolgte unter Verwendung von Dyna Beads® (Dynal, Oslo, Finnland) nach den Anweisungen im Protokoll des Herstellers.Poly (A) + RNA was isolated using Dyna Beads® (Dynal, Oslo, Finland) according to the instructions in the manufacturer's protocol.
Nach der Bestimmung der RNA- oder poly(A)+-RNA-Konzentration wurde die RNA durch Zugabe von 1/10 Volumina 3 M Natriumacetat, pH 4,6, und 2 Volumina Etahnol gefällt und bei -70°C aufbewahrt. After determining the RNA or poly (A) + RNA concentration, the RNA was precipitated by adding 1/10 volumes of 3 M sodium acetate, pH 4.6, and 2 volumes of ethanol and stored at -70 ° C.
Zur Konstruktion der cDNA-Bank wurde die Erststrangsynthese unter Verwendung von Reverser Transkriptase aus Maus-Leukämie-Virus (Roche, Mannheim, Deutschland) und Oligo-d(T)-Primern, die Zweit strangsynthese durch Inkubation mit DNA-Polymerase I, Klenow- Enzym und RNAse H-Spaltung bei 12°C (2 Std.), 16°C (1 Std.) und 22°C (1 Std.) erzielt. Die Reaktion wurde durch Inkubation bei 65°C (10 min) gestoppt und anschließend auf Eis überführt. Doppelsträngige DNA-Moleküle wurde mit T4-DNA-Polymerase (Roche, Mannheim) bei 37°C (30 min) mit glatten Enden versehen. Die Nukleotide wurden durch Phenol/Chloroform-Extraktion und Sephadex-G50-Zentrifugiersäulen entfernt. EcoRI-Adapter (Pharmacia, Freiburg, Deutschland) wurden mittels T4-DNA-Ligase (Roche, 12°C, über Nacht) an die cDNA-Enden ligiert und durch Inkubation mit Polynukleotidkinase (Roche, 37°C, 30 min) phosphoryliert. Dieses Gemisch wurde der Trennung auf einem Low-Melting-Agarose-Gel unterworfen. DNA-Moleküle über 300 Basen paaren wurden aus dem Gel eluiert, Phenol-extrahiert, auf Elutip- D-Säulen (Schleicher und Schüll, daßel, Deutschland) konzentriert und an Vektorarme ligiert und in lambda-ZAPII-Phagen oder lambda- ZAP-Express-Phagen unter Verwendung des Gigapack Gold-Kits (Stratagene, Amsterdam, Niederlande) verpackt, wobei Material des Herstellers verwendet und seine Anweisungen befolgt wurden.The first strand synthesis was used to construct the cDNA library Use of mouse leukemia virus reverse transcriptase (Roche, Mannheim, Germany) and Oligo-d (T) primers, the second strand synthesis by incubation with DNA polymerase I, Klenow Enzyme and RNAse H cleavage at 12 ° C (2 hours), 16 ° C (1 hour) and 22 ° C (1 hour). The reaction was by incubation stopped at 65 ° C (10 min) and then transferred to ice. Double-stranded DNA molecules were created using T4 DNA polymerase (Roche, Mannheim) at 37 ° C (30 min) with smooth ends. The nucleotides were extracted by phenol / chloroform and Sephadex G50 centrifugation columns removed. EcoRI adapter (Pharmacia, Freiburg, Germany) were using T4 DNA ligase (Roche, 12 ° C, overnight) ligated to the cDNA ends and by Incubation with polynucleotide kinase (Roche, 37 ° C, 30 min) phosphorylated. This mixture was subjected to separation on a Subjected to low-melting agarose gel. DNA molecules over 300 bases pairs were eluted from the gel, phenol extracted, on Elutip- D-pillars (Schleicher and Schüll, dassel, Germany) concentrated and ligated to vector arms and in lambda-ZAPII phage or lambda ZAP Express phage using the Gigapack Gold kit (Stratagene, Amsterdam, The Netherlands) packed using material of the manufacturer and its instructions have been followed.
cDNA-Banken, wie im Beispiel 4 beschrieben, wurden zur DNA-
Sequenzierung nach Standardverfahren, insbesondere durch das
Kettenterminationsverfahren unter Verwendung des ABI PRISM Big
Dye Terminator Cycle Sequencing Ready Reaction-Kit (Perkin-Elmer,
Weiterstadt, Deutschland), verwendet. Die Zufallssequenzierung
wurde anschließend an die präparative Plasmidgewinnung aus cDNA-
Banken über in vivo-Massenausschnitt und Retransformation von
DH10B auf Agarplatten durchgeführt (Einzelheiten zu Material
und Protokoll von Stratagene, Amsterdam, Niederlande). Plasmid-
DNA wurde aus über Nacht gezüchteten E. coli-Kulturen, die
in Luria-Brühe mit Ampicillin (siehe Sambrook et al. (1989)
(Cold Spring Harbor Laboratory Press: ISBN 0-87969-309-6))
gezüchtet worden waren, an einem Quiagen-DNA-Präparations-
Roboter (Quiagen, Hilden) nach den Protokollen des Herstellers
präpariert. Sequenzierprimer mit den folgenden Nukleotidsequenzen
wurden verwendet:
5'-CAGGAAACAGCTATGACC-3'
5'-CTAAAGGGAACAAAAGCTG-3'
5'-TGTAAAACGACGGCCAGT-3'
cDNA banks, as described in Example 4, were used for DNA sequencing by standard methods, in particular by the chain termination method using the ABI PRISM Big Dye Terminator Cycle Sequencing Ready Reaction Kit (Perkin-Elmer, Weiterstadt, Germany). The random sequencing was carried out after the preparative plasmid extraction from cDNA banks via in vivo mass section and retransformation of DH10B on agar plates (details on material and protocol from Stratagene, Amsterdam, Netherlands). Plasmid DNA was obtained from overnight grown E. coli cultures grown in Luria broth with ampicillin (see Sambrook et al. (1989) (Cold Spring Harbor Laboratory Press: ISBN 0-87969-309-6)) , prepared on a Quiagen DNA preparation robot (Quiagen, Hilden) according to the manufacturer's protocols. Sequencing primers with the following nucleotide sequences were used:
5'-CAGGAAACAGCTATGACC-3 '
5'-CTAAAGGGAACAAAAGCTG-3 '
5'-TGTAAAACGACGGCCAGT-3 '
Die Sequenzen wurden unter Verwendung des Standard-Software pakets EST-MAX, das kommerziell von Bio-Max (München, Deutsch land) geliefert wird, Prozeßiert und kommentiert. Ein Klon mit schwachen Homologien zu bekannten Elongasen wurde eingehender charakterisiert.The sequences were made using standard software packages EST-MAX, commercially available from Bio-Max (Munich, German country) is delivered, processed and commented. A clone with weak homologies to known elongases became more detailed characterized.
Die EST-Sequenz: 08_ck19_b07, neuer Name pp001019019f, wurde zunächst aufgrund schwacher Homologie mit bekannten Elongasen unter anderen Kandidatengenen als Zielgen in Betracht gezogen.The EST sequence: 08_ck19_b07, new name pp001019019f, was initially due to weak homology with known elongases considered as target gene among other candidate genes.
Für den Sequenzvergleich wurde das Programm BESTFIT verwendet, d. h. die BLOSUM-Aminosäuresubstitutions-Matrizen, wobei auf Henikoff, S., und Henikoff. J. G. (1992), Amino acid substitution matrices from protein blocks, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89: 10915-10919, verwiesen wird.The BESTFIT program was used for the sequence comparison, d. H. the BLOSUM amino acid substitution matrices, with on Henikoff, S., and Henikoff. J.G. (1992) Amino acid substitution matrices from protein blocks, Proc. Natl. Acad. Sci. United States 89: 10915-10919.
Die Volllängensequenz des Klons mit der Datenbank-Nr. 08_ck19_b07 der Erfinder wurde für den Vergleich mit der elo1-Peptidsequenz aus Hefe verwendet. Die folgenden Parameter wurden für den Ver gleich ausgewählt: Cap-Gewicht: 8, durchschnittliche Überein stimmung: 2,912, Längengewicht: 2, durchschnittliche Mismatches: -2,003. Das in Fig. 1 gezeigte Alignment ergab 48,3% Ähnlich keit und 38,5% Identität.The full length sequence of the clone with the database no. 08_ck19_b07 the inventor was used for comparison with the yeast elo1 peptide sequence. The following parameters were selected for comparison: cap weight: 8, average match: 2.912, length weight: 2, average mismatches: -2.003. The alignment shown in Fig. 1 resulted in 48.3% similarity and 38.5% identity.
