JP5131666B2 - タンパク質の高分泌生産方法 - Google Patents
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Description
タンパク質の中でも特に抗体は古くから医薬品として利用されてきたが、ヒト以外の他起源由来のものであったため、投与された抗体自身に対する抗体が産生され、複数回の投与ができず、その利用が制限されてきた。近年、抗原結合部位以外のアミノ酸配列をヒト抗体由来の配列に置換したヒト型抗体が作製されるようになったこと、更にマウスにヒト抗体遺伝子を導入したヒト抗体生産マウスが作出されるようになったことから、抗体の医薬としての利用が急速に広まってきた。現在これらの抗体は、ハイブリドーマや抗体をコードする遺伝子を導入したCHO細胞などの培養細胞によって生産されているが、コスト、生産性、安全性などの点で問題が多い。
近年、これらの欠点を補う意味で酵母を用いて医薬品用途のタンパク質生産を行うことが検討されているが、実用化された例はほとんどない。特に、複雑な構造を有する抗体については、Fab、単鎖抗体(ScFv)等を発現させた例(Biosci.Biotechnol.Biochem.64:2138−2144(2000))はあるが、抗体全長では生産性は非常に低い(Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.85:8678−8682(1988))。また最近、哺乳類型のN結合型糖鎖を生産する酵母(Pichia pastoris)を利用して抗体を生産させた例(Nature Biotechnology.24:210−215(2006))が報告されるが、収率・収量については言及がない。このように、酵母での抗体の高生産は困難であるが、原因としては、酵母には十分な分泌能力がないこと、プロテアーゼによる分解などが挙げられる。
これらの問題を解決する手段の一つとして、プロテアーゼ破壊株を用いる方法が提案されており(Enzyme and Microbial Technology.26:671−677(2000)、Protein Expr.Purif.20:485−491(2000)、Biosci.Biotechnol.Biochem.66:628−631(2002))、発明者らもまた、プロテアーゼの一種である、プロテアーゼA(PEP4)、プロテアーゼB(PRB1)、ヤプシン(YPS1)遺伝子の破壊株を用いて抗体の分解を抑制させる方法を開発している(WO2003/091431)。一方、遺伝子導入によるタンパク質生産性向上の例として、BiP(KAR2)/PDI等の小胞体上でタンパク質の3次元構造形成を助ける分子シャペロン群の一部を共発現させることによってScFvの生産性を向上させる方法が報告されているが(Nat.Biotechnol.16:773−777(1998))、1本鎖の抗体断片を生産しているにすぎない。
また、誘導型プロモーターまたは構成的プロモーターが多く開発され、外来タンパク質の生産に利用されている。しかしながら、細胞において外来タンパク質をコードする遺伝子を強力なプロモーターを用いて高発現させた場合、またはフォールディングしにくいタンパクを生産させた場合、小胞体(ER)内でアグリゲーションを起こし、細胞内に蓄積されることがある。さらに、分泌タンパク質及び膜タンパク質は、タンパク質へ翻訳されると直ちに小胞体へ取り込まれ、一定の修飾を受けた後にゴルジ装置へ送られるが、このとき、何らかの理由で未熟な(unfoldな)タンパク質が小胞体へ蓄積してしまうことがある。このような状態を「小胞体ストレス」と呼ぶ。小胞体ストレスの原因としては、小胞体内で起こる修飾(糖鎖、ジスルフィド結合の付加)の障害、小胞体からの輸送の低下などが挙げられる。哺乳類の細胞は、このような小胞体ストレスに対抗する手段として、「Unfold Protein Response(UPR)」という機構を備えており、例えば、転写抑制、分子シャペロンの誘導によるフォールディング促進、変性タンパクの分解、アポトーシスによる細胞死によって、小胞体に蓄積したタンパク質を保護する。
このUPRを制御する遺伝子として、動物細胞では、IRE1α−XBP1の系、PERK−eIF−2α系、ATF6系の系が知られている。また、酵母においては、Ire1p−Hac1pの系のみが存在することが知られており、Ire1p−Hac1pは、次のようなメカニズムでUPRに関与している(図1参照)。まず、Ire1pは、通常、BiP(抗体重鎖結合タンパク)と結合しているが、アンフォールド・タンパク質(Unfold Protein:UFP)が生成された場合、BiPはこのUFPと結合する。BiPと解離したIre1pは自己リン酸化、2量体化により活性化し、エンドヌクレアーゼ活性を発揮する。一方、HAC1遺伝子は、通常、不活化された状態にあるが、エンドヌクレアーゼ活性を有するIre1pは、HAC1遺伝子から転写されたmRNAをスプライシングし、活性型Hac1pを生成する(Cell.87:405−413(1996)、Cell.90:1031−1039(1997)、The EMBO Jounrnal.18:3119−3132(1999))。この活性型Hac1pは核に移行し、転写因子として作用し、UPRと称する一連の反応、関連した糖鎖付加、タンパクフォールディング、タンパク分解(ER−associated degradation:ERAD)、タンパクソーティング、脂質代謝などに関連した様々なタンパク質をコードする遺伝子の発現を促進する(Cell.101:249−258(2000))。
活性型Hac1pを利用した外来タンパク質生産性の向上についての取組みでは、糸状菌Trichoderma reeseiの活性型Hac1pをコードする遺伝子をS.cerevisiaeに導入することにより異種タンパク質であるα−アミラーゼ、及び内在性タンパク質であるインベルターゼを分泌向上させた例がある(Appl.Environ.Microbiol.69:2065−2072(2003))。しかしながら単一のタンパク質であるα−アミラーゼやインベルターゼは、元々分泌しやすいタンパク質として知られているものであり、生産量も2倍程度の向上しかみられない。また最近Pichia pastoris(P.pastoris)を用いて、活性型HAC1遺伝子を単独で導入した株において、抗体断片であるFabを生産したという報告がある(Biotechnology and Bioengineering.94:353−361)。しかしながら活性型HAC1遺伝子の導入のみでは、1.3倍程度の生産性向上しか認められていない。
一方、哺乳類由来のRRBP1(リボソーム結合タンパク1、リボソームレセプター、p180タンパク)遺伝子を単独で酵母に導入することにより、タンパク質(Bovine pancreatic trypsin inhibitor(BPTI)を約5倍分泌させた例(The Journal of Cell Biology.146:273−284(1999))が知られている。RRBP1遺伝子は、リボソームに結合するタンパクをコードする遺伝子として当初イヌから単離された(Nature.346:540−544(1990))。RRBP1は分子量が180kDaでN末側に10アミノ酸残基が54回繰り返す特異な構造を持ち、この領域がリボソームと結合する。RRBP1は膜構造の増大、mRNAの安定化に関与することが知られている(The Journal of Cell Biology.130:29−39(1995)、The Journal of Cell Biology.156:993−1001(2002))。しかしながら、上記のBPTIでの成功例は分子量が6500と非常に小さいペプチドでのものであり、一般的に他の高分子量のタンパク質、更には抗体のような軽鎖、重鎖という異なったタンパク質の会合体タンパクに適応できるとは限らない。
酵母やカビでは、PMT(Protein O−mannosyltransferase)遺伝子が酵母やカビ特有のO型糖鎖形成に関与することが知られている。このPMT遺伝子産物は、ER膜に局在し、分泌タンパク質のセリン(Ser)、スレオニン(Thr)のヒドロキシル残基にマンノースを付加する活性(以下、PMT活性と称する)を有する。PMTにより糖鎖付加を受けたタンパクの一部はマンノプロテインとして酵母の細胞壁の主構成成分となっており、PMT活性を極度に低減させた場合は、細胞壁が減弱化し細胞自体の生育に影響を与えることが知られている。
PMT遺伝子に関し、Saccharomyces cerevisiae(S.cerevisiae)においては、PMT1,2,3,4,5,6,7の7遺伝子の存在が認められている(Biochim.Biophys.Acta.,1426:297−307(1999))。PMT遺伝子は、PMT1ファミリー、PMT2ファミリー、PMT4ファミリーの3種に分類され、PMT1pとPMT2pはヘテロ2量体を形成し、PMT4pはホモ2量体を形成し活性を発現していることが知られている。アミノ酸配列の相同性などからPMT5pはPMT1pを、PMT3pはPMT2pを相補すると言われている。PMT6pはPMT2pおよびPMT3pと相同性が高いが、どのような複合体で活性を発現しているのかは知られていない。また各々のPMTタンパクには基質となるタンパクに選択性があることが知られている。
また、その他の出芽酵母のPMT遺伝子としては、Candida albicansではS.cerevisiaeのPMT1,2,4,5,6遺伝子と相同性の高い5遺伝子(Mol.Microbiol.,55:546−560(2005))、Cryptococcus neoformansでは少なくともS.cerevisiaeのPMT4遺伝子と相同性の高い遺伝子が(Eukaryot.Cell,6:222−234(2007))、分裂酵母のSchizosaccharomyces pombeでは、同じくPMT1,2,4遺伝子と相同性の高い3遺伝子(oma1,2,4)が見出されている(Mol.Microbiol.,57:156−170(2005))。更に本発明においてメタノール資化性酵母であるOgataea minuta(O.minuta)においては、S.cerevisiaeのPMT1,2,4,5,6遺伝子と相同性の高い5遺伝子の存在が確認された。
またカビにおいてもPMT遺伝子は見出されている。Aspergillus nidulansではPmtA遺伝子他2遺伝子が、またTrichoderma reeseiではS.cerevisiaeのPMT2遺伝子と相同性の高いPmt1遺伝子が見出されている(Curr.Genet.,43:11−16(2003))。
PMT活性はペプチドの疎水的な領域に作用し、ペプチドの親水性を上げ、ER内腔でのペプチドの凝集を抑制する効果があると言われている。ところが外来タンパク質を生産した場合、PMT活性は時として不要なO型糖鎖を付加し、タンパク複合体の形成不全、活性の低下等を引き起こす可能性がある。特に抗体等の多量体タンパクにとっては、その会合体形成(抗体の場合、軽鎖と重鎖の会合体形成)を阻害する可能性がある。
特許第3630424号、および特表平8−509867に、PMT遺伝子改変によるO型糖鎖付加抑制による組換えタンパクの製造法が提案されているが、抗体の軽鎖・重鎖会合体形成に関する記述はない。
またO型糖鎖形成に関与するPMT1、PMT2遺伝子破壊株を用いて、O型糖鎖の付加を抑制し、抗体軽鎖、重鎖分子の会合を1.5倍程度、促進する例が示されている(WO2002/046437)。しかしながらこのデータはRIラベルしたアミノ酸を用いたパルス・ラベル実験の結果であり、培養プロセス全体を見た結果ではない。また、糖鎖付加抑制の程度は低く、しかも抗体の生産性については逆に低下している。
上記、HAC1遺伝子はUPRを誘導するが、UPRで誘導される遺伝子群の中には、酵母特有のO型糖鎖を付加するPMT遺伝子も存在することが知られている(Cell.101:249−258(2000))。従ってHAC1遺伝子を導入したのみでは、抗体などの多量体タンパクを高品質で高生産することはできないと考えられる。
以上のように、酵母におけるタンパク質の高分泌生産方法については、様々な方法が提示されているが、未だに実用化レベルを達成する方法はほとんど存在しない。特に抗体をはじめとする高分子量のタンパク質、会合体タンパクを効率的に生産する方法は見出されていない。一般的に細胞に遺伝子導入・遺伝子破壊等で1つの形質を導入した場合、細胞は何らかのストレスを受けるため、他の修飾が行われたり、逆の作用が生まれる場合もある。例えば、タンパク質の高発現を行った場合、UPRが活性化された状態になるが、結果的に糖鎖修飾、プロテアソームやERAD(ER associated Degradation)による分解などの負の要素が働く。よって抗体のような複雑な構造をとるタンパク質の高分泌生産は、たとえば単独の遺伝子を導入するといったような、ただ1つの方法で達成されるものではなく、また従来の方法をいくつか単に組み合わせることで、必ずしも相乗的に効果が得られるものではない。