Die vollständige Nukleotidsequenz der cDNA bestand aus etwa 1200 bp. Sie enthielt einen offenen Leserahmen von 873 bp, der 290 Aminosäure mit einer berechneten Molekülmasse von 33,4 Da kodierte. Die Proteinsequenz besitzt nur 38,5% Identität und 48,3% Ähnlichkeit mit dem PSE1-Genprodukt von Saccharomyces cerevisiae, das zur Elongation von Fettsäuren mit mittlerer Kettenlänge in der Hefe erforderlich ist (Toke & Martin, 1996, Isolation and characterization of a gene affecting fatty acid elongation in Saccharomyces cerevisiae. Journal of Biological Chemistry 271, 18413-18422).The complete nucleotide sequence of the cDNA consisted of approximately 1200 bp. It contained an open reading frame of 873 bp, the 290 amino acids with a calculated molecular mass of 33.4 Da encoded. The protein sequence has only 38.5% identity and 48.3% similarity to the Saccharomyces PSE1 gene product cerevisiae, which is used to elongate fatty acids with medium Chain length in the yeast is required (Toke & Martin, 1996, Isolation and characterization of a gene affecting fatty acid elongation in Saccharomyces cerevisiae. Journal of Biological Chemistry 271, 18413-18422).
Gensequenzen lassen sich zur Identifikation homologer oder heterologer Gene aus cDNA- oder genomischen Banken verwenden.Gene sequences can be used to identify homologous or Use heterologous genes from cDNA or genomic banks.
Homologe Gene (d. h. Volllängen-cDNA-Klone, die homolog sind, oder Homologa) lassen sich über Nukleinsäurehybridisierung unter Verwendung von beispielsweise cDNA-Banken isolieren: Je nach der Häufigkeit des Gens von Interesse wurden 100000 bis zu 1000000 rekombinante Bakteriophagen plattiert und auf eine Nylonmembran überführt. Nach der Denaturierung mit Alkali wurde die DNA auf der Membran z. B. durch UV-Vernetzung immobilisiert. Die Hybridisierung erfolgte bei hoch-stringenten Bedingungen. In wäßriger Lösung wurden die Hybridisierung und die Waschschritte bei einer Ionenstärke von 1 M NaCl und einer Temperatur von 68°C durchgeführt. Hybridisierungssonden wurden z. B. durch Markierung mittels radioaktiver (32P-) Nicktranskription (High Prime, Roche, Mannheim, Deutschland) hergestellt. Die Signale wurden mittels Autoradiographie nachgewiesen.Homologous genes (ie full-length cDNA clones that are homologous or homologs) can be isolated via nucleic acid hybridization using, for example, cDNA libraries: Depending on the frequency of the gene of interest, 100,000 to 1,000,000 recombinant bacteriophages were plated and onto a nylon membrane transferred. After denaturing with alkali, the DNA was z. B. immobilized by UV crosslinking. The hybridization took place under highly stringent conditions. In aqueous solution, the hybridization and the washing steps were carried out at an ionic strength of 1 M NaCl and a temperature of 68 ° C. Hybridization probes were e.g. B. prepared by labeling using radioactive ( 32 P) nick transcription (High Prime, Roche, Mannheim, Germany). The signals were detected using autoradiography.
Partiell homologe oder heterologe Gene, die verwandt, aber nicht identisch sind, lassen sich analog zum oben beschriebenen Ver fahren unter Verwendung niedrig-stringenter Hybridisierungs- und Waschbedingungen identifizieren. Für die wäßrige Hybridisierung wurde die Ionenstärke gewöhnlich bei 1 M NaCl gehalten, wobei die Temperatur nach und nach von 68 auf 42°C gesenkt wurde.Partially homologous or heterologous genes that are related but not are identical, can be analogous to the Ver drive using low-stringent hybridization and Identify washing conditions. For aqueous hybridization the ionic strength was usually kept at 1 M NaCl, where the temperature was gradually reduced from 68 to 42 ° C.
Die Isolation von Gensequenzen, die nur zu einer einzelnen Domäne von beispielsweise 10 bis 20 Aminosäuren Homologien auf weisen, läßt sich unter Verwendung synthetischer, radioaktiv markierter Oligonukleotidsonden durchführen. Radioaktiv markierte Oligonukleotide wurden mittels Phosphorylierung des 5'-Endes zweier komplementärer Oligonukleotide mit T4-Polynukleotidkinase hergestellt. Die komplementären Oligonukleotide wurden aneinander hybridisiert und ligiert, so daß Konkatemere entstanden. Die doppelsträngigen Konkatemere wurde beispielsweise durch Nick transkription radioaktiv markiert. Die Hybridisierung erfolgte gewöhnlich bei niedrig-stringenten Bedingungen unter Verwendung hoher Oligonukleotidkonzentrationen.Isolation of gene sequences that only lead to a single Domain of, for example, 10 to 20 amino acid homologies can be demonstrated using synthetic, radioactive perform labeled oligonucleotide probes. Radioactively marked Oligonucleotides were phosphorylated at the 5 'end two complementary oligonucleotides with T4 polynucleotide kinase manufactured. The complementary oligonucleotides were joined together hybridized and ligated so that concatems were formed. The double-stranded concatems was created, for example, by Nick radioactive transcription. The hybridization took place usually using under low-stringent conditions high oligonucleotide concentrations.
Oligonukleotid-Hybridisierungslösung:
6 × SSC
0,01 M Natriumphosphat
1 mM EDTA (pH 8)
0,5% SDS
100 µg/ml denaturierte Lachssperma-DNA
0,1% fettarme TrockenmilchOligonucleotide hybridization solution:
6 × SSC
0.01 M sodium phosphate
1 mM EDTA (pH 8)
0.5% SDS
100 µg / ml denatured salmon sperm DNA
0.1% low-fat dry milk
Während der Hybrdidisierung wurde die Temperatur schrittweise auf 5 bis 10°C unter die berechnete Oligonukleotid-Tm oder bis auf Raumtemperatur (bedeutet RT = ~23°C in allen Experimenten, wenn nicht anders angegeben) gesenkt, gefolgt von Waschschritten und Autoradiographie. Das Waschen wurde mit extrem niedriger Stringenz durchgeführt, zum Beispiel 3 Waschschritte unter Verwendung von 4 × SSC. Weitere Einzelheiten sind wie von Sambrook, J., et al. (1989), "Molecular Cloning: A Laboratory Manual", Cold Spring Harbor Laboratory Press, oder Ausubel, F. M., et al. (1994) "Current Protocols in Molecular Biology", John Wiley & Sons, beschrieben.During the hybridization, the temperature became gradual to 5 to 10 ° C below the calculated oligonucleotide Tm or to to room temperature (means RT = ~ 23 ° C in all experiments, unless otherwise stated), followed by washing steps and autoradiography. The washing was extremely low Stringency performed, for example 3 washing steps below Using 4 × SSC. More details are as of Sambrook, J., et al. (1989), "Molecular Cloning: A Laboratory Manual, "Cold Spring Harbor Laboratory Press, or Ausubel, F. M., et al. (1994) "Current Protocols in Molecular Biology", John Wiley & Sons.
Es wurden cDNA-Sequenzen zur Herstellung von rekombinantem Protein zum Beispiel in E. coli verwendet (z. B. Qiagen QIAexpress pQE-System). Die rekombinanten Proteine wurden dann gewöhnlich über Ni-NTA-Affinitätschromatographie (Quiagen) affinitäts gereinigt. Die rekombinanten Proteine wurden dann zur Herstellung spezifischer Antikörper beispielsweise unter Verwendung von Standardtechniken zur Immunisierung von Kaninchen verwendet. Die Antikörper wurden dann unter Verwendung einer Ni-NTA-Säule, die mit rekombinantem Antigen gesättigt worden war, affinitäts gereinigt, wie von Gu et al., (1994) BioTechniques 17: 257-262 beschrieben. Der Antikörper kann dann zur Durchmusterung von Expressions-cDNA-Banken mittels immunologischem Screening ver wendet werden (Sambrook, J., et al. (1989), "Molecular Cloning: A Laboratory Manual", Cold Spring Harbor Laboratory Press, oder Ausubel, F. M., et al. (1994) "Current Protocols in Molecular Biology", John Wiley & Sons).There were cDNA sequences for the production of recombinant Protein used for example in E. coli (e.g. Qiagen QIAexpress pQE system). The recombinant proteins then became common via Ni-NTA affinity chromatography (Quiagen) affinity cleaned. The recombinant proteins were then used in production specific antibody using, for example Standard techniques are used to immunize rabbits. The antibodies were then analyzed using a Ni-NTA column, affinity that had been saturated with recombinant antigen purified as described by Gu et al., (1994) BioTechniques 17: 257-262 described. The antibody can then be used to screen for Expression cDNA libraries using immunological screening ver can be used (Sambrook, J., et al. (1989), "Molecular Cloning: A Laboratory Manual ", Cold Spring Harbor Laboratory Press, or Ausubel, F.M., et al. (1994) "Current Protocols in Molecular Biology ", John Wiley & Sons).