従って、本発明の課題は、酵母などの宿主細胞において、タンパク質、特には抗体などの構造が複雑なタンパク質を高分泌生産する手段を提供することにある。
またタンパク質の高分泌生産に関わる遺伝子である、活性型HAC1遺伝子を発現させ、更に抗体などのヘテロ多量体の会合を阻害する、酵母特有のタンパク質へのO型糖鎖付加に関与するProtein O−mannosyltransferase(PMT)の活性を抑制することによって、相乗的な生産性の向上が実現できることを見出した。
本発明はかかる知見により完成されたものである(図2参照)。
即ち、本発明は以下の発明を包含する。
〔1〕活性型HAC1遺伝子とRRBP1遺伝子を有する形質転換宿主細胞。
〔2〕以下の(1)の活性型HAC1遺伝子と(2)のRRBP1遺伝子を有する、〔1〕に記載の形質転換宿主細胞。
(1)下記の(a)〜(d)から選択される活性型HAC1遺伝子:
(a)配列番号23に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子
(b)配列番号23に示すアミノ酸配列と少なくとも70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつUnfolded Protein Response(UPR)を活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子
(c)配列番号23に示すアミノ酸列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換、および/または付加されたアミノ酸配列からなり、かつUPRを活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子
(d)配列番号22に示す塩基配列またはそれと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつUPRを活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子
(2)下記の(e)〜(h)から選択されるRRBP1遺伝子:
(e)ヒト由来またはイヌ由来のRRBP1をコードする遺伝子
(f)ヒト由来またはイヌ由来のRRBP1のアミノ酸配列と少なくとも70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつリボソーム結合活性を有するタンパク質をコードする遺伝子
(g)ヒト由来またはイヌ由来のRRBP1のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換、および/または付加されたアミノ酸配列からなり、かつリボソーム結合活性を有するタンパク質をコードする遺伝子
(h)ヒト由来またはイヌ由来のRRBP1遺伝子の塩基配列またはそれと相補的な塩基配列からなる遺伝子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつリボソーム結合活性を有するタンパク質をコードする遺伝子
〔3〕以下の(1)の活性型HAC1遺伝子と(2)のRRBP1遺伝子を有する、〔1〕に記載の形質転換細胞。
(1)下記の(i)〜(l)から選択される活性化HAC1遺伝子:
(i)Saccharomyces cerevisiae、Trichoderma reesei、またはAspergillus nidulansの活性型HAC1タンパク質をコードする遺伝子
(j)Saccharomyces cerevisiae、Trichoderma reesei、またはAspergillus nidulansの活性型HAC1タンパク質のアミノ酸配列と少なくとも70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつUPRを活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子
(k)Saccharomyces cerevisiae、Trichoderma reesei、またはAspergillus nidulansの活性型HAC1タンパク質のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換、および/または付加されたアミノ酸配列からなり、かつUPRを活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子
(l)Saccharomyces cerevisiae、Trichoderma reesei、またはAspergillus nidulansの活性型HAC1タンパク質をコードする遺伝子の塩基配列またはそれと相補的な塩基配列からなる遺伝子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつUPRを活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子
(2)下記の(e)〜(h)から選択されるRRBP1遺伝子:
(e)ヒト由来またはイヌ由来のRRBP1をコードする遺伝子
(f)ヒト由来またはイヌ由来のRRBP1のアミノ酸配列と少なくとも70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつリボソーム結合活性を有するタンパク質をコードする遺伝子
(g)ヒト由来またはイヌ由来のRRBP1のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換、および/または付加されたアミノ酸配列からなり、かつリボソーム結合活性を有するタンパク質をコードする遺伝子
(h)ヒト由来またはイヌ由来のRRBP1遺伝子の塩基配列またはそれと相補的な塩基配列からなる遺伝子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつリボソーム結合活性を有するタンパク質をコードする遺伝子
〔4〕宿主細胞が真核細胞である、〔1〕から〔3〕のいずれかに記載の形質転換宿主細胞。
〔5〕真核細胞が酵母である、〔4〕に記載の形質転換宿主細胞。
〔6〕酵母がメタノール資化性酵母である、〔5〕に記載の形質転換宿主細胞。
〔7〕メタノール資化性酵母がOgataea minutaである、〔6〕に記載の形質転換宿主細胞。
〔8〕酵母がSaccharomyces cerevisiaeである、〔5〕に記載の形質転換宿主細胞。
〔9〕外来タンパク質をコードする遺伝子を導入した、〔1〕から〔8〕のいずれかに記載の形質転換宿主細胞。
〔10〕外来タンパク質が多量体タンパク質である、〔9〕に記載の形質転換宿主細胞。
〔11〕多量体タンパク質がヘテロ多量体である、〔10〕に記載の形質転換宿主細胞。
〔12〕ヘテロ多量体が抗体またはその機能的断片である、〔11〕に記載の形質転換宿主細胞。
〔13〕〔9〕から〔12〕のいずれかに記載の形質転換宿主細胞を培地に培養し、培養物から目的タンパク質を採取することを特徴とする、タンパク質の製造方法。
〔14〕培養をProtein O−mannosyltransferase(PMT)活性を抑制する条件下で行うことを特徴とする、〔13〕に記載の製造方法。
〔15〕Protein O−mannosyltransferase(PMT)活性の抑制が、培地にPMT活性阻害剤を添加することにより行われる、〔14〕に記載の製造方法。
〔16〕 メタノール資化性酵母の活性型HAC1タンパク質をコードする遺伝子。
〔17〕下記の(a)から(d)のいずれかの遺伝子。
(a)配列番号23に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子
(b)配列番号23に示すアミノ酸配列と少なくとも70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつUnfolded Protein Response(UPR)を活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子
(c)配列番号23に示すアミノ酸列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換、および/または付加されたアミノ酸配列からなり、かつUPRを活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子
(d)配列番号22に示す塩基配列またはそれと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつUPRを活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子
〔18〕〔17〕に記載の遺伝子を含む発現ベクター。
〔19〕pOMexPGHy/Hac1である、〔18〕に記載の発現ベクター。
〔20〕活性型HAC1遺伝子とRRBP1遺伝子を含む発現ベクター。
〔21〕活性型HAC1遺伝子が、〔17〕に記載の遺伝子である、〔20〕に記載の発現ベクター。
〔22〕活性型HAC1遺伝子が、Saccharomyces cerevisiae、Trichoderma reesei、またはAspergillus nidulansの活性型HAC1タンパク質をコードする遺伝子、またはそれらの相同遺伝子である、〔20〕に記載の発現ベクター。
〔23〕YEp351GAP−II−aHAC1/p180である、〔20〕に記載のベクター。
〔24〕RRBP1遺伝子が、ヒト若しくはイヌ由来のRRBP1遺伝子、またはそれらの相同遺伝子である、〔20〕に記載の発現ベクター。
〔25〕〔18〕から〔24〕のいずれかに記載の発現ベクターを導入した形質転換宿主細胞。
〔26〕活性型HAC1遺伝子を含む発現ベクター、及びRRBP1遺伝子を含む発現ベクターを導入した形質転換宿主細胞。
〔27〕活性型HAC1遺伝子を含む発現ベクターが〔18〕または〔19〕に記載の発現ベクターである、〔26〕に記載の形質転換宿主細胞。
〔28〕活性型HAC1遺伝子が、Saccharomyces cerevisiae、Trichoderma reesei、またはAspergillus nidulansの活性型HAC1タンパク質をコードする遺伝子、またはそれらの相同遺伝子である、〔26〕に記載の形質転換宿主細胞。
〔29〕RRBP1遺伝子が、ヒト若しくはイヌ由来のRRBP1遺伝子、またはそれらの相同遺伝子である、〔26〕に記載の形質転換細胞。
〔30〕以下の行程を含む、形質転換された宿主細胞の製造方法。
(A)宿主細胞に対して、活性型HAC1遺伝子を導入する行程
(B)宿主細胞に対して、RRBP1遺伝子を導入する行程
〔31〕活性型HAC1遺伝子が、以下のいずれかの遺伝子である、〔30〕に記載の製造方法:
(1)〔17〕に記載の遺伝子
(2)Saccharomyces cerevisiae、Trichoderma reesei、またはAspergillus nidulansの活性型HAC1タンパク質をコードする遺伝子
(3)Saccharomyces cerevisiae、Trichoderma reesei、またはAspergillus nidulansの活性型HAC1タンパク質のアミノ酸配列と少なくとも70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつUPRを活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子
(4)Saccharomyces cerevisiae、Trichoderma reesei、またはAspergillus nidulansの活性型HAC1タンパク質のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換、および/または付加されたアミノ酸配列からなり、かつUPRを活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子
(5)Saccharomyces cerevisiae、Trichoderma reesei、またはAspergillus nidulansの活性型HAC1タンパク質をコードする遺伝子の塩基配列またはそれと相補的な塩基配列からなる遺伝子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつUPRを活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子
〔32〕RRBP1遺伝子が以下のいずれかの遺伝子である、〔30〕に記載の製造方法:
(1)ヒト由来またはイヌ由来のRRBP1をコードする遺伝子
(2)ヒト由来またはイヌ由来のRRBP1のアミノ酸配列と少なくとも70%以上の相同性を有するアミノ酸配列で表され、かつリボソーム結合活性を有するタンパク質をコードする遺伝子
(3)ヒト由来またはイヌ由来のRRBP1のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換、および/または付加されたアミノ酸配列で表され、かつリボソーム結合活性を有するタンパク質をコードする遺伝子
(4)ヒト由来またはイヌ由来のRRBP1遺伝子の塩基配列またはそれと相補的な塩基配列からなる遺伝子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつリボソーム結合活性を有するタンパク質をコードする遺伝子
〔33〕宿主細胞が真核細胞である、〔30〕から〔32〕のいずれかに記載した製造方法。
〔34〕真核細胞が酵母である、〔33〕に記載の製造方法。
〔35〕酵母がメタノール資化性酵母である、〔34〕に記載の製造方法。
〔36〕メタノール資化性酵母がOgataea minutaである、〔35〕に記載の製造方法。
〔37〕酵母がSaccharomyces cerevisiaeである、〔34〕に記載の製造方法。
〔38〕下記の(a)から(d)のいずれかの遺伝子。
(a)配列番号70に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子
(b)配列番号70に示すアミノ酸配列と少なくとも70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつUnfolded Protein Response(UPR)を活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子
(c)配列番号70に示すアミノ酸列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換、および/または付加されたアミノ酸配列からなり、かつUPRを活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子
(d)配列番号69に示す塩基配列またはそれと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつUPRを活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子
〔39〕〔38〕に記載の遺伝子を含む発現ベクター。
〔40〕pOMexPGHy/PpHac1である、〔39〕に記載の発現ベクター。
〔41〕O型糖鎖合成を抑制する条件下で、活性型HAC1遺伝子及び/又はRRBP1遺伝子と外来タンパク質をコードする遺伝子とを導入した形質転換細胞を培地に培養し、培養物から目的タンパク質を採取することを特徴とする、タンパク質の製造方法。
〔42〕O型糖鎖合成の抑制が、PMT遺伝子を分断することにより行われる、〔41〕に記載のタンパク質の製造方法。
〔43〕O型糖鎖合成の抑制が、PMT活性阻害剤を培地に添加することにより行われる、〔41〕に記載のタンパク質の製造方法。
〔44〕O型糖鎖合成の抑制が、PMT遺伝子を分断し、かつ、PMT活性阻害剤を培地に添加することにより行われる、〔41〕に記載のタンパク質の製造方法。
〔45〕PMT活性阻害剤が、5−[[3,4−(1−phenylmethoxy)phenyl]methylene]−4−oxo−2−thioxo−3−thiazolidineacetic acidまたは{(5Z)−4−oxo−5−[3−(1−phenylethoxy)−4−(2−phenylethoxy)benzylidene]−2−thioxo−1,3−thiazolidin−3−yl}acetic acidである、〔43〕または〔44〕に記載のタンパク質の製造方法。
〔46〕活性型HAC1の遺伝子を導入し、PMT遺伝子を分断した形質転換宿主細胞。
〔47〕宿主細胞が、Ogataea minutaである、〔46〕に記載の形質転換細胞。
図2は、本発明の技術内容の概要を示した図である。
図3は、O.minuta活性型HAC1遺伝子発現ベクター(pOMexPGHy/Hac1)、ヒトRRBP1遺伝子発現ベクター(pOMexGP1A/p180)、ヒト抗体遺伝子発現ベクター(pOMexGAT−G/Ab)の構造を示した図である。
図4は、O.minuta活性型HAC1遺伝子、ヒトRRBP1遺伝子を導入した抗体生産酵母株の培養上清中に分泌された抗体のウエスタン解析結果を示した図である。
図5は、O.minuta活性型HAC1遺伝子、ヒトRRBP1遺伝子を導入した抗体生産酵母株の抗体分泌量の測定結果を示したグラフである。
図6は、O型糖鎖形成が抑制された条件下で培養したO.minuta活性型HAC1遺伝子、ヒトRRBP1遺伝子を導入した抗体生産酵母株の培養上清中に分泌された抗体のウエスタン解析結果を示した図である。
図7は、S.cerevisiae活性型HAC1発現ベクター(YEp351GAP−II−aHAC1)、ヒトRRBP1遺伝子発現ベクター(YEp351GAP−II−p180)、ヒト抗体遺伝子発現ベクター(YEp352GAP−II−alfHc/alfLc)、活性型HAC1及びRRBP1遺伝子共発現ベクター(YEp351GAP−II−aHAC1/p180)を示した図である。
図8Aは、S.cerevisiae活性型HAC1遺伝子、ヒトRRB1遺伝子発現ベクターを導入した抗体生産酵母株の抗体分泌生産能を比較したグラフである。図8BはO型糖鎖形成が抑制された条件で、S.cerevisiae活性型HAC1遺伝子、ヒトRRBP1遺伝子発現ベクターを導入した抗体生産酵母株の抗体分泌生産能を比較したグラフである。図8Cは、PMT阻害剤添加・無添加の条件で、S.cerevisiae活性型HAC1遺伝子、ヒトRRBP1遺伝子発現ベクターを導入した抗体生産酵母株の抗体分泌生産能(絶対値)を比較したグラフである。
図9は、コドンを変換した合成抗体遺伝子を導入した抗体生産株での抗体の生産についてのウエスタン解析結果を示した図である。
図10は、各酵母由来の活性化HAC1遺伝子導入抗体生産株の培養上清のウエスタン解析結果を示した図である。
図11は、各酵母由来の活性化HAC1遺伝子導入抗体生産株の分泌抗体の生産量を示した図である。
図12は、PMT1遺伝子またはPMT2遺伝子分断抗体生産株、および活性化HAC1遺伝子導入抗体生産株の培養上清のウエスタン解析結果を示した図である。
図13は、PMT1遺伝子またはPMT2遺伝子分断抗体生産株、および活性化HAC1遺伝子導入抗体生産株の分泌抗体の生産量を示した図である。
図14は、PMT4遺伝子分断抗体生産株および活性化HAC1遺伝子導入抗体生産株の培養上清のウエスタン解析結果を示した図である。
図15は、PMT4遺伝子分断抗体生産株および活性化HAC1遺伝子導入抗体生産株の分泌抗体の生産量を示した図である。
図16Aは、PMT5遺伝子またはPMT6遺伝子破壊抗体生産株の培養上清のウエスタン解析結果を示した図である。図16Bは、PMT5遺伝子またはPMT6遺伝子破壊抗体生産株の分泌抗体の生産量を示した図である。
図17は、PMT2遺伝子またはPMT4遺伝子を分断し、かつ活性化HAC1遺伝子導入した抗体生産株を用い、PMT阻害剤(1c)を添加して培養した培養上清のウエスタン解析結果を示した図である。
図18Aは、PMT2遺伝子分断し、かつ活性化HAC1遺伝子導入した抗体生産株を用い、PMT阻害剤(1c)を添加して培養した培養上清の分泌抗体の生産量を示した図である。図18Bは、PMT4遺伝子分断し、かつ活性化HAC1遺伝子導入した抗体生産株を用い、PMT阻害剤(1c)を添加して培養した培養上清の分泌抗体の生産量を示した図である。
図19は、種々のPMT阻害剤(ロダニン−3−酢酸誘導体)を添加して培養した培養上清のウエスタン解析結果を示した図である。
図20は、種々のPMT阻害剤(ロダニン−3−酢酸誘導体)を添加して培養した培養上清の分泌抗体の生産量を示した図である。
以下、本発明を詳細に説明する。本願は、2006年5月16日に出願された日本国特許出願2006−136993号の優先権を主張するものであり、該特許出願の明細書及び/又は図面に記載される内容を包含する。
本発明は、以下の2つの構成要素より構成される。すなわち
A.タンパク質高分泌生産に関する遺伝子の導入
B.酵母(およびカビ)に特有のO型糖鎖付加の抑制
を組み合わせることにより、タンパク質高分泌生産に関して相乗的な効果を得ることができる。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明によれば、タンパク質高分泌生産に用いる遺伝子、該遺伝子を含む発現ベクター該発現ベクターを導入した形質転換宿主細胞、該形質転換宿主細胞を用いるタンパク質の製造方法が提供される。
1.タンパク質高分泌生産に用いる遺伝子
(1)HAC1遺伝子
本発明において、タンパク質高分泌生産に用いる遺伝子の一つは、HAC1遺伝子である。HAC1遺伝子は、ゲノム上では不活性型のHAC1遺伝子として存在するが、小胞体ストレス時にHAC1遺伝子により転写されるmRNAがIre1pによりスプライシングを受け、転写因子であるHAC1タンパク質(Hac1p)をコードするmRNAに変換し、翻訳されるHac1pがUnfolded Protein Response(UPR)を活性化させる。本発明においては、活性型HAC1遺伝子はHAC1タンパク質(Hac1p)をコードする(mRNAに相補的な)cDNAと定義する。
従って本発明の効果をより高めるためには、活性型HAC1遺伝子を用いることが好ましいが、不活性型HAC1遺伝子の導入によっても、ある程度の効果を得ることができる。
以下、実際にUPRを機能させるHac1pをコードする活性型HAC1遺伝子について述べる。
HAC1pはN末端より、各生物で高度に保存されたDNA結合ドメイン、ロイシン・ジッパー領域、更にC末端側のIre1pによりmRNAがスプライシングされ、新たに付加される未知の活性領域により構成される。
本発明に用いる活性型HAC1遺伝子としては、活性型HAC1タンパク質をコードする遺伝子であれば特に制限はされないが、例えば、本発明において新規に取得されたOgataea minuta(O.minuta)に由来する配列番号23に示すアミノ酸配列、またはPichia pastoris(P.pastoris)に由来する配列番号70に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNAが挙げられる。また、当該DNAと機能的に同等な相同DNAであってもよい。
例えば、相同DNAとしては、配列番号23または配列番号70に示すアミノ酸配列と少なくとも70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつUnfolded Protein Response(UPR)を活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子;配列番号23または配列番号70に示すアミノ酸列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換、および/または付加されたアミノ酸配列からなり、かつUPRを活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子;配列番号22または配列番号69に示す塩基配列またはそれと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつUPRを活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子が含まれる。