Für die RNA-Hybridisierung wurden 20 µg Gesamt-RNA oder 1 µg poly(A)+-RNA mittels Gelelektrophorese in Agarosegelen mit einer Stärke von 1,25% unter Verwendung von Formaldehyd, wie beschrieben in Amasino (1986, Anal. Biochem. 152, 304) auf getrennt, mittels Kapillaranziehung unter Verwendung von 10 × SSC auf positiv geladene Nylonmembranen (Hybond N+ Amersham, Braunschweig) übertragen, mittels UV-Licht immobilisiert und 3 Stunden bei 68°C unter Verwendung von Hybridisierungspuffer (10% Dextransulfat Gew./Vol., 1 M NaCl, 1% SDS, 100 mg Herings sperma-DNA) vorhybridisiert. Die Markierung der DNA-Sonde mit dem Highprime DNA labeling-Kit (Roche, Mannheim, Deutschland) erfolgte während der Vorhybridisierung unter Verwendung von alpha-32P-dCTP (Amersham, Braunschweig, Deutschland). Die Hybridisierung wurde nach Zugabe der markierten DNA-Sonde im gleichen Puffer bei 68°C über Nacht durchgeführt. Die Wasch schritte wurden zweimal für 15 min unter Verwendung von 2 × SSC und zweimal für 30 min unter Verwendung von 1 × SSC, 1% SDS, bei 68°C durchgeführt. Die Exposition der verschlossenen Filter wurde bei -70°C für einen Zeitraum von 1 bis 14 T durchgeführt. For the RNA hybridization, 20 ug total RNA or 1 ug poly (A) + -RNA were gel electrophoresis in agarose gels with a strength of 1.25% using formaldehyde, as described in Amasino (1986, Anal. Biochem. 152 , 304) on separated, transferred by capillary attraction using 10 × SSC to positively charged nylon membranes (Hybond N + Amersham, Braunschweig), immobilized by means of UV light and 3 hours at 68 ° C. using hybridization buffer (10% dextran sulfate w / w Vol., 1 M NaCl, 1% SDS, 100 mg herring sperm DNA) prehybridized. The DNA probe was labeled with the Highprime DNA labeling kit (Roche, Mannheim, Germany) during the prehybridization using alpha- 32 P-dCTP (Amersham, Braunschweig, Germany). The hybridization was carried out after adding the labeled DNA probe in the same buffer at 68 ° C. overnight. The washing steps were carried out twice for 15 min using 2 × SSC and twice for 30 min using 1 × SSC, 1% SDS, at 68 ° C. The exposure of the closed filter was carried out at -70 ° C for a period of 1 to 14 T.
Zur Pflanzentransformation können binäre Vektoren, wie pBinAR verwendet werden (Höfgen und Willmitzer, Plant Science 66 (1990) 221-230). Die Konstruktion der binären Vektoren kann durch Ligation der cDNA in Sense- oder Antisense-Orientierung in T-DNA erfolgen. 5' der cDNA aktiviert ein Pflanzenpromotor die Transkription der cDNA. Eine Polyadenylierungssequenz befindet sich 3' von der cDNA.Binary vectors such as pBinAR can be used for plant transformation can be used (Höfgen and Willmitzer, Plant Science 66 (1990) 221-230). The construction of the binary vectors can be done by Ligation of the cDNA in sense or antisense orientation in T-DNA done. 5 'of the cDNA activates a plant promoter Transcription of the cDNA. There is a polyadenylation sequence 3 'away from the cDNA.
Die gewebespezifische Expression läßt sich unter Verwendung eines gewebespezifischen Promotors erzielen. Beispielsweise kann die samenspezifische Expression erreicht werden, indem der Napin- oder der LeB4- oder der USP-Promotor 5' der cDNA einkloniert wird. Auch jedes andere samenspezifische Promotorelement kann verwendet werden. Zur konstitutiven Expression in der ganzen Pflanzen läßt sich der CaMV-355-Promotor verwenden.Tissue-specific expression can be determined using a achieve tissue-specific promoter. For example, the seed-specific expression can be achieved by the napin or the LeB4 or USP promoter 5 'of the cDNA becomes. Any other seed-specific promoter element can also be used. For constitutive expression in the whole The CaMV-355 promoter can be used in plants.
Das exprimierte Protein kann unter Verwendung eines Signal peptids, beispielsweise für Plastiden, Mitochondrien oder das Endoplasmatische Retikulum, in ein zelluläres Kompartiment dirigiert werden (Kermode, Crit. Rev. Plant Sci. 15, 4 (1996) 285-423). Das Signalpeptid wird 5' im Leseraster mit der cDNA einkloniert, um die subzelluläre Lokalisierung des Fusionsprotein zu erreichen.The expressed protein can be expressed using a signal peptides, for example for plastids, mitochondria or that Endoplasmic reticulum, in a cellular compartment to be conducted (Kermode, Crit. Rev. Plant Sci. 15, 4 (1996) 285-423). The signal peptide is 5 'in reading frame with the cDNA cloned to the subcellular localization of the fusion protein to reach.
Die Agrobacterium-vermittelte Pflanzentransformation kann zum Beispiel unter Verwendung des GV3101- (pMP90-) (Koncz und Schell, Mol. Gen. Genet. 204 (1986) 383-396) oder LBA4404- (Clontech) Agrobacterium tumefaciens-Stamms durchgeführt werden. Die Transformation kann durch Standard-Transformationstechniken durchgeführt werden (Deblaere et al., Nucl. Acids. Tes. 13 (1984), 4777-4788).The Agrobacterium-mediated plant transformation can Example using the GV3101- (pMP90-) (Koncz and Schell, Mol. Gen. Genet. 204 (1986) 383-396) or LBA4404- (Clontech) Agrobacterium tumefaciens strain. The Transformation can be done through standard transformation techniques (Deblaere et al., Nucl. Acids. Tes. 13 (1984), 4777-4788).
Die Agrobacterium-vermittelte Pflanzentransformation kann unter Verwendung von Standard-Transformations- und Regenerations techniken durchgeführt werden (Gelvin, Stanton B., Schilperoort, Robert A., Plant Molecular Biology Manual, 2. Aufl., Dordrecht: Kluwer Academic Publ., 1995, in Sect., Ringbuc Zentrale Signatur: BT11-P ISBN 0-7923-2731-4; Glick, Bernard R., Thompson, John E., Methods in Plant Molecular Biology and Biotechnology, Boca Raton: CRC Press, 1993, 360 S., ISBN 0-8493-5164-2). The Agrobacterium-mediated plant transformation can be found at Use of standard transformation and regeneration techniques are carried out (Gelvin, Stanton B., Schilperoort, Robert A., Plant Molecular Biology Manual, 2nd ed., Dordrecht: Kluwer Academic Publ., 1995, in Sect., Ringbuc Central signature: BT11-P ISBN 0-7923-2731-4; Glick, Bernard R., Thompson, John E., Methods in Plant Molecular Biology and Biotechnology, Boca Raton: CRC Press, 1993, 360 pages, ISBN 0-8493-5164-2).
Beispielsweise kann Raps mittels Kotyledonen- oder Hypokotyl transformation transformiert werden (Moloney et al., Plant Cell Report 8 (1989) 238-242; De Block et al., Plant Physiol. 91 (1989) 694-701). Die Verwendung von Antibiotika für die Agrobacterium- und Pflanzenselektion hängt von dem für die Transformation verwendeten binären Vektor und Agrobacterium- Stamm ab. Die Rapsselektion wird gewöhnlich unter Verwendung von Kanamycin als selektierbarem Pflanzenmarker durchgeführt.For example, rapeseed can be made using cotyledons or hypocots transformation can be transformed (Moloney et al., Plant Cell Report 8 (1989) 238-242; De Block et al., Plant Physiol. 91 (1989) 694-701). The use of antibiotics for that Agrobacterium and plant selection depends on that for that Transformation used binary vector and Agrobacterium Stem from. Rapeseed selection is commonly used of kanamycin as a selectable plant marker.
Der Agrobacterium-vermittelte Gentransfer in Flachs läßt sich unter Verwendung von beispielsweise einer von Mlynarova et al. (1994) Plant Cell Report 13: 282-285 beschriebenen Technik durch führen.The Agrobacterium -mediated gene transfer in flax can be using, for example, one of Mlynarova et al. (1994) Plant Cell Report 13: 282-285 to lead.
Die Transformation von Soja kann unter Verwendung von beispiels weise einer in EP-A-0 0424 047 (Pioneer Hi-Bred International) oder in EP-A-0 0397 687, US 5,376,543, US 5,169,770 (University Toledo) beschriebenen Technik durchgeführt werden.The transformation of soy can be done using examples as one in EP-A-0 0424 047 (Pioneer Hi-Bred International) or in EP-A-0 0397 687, US 5,376,543, US 5,169,770 (University Toledo) described technique can be performed.