上記の「配列番号23または配列番号70に示すアミノ酸配列と少なくとも70%以上の相同性を有するアミノ酸配列」は、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、最も好ましくは95%以上の相同性を有するアミノ酸配列である。タンパク質のホモロジー検索は、例えば、日本DNAデータバンク(DNA Databank of JAPAN(DDBJ)等を対象に、FASTAやBLASTなどのプログラムを用いて行うことができる。
上記の「配列番号23または配列番号70に示すアミノ酸列において1若しくは数個のアミノ酸」における「数個」の数は特には限定されないが、数個の数は特には限定されないが、例えば20個以下、好ましくは10個以下、より好ましくは7個以下、さらに好ましくは5個以下程度を意味する。
また、上記の「ストリンジェントな条件」とは、いわゆる特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件をいう。例えば、相同性が高いDNA、すなわち配列番号22または配列番号69に示す塩基配列と少なくとも80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上の相同性を有する塩基配列からなるDNAの相補鎖がハイブリダイズし、それより相同性が低いDNAの相補鎖がハイブリダイズしない条件が挙げられる。より具体的には、ナトリウム濃度が150〜900mM、好ましくは600〜900mMであり、温度が60〜68℃、好ましく65℃での条件をいう。
上記の変異(欠失、置換、および/または付加)の導入は、Kunkel法若しくはGapped duplex法等の当該技術分野で公知の手法、またはこれに準ずる方法により行うことができ、例えば部位特異的突然変異誘発法を利用した変異導入用キット(例えばMutant−K(タカラバイオ社製)若しくはMutant−G(タカラバイオ社製))、タカラバイオ社のLA PCR in vitro Mutagenesisシリーズキットなどが利用できる。
上記の「UPRを活性化させる機能」とは、unfolded proteinの蓄積に対する小胞体(ERの一連の防御反応(例えば、転写抑制、分子シャペロンの誘導によるフォールディング促進、変性タンパクの分解、アポトーシスによる細胞死など)を活性化させる機能をいい、「UPRを活性化させる機能を有する」とは、該機能が、配列番号23または配列番号70に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子が有する機能と実質的に同等であることをいう。
また、活性型HAC1遺伝子はO.minutaおよびP.pastoris以外のメタノール資化性酵母でもよく、たとえば、Hansenulla polymorpha(Pichia angusta)、Pichia methanolica、Candida boidinii由来の活性型HAC1タンパク質をコードする遺伝子が挙げられる。また、他の酵母、カビなど他の生物種由来の活性型HAC1遺伝子であってもよい。たとえば、Saccharomyces cerevisiae(S.cerevisiae)由来の活性型HAC1タンパク質(GENBANK登録番号:NP_116622)をコードする遺伝子(YFL031W,同登録番号:D26506からIre1pによりスプライシングを受けたDNA)、Trichoderma reesei由来の活性型HAC1タンパク質(同登録番号:CAC88374)をコードする遺伝子(同登録番号:AJ413272)、Aspergillus nidulans由来の活性型HacAタンパク質(同登録番号:CAC88375)をコードする遺伝子(同登録番号:AJ413273)等が挙げられる。
なお、上記のS.cerevisiae由来、Trichoderma reesei由来、Aspergillus nidulans由来の活性型HAC1タンパク質をコードする遺伝子の塩基配列をそれぞれ配列番号39、41、43に、また対応するアミノ酸配列をそれぞれ配列番号40、42、44に示す。
また、今回単離されたOgataea minutaおよびPichia pastoris由来の活性型HAC1遺伝子は、Saccharomyces cerevisiae以外の酵母において初めて単離されたものであり、このことから、酵母全般、例えばメタノール資化性酵母全般においても同種の遺伝子の存在が強く示唆される。従って、これらの遺伝子もまた本発明において用いる活性型HAC1遺伝子に包含されるものとする。
さらに、UPRを活性化する転写因子であれば、上記の活性型HAC1遺伝子に代替して用いることが可能であり、例えば、動物細胞やその他の種由来のHAC1ホモログであるXBP−1遺伝子(ヒト由来遺伝子はGENBANK登録番号:NM_005080に記載)がIre1pによりスプライシング受け活性化された遺伝子等が挙げられる。また、HAC1(XBP−1)の活性化をともなうIre1の人為的活性化も同UPRの活性化に対応するものなので、活性型HAC1遺伝子の導入と同等であると考えられる。さらにまた、活性化されていないHAC1遺伝子そのものを強制的に発現させても前述のように活性型HAC1の導入と同等の効果が得られる可能性を有すると考えられる。
活性型HAC1遺伝子の取得法については、UPRを誘導した状態であれば、いかなる方法でも取得可能である。例えばフォールディングが困難なタンパク質をコードする遺伝子を高発現させた細胞、ツニカマイシン等の糖鎖修飾阻害剤、DTT、過酸化水素水等の酸化還元剤やUPR誘導剤にて処理した細胞よりmRNAを取得し、これよりcDNAを合成することで取得することができる。またすでに開示されている配列を元に、DNA合成機を用いてその一部または全長を合成することで取得することもできる。
(2)RRBP1遺伝子
本発明において、タンパク質高分泌生産に用いるもう一つの遺伝子としては、RRBP1遺伝子が挙げられる。RRBP1遺伝子は、リボソーム結合タンパク1と呼ばれるタンパク質をコードする遺伝子で、別名、hES、ES130、ES/130、DKFZp586A1420遺伝子とも呼ばれる。哺乳類のRRB1遺伝子はN末の膜貫通領域、それに引き続く塩基性アミノ酸に富んだ領域、10アミノ酸残基より構成される54回のリピート領域、C末側の領域より構成される。
本発明に用いるRRBP1遺伝子としては、リボソーム結合タンパク1をコードする遺伝子であれば特に制限はされないが、例えば、ヒト由来のRRBP1遺伝子(KIAA1398タンパクをコードする、GENBANK登録番号:AB037819)、イヌ由来のRRBP1遺伝子(リボソーム受容体p180をコードする、GENBANK登録番号:X87224)が挙げられる。また、上記遺伝子と機能的に同等である限り、その相同遺伝子であってもよい。ヒト由来のRRBP1遺伝子、イヌ由来のRRBP1遺伝子の塩基配列をそれぞれ配列番号45、47に、また対応するアミノ酸配列をそれぞれ配列番号46、48にそれぞれ示す。
相同遺伝子としては、例えば、ヒト由来またはイヌ由来のRRBP1のアミノ酸配列と少なくとも70%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつリボソーム結合活性を有するタンパク質をコードする遺伝子;ヒト由来またはイヌ由来のRRBP1のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換、および/または付加されたアミノ酸配列からなり、かつリボソーム結合活性を有するタンパク質をコードする遺伝子;ヒト由来またはイヌ由来のRRBP1遺伝子の塩基配列またはそれと相補的な塩基配列からなる遺伝子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつリボソーム結合活性を有するタンパク質をコードする遺伝子遺伝子が含まれる。なお、相同性の程度、ストリンジェントな条件、変異導入法は前記と同様である。
上記相同遺伝子具体的としては、例えば、マウス(Accession No.XM_622097,XM_91338,XM_991888)、ラット(Accession No.XM_230637)、アフリカツメガエル(Xenopus)(Accession No.NM_001005671)、ゼブラフィッシュ(Danio)(Accession No.NM_199431)由来のRRBP1遺伝子が挙げられる。
RRBP1遺伝子もまた、公知の一般手法によって取得することが可能である。例えばRRBP1遺伝子を発現している細胞からmRNAを調製し、更にcDNAを合成することで得られる。
本発明において、タンパク質高分泌生産に用いる上記遺伝子や後記の高分泌発現の対象となる外来タンパク質をコードする遺伝子(以下、これらの遺伝子を「目的遺伝子」という)は、mRNAを調製し、逆転写酵素でcDNAを合成する一般的な方法により取得することができる。上記の一般的な手法としては、例えば、目的遺伝子が発現している細胞や組織に由来するcDNAライブラリーを、当該遺伝子断片をもとにして合成したDNAプローブを用いてスクリーニングすることにより単離することができる。mRNAの調製は、当該技術分野において通常用いられる手法により行うことができる。例えば、上記細胞又は組織を、グアジニン試薬、フェノール試薬等で処理して全RNAを得、その後、オリゴ(dT)セルロースカラムやセファロース2Bを担体とするポリU−セファロース等を用いたアフィニティーカラム法により、あるいはバッチ法によりポリ(A)+RNA(mRNA)を得る。さらに、ショ糖密度勾配遠心法等によりポリ(A+)RNAをさらに分画してもよい。次いで、得られたmRNAを鋳型として、オリゴdTプライマー及び逆転写酵素を用いて一本鎖cDNAを合成し、該一本鎖cDNAからDNA合成酵素I、DNAリガーゼ及びRnaseH等を用いて二本鎖cDNAを合成する。合成した二本鎖cDNAをT4DNA合成酵素によって平滑化後、アダプター(例えば、EcoRIアダプター)の連結、リン酸化等を経て、λgt11等のλファージに組み込んでin vivoパッケージングすることによってcDNAライブラリーを作製する。また、λファージ以外にもプラスミドベクターを用いてcDNAライブラリーを作製することもできる。その後、cDNAライブラリーから目的のDNAを有する株(ポジティブクローン)を選択すればよい。
また、また目的遺伝子をゲノムDNAから単離する場合、あるいは、プロモーター、ターミネーター領域を含む断片の単離は、一般的手法(Molecular Cloning(1989),Methods in Enzymology 194(1991))に従い、採取源となる生物の細胞株よりゲノムDNAを抽出し、目的遺伝子を選別することにより行う。ゲノムDNAの抽出は、例えば、Cryerらの方法(Methods in Cell Biology,12,39−44(1975))およびP.Philippsenらの方法(Methods Enzymol.,194,169−182(1991))に従って行うことができる。例えば、採取源が酵母の場合は、酵母のプロトプラストを調製して、当該プロトプラストから、通常公知のDNA抽出法、高塩濃度下での細胞残さ除去後のアルコール沈殿法、フェノールやクロロホルム抽出後のアルコール沈殿法等の常法を用いて行えばよい。
目的遺伝子の取得は、例えばPCR法(PCR Technology.Henry A.Erlich,Atockton press(1989))によって行うこともできる。PCR法を用いた目的遺伝子の増幅には、プライマーとして20〜30merの合成1本鎖DNAを、鋳型としてゲノムDNAを用いる。増幅された遺伝子は塩基配列を確認した後、用いる。
一方、配列未知の目的遺伝子を含む断片の取得は、(a)常法により遺伝子ライブラリーを作製し、(b)作製された遺伝子ライブラリーから所望のクローンを選択し、当該クローンを増幅する、ことによって行うことができる。遺伝子ライブラリーは、採取源となる生物の細胞株から常法により得た染色体DNAを適当な制限酵素によって部分消化して断片化し、得られた断片を適当なベクターに連結し、該ベクターを適当な宿主に導入することによって調製することができる。また、細胞よりmRNAを抽出し、ここからcDNAを合成後、適当なベクターに連結し、該ベクターを適当な宿主に導入することによっても調製することができる。この際用いられるベクターとしては、通常公知の遺伝子ライブラリー調製用ベクターとして知られるプラスミドを用いることができ、またファージベクター又はコスミド等も広く用いることができる。形質転換又は形質導入を行う宿主は、上記ベクターの種類に応じたものを用いればよい。
目的遺伝子断片を保持したクローンの選択は、上記遺伝子ライブラリーから、目的遺伝子に特有の配列を含む標識プローブを用いるコロニー・ハイブリダイゼーション法、プラーク・ハイブリダイゼーション法等によって行う。
また目的遺伝子を化学的に全合成することもできる。例えば相補的な2対のオリゴヌクレオチドを作製しこれらをアニールさせる方法や、数本のアニールされたDNAをDNAリガーゼにより連結する方法、または一部相補的な数本のオリゴヌクレオチドを作製しPCRによりギャップを埋める方法等により、遺伝子を合成することができる。
遺伝子のDNA配列の決定等は通常の方法、例えばジデオキシ法(Sanger et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.,USA,74,5463−5467(1977))等により行うことができる。更に上記DNA塩基配列の決定は、市販のシークエンスキット等を用いることによっても容易に行い得る。
2.発現ベクター
本発明のベクターは、上記の活性型HAC1遺伝子、RRBP1遺伝子をそれぞれ単独で含むベクター、あるいは、活性型HAC1遺伝子とRRBP1遺伝子の両遺伝子を含むベクターが提供される。活性型HAC1遺伝子、RRBP1遺伝子を宿主細胞内で発現させるために、各遺伝子を単独で含むベクターをそれぞれ用いて形質転換してもよく、また、両遺伝子を含む一つのベクターを用いて形質転換してもよい。また、同発現ベクターに外来タンパク質をコードする遺伝子を含んでいてもよい。あるいは、外来タンパク質をコードする遺伝子を含む発現ベクターを別に調製してもよく、別に調製した場合は、各ベクターを宿主細胞にコトランスフェクト(共導入)する。
外来タンパク質をコードする遺伝子としては、特に限定はされないが、例えば、α−アミラーゼ遺伝子、α−ガラクトシダーゼ遺伝子等の各種酵素遺伝子、また医薬上有用な生理活性タンパク質であるインターフェロンα、インターフェロンγ等の各種インターフェロン遺伝子、IL1、IL2等の各種インターロイキン遺伝子、エリスロポエチン(EPO)遺伝子、顆粒球コロニー刺激因子(G−CSF)遺伝子等の各種サイトカイン遺伝子、成長因子遺伝子等が挙げられる。これらの遺伝子はいかなる手法によって得られるものでもよい。
本発明は特に疎水性の高いタンパク質、複合体を形成するような分泌生産が困難なタンパク質に対して有効であり、よって、上記の外来タンパク質には、多量体タンパク質、例えば、抗体またはその機能的断片であるヘテロ多量体が含まれる。
活性型HAC1遺伝子、RRBP1遺伝子、及び外来タンパク質をコードする遺伝子は、発現制御領域を適宜付加してタンパク質発現ユニットとして発現ベクターを構築してもよい。タンパク質発現ユニットは、転写の読み枠の方向に、少なくともプロモーター領域、上記遺伝子、転写ターミネーター領域を有するものである。ここで使用し得るプロモーターとしては、誘導発現プロモーターであっても、構成発現プロモーターであってもよい。誘導発現プロモーターとしては、例えばメタノール資化性酵母におけるメタノール代謝に関わる、アルコールオキシダーゼ(AOX)遺伝子プロモーター、ジヒドロキシアセトン・シンターゼ(DAS)遺伝子プロモーター、ギ酸脱水素酵素(FDH)遺伝子プロモーター等が挙げられる。また他の誘導プロモーターとしては銅誘導(CUP)プロモーター等も用いることができる。構成発現プロモーターとしては、例えばグリセルアルデヒド−3−リン酸脱水素酵素(TDH、GAP)遺伝子、ホスホグリセロキナーゼ(PGK)遺伝子、トリオースリン酸イソメラーゼ(TPI)遺伝子、エノラーゼ(ENO)遺伝子、アクチン(ACT)遺伝子、シトクロムc(CYC)遺伝子、トレハロース合成酵素(TPS)遺伝子、アルコール脱水素酵素(ADH)遺伝子等のプロモーターなどが挙げられる。また転写ターミネーターは、プロモーターからの転写に対して転写終結を起こす活性を有する配列であればよく、プロモーターの遺伝子と同じまたは異なる遺伝子のものであってもよい。
外来タンパク質を高分泌生産させるためには強力なプロモーターを用いることが必要であるが、高活性なプロモーターを用いてフォールドしにくいタンパク質や、分泌されにくいタンパク質の生産を試みた場合、かえって分泌不全が起こることがある。これは、タンパク質の生産が、翻訳が行われるリボソーム、フォールディング・分泌が行われる小胞体のキャパシティを越えることにより、過剰に生産されたタンパクが細胞内で変性し、蓄積、ユビキチン化され、プロテオソームにて分解するような状況になるためである。従って、生成するタンパク質が変性しアグリゲーションを起こさない、または生産されたタンパク質が分泌能のキャパシティを越えない程度の発現量を達成できるプロモーターを適宜採択するか、あるいは活性を弱めるなどの調整を行って使用することが好ましい。多量体タンパク質の中でも、ヘテロ多量体を形成する分子は上記の影響を受けやすく、特に抗体のような分子は重鎖、軽鎖が2分子ずつ会合したヘテロ4量体であるため、適切に会合させるためには発現度は重要な因子である。また、活性型HAC1遺伝子の発現が強すぎる場合、細胞にストレスがかかりすぎてかえって増殖を阻害することもあるので上記と同様にプロモーター活性の調整、最適化が必要である。
また、本発明の発現ベクターには、形質転換体を選抜するための選択マーカーを含めることができる。例えば、酵母用発現ベクターには、His1、His2、His3、His4、His5、His6、Leu2、Alg1、Alg2、Alg3、Trp1、Lys2、Ade1、Ade2、Ura3、Ura5遺伝子等から選ばれる栄養要求性マーカー遺伝子を用いることができる。
また、選択マーカーとしては、上記の栄養要求性マーカーのみならず、セルレニン、オーレオバシジン、ゼオシン、カナバニン、シクロヘキシミド、ハイグロマイシン、ブラストシジン、テトラサイクリン、カナマイシン、アンピシリン、テトラサイクリン、ネオマイシンなどの薬剤に対して耐性を付与する薬剤耐性マーカーなどを使用することで、形質転換体の選抜を行うことも可能である。また、エタノール等に対する溶剤耐性や、グリセロールや塩等に対する浸透圧耐性、銅等の金属イオン耐性等を付与する遺伝子をマーカーにすることで、形質転換体の選抜を行うことも可能である。
3.形質転換宿主細胞
本発明の形質転換宿主細胞は、前記1.の遺伝子を有する形質転換宿主細胞、あるいは前記2.発現ベクターを導入した形質転換宿主細胞である。
形質転換させる宿主細胞としては、真核細胞、好ましくは酵母である。酵母としては、Ogataea minuta、Pichia pastoirs、Hansenulla polymorpha(Pichia angusta)、Candida boidinii等のメタノール資化性酵母株、あるいはSaccharomyces cerevisiae、Kluyveromyces lactis、Yarowia lipolytica、Shizosaccharomyces pombe等の酵母株が挙げられる。より具体的には、Ogataea minuta株としてOgataea minuta YK3株(Δoch1Δpep4Δprb1Δyps1Δura3Δade1)、Saccharomyces cerevisiaeとしてSaccharomyces cerevisiae BY4741株(MATa Δhis3Δ leu2Δmet15Δ ura3)等を用いることができるが、これらに限定はされない。
さらに、本発明は分泌に必須であるERを補強した宿主細胞を得ることを目的としているため、動物細胞やその他の細胞にも適用可能である。
本発明において、宿主細胞への発現ベクターの導入方法としては、導入遺伝子が宿主内にて安定に存在し、かつ適宜発現させることができる方法であればいかなる方法でもよく、一般的に用いられている方法、例えば、リン酸カルシウム法(Ito et al.,Agric.Biol.Chem.,48,341(1984))、エレクトロポレーション法(Becker,D.M.et al.(1990)Methods.Enzymol.,194,182−187)、スフェロプラスト法(Creggh et al.,Mol.Cell.Biol.,5,3376(1985))、酢酸リチウム法(Itoh,H.(1983)J.Bacteriol.153,163−168)、リポフェクション法等が挙げられる。
4.タンパク質の製造方法
本発明におけるタンパク質の製造は、上記の形質転換宿主細胞を公知の方法により培養し、その培養物から採取し、精製することにより行うことができる。「培養物」とは、培養上清のほか、培養細胞、培養菌体、または細胞若しくは菌体の破砕物のいずれをも意味するものである。
形質転換宿主細胞を培地に培養する方法は、その宿主細胞の培養に用いられる通常の方法に従って行うことができる。
形質転換宿主細胞が酵母などの微生物の場合は、培養する培地としては、微生物が資化し得る炭素源、窒素源、無機塩類等を含有し、形質転換体の培養を効率的に行うことができる培地であれば、天然培地、合成培地のいずれを用いてもよい。炭素源としては、該微生物が資化し得るものであればよく、グルコース、フラクトース、スクロース、デンプン等の炭水化物、酢酸、プロピオン酸等の有機酸、エタノール、プロパノール等のアルコール類が用いられる。窒素源としては、アンモニア、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、リン酸アンモニウム等の無機酸若しくは有機酸のアンモニウム塩又はその他の含窒素化合物のほか、ペプトン、肉エキス、コーンスチープリカー等が用いられる。無機塩類としては、リン酸第一カリウム、リン酸第二カリウム、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガン、硫酸銅、炭酸カルシウム等が用いられる。また、培地には、選択マーカーの種類に応じ、オーレオバシジン、アンピシリン、テトラサイクリン等の抗生物質を適宜添加するか、あるいは、栄養要求性を相補する遺伝子(Leu、Ura、Trp等)によって供給可能となるアミノ酸を除いてもよい。
形質転換宿主細胞の培養は、例えば酵母の場合、培地のpHは4〜7に調整するのが適当である。また、培養温度は15〜32℃、好ましくは28℃前後である。抗体のように立体構造が複雑なタンパク質を発現する場合、細胞内でそのフォールディングをより効率的に行うために、低温で培養することが好ましい場合もある。培養時間は、24〜1000時間程度であり、培養は静置、振とう、攪拌、通気下の回分培養または連続培養等により実施することができる。
上記の培養物(培養液、培養菌体)から外来タンパク質遺伝子の発現産物の確認は、SDS−PAGE、ウエスタン解析、ELISA等により行うことができる。
また生産されたタンパク質を単離精製するためには、通常のタンパク質の単離、精製法を用いればよい。培養後、目的タンパク質が菌体内又は細胞内に生産される場合には、菌体又は細胞を超音波破砕機、フレンチプレス、マントンガウリンホモゲナイザー、ダイノミル等により破砕することにより、目的タンパク質を採取する。また、目的タンパク質が菌体外又は細胞外に生産される場合には、培養液をそのまま使用するか、遠心分離等により菌体又は細胞を除去する。その後、有機溶媒による抽出等により目的タンパク質を採取し、必要に応じて各種クロマトグラフィー(疎水性クロマトグラフィー、逆相クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー法、イオン交換クロマトグラフィー等)、分子篩を用いたゲルろ過法、ポリアクリルアミドゲル等を用いる電気泳動法などの手法を単独あるいは組み合わせて用いて単離精製すればよい。
上記の培養法、精製法は一例であって、これらに限定されるものではない。なお、精製された遺伝子産物が有するアミノ酸配列の確認は、公知のアミノ酸分析、例えばエドマン分解法による自動アミノ酸配列決定法等により行うことができる。
5.O型糖鎖の抑制方法(またはPMT活性の抑制方法)
本発明において、宿主細胞として酵母を用いる場合、上記の培養をProtein O−mannosyltransferase(PMT)活性を抑制する条件下で行うことがより好ましい。
哺乳類でのO型糖鎖の形成は、主にゴルジ体に存在するPeptide O−GalNAc transferaseによってGalNAcが付加されることにより行われる。この糖鎖付加は、タンパク質のフォールディング後に起こる。これに対し、酵母およびカビでのO型糖鎖の形成は、PMT遺伝子がコードするProtein−O−mannosyltransferase(PMT)によってタンパク質のセリンまたはトレオニン残基にマンノースが付加されることにより始まる。この付加反応をPMT活性という。このマンノース付加は、細胞中の小胞体(ER)においてタンパク質のフォールディングと並行して行われるため、哺乳類由来のタンパク質発現では本来起こらない部位に不要な糖鎖が付加されることがある。その結果、不要な修飾に起因する、会合体の形成不全、活性の低下をもたらす。