Die Pflanzentransformation unter Verwendung von Teilchen beschuß, Polyethylenglycol-vermittelter DNA-Aufnahme oder über die Siliziumcarbonatfaser-Technik ist beispielsweise beschrieben von Freeling und Walbot "The maize handbook" (1993) ISBN 3-540-97826-7, Springer Verlag New York).Plant transformation using particles bombardment, polyethylene glycol-mediated DNA recording or is about silicon carbon fiber technology, for example described by Freeling and Walbot "The maize handbook" (1993) ISBN 3-540-97826-7, Springer Verlag New York).
Die in vivo-Mutagenese von Mikroorganismen kann mittels Passage der Plasmid- (oder einer anderen Vektor-) DNA durch E. coli oder andere Mikroorganismen (z. B. Bacillus spp. oder Hefen, wie Saccharomyces cerevisiae), bei denen die Fähigkeiten, die Unversehrtheit ihrer genetischen Information aufrechtzuerhalten, gestört ist, erfolgen. Übliche Mutator-Stämme haben Mutationen in den Genen für das DNA-Reparatursystem (z. B. mutHLS, mutD, mutT usw.; als Literaturstelle siehe Rupp, W. D. (1996) DNA repair mechanisms, in: Escherichia coli and Salmonella, S. 2277-2294, ASM: Washington). Diese Stämme sind dem Fachmann bekannt. Die Verwendung dieser Stämme ist beispielsweise in Greener, A., und Callahan, M. (1994) Strategies 7: 32-34, erläutert. Der Transfer mutierter DNA-Moleküle in Pflanzen erfolgt vorzugsweise nach Selektion und Test der Mikrooganismen. Transgene Pflanzen werden nach verschiedenen Beispielen im Beispielteil dieses Dokumentes erzeugt. The in vivo mutagenesis of microorganisms can be done by passage the plasmid (or other vector) DNA by E. coli or other microorganisms (e.g. Bacillus spp. or yeast, like Saccharomyces cerevisiae), where the skills that Maintain the integrity of their genetic information, is disturbed. Common mutator strains have mutations in the genes for the DNA repair system (e.g. mutHLS, mutD, mutT etc.; see Rupp, W. D. (1996) DNA repair for a reference mechanisms, in: Escherichia coli and Salmonella, pp. 2277-2294, ASM: Washington). These strains are known to the person skilled in the art. The Use of these strains is described, for example, in Greener, A., and Callahan, M. (1994) Strategies 7: 32-34. The transfer mutated DNA molecules in plants preferably follow Selection and test of the microorganisms. Become transgenic plants after various examples in the example part of this document generated.
Die Aktivität eines rekombinanten Genproduktes im transformierten Wirtsorganismus wurde auf der Transkriptions- und/oder der Translationsebene gemessen.The activity of a recombinant gene product in the transformed Host organism was based on the transcription and / or the Translation plane measured.
Ein geeignetes Verfahren zur Bestimmung der Menge an Transkription des Gens (ein Hinweis auf die Menge an RNA, die für die Tranlation des Genproduktes zur Verfügung steht) ist die Durchführung eines Northern-Blots (als Bezugsstelle siehe Ausubel et al. (1988) Current Protocols in Molecular Biology, Wiley: New York, oder den oben erwähnten Beispielteil), wobei ein Primer, der so gestaltet ist, daß er an das Gen von Interesse bindet, mit einer nachweisbaren Markierung (gewöhnlich radioaktiv oder chemilumineszent) markiert wird, so daß, wenn die Gesamt-RNA einer Kultur des Organismus extrahiert, auf einem Gel aufgetrennt, auf eine stabile Matrix transferiert und mit dieser Sonde inkubiert wird, die Bindung und das Ausmaß der Bindung der Sonde das Vorliegen und auch die Menge der mRNA für dieses Gen anzeigt. Diese Information zeigt den Grad der Transkription des transformierten Gens an. Zelluläre Gesamt-RNA kann aus Zellen, Geweben oder Organen mit mehreren Verfahren, die alle im Fach gebiet bekannt sind, wie zum Beispiel das von Bormann, E. R., et al. (1992) Mol. Microbiol. 6: 317-326 beschriebene, präpariert werden.A suitable method for determining the amount of Transcription of the gene (an indication of the amount of RNA, available for the translation of the gene product) is the performance of a Northern blot (as a reference point see Ausubel et al. (1988) Current Protocols in Molecular Biology, Wiley: New York, or the sample section mentioned above), being a primer designed to match the gene of Interest binds with a detectable label (usually radioactive or chemiluminescent) is marked so that when the Total RNA of a culture of the organism extracted on a gel separated, transferred to a stable matrix and with it The probe is incubated, binding and the extent of binding Probe the presence and also the amount of mRNA for this gene displays. This information shows the degree of transcription of the transformed gene. Total cellular RNA can be derived from cells Tissues or organs with multiple procedures, all in the subject are known, such as that of Bormann, E.R., et al. (1992) Mol. Microbiol. 6: 317-326, prepared become.
Zur Untersuchung des Vorliegens oder der relativen Menge an von dieser mRNA translatiertem Protein können Standardtechniken, wie ein Western-Blot, eingesetzt werden (siehe beispielsweise Ausubel et al. (1988) Current Protocols in Molecular Biology, Wiley: New York). Bei diesem Verfahren werden die zellulären Gesamt- Proteine extrahiert, mittels Gelelektrophorese aufgetrennt, auf eine Matrix, wie Nitrozellulose, übertragen und mit einer Sonde, wie einem Antikörper, der spezifisch an das gewünschte Protein bindet, inkubiert. Diese Sonde ist gewöhnlich mit einer chemilumineszenten oder kolorimetrischen Markierung versehen, die sich leicht nachweisen läßt. Das Vorliegen und die Menge der beobachteten Markierung zeigt das Vorliegen und die Menge des gewünschten, in der Zelle vorliegenden mutierten Proteins an. To examine the presence or relative amount of this mRNA translated protein can use standard techniques such as a Western blot can be used (see e.g. Ausubel et al. (1988) Current Protocols in Molecular Biology, Wiley: New York). In this process, the total cellular Proteins extracted, separated by gel electrophoresis, transferred to a matrix such as nitrocellulose and with a Probe, such as an antibody, specific to the desired one Protein binds, incubated. This probe is usually with one chemiluminescent or colorimetric marking, which is easy to prove. The presence and amount of observed mark shows the presence and amount of desired mutant protein present in the cell.
Die Auswirkung der genetischen Modifikation in Pflanzen, Pilzen, Algen, Ciliaten oder auf die Produktion einer gewünschten Ver bindung (wie einer Fettsäure) kann bestimmt werden, indem die modifizierten Mikroorganismen oder die modifizierte Pflanze unter geeigneten Bedingungen (wie den vorstehend beschriebenen) gezüchtet werden und das Medium und/oder die zellulären Kompo nenten auf die erhöhte Produktion des gewünschten Produktes (d. h. von Lipiden oder einer Fettsäure) untersucht wird. Diese Analyse techniken sind dem Fachmann bekannt und umfassen Spektroskopie, Dünnschichtchromatographie, Färbeverfahren verschiedener Art, enzymatische und mikrobiologische Verfahren sowie analytische Chromatographie, wie Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie (siehe beispielsweise Ullman, Encyclopedia of Industrial Chemistry, Bd. A2, S. 89-90 und S. 443-613, VCH: Weinheim (1985); Fallon, A., et al., (1987) "Applications of HPLC in Biochemistry" in: Laboratory Techniques in Biochemistry and Molecular Biology, Bd. 17; Rehm et al. (1993) Biotechnology, Bd. 3, Kapitel III: "Product recovery and purification", S. 469-714, VCH: Weinheim; Belter, P. A., et al. (1988) Bioseparations: downstream processing for Biotechnology, John Wiley and Sons; Kennedy, J. F., und Cabral, J. M. S. (1992) Recovery processes for biological Materials, John Wiley and Sons; Shaeiwitz, J. A., und Henry, J. D. (1988) Biochemical Separations, in: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Bd. B3; Kapitel 11, S. 1-27, VCH: Weinheim; und Dechow, F. J. (1989) Separation and purification techniques in biotechnology, Noyes Publications).The impact of genetic modification in plants, fungi, Algae, ciliates or on the production of a desired ver binding (such as a fatty acid) can be determined by the modified microorganisms or the modified plant under suitable conditions (such as those described above) be grown and the medium and / or the cellular compo the increased production of the desired product (i.e. of lipids or a fatty acid) is examined. This analysis techniques are known to the person skilled in the art and include spectroscopy, Thin layer chromatography, staining methods of various types, enzymatic and microbiological processes as well as analytical Chromatography, such as high performance liquid chromatography (see for example Ullman, Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A2, pp. 89-90 and pp. 443-613, VCH: Weinheim (1985); Fallon, A., et al., (1987) "Applications of HPLC in Biochemistry" in: Laboratory Techniques in Biochemistry and Molecular Biology, Vol. 17; Rehm et al. (1993) Biotechnology, Vol. 3, Chapter III: "Product recovery and purification", pp. 469-714, VCH: Weinheim; Belter, P.A., et al. (1988) Bioseparations: downstream processing for Biotechnology, John Wiley and Sons; Kennedy, J.F., and Cabral, J.M.S. (1992) Recovery processes for biological Materials, John Wiley and Sons; Shaeiwitz, J.A., and Henry, J.D. (1988) Biochemical Separations, in: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. B3; Chapter 11, pp. 1-27, VCH: Weinheim; and Dechow, F.J. (1989) Separation and purification techniques in biotechnology, Noyes Publications).
Neben den oben erwähnten Verfahren werden Pflanzenlipide aus Pflanzenmaterial wie von Cahoon et al. (1999) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96 (22): 12935-12940, und Browse et al. (1986) Analytic Biochemistry 152: 141-145, beschrieben extrahiert. Die qualitative und quantitative Lipid- oder Fettsäureanalyse ist beschrieben bei Christie, William W., Advances in Lipid Methodology, Ayr/ Scotland: Oily Press (Oily Press Lipid Library; 2); Christie, William W., Gas Chromatography and Lipids. A Practical Guide - Ayr, Scotland: Oily Press, 1989, Repr. 1992, IX, 307 S. (Oily Press Lipid Library; 1); "Progress in Lipid Research, Oxford: Pergamon Press, 1 (1952)-16 (1977) u. d. T.: Progress in the Chemistry of Fats and Other Lipids CODEN.In addition to the methods mentioned above, plant lipids are made from Plant material as described by Cahoon et al. (1999) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96 (22): 12935-12940, and Browse et al. (1986) Analytic Biochemistry 152: 141-145. The qualitative and quantitative lipid or fatty acid analysis is described with Christie, William W., Advances in Lipid Methodology, Ayr / Scotland: Oily Press (Oily Press Lipid Library; 2); Christie, William W., Gas Chromatography and Lipids. A Practical Guide - Ayr, Scotland: Oily Press, 1989, Repr. 1992, IX, 307 S. (Oily Press Lipid Library; 1); "Progress in Lipid Research, Oxford: Pergamon Press, 1 (1952) -16 (1977) u. d. T .: Progress in the Chemistry of Fats and Other Lipids CODEN.
Zusätzlich zur Messung des Endproduktes der Fermentation ist es auch möglich, andere Komponenten der Stoffwechselwege zu analysieren, die zur Produktion der gewünschten Verbindung verwendet werden, wie Zwischen- und Nebenprodukte, um die Gesamteffizienz der Produktion der Verbindung zu bestimmen. Die Analyseverfahren umfassen Messungen der Nährstoffmengen im Medium (z. B. Zucker, Kohlenwasserstoffe, Stickstoff quellen, Phosphat und ändere Ionen), Messungen der Biomasse zusammensetzung und des Wachstums, Analyse der Produktion üblicher Metabolite von Biosynthesewegen und Messungen von Gasen, die während der Fermentation erzeugt werden. Standard verfahren für diese Messungen sind in Applied Microbial Physiology; A Practical Approach, P. M. Rhodes und P. F. Stanbury, Hrsgb., IRL Press, S. 103-129; 131-163 und 165-192 (ISBN: 0199635773) und darin angegebenen Literaturstellen beschrieben.In addition to measuring the end product of the fermentation it is also possible to add other components of the metabolic pathways analyze that to produce the desired connection used as intermediates and by-products to the To determine overall production efficiency of the compound. The analysis methods include measurements of the amounts of nutrients in the medium (e.g. sugar, hydrocarbons, nitrogen sources, phosphate and other ions), measurements of the biomass composition and growth, analysis of production Common metabolites of biosynthetic pathways and measurements of Gases generated during fermentation. Standard Procedures for these measurements are in Applied Microbial Physiology; A Practical Approach, P.M. Rhodes and P.F. Stanbury, Ed., IRL Press, pp. 103-129; 131-163 and 165-192 (ISBN: 0199635773) and the literature references specified therein.
Ein Beispiel ist die Analyse von Fettsäuren (Abkürzungen: FAME, Fettsäuremethylester; GC-MS, Gas-Flüssigkeitschromatographie- Massenspektrometrie; TAG, Triacylglycerin; TLC, Dünnschicht chromatographie).One example is the analysis of fatty acids (abbreviations: FAME, Fatty acid methyl ester; GC-MS, gas liquid chromatography Mass spectrometry; TAG, triacylglycerol; TLC, thin film chromatography).
Der unzweideutige Nachweis für das Vorliegen von Fettsäure produkten kann mittels Analyse rekombinanter Organismen nach Standard-Analyseverfahren erhalten werden: GC, GC-MS oder TLC, wie verschiedentlich beschrieben von Christie und den Literatur stellen darin (1997, in: Advances on Lipid Methodology, Vierte Aufl.: Christie, Oily Press, Dundee, 119-169; 1998, Gas chromatographie-Massenspektrometrie-Verfahren, Lipide 33: 343-353).The unambiguous proof of the presence of fatty acid products can be analyzed using recombinant organisms Standard analysis methods are obtained: GC, GC-MS or TLC, as variously described by Christie and the literature (1997, in: Advances on Lipid Methodology, Fourth Ed .: Christie, Oily Press, Dundee, 119-169; 1998, gas chromatography mass spectrometry method, lipids 33: 343-353).
Das zu analysierende Material kann durch Ultraschallbehandlung, Mahlen in der Glasmühle, flüssigen Stickstoff und Mahlen oder über andere anwendbare Verfahren aufgebrochen werden. Das Material muss nach dem Aufbrechen zentrifugiert werden. Das Sediment wird in Aqua dest. resuspendiert, 10 min bei 100°C er hitzt, auf Eis abgekühlt und erneut zentrifugiert, gefolgt von Extraktion in 0,5 M Schwefelsäure in Methanol mit 2% Dimethoxy propan für 1 Std. bei 90°C, was zu hydrolysierten Öl- und Lipid verbindungen führt, die transmethylierte Lipide ergeben. Diese Fettsäuremethylester werden in Petrolether extrahiert und schließlich einer GC-Analyse unter Verwendung einer Kapillarsäule (Chrompack, WCOT Fused Silica, CP-Wax-52 CB, 25 m, 0,32 mm) bei einem Temperaturgradienten zwischen 170°C und 240°C für 20 min und 5 min bei 240°C unterworfen. Die Identität der erhaltenen Fett säuremethylester muss unter Verwendung von Standards, die aus kommerziellen Quellen erhältlich sind (d. h. Sigma), definiert werden.The material to be analyzed can be Grinding in a glass mill, liquid nitrogen and grinding or be broken up through other applicable procedures. The Material must be centrifuged after breaking open. The Sediment is in aqua dest. resuspended, 10 min at 100 ° C heated, cooled on ice and centrifuged again, followed by Extraction in 0.5 M sulfuric acid in methanol with 2% dimethoxy propane for 1 h at 90 ° C, resulting in hydrolyzed oil and lipid leads compounds that result in transmethylated lipids. This Fatty acid methyl esters are extracted into petroleum ether and finally a GC analysis using a capillary column (Chrome pack, WCOT fused silica, CP-Wax-52 CB, 25 m, 0.32 mm) a temperature gradient between 170 ° C and 240 ° C for 20 min and Subjected for 5 min at 240 ° C. The identity of the fat obtained Acid methyl ester must be made using standards that are out commercial sources are available (i.e. sigma) become.
Bei Fettsäuren, für die keine Standards verfügbar sind, muss die Identität über Derivatisierung und anschließende GC-MS-Analyse gezeigt werden. Beispielsweise muss die Lokalisierung von Fettsäuren mit Dreifachbindung über GC-MS nach Derivatisierung mit 4,4-Dimethoxyoxazolin-Derivaten (Christie, 1998, siehe oben) gezeigt werden.For fatty acids for which no standards are available, the Identity via derivatization and subsequent GC-MS analysis to be shown. For example, the localization of fatty acids with triple bond using GC-MS after derivatization with 4,4-dimethoxyoxazoline derivatives (Christie, 1998, see above) to be shown.