従って、培養をProtein O−mannosyltransferase(PMT)活性を抑制する条件下で行うことによって、不要なO型糖鎖形成を抑制でき、ひいては、タンパク質同士の会合を促進し、タンパク質が本来有する物性・活性を保持することが可能となる。本発明における活性型HAC1遺伝子及び/又はRRBP遺伝子の導入によるタンパク質の高分泌生産の効果は、UPRにより増大するO型糖鎖形成をPMT活性の抑制によって制御することによって、更に相乗的な効果を生むことができる。
酵母およびカビに特有のO型糖鎖付加を抑制する方法としては、例えば以下の2点が考えられる。またこれらの方法を組み合わせることもできる。
(1) 酵母およびカビに特有のO型糖鎖付加反応を行うPMT活性を抑制する条件下で培養及び生産を行う。
(2) 酵母およびカビに特有のO型糖鎖付加反応を行うPMT活性が抑制された細胞を用いる。
上記(1)のProtein O−mannosyltransferase(PMT)活性の抑制方法は、例えば、培地にPMT活性阻害剤(PMT阻害剤)を添加することにより行うことができる。PMT活性阻害剤としては、例えば、ロダニン−3−酢酸誘導体(Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 14,p3975−3978(2004)等を用いることができる。より具体的には、ロダニン−3−酢酸誘導体として、5−[[3,4−(1−phenylmethoxy)phenyl]methylene]−4−oxo−2−thioxo−3−thiazolidineacetic acid(Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters,Vol.14,p3975,(2004)中の化合物(1c)または{(5Z)−4−oxo−5−[3−(1−phenylethoxy)−4−(2−phenylethoxy)benzylidene]−2−thioxo−1,3−thiazolidin−3−yl}acetic acid(Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters,Vol.14,p3975,(2004)中の化合物(5a)が挙げられる。上記PMT活性阻害剤(ロダニン−3−酢酸誘導体)は元々、抗菌剤として検討されたものであり、タンパク質の品質および生産性の向上のために検討されたものではなく、本発明において初めてその効果が見出された。PMTは酵母細胞壁を構成するマンノプロテインの生成に重要であり、PMT活性を低下させすぎた場合、酵母の生育に影響を与える。従って誘導発現系を用いる場合には、PMT活性阻害剤を、細胞の増殖後、外来タンパク質遺伝子の発現時に添加することがより効果的であり、O型糖鎖修飾が抑制された質の高い目的タンパク質を最大限に生産できるであろう。
また、上記(2)のProtein O−mannosyltransferase(PMT)活性の抑制方法は、PMT遺伝子自体を破壊、または遺伝子の発現を抑制することによっても可能である。S.cerevisiaeにおいてPMTは、PMT1遺伝子(Genbank:L19169)、PMT2遺伝子(Genbank:L05146)、PMT3遺伝子(Genbank:X83797)、PMT4遺伝子(Genbank:X83798)、PMT5遺伝子(Genbank:X95644)及びPMT6遺伝子(Genbank:Z72984)の少なくとも6遺伝子によってコードされており、それぞれがホモ二量体(PMT4p)やヘテロ二量体(PMT1p/PMT2p)を形成して活性を有する。また糖タンパク質により作用するPMTが異なっていることが知られている。本発明においては、抗体へのO型糖鎖付加に関して、PMTタンパクに選択性があることを見出した。すなわち実施例に記載のようにPMT5またはPMT6遺伝子破壊株ではO型糖鎖付加抑制の効果はなかった。
上述のようにPMTは酵母の生育にとって重要な遺伝子であり、PMT遺伝子の破壊等、活性を消失、または極度に低下させた場合は、細胞壁が卑弱になるので、PMT遺伝子の破壊株の利用については注意を要する。必ずしも、WO2002/046437に示されるようにPMT遺伝子を破壊することは有効でなく、時として生育阻害により外来タンパク質の生産に悪影響を与える場合があり、目的のタンパクのO型糖鎖の付加修飾を最低限に抑えるような、最適なPMT活性を有するPMT遺伝子の破壊あるいは発現抑制が求められる。PMT遺伝子を抑制する方法としては、例えばアンチセンスRNAやRNAiを利用する方法、プロモーターを減弱化させる方法等が示される。本発明の例では、プロモーターを減弱化させる方法として、PMT構造遺伝子部分とプロモーター領域にDNA断片を挿入し、遺伝子を分断(以下、遺伝子分断と称する場合がある。また遺伝子分断を行うためのプラスミドベクターを遺伝子分断ベクターと称する。)する方法を示している。またPMT活性は有しないがタンパクとして生成されるようなPMT遺伝子断片や活性に関与するアミノ酸残基に変異を加えた遺伝子を導入し、PMT活性を抑制する方法(ドミナント・ネガティブ)も利用できる。
(1)G418耐性遺伝子をマーカーとしたAOX1遺伝子プロモーター、ターミネーターカセットとGAP遺伝子プロモーター、ターミネーターカセットからなる外来遺伝子発現タンデムベクターの構築
WO2003/091431に記載のpOMex3G、及びpOMexGP1Uを材料に用いた。pOMex3GをXbaIで切断し、平滑末端処理後、SpeIリンカーを導入した。得られたベクターをpOMex3GXSと命名した。一方、pOMexGP1UをEcoT22Iで切断し、平滑末端処理後、ApaIリンカーを導入した。得られたベクターをpOMexGP1UTAと命名した。pOMexGP1UTAをHindIII−KpnIで消化し、平滑末端処理後単離したGAPプロモーター、ターミネーターを含む約2.0kbの断片を、ApaIで消化し、平滑末端処理したpOMex3GXSに導入した。得られたベクターをpOMexGAT−Gと命名した。pOMexGAT−GはAOX1発現カセット内にSpeI−BamHIサイト、GAP発現カセット内にSalI−ApaIサイトを持つ、タンデムベクターである。
(2)ADE1遺伝子を選択マーカーとしたGAP遺伝子プロモーター及びターミネーターによる外来遺伝子発現ベクターの構築
WO2003/091431に記載のpOMex4Aを材料に用いた。上記pOMexGP1UをEcoT22Iで処理し、平滑末端処理後、BamHIリンカーを導入した。得られたベクターをpOMexGP2Uと命名した。pOMexGP2UをSalIで処理し、平滑末端処理後、SpeIリンカーを導入した。得られたベクターをpOMexGP3Uと命名した。pOMexGP3UをHindIII−KpnIで消化し、GAP発現カセットを含む約2.0kbの断片を単離した。この断片を、pOMex4AをHindIII−KpnIで処理し、単離したADE1マーカーを含む約5.0kbの断片とライゲーションした。得られたベクターをpOMexGP1Aと命名した。pOMexGP1AはGAP発現カセット内にSpeI−BamHIサイトを持つ外来遺伝子発現ベクターである。
(3)ハイグロマイシンB耐性遺伝子を選択マーカーとしたホスホグリセリンキナーゼ(PGK1)プロモーター及びターミネーターによる外来遺伝子発現ベクターの構築
Ogataea minuta IFO10746株よりホスホグリセリンキナーゼをコードするPGK1遺伝子の取得、及びその塩基配列決定を行った。
(3−1)プローブの作成
Saccharomyces cerevisiae(GENBANK登録番号;P00560)及びCandida maltosa(GENBANK登録番号;P41757)由来の保存されているアミノ酸配列RVDFNVPLD,EGKELPGVAに対応する塩基配列のDNA縮重プライマーを以下のように合成した。
プライマーPPG5(配列番号1)はアミノ酸配列RVDFNVPLDに対応し、プライマーPPG3(配列番号2)はアミノ酸配列EGKELPGVAに対応する塩基配列の相補鎖の配列である。O.minuta IFO10746株の染色体DNAを鋳型とし、プライマーPPG5、PPG3を用いて、PCR[94℃で30秒、50℃で1分、72℃で1分)×25サイクル]を行った。増幅された約1.2kbのDNA断片を回収し、TOPO TA Cloning Kitを用いてクローニングした。得られたクローンよりプラスミドDNAを単離し、塩基配列を決定することで、プラスミドの挿入DNA断片に、S.cerevisiae及びC.maltosa由来のPGK1遺伝子のアミノ酸配列と高い相同性を持つアミノ酸配列をコードする塩基配列を有するクローンを選抜した。1.2kbの挿入DNA断片は、プラスミドをEcoRIで切断し、アガロース電気泳動後、回収した。
(3−2)ライブラリーの作成、及びスクリーニング
O.minuta IFO10746株の染色体DNAを種々の制限酵素で切断し、0.8%アガロースゲル電気泳動を行った。分離したDNAをHybond N+ナイロンメンブレン(アマシャム社)にトランスファーした。上記(1−3−1)で得られたDNA断片をAlkPhos DIRECT(アマシャム)を用いて標識し、サザンハイブリダイゼーションを行った。ハイブリダイゼーションは、常法(Molecular cloning 2nd edn.,ed.Sambrook,J.,et al.,Cold Spring Harbor Laboratory U.S.A.,1989)に従って行った。その結果、約9.0kbのBamHI断片にPGK1遺伝子が存在すると考えられた。そこでそのDNA断片をクローニングすべく、ゲノムライブラリーを作成した。O.minutaの染色体DNAをBamHIで切断し、アガロース電気泳動後、約9.0kb付近のDNA断片をゲルから回収した。回収したDNA断片をBamHIで切断したpUC118とライゲーションした後、Hanahanの方法(Gene,10,63(1980))で大腸菌DH5α株に形質転換して、ライブラリーを作成した。約4000クローンを前述のDNA断片をプローブとしたコロニー・ハイブリダイゼーションによりスクリーニングした。得られた陽性クローンの中から、PGK1遺伝子を保持したプラスミドpOMPGK1を選抜した。
(3−3)塩基配列決定
プラスミドpOMPGK1内のBamHI領域間塩基配列を、プライマーウォーキング法によって決定したところ、配列番号3に示す塩基配列を有していた。配列番号3の塩基配列には、4766番目から始まり、6016番目で終わる1254塩基対からなるオープンリーディングフレームが存在する。このオープンリーディングフレームから推定される配列番号4に示すアミノ酸配列とSaccharomyces cerevisiae及びCandida maltosa由来のホスホグリセリンキナーゼとの相同性を調べたところ、それぞれ74%、81%であった。
(3−4)PGK1遺伝子プロモーターとターミネーターとを使った外来遺伝子発現カセットの構築
O.minutaのPGK1遺伝子プロモーターを含む断片とターミネーターを含む断片との間に外来遺伝子を導入する発現カセットを作製した。PGK1遺伝子プロモーターとターミネーターとの間にSpeI、BglII、BamHI部位を導入するために、以下のプライマーを合成した。
上記pOMPGK1を鋳型とし、プライマーOPGK−P−F(配列番号5)とOPGK−P−R(配列番号6)を用いたPCR[94℃で30秒、55℃で1分、72℃で1分)×20サイクル]、プライマーOPGK−T−F(配列番号7)とOPGK−T−R(配列番号8)を用いたPCR[94℃で30秒、55℃で1分、72℃で1分)×20サイクル]を行った。それぞれ増幅された1.5kb、1.0kbのDNA断片を回収し、TOPO TA Cloning Kitを用いてクローニングした。挿入DNA断片の塩基配列を決定し、正しい塩基配列を有するクローンを選抜した。1.5kb、1.0kbの挿入DNA断片はそれぞれ、HindIII−BamHI断片及びBamHI−KpnI断片として単離した。
WO2003/091431に記載のpOMex5HのBamHI−KpnI間に、上記1.0kbのBamHI−KpnI断片を導入した。その後得られたプラスミドのHindIII−BamHI間に、上記1.5kbのHindIII−BamHI断片を導入した。得られたプラスミドをpOMexPGHyと命名した。pOMexPGHyはPGK1遺伝子発現カセット内にSpeI、BglII、BamHI部位を持つ外来遺伝子発現ベクターである。