Der Escherichia coli-Stamm XL1 Blue MRF' kan (Stratagene) wurde zur Subklonierung der neuen Elongase pPPSE1 aus Physcomitrella patens verwendet. Für die funktionelle Expression dieses Gens verwendeten wir den Saccharomyces cerevisiae-Stamm INVSc 1 (Invitrogen Co.). E. coli wurde in Luria-Bertini-Brühe (LB, Duchefa, Haarlem, Niederlande) bei 37°C gezüchtet. Wenn nötig, wurde Ampicillin (100 mg/Liter) zugegeben, und 1,5% Agar (Gew./ Vol.) wurde für feste LB-Medien hinzugefügt. S. cerevisiae wurde bei 30°C entweder in YPG-Medium oder in komplettem Minimalmedium ohne Uracil (CMdum; siehe in: Ausubel, F. M., Brent, R., Kingston, R. E., Moore, D. D., Seidman, J. G., Smith, J. A., Struhl, K., Albright, L. B., Coen, D. M., und Varki, A. (1995) Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, New York) mit entweder 2% (Gew./Vol.) Raffinose oder Glucose gezüchtet. Für feste Medien wurden 2% (Gew./Vol.) BactoTM-Agar (Difco) hinzugefügt. Die zur Klonierung und Expression verwendeten Plasmide waren pUC18 (Pharmacia) und pYES2 (Invitrogen Co.).The Escherichia coli strain XL1 Blue MRF 'kan (Stratagene) was used for subcloning the new elongase pPPSE1 from Physcomitrella patens. We used the Saccharomyces cerevisiae strain INVSc 1 (Invitrogen Co.) for the functional expression of this gene. E. coli was grown in Luria Bertini broth (LB, Duchefa, Haarlem, The Netherlands) at 37 ° C. If necessary, ampicillin (100 mg / liter) was added and 1.5% agar (w / v) was added for LB solid media. S. cerevisiae was at 30 ° C either in YPG medium or in complete minimal medium without uracil (CMdum; see: Ausubel, FM, Brent, R., Kingston, RE, Moore, DD, Seidman, JG, Smith, JA, Struhl, K., Albright, LB, Coen, DM, and Varki, A. (1995) Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, New York) grown with either 2% (w / v) raffinose or glucose . For solid media, 2% (w / v) Bacto ™ agar (Difco) was added. The plasmids used for cloning and expression were pUC18 (Pharmacia) and pYES2 (Invitrogen Co.).
Für die Expression in Hefe wurde der P. patens-cDNA-Klon
ppPSE1 (früherer Datenbanksequenzname: 08_ck19_b07, neuer Name:
pp001019019f), der das PUFA-spezifische Elongase-(PSE1-)Gen
kodiert, zuerst so modifiziert, daß eine BamHI-Restriktionsstelle
und die Hefe-Konsensussequenz für hoch-effiziente Translation
(Kozak, M. (1986) Point mutations define a sequence flanking
the AUG initiator codon that modulates translation by eukaryotic
ribosomes, Cell 44, 283-292) neben dem Startcodon und eine
BamHI-Restriktionsstelle, die das Stopcodon flankierte, erhalten
wurden. Zur Amplifikation des offenen Leserahmens wurde ein
Primerpaar, das komplementär zu dessen 5'- und 3'-Enden war,
synthetisiert.
ppex6: GGATCCACATAATGGAGGTCGTGGAGAGATTC
ppex6r: GGATCCTCACTCAGTTTTAGCTCCCTTTTGC
For expression in yeast, the P. patens cDNA clone ppPSE1 (former database sequence name: 08_ck19_b07, new name: pp001019019f), which encodes the PUFA-specific elongase (PSE1) gene, was first modified so that a BamHI restriction site and the yeast consensus sequence for highly efficient translation (Kozak, M. (1986) Point mutations define a sequence flanking the AUG initiator codon that modulates translation by eukaryotic ribosomes, Cell 44, 283-292) in addition to the start codon and a BamHI restriction site that flanked the stop codon. To amplify the open reading frame, a pair of primers complementary to its 5 'and 3' ends was synthesized.
ppex6: GGATCCACATAATGGAGGTCGTGGAGAGATTC
ppex6r: GGATCCTCACTCAGTTTTAGCTCCCTTTTGC
Die PCR-Reaktion wurde mit Plasmid-DNA als Matrize in einem Thermocycler (Biometra) mit der Pfu-DNA- (Stratagene) Polymerase und dem folgenden Temperaturprogramm durchgeführt: 3 min bei 96°C, gefolgt von 25 Zyklen mit 30 s bei 96°C, 30 s bei 55°C und 3 min bei 72°C, 1 Zyklus mit 10 min bei 72°C und Stop bei 4°C.The PCR reaction was performed using plasmid DNA as a template in one Thermocycler (Biometra) with the Pfu-DNA (Stratagene) polymerase and the following temperature program: 3 min at 96 ° C, followed by 25 cycles of 30 s at 96 ° C, 30 s at 55 ° C and 3 min at 72 ° C, 1 cycle with 10 min at 72 ° C and stop at 4 ° C.
Die korrekte Größe des amplifizierten DNA-Fragments von 890 bp wurde mittels Agarose-TBE-Gelelektrophorese bestätigt. Die amplifizierte DNA wurde aus dem Gel mit dem QIAquick-Gel extraktionskit (QIAGEN) extrahiert und in die SmaI-Restriktions stelle des dephosphorylierten Vektors pUC18 unter Verwendung des Sure Clone Ligation Kit (Pharmacia) ligiert, wobei pUCPSE1 erhalten wurde. Nach der Transformation von E. coli XL1 Blue MRF' kan wurde eine DNA-Minipräparation (Riggs, M. G., & McLachlan, A. (1986) A simplified screening procedure for large numbers of plasmid mini-preparation. BioTechniques 4, 310-313) an 24 ampicillinresistenten Transformanten durchgeführt, und positive Klone wurden mittels BamHI-Restriktionsanalyse identifiziert. Die Sequenz des klonierten PCR-Produktes wurde mittels Resequenzierung unter Verwendung des ABI PRISM Big Dye Terminator Cycle Sequencing Ready Reaction Kit (Perkin-Elmer, Weiterstadt) bestätigt.The correct size of the amplified DNA fragment of 890 bp was confirmed by agarose TBE gel electrophoresis. The amplified DNA was extracted from the gel with the QIAquick gel extraction kit (QIAGEN) and extracted into the SmaI restriction place of the dephosphorylated vector pUC18 using the Sure Clone Ligation Kit (Pharmacia) ligated using pUCPSE1 was obtained. After transforming E. coli XL1 Blue MRF ' a mini DNA preparation (Riggs, M.G., & McLachlan, A. (1986) A simplified screening procedure for large numbers of plasmid mini-preparation. BioTechniques 4, 310-313) to 24 ampicillin resistant transformants performed, and positive Clones were identified using BamHI restriction analysis. The sequence of the cloned PCR product was determined using Resequencing using the ABI PRISM Big Dye Terminator Cycle Sequencing Ready Reaction Kit (Perkin-Elmer, Weiterstadt) approved.
Die Plasmid-DNA von pUC-PSE1 wurde zudem mit BamHI gespalten und das erhaltene ~900 bp-Fragment in die BamHI-Restriktionsstelle des dephosphorylierten Hefe-E. coli-Shuttlevektors pYES2 ligiert, wobei pY2PSE1 erhalten wurde. Nach der Transformation von E. coli und DNA-Minipräparation aus den Transformaten wurde die Orientierung des DNA-Fragments im Vektor durch HindIII-Spaltung überprüft. Ein Klon wurde für die DNA-Maxipräparation mit dem Nucleobond® AX 500 Plasmid-DNA-Extraktionskit (Macherey-Nagel, Düringen) gezüchtet.The plasmid DNA from pUC-PSE1 was also digested with BamHI and the ~ 900 bp fragment obtained into the BamHI restriction site of dephosphorylated yeast E. ligated coli shuttle vector pYES2, whereby pY2PSE1 was obtained. After the transformation of E. coli and DNA minipreparation from the transformates was the Orientation of the DNA fragment in the vector by HindIII cleavage checked. A clone was used for the DNA maxi preparation Nucleobond® AX 500 plasmid DNA extraction kit (Macherey-Nagel, Düringen) bred.
Saccharomyces INVSc1 wurde mit pY2PSE1 und pYES2 mittels eines modifizierten PEG/Lithiumacetat-Protokolls transformiert (Ausubel et al., 1995). Nach der Selektion auf CMdum-Agarplatten mit 2% Glucose wurden vier pY2PSE11-Transformanten (pY2PSE1a-d) und eine pYES2-Transformante zur weiteren Züchtung und funktionellen Expression ausgewählt. Saccharomyces INVSc1 was analyzed with pY2PSE1 and pYES2 using a modified PEG / lithium acetate protocol transformed (Ausubel et al., 1995). After selection on CMdum agar plates with 2% Four pY2PSE11 transformants (pY2PSE1a-d) and glucose were a pYES2 transformant for further breeding and functional Expression selected.