S.cerevisiae由来のMF alpha1(GENBANK登録番号;P01149)の分泌シグナル(以下aMF分泌シグナル)をクローニングするため下記のプライマー合成した。
前述と同じ方法で取得したS.cerevisiaeのゲノムDNAを鋳型とし、プライマーSp−aMFs−F(配列番号9)とXb−aMFs−R(配列番号11)を用いたPCR[94℃で30秒、55℃で1分、72℃で30秒)×20サイクル]、プライマーSl−aMFs−F(配列番号10)とXb−aMFs−R(配列番号11)を用いたPCR[94℃で30秒、55℃で1分、72℃で30秒)×20サイクル]を行った。それぞれ増幅された約0.3kbのDNA断片を回収し、TOPO TA Cloning Kitを用いてクローニングした。挿入DNA断片の塩基配列を確認し、得られたプラスミドを、それぞれTOPOaMFsSPとTOPOaMFsSLと命名した。
抗体遺伝子は、抗TRAILレセプター抗体遺伝子(WO2002/094880)を用いた。軽鎖、及び重鎖遺伝子の両端に制限酵素サイトを導入するため、下記のプライマーを合成した。
これらDNAプライマーを用いてPCRにて軽鎖[94℃で30秒、55℃で1分、72℃で1分)×20サイクル]、重鎖[94℃で30秒、55℃で1分、72℃で1分30秒)×20サイクル]を増幅し、pCR2.1−TOPOにクローニングした。挿入DNA断片の塩基配列を確認し、得られたプラスミドをそれぞれTOPOHc−TrailとTOPOLc−Trailと命名した。TOPOaMFsSLからSalI−XbaI消化で単離したaMF分泌シグナルと、TOPOLc−TrailよりXbaI−ApaI消化で単離した抗体軽鎖を、SalI−ApaIで消化したpOMexGAT−Gに3点ライゲーションで導入した。得られたプラスミドをpOMexGAT−G/Lと命名した。次にTOPOaMFsSPからSpeI−XbaI消化で単離したaMF分泌シグナルと、TOPOHc−TrailよりXbaI−BglII消化で単離した抗体重鎖を、SpeI−BamHIで消化したpOMexGAT−G/Lに3点ライゲーションで導入した。得られたベクターをpOMexGAT−G/Abと命名した(図3)。pOMexGAT−G/Abは抗体重鎖と軽鎖の両発現ユニット保持した抗体発現ベクターである。
活性型HAC1遺伝子の取得は、細胞(O.minuta YK2−3株)をYPD培地で27℃にて12時間培養後、UPRを誘導すべく培地中に10μg/mlとなるようツニカマイシンを添加した。ツニカマイシン添加培中にて更に12時間培養を行い、集菌後、Yeastar RNA kit(ZYMO research)を用いてmRNAを調製した。
得られたmRNAをDNase I Amplification Grade(インビトロジェン)でDNase処理した。このmRNAよりSuper script III First−Strand Synthesis for RT(インビトロジェン)を用いてcDNAを合成した。このcDNAを以下に記載のDNAプライマーHAC1−1(配列番号16)及びHAC1−12(配列番号17)を用いたPCR[94℃で30秒、52℃で30秒、72℃で1分)×30サイクル]にて増幅し、pCR2.1−TOPO(インビトロジェン)にクローニング後、PCRで増幅された2種類の遺伝子断片由来の塩基配列を確認した(配列番号18、19)。
取得された2種類のcDNA断片のうち、1つはゲノム配列と一致したが、もう一方は一部欠損し、短くなっており、UPRによって活性化したIre1pによりスプライシングを受けたcDNA断片であった。活性化したHAC1のcDNAを取得するため、下記のDNAプライマーspeHAC1F(配列番号20)及びbglHAC1R(配列番号21)と上記活性化したHAC1のcDNAが存在すると考えられるcDNAプールを用いてPCR[94℃で30秒、55℃で1分、72℃で30秒)×20サイクル]を行った。
得られた約1kb断片は活性型HAC1遺伝子の開始コドンから終始コドンまでを含んでおり(配列番号22)、これは320アミノ酸からなる活性型HAC1pのアミノ酸配列に相当する(配列番号23)。これをSpeI−BglII処理し、単離後、SpeI−BglII処理を施したpOMexPGHyに導入した。得られたベクターはpOMexPGHy/Hac1と命名した(図3)。このベクターは活性型HAC1遺伝子発現ユニットを保持している。
RRBP1遺伝子については、かずさDNA研究所より分譲を受けたヒトRRBP1遺伝子(KIAA1398、GENBANK Accession No.AB037819)を用いた。この遺伝子に両端に制限酵素サイトを導入するため、下記のDNAプライマーp180 MSp−F、p180 UBg−R(配列番号24及び25)とヒトRRBP1遺伝子を用いてPCR[94℃で30秒、55℃で1分、72℃で5分×20サイクル]にて増幅した。
得られた約4.5kbの断片をSpeI−BamHI処理したpOMexGP1AにBD In−Fusion Dry−Down PCR Cloning Kit(BDサイエンス)を用いて導入し、SpeIサイトからヒトRRBP1遺伝子の開始コドンをコードする領域を含む約500bp、またBamHIサイトからヒトRRBP1遺伝子の終始コドンをコードする領域を含む約500bpの配列を決定した。得られたベクターをpOMexGP1A/p180PCRと命名した。pOMexGP1A/p180PCRをNdeI−AscIで消化し、ヒトRRBP1遺伝子ORF中110bpから4541bpまでを含む断片を除去した。一方、かずさDNA研究所より分譲を受けたヒトRRBP1遺伝子をNdeI−AscIで消化して得られた、ORF中110bpから4541bpまでを含む断片を単離し、先のNdeI−AscIで消化したpOMexGP1A/p180PCRに導入した。得られたベクターをpOMexGP1A/p180と命名した(図3)。pOMexGP1A/p180はヒトRRBP1遺伝子発現用ベクターである。
NotIで消化したベクターpOMexGAT−G/Abを用いて、エレクトロポレーションによりO.minuta YK−3株(Δoch1Δpep4Δprb1Δyps1Δura3Δade1:WO2003/091431に記載)を形質転換した。なおエレクトロポレーションの条件は、WO2003/091431に記載のものを採用した。形質転換された細胞は50μg/mlのG418を含むYPD寒天プレート培地にて選択し、培養後、ゲノムを抽出し、前述のDNAプライマーXb−KREAEA−Hc(配列番号12)とHc−R−Bg(配列番号13)を用いたPCRによって重鎖の導入を、Xb−KREAEA−Lc−F(配列番号14)とLc−R−Ap(配列番号15)を用いたPCRによって軽鎖の導入を確認した。重鎖、軽鎖両遺伝子の導入が確認された株を抗体生産株O.minuta AO1株と命名した。
実施例5にて育種した抗体生産株O.minuta AO1株にSse8783Iで消化したpOMexGP1A/p180を上記のエレクトロポレーション法にて導入した。形質転換株はSD寒天プレート培地にてADE+株を選択し、培養後、ゲノムを抽出し、RRBP1遺伝子の導入を上記のp180 MSp−F(配列番号24)とp180 UBg−R(配列番号25)を用いたPCRにて確認することで取得した。得られた形質転換体をO.minuta AK2R株と命名した。同時にコントロールとしてSse8783Iで消化したpOMexGP1Aを用いて形質転換し、O.minuta AK2A株を得た。更にO.minuta AK2R株、O.minuta AK2A株にAor51HIで消化したpOMexPGHy−Hac1を上記エレクトロポレーション法によって導入した。形質転換株の活性化HAC1遺伝子の導入は、Hygromycineを50μg/mlとなるよう添加したYPD寒天プレート培地にて選択し、培養後、ゲノムを抽出し、上記のDNAプライマーspeHAC1F(配列番号20)とbglHAC1R(配列番号21)を用いたPCRにて確認した。得られた株をO.minuta AK3RH及びO.minuta AK3AH株と命名した。同時にコントロールとしてAor51HIで消化したpOMexPGHyをそれぞれO.minuta AK2R株、O.minuta AK2A株に導入し、O.minuta AK3RHy株、O.minuta AK3AHy株を得た。
O.minuta AK3RH、O.minuta AK3AH、O.minuta AK3RHy、O.minuta AK3AHy株をBYPMG培地[1%酵母エキス(Difco社)、2%ポリペプトン(Difco社)、1.5%メタノール、0.5%グリセロール、0.1Mリン酸緩衝液(pH6.0)]を用いて、28℃、4日間培養した。培養液より培養上清を調製し、SDS−PAGEに供した後、分離されたタンパク質をPVDF膜にブロッティングし、ラベル化された抗ヒト抗体(anti−ヒトFc抗体、anti−ヒトκ抗体)を用いてウエスタン解析を行ったところ、図4に示す通り、RRBP1遺伝子と活性型HAC1遺伝子導入株は、その他の株と比較して著量の抗体を分泌した。
実施例7にて調製された培養液をProteinAカラム(Poros A 50um 4.6mmD/50mmL、アプライドバイオシステムズ)を用いたHPLC[分離条件、平衡化緩衝液:10mMリン酸緩衝液(pH6.0)、溶出緩衝液:10mMリン酸緩衝液(pH3.4)、流速4ml/min、検出:波長210nm]により、抗体生産量を測定した。スタンダードとして、動物細胞(CHO)にて生産した抗体を用いた。OD600=1当たりの抗体生産性を図5に示す。RRBP1遺伝子のみが導入されたO.minuta AK3RHy株、及び活性型HAC1の遺伝子のみ導入されたO.minuta AK3AH株の抗体分泌量は、コントロール株であるO.minuta AK3AHy株と比較して、増加する傾向にあった。しかしながら、活性型HAC1遺伝子とRRBP1遺伝子を共発現させたO.minuta AK3RH株の抗体生産量は、コントロール株であるO.minuta AK3AHy株はもとより、活性型HAC1遺伝子またはRRBP1遺伝子を単独で導入したものより顕著に高い抗体生産量を示した。以上から、活性型HAC1遺伝子とRRBP1遺伝子の共発現は抗体の生産性に相乗効果以上の効果をもたらすことが確認できた。
O.minuta AK3RH及びO.minuta AK3AHyをBYPG培地[1%酵母エキス(Difco社)、2%ポリペプトン(Difco社)、0.5%グリセロール、0.1Mリン酸緩衝液(pH6.0)]で2日間培養後、0μM、1μM、5μM、10μM、20μM、及び50μMのPMT阻害剤(ロダニン−3−酢酸誘導体:5−[[3,4−(1−phenylmethoxy)phenyl]methylene]−4−oxo−2−thioxo−3−thiazolidineacetic acid(Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters,Vol.14,p3975,(2004)中の化合物1c))を添加したBYPM培地[1%酵母エキス(Difco社)、2%ポリペプトン(Difco社)、1.5%メタノール、0.1Mリン酸緩衝液(pH6.0)]を用いて、28℃、2日間培養した。培養液より培養上清を調製し、SDS−PAGEに供した後、分離されたタンパク質をPVDF膜にブロッティングし、ラベル化された抗ヒト抗体(anti−ヒトFc抗体)を用いてウエスタン解析を行った。その結果を、図6に示す。PMT阻害剤添加濃度は5μMが適当で、その場合、抗体の分泌量、会合体形成率が増大した。
S.cerevisiae由来のMF alpha1(GENBANK登録番号;P01149)の分泌シグナル(以下aMF分泌シグナル)と抗TRAILレセプター抗体の軽鎖、及び重鎖を融合蛋白質として発現させるため、aMF分泌シグナル遺伝子と抗TRAILレセプター抗体遺伝子(WO2001/083560)を以下のオリゴヌクレオチドプライマーを用いたoverlap extension PCR法によって連結した。
aMF分泌シグナル−抗TRAILレセプター抗体の重鎖用
aMF分泌シグナル−抗TRAILレセプター抗体の軽鎖用