Funktionelle Expression einer Elongaseaktivität in HefeFunctional expression of elongase activity in yeast
20 ml CMdum-Flüssigmedium mit 2% (Gew./Vol.) Raffinose wurden mit den transgenen Hefeklonen (pY2PSEIa-d, pYES2) angeimpft und 3 T bei 30°C, 200 rpm gezüchtet, bis eine optische Dichte bei 600 nm (OD600) von 1,5-2 erreicht war.20 ml of CMdum liquid medium with 2% (w / v) raffinose were inoculated with the transgenic yeast clones (pY2PSEIa-d, pYES2) and grown for 3 T at 30 ° C, 200 rpm until an optical density at 600 nm (OD 600 ) was reached by 1.5-2.
Für die Expression wurden 20 ml CMdum-Flüssigmedium mit 2% Raffinose und 1% (Vol./Vol.) Tergitol NP-40 mit γ-Linolsäure (γ-18 : 3) auf eine Endkonzentration von 0,003% (Gew./Vol.) angereichert. Die Medien wurden mit den Vorkulturen auf eine OD600 von 0,05 angeimpft. Die Expression wurde bei einer OD600 von 0,2 mit 2% (Gew./Vol.) Galaktose für 16 Std. induziert, wonach die Kulturen eine OD600 von 0,8-1,2 erreicht hatten.For expression, 20 ml of CMdum liquid medium with 2% raffinose and 1% (v / v) Tergitol NP-40 with γ-linoleic acid (γ-18: 3) were mixed to a final concentration of 0.003% (w / v. ) enriched. The media were inoculated with the precultures to an OD 600 of 0.05. Expression was induced at an OD 600 of 0.2 with 2% (w / v) galactose for 16 h after which the cultures had reached an OD 600 of 0.8-1.2.
Die Gesamt-Fettsäuren wurden aus Hefekulturen extrahiert und mit tels Gaschromatographie analysiert. Davon wurden Zellen von 5 ml Kultur mittels Zentrifugation (1000 × g, 10 min. 4°C) geerntet und einmal mit 100 mM NaHCO3, pH 8,0, gewaschen, um restliches Medium und Fettsäuren zu entfernen. Zur Herstellung des Fettsäuremethyl ester (FAMES) wurden die Zellsedimente mit 1 M methanolischer H2SO4 und 2% (Vol./Vol.) Dimethoxypropan für 1 Std. bei 80°C behandelt. Die FAMES wurden zweimal mit 2 ml Petrolether extrahiert, einmal mit 100 mM NaHCO3, pH 8,0, und einmal mit destilliertem Wasser gewaschen und mit Na2SO4 getrocknet. Das organische Lösungsmittel wurde unter einem Argonstrom verdampft, und die FAMES wurden in 50 µl Petrolether gelöst. Die Proben wurden auf einer ZEBRON-ZB-Wax-Kapillarsäule (30 m, 0,32 mm, 0,25 µm; Phenomenex) in einem Hewlett Packard-6850-Gaschromato graph mit einem Flammenionisationsdetektor aufgetrennt. Die Ofen temperatur wurde von 70°C (1 min halten) bis 200°C mit einer Rate von 20°C/min. dann auf 250°C (5 min halten) mit einer Rate von 5°C/min und schließlich auf 260°C mit einer Rate von 5°C/min programmiert. Stickstoff wurde als Trägergas verwendet (4,5 ml/ min bei 70°C). Die Fettsäuren wurden durch Vergleich mit Retentionszeiten von FAME-Standards (SIGMA) identifiziert. The total fatty acids were extracted from yeast cultures and analyzed by gas chromatography. Of these, cells from 5 ml culture were harvested by centrifugation (1000 × g, 10 min. 4 ° C.) and washed once with 100 mM NaHCO 3 , pH 8.0, in order to remove residual medium and fatty acids. To prepare the fatty acid methyl ester (FAMES), the cell sediments were treated with 1 M methanolic H 2 SO 4 and 2% (v / v) dimethoxypropane at 80 ° C. for 1 hour. The FAMES were extracted twice with 2 ml of petroleum ether, once with 100 mM NaHCO 3 , pH 8.0 and once with distilled water and dried with Na 2 SO 4 . The organic solvent was evaporated under a stream of argon and the FAMES were dissolved in 50 ul petroleum ether. The samples were separated on a ZEBRON-ZB-Wax capillary column (30 m, 0.32 mm, 0.25 µm; Phenomenex) in a Hewlett Packard 6850 gas chromatograph with a flame ionization detector. The oven temperature was from 70 ° C (hold 1 min) to 200 ° C at a rate of 20 ° C / min. then programmed to 250 ° C (hold 5 min) at a rate of 5 ° C / min and finally to 260 ° C at a rate of 5 ° C / min. Nitrogen was used as the carrier gas (4.5 ml / min at 70 ° C). The fatty acids were identified by comparison with retention times of FAME standards (SIGMA).
Die Fettsäuremuster von fünf transgenen Hefestämmen in Mol.-% sind in Tabelle 1 gezeigt.The fatty acid patterns of five transgenic yeast strains in mol% are shown in Table 1.
Die Verhältnisse der zugegebenen und aufgenommenen γ-Linolen säure sind durch fettgedruckte Zahlen hervorgehoben, die der elongierten Produkte durch rote Zahlen und 06292 00070 552 001000280000000200012000285910618100040 0002010005973 00004 06173die der elongierten γ-Linolensäure durch fettgefruckte Zahlen (letzte Zeile).The ratios of the γ-linolen added and taken up acid are highlighted in bold numbers that the elongated products by red numbers and 06292 00070 552 001000280000000200012000285910618100040 0002010005973 00004 06173 γ-linolenic acid by bold numbers (last line).
Die GC-Analyse von FAMES, die aus Gesamt-Lipiden der mit pYES2 (i/Kontrolle) und pY2PSE1 (ii-iv c + d/ jeweils transformiert mit pY2PSEIA, pY2PSEIB, pY2PSEIC, pY2PSEID) transformierten Hefen ist in Fig. 2a-e gezeigt. Für die Analyse wurden die transgenen Hefen in Anwesenheit von γ-18 : 3 gezüchtet. Die Tab. 1 zeigt ihre Fettsäuremuster in Mol.-%. Die Aufnahme von γ-18 : 3 ist durch fettgedruckte Zahlen hervorgehoben, das Elongationsprodukt Dihomo-γ-linolensäure (20 : 3?8,11,14) ist unterstrichen und das Verhältnis γ-18 : 3-Elongationsprodukt (ebenfalls in in Mol.-% durch fettgedruckte Zahlen (letzte Zeile). Die Struktur und die Massenspektren des DMOX-Derivates von cis-Δ6,9,1218 : 3 sind aus Fig. 3a + b ersichtlich. Die Struktur und die Massenspektren des DMOX-Derivates von Δ8,11,1420 : 3 sind aus Fig. 4a + b ersichtlich.The GC analysis of FAMES, which consists of total lipids of the yeasts transformed with pYES2 (i / control) and pY2PSE1 (ii-iv c + d / each transformed with pY2PSEIA, pY2PSEIB, pY2PSEIC, pY2PSEID) is shown in FIG. 2a-e shown. For the analysis, the transgenic yeasts were grown in the presence of γ-18: 3. Tab. 1 shows their fatty acid patterns in mol%. The uptake of γ-18: 3 is highlighted in bold numbers, the elongation product dihomo-γ-linolenic acid (20: 3 ? 8,11,14 ) is underlined and the ratio γ-18: 3 elongation product (also in in mol. -% by numbers printed in bold (last line) The structure and the mass spectra of the DMOX derivative of cis-Δ 6,9,12 18: 3 can be seen from Fig. 3a + b The structure and the mass spectra of the DMOX derivative of Δ 8, 11, 14 20: 3 can be seen from Fig. 4a + b.
Die Ergebnisse zeigen, daß γ-18 : 3 in großen Mengen in alle transgenen Hefen eingebaut worden ist. Alle vier transgenen Hefeklone, die mit pY2PSE1 transformiert wurden, zeigen einen zusätzlichen Peak im Gaschromatogramm, der durch Vergleich der Retentionszeiten als 20 : 3Δ 8,11,14 identifiziert wurde. Eine Gaschromatographie/Massenspektroskopie kann zusätzliche Unter stützung zur Bestätigung dieser Identität liefern. Der Anteil an elongierter γ-18 : 3 betrug, wie in Tabelle 1 gezeigt, 23,7 bis 40,5%. Ferner konnte keine signifikante Elongation von Palmitin säure (16 : 0), Palmitoleinsäure (16 : 1), Stearinsäure (18 : 0) oder Ölsäure (18 : 1Δ 9) beobachtet werden.The results show that γ-18: 3 has been incorporated in large amounts in all transgenic yeasts. All four transgenic yeast clones that were transformed with pY2PSE1 show an additional peak in the gas chromatogram, which was identified as 20: 3 Δ 8, 11, 14 by comparison of the retention times. Gas chromatography / mass spectroscopy can provide additional support to confirm this identity. The proportion of elongated γ-18: 3, as shown in Table 1, was 23.7 to 40.5%. Furthermore, no significant elongation of palmitic acid (16: 0), palmitoleic acid (16: 1), stearic acid (18: 0) or oleic acid (18: 1 Δ 9 ) was observed.
Die identifizierten Produkte zeigten, daß die Nukleotidsequenz von PpPSE1 eine Δ6-selektive Fettsäure-Elongase aus dem Moos Physcomitrella patens kodiert, die zur Bildung neuer Fettsäuren in transgenen Hefen führt.The identified products showed that the nucleotide sequence of PpPSE1 encodes a Δ 6 -selective fatty acid elongase from the moss Physcomitrella patens, which leads to the formation of new fatty acids in transgenic yeasts.
Weitere Fütterungsexperimente mit verschiedenen anderen Fettsäuren (z. B. Linolsäure (18 : 2Δ 9,12?), Stearidonsäure (18 : 4Δ 6,9,12,15)) können zur detaillierteren Bestätigung der Substratselektivität dieser Elongase durchgeführt werden. Further feeding experiments with various other fatty acids (e.g. linoleic acid (18: 2 Δ 9.12? ), Stearidonic acid (18: 4 Δ 6,9,12,15 )) can be carried out to confirm the substrate selectivity of these elongase in more detail.
Die Gewinnung des gewünschten Produktes aus Pflanzenmaterial oder Pilzen, Algen, Ciliaten, tierischen Zellen oder aus dem Überstand der vorstehend beschriebenen Kulturen kann durch verschiedene, im Fachgebiet bekannte Verfahren erfolgen. Wird das gewünschte Produkt nicht aus den Zellen sezerniert, können die Zellen aus der Kultur durch langsame Zentrifugation geerntet werden, die Zellen können durch Standardtechniken, wie mechanische Kraft oder Ultraschallbehandlung, lysiert werden. Organe von Pflanzen können mechanisch von anderem Gewebe oder anderen Organen getrennt werden. Nach der Homogenisation werden die Zelltrümmer durch Zentrifugation entfernt, und die Überstandsfraktion, welche die löslichen Proteine enthält, wird zur weiteren Reinigung der gewünschten Verbindung aufbewahrt. Wird das Produkt aus gewünschten Zellen sezerniert, werden die Zellen durch langsame Zentrifugation aus der Kultur entfernt, und die Überstands fraktion wird zur weiteren Reinigung aufbewahrt.Obtaining the desired product from plant material or Mushrooms, algae, ciliates, animal cells or from the supernatant of the cultures described above can be procedures known in the art. Will be the one you want Product not secreted from the cells, the cells can the culture is harvested by slow centrifugation, the Cells can be made using standard techniques such as mechanical force or Ultrasound treatment to be lysed. Organs of plants can mechanically separated from other tissues or other organs become. After homogenization, the cell debris are removed Centrifugation removed, and the supernatant fraction, which which contains soluble proteins is used for further purification of the desired connection. The product is made desired cells are secreted, the cells are slow Centrifugation removed from the culture, and the supernatant Fraction is kept for further cleaning.
Die Überstandsfraktion aus jedem Reinigungsverfahren wird einer Chromatographie mit einem geeigneten Harz unterworfen, wobei das gewünschte Molekül entweder auf dem Chromatographieharz zurück gehalten wird, viele Verunreinigungen in der Probe jedoch nicht, oder die Verunreinigungen auf dem Harz zurückbleiben, die Probe hingegen nicht. Diese Chromatographieschritte können wenn nötig wiederholt werden, wobei die gleichen oder andere Chromato graphieharze verwendet werden. Der Fachmann ist in der Auswahl geeigneter Chromatographieharze und ihrer wirksamsten Anwendung für ein bestimmtes zu reinigendes Molekül bewandert. Das ge reinigte Produkt kann durch Filtration oder Ultrafiltration konzentriert und bei einer Temperatur aufbewahrt werden, bei der die Stabilität des Produktes maximal ist.The supernatant fraction from each cleaning procedure becomes one Chromatography with a suitable resin, which desired molecule either back on the chromatography resin is held, but not many impurities in the sample, or the impurities remain on the resin, the sample however not. These chromatography steps can be done if necessary can be repeated, using the same or different Chromato graphic resins are used. The specialist is in the selection suitable chromatography resins and their most effective application for a specific molecule to be purified. The ge purified product can be done by filtration or ultrafiltration concentrated and kept at a temperature at which is the maximum stability of the product.
Im Fachgebiet ist ein breites Spektrum an Reinigungsverfahren bekannt, und das vorstehende Reinigungsverfahren soll nicht beschränkend sein. Diese Reinigungsverfahren sind zum Beispiel beschrieben in Bailey, J. E., & Ollis, D. F., Biochemical Engineering Fundamentals, McGraw-Hill: New York (1986).There is a wide range of cleaning processes in the field known, and the above cleaning process should not be restrictive. These cleaning procedures are for example described in Bailey, J.E., & Ollis, D.F., Biochemical Engineering Fundamentals, McGraw-Hill: New York (1986).
Die Identität und Reinheit der isolierten Verbindungen kann durch Standardtechniken des Fachgebiets bestimmt werden. Dazu gehören Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie (HPLC), spektroskopische Verfahren, Färbeverfahren, Dünnschicht chromatographie, NIRS, Enzymtest oder mikrobiologisch. Eine Übersicht über diese Analyseverfahren siehe in: Patek et al. (1994) Appl. Environ. Microbiol. 60: 133-140; Malakhova et al. (1996) Biotekhnologiya 11: 27-32; und Schmidt et al. (1998) Bioprocess Engineer. 19: 67-70. Ulmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (1996) Bd. A27, VCH: Weinheim, S. 89-90, S. 521-540, S. 540-547, S. 559-566, 575-581 und S. 581-587; Michal, G (1999) Biochemical Pathways: An Atlas of Biochemistry and Molecular Biology, John Wiley and Sons; Fallon, A., et al. (1987) Applications of HPLC in Biochemistry in: Laboratory Techniques in Biochemistry and Molecular Biology, Bd. 17.The identity and purity of the isolated compounds can be determined by standard techniques of the field. To include high performance liquid chromatography (HPLC), spectroscopic methods, staining methods, thin film chromatography, NIRS, enzyme test or microbiological. A For an overview of these analysis methods, see: Patek et al. (1994) Appl. Environ. Microbiol. 60: 133-140; Malakhova et al. (1996) Biotekhnologiya 11: 27-32; and Schmidt et al. (1998) Bioprocess Engineer. 19: 67-70. Ulmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (1996) Vol. A27, VCH: Weinheim, pp. 89-90, Pp. 521-540, pp. 540-547, pp. 559-566, 575-581 and pp. 581-587; Michal, G (1999) Biochemical Pathways: An Atlas of Biochemistry and Molecular Biology, John Wiley and Sons; Fallon, A., et al. (1987) Applications of HPLC in Biochemistry in: Laboratory Techniques in Biochemistry and Molecular Biology, Vol. 17.
Der Fachmann erkennt oder kann viele Äquivalente der hier beschriebenen erfindungsgemäßen spezifischen Ausführungsformen feststellen, indem er lediglich Routineexperimente verwendet. Diese Äquivalente sollen von den Patentansprüchen umfaßt sein. Those skilled in the art will recognize or can understand many equivalents of here described specific embodiments of the invention determine by using only routine experiments. These equivalents are intended to be encompassed by the claims.
Claims (21)
- a) einer in SEQ ID NR: 1 dargestellten Nukleinsäuresequenz,
- b) einer Nukleinsäuresequenz, die gemäß dem degenerierten genetischen Code von der in SEQ ID NR: 1 dargestellten Sequenz stammt,
- c) Derivate der in SEQ ID NR: 1 dargestellten Sequenz, die Polypeptide mit mindestens 50% Homologie zu der Sequenz kodiert, die die Aminosäuresequenzen in SEQ ID NR: 2 kodiert, wobei die Sequenz als C18-Elongase wirkt.
- a) a nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 1,
- b) a nucleic acid sequence which, according to the degenerate genetic code, comes from the sequence shown in SEQ ID NO: 1,
- c) Derivatives of the sequence shown in SEQ ID NO: 1, which encodes polypeptides with at least 50% homology to the sequence which encodes the amino acid sequences in SEQ ID NO: 2, the sequence acting as a C 18 elongase.
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