aMF分泌シグナル遺伝子領域は、Y−DER Yeast DNA Extraction Reagent(PIERCE社)によって調製したS.cerevisiaeのゲノムDNAを鋳型として増幅した。重鎖用として、プライマーEcoALF(配列番号26)とAlfH02(配列番号27)を用いたPCR[95℃で10秒、55℃で30秒、68℃で60秒)×30サイクル]を、軽鎖用として、プライマーEcoALF(配列番号26)とAlfL02(配列番号30)を用いたPCR[95℃で10秒、55℃で30秒、68℃で60秒)×30サイクル]を行い、それぞれ増幅された約0.26kbの目的DNA断片を回収した。
抗体遺伝子領域は、抗TRAILレセプター抗体cDNA(WO2001/083560)を鋳型として増幅した。重鎖用としてプライマーAlfH03(配列番号28)とAlfH04(配列番号29)を用いたPCR[95℃で10秒、55℃で30秒、68℃で90秒)×30サイクル]を、軽鎖用として、プライマーAlfL03(配列番号31)とAlfL04(配列番号32)を用いたPCR[95℃で10秒、55℃で30秒、68℃で90秒)×30サイクル]を行い、それぞれ増幅された約1.35kbの重鎖領域と約0.65kbの軽鎖領域の目的DNA断片を回収した。
次に、重鎖用aMF分泌シグナル領域と約1.35kbの重鎖領域を鋳型として、プライマーEcoALF(配列番号26)とAlfH04(配列番号29)を用いたPCR[95℃で10秒、55℃で30秒、68℃で90秒)×30サイクル]を行い、増幅された約1.6kbの目的DNA断片を回収した。また、軽鎖用aMF分泌シグナル領域と約0.65kbの軽鎖領域を鋳型として、プライマーEcoALF(配列番号26)とAlfL04(配列番号32)を用いたPCR[95℃で10秒、55℃で30秒、68℃で60秒)×30サイクル]を行い、増幅された約0.9kbの目的DNA断片を回収した。それぞれ回収したDNA断片は、pCR2.1−TOPOにクローニングした。挿入DNA断片の塩基配列より、それぞれaMF分泌シグナル−抗体重鎖及びaMF分泌シグナルー抗体軽鎖が、in−frameで融合している遺伝子を有していることを確認した。得られたプラスミドは、それぞれTOPO−alfHcとTOPO−alfLcと命名した。プライマーEcoALF(配列番号26)に導入したEcoRI制限酵素部位とプライマーAlfH04(配列番号29)とAlfL04(配列番号32)に導入したSalI制限酵素部位を利用して、TOPO−alfHcとTOPO−alfLcから、EcoRI−SalI消化でaMF分泌シグナル−抗体重鎖とaMF分泌シグナルー抗体軽鎖をコードするDNA断片を回収した。
S.cerevisiaeにおいて抗体重鎖と抗体軽鎖を発現させるために、EcoRI−SalI消化で回収したaMF分泌シグナル−抗体重鎖とaMF分泌シグナル−抗体軽鎖をコードするDNA断片を大腸菌−酵母シャトルベクターYEp352(Yeast 2,p163−167(1986))に導入されたグリセルアルデヒド−3−リン酸脱水素酵素遺伝子(TDH3、GAP)プロモーター−ターミネーターカセット中のEcoRI−SalI部位にライゲーションした。それぞれ得られたプラスミドをYEp352GAP−II−alfHcとYEp352GAP−II−alfLcと命名した。次に、GAPプロモーター−ターミネーターカセットの両末端にあるBamHI制限酵素部位を利用し、YEp352GAP−II−alfHcとYEp352GAP−II−alfLcから、それぞれ、BamHI−GAPプロモーター−aMF分泌シグナル−抗体重鎖−GAPターミネーター−BamHI(断片1)とBamHI−GAPプロモーター−aMF分泌シグナル−抗体軽鎖−GAPターミネーター−BamHI(断片2)をコードする遺伝子断片を回収した。断片1と断片2は、断片1または断片2を切り出した、YEp352GAP−II−alfHcまたはEp352GAP−II−alfLcのBamHI部位に3断片ライゲーションで導入した。得られたベクターをYEp352 GAP−II−alfHc/alfLcと命名した(図7)。制限酵素切断パターンよりYEp352 GAP−II−alfHc/alfLcには、断片1と断片2が順方向にタンデムに導入されていることを確認した。YEp352GAP−II−alfHc/alfLcは、抗体重鎖と軽鎖の両発現ユニット保持した抗体発現ベクターである。
S.cerevisiaeのHAC1前駆体mRNAは、活性型IRE1のRNase活性によって252ヌクレオチドが除去され、HAC1成熟体mRNAとなる。このHAC1成熟体mRNAは、C末端の10アミノ酸残基が除去され、新たに18アミノ酸残基が付加された活性型HAC1に翻訳される(PNAS 97,p4660−4665(2000))。そこで、以下のオリゴヌクレオチドプライマーを用いたoverlap extension PCR法によって活性型HAC1をコードする遺伝子を構築した。
Y−DER Yeast DNA Extraction Reagent(PIERCE社)によって調製したS.cerevisiaeのゲノムDNAを鋳型とした。プライマーHAC−Sac−ATG(配列番号33)とHAC−internalR(配列番号34)を用いたPCR[95℃で10秒、55℃で30秒、68℃で60秒)×30サイクル]と、プライマーHAC−internalF(配列番号35)とHAC−Sma−STOP(配列番号36)を用いたPCR[95℃で10秒、55℃で30秒、68℃で60秒)×30サイクル]を行い、増幅された約0.66kb(断片A)と約0.06kb(断片B)の目的DNA断片をそれぞれ回収した。
次に、増幅した断片Aと断片Bを鋳型として、プライマーHAC−Sac−ATG(配列番号33)とHAC−Sma−STOP(配列番号36)を用いたPCR[95℃で10秒、55℃で30秒、68℃で60秒)×30サイクル]を行い、増幅された約0.7kbの目的DNA断片を取得した。回収したDNA断片は、pCR2.1−TOPOにクローニングした。挿入DNA断片の塩基配列より、238アミノ酸残基の活性型HAC1をコードしている遺伝子を有していることを確認した。得られたプラスミドは、TOPO−aHac1と命名した。プライマーHAC−Sac−ATG(配列番号33)に導入したSacI制限酵素部位とプライマーHAC−Sma−STOP(配列番号36)に導入したSmaI制限酵素部位を利用して、SacI−SmaI消化で活性型HAC1をコードしている遺伝子を回収した。
S.cerevisiaeにおいて活性型HAC1を発現させるために、SacI−SmaI消化で回収した活性型HAC1をコードしている遺伝子を大腸菌−酵母シャトルベクターYEp351(Yeast 2,p163−167(1986))に導入されたグリセルアルデヒド−3−リン酸脱水素酵素遺伝子(TDH3、GAP)プロモーター−ターミネーターカセット中のSacI−SmaI部位にライゲーションした。得られたプラスミドをYEp351GAP−II−aHAC1と命名した(図7)。このベクターは活性型HAC1遺伝子発現ユニットを保持している。
RRBP1遺伝子については、かずさDNA研究所より分譲を受けたヒトRRBP1遺伝子(KIAA1398、GENBANK Accession No.AB037819)を用いた。この遺伝子の両端に制限酵素サイトを導入するため、以下に記載のオリゴヌクレオチドプライマーP180kpnatg、P180xbastop(配列番号37及び38)とヒトRRBP1遺伝子を用いたPCR[95℃で10秒、55℃で30秒、68℃で6分×30サイクル]にて増幅した。
得られた約4.7kbの断片を回収し、pCR2.1−TOPOにクローニングした。挿入DNA断片の塩基配列より、挿入断片の両末端の約600bpが目的の塩基配列を正しく含んでいることを確認した。得られたプラスミドは、TOPO−P180と命名した。次に、TOPO−P180を制限酵素NdeIとHpaIによって消化し、KIAA1398の110bp−4524bpに相当する領域を含む断片を除去した。この除去領域に、KIAA1398の約4.4kbのNdeI−HpaI断片を導入し、TOPO−P180Nを構築し、大腸菌SCS110株(Stratagene社)を使用して制限酵素XbaI部位を脱メチル化した。プライマーP180kpnatg(配列番号37)とP180xbastop(配列番号38)に導入したKpnI−XbaI制限酵素部位を利用して、RRBP1をコードしている遺伝子を含むKpnI−XbaI断片を回収した。
S.cerevisiaeにおいてRRBP1を発現させるために、先に回収したKpnI−XbaI断片を大腸菌−酵母シャトルベクターYEp352(Yeast 2,p163−167(1986))に導入されたグリセルアルデヒド−3−リン酸脱水素酵素遺伝子(TDH3、GAP)プロモーター−ターミネーターカセット中のKpnI−XbaI部位にライゲーションし、得られたプラスミドをYEp352GAP−II−p180と命名した。次に、YEp352GAP−II−p180を制限酵素PvuIで消化し、GAPプロモーター−RRBP1遺伝子−GAPターミネーターを含むPvuI断片を回収した。このPvuI断片を大腸菌−酵母シャトルベクターYEp351(Yeast 2,p163−167(1986))の複製必須領域、マーカー遺伝子を含むPvuI断片と連結し、YEp351GAP−II−p180を構築した(図7)。このベクターはRRBP1遺伝子発現ユニットを保持している。
活性型HAC1遺伝子及びRRBP1遺伝子をS.cerevisiaeに一つのベクターで導入するために、活性型HAC1遺伝子及びRRBP1遺伝子共発現ベクターを構築した。実施例11で構築したYEp351GAP−II−aHAC1を制限酵素HpaIで消化した。次に、実施例12で構築したYEp352GAP−II−p180からGAPプロモーター−RRBP1遺伝子−GAPターミネーターを含むBamHI断片を回収し、両末端をT4 DNAポリメラーゼ(タカラバイオ社)で平滑化し、YEp351GAP−II−aHAC1のHpaI部位に導入した。得られたプラスミドをYEp351GAP−II−aHAC1/p180と命名した(図7)。塩基配列の解析によって、導入したGAPプロモーター−RRBP1遺伝子−GAPターミネーターを含むBamHI断片の挿入方向を決定した。このベクターは、活性型HAC1遺伝子及びRRBP1遺伝子の発現ユニットを保持している。
S.cerevisiae BY4741株(MATa Δhis3Δ leu2Δmet15Δ ura3)のコンピテントセルは、Frozen−EZ Yeast Transformation II Kit(ZYMO RESARCH社)によって調製した。S.cerevisiae BY4741株を、5mlのYPAD培地[0.04%のアデニンを含むYPD培地(Sigma社)]に接種し、終夜培養(30℃、310rpm)によって得た菌体を使用した。実施例10から実施例13によって構築した発現ベクターは、Frozen−EZ Yeast Transformation II Kit(ZYMO RESARCH社)によってS.cerevisiae BY4741株に導入し、2%の寒天を含むST寒天培地[2%のグルコース、0.04%のアデニン、0.3MのKClを含みウラシルとロイシンを欠失したYeast Nitrogen Base and Ammonium sulfate培地(Sigma社)]上で増殖した形質転換体をそれぞれ抗体発現酵母株として選抜した。
抗体重鎖と軽鎖の発現ユニットを保持するYEp352 GAP−II−alfHc/alfLcは、宿主のウラシル要求変異を相補するURA3マーカー遺伝子を有している。一方、YEp351 GAP−II(遺伝子が導入されていないコントロールベクター)、YEp351GAP−II−aHAC1(活性型HAC1発現ベクター)、YEp351GAP−II−p180(RRBP1発現ベクター)、YEp351GAP−II−aHAC1/p180(活性型HAC1遺伝子及びRRBP1共発現ベクター)は、宿主のロイシン要求変異を相補するLEU2マーカー遺伝子を有している。そこで、以下のように組み合わせて両ベクターが導入されたときのみ増殖できるように宿主に形質転換し、4種類の抗体発現酵母株を構築した。
S.cerevisiae T2K01 YEp352 GAP−II−alfHc/alfLc(URA3)YEp351 GAP−II(LEU2)
S.cerevisiae T2K02 YEp352 GAP−II−alfHc/alfLc(URA3)YEp351GAP−II−aHAC1(LEU2)
S.cerevisiae T2K03 YEp352 GAP−II−alfHc/alfLc(URA3)YEp351GAP−II−p180(LEU2)
S.cerevisiae T2K04 YEp352 GAP−II−alfHc/alfLc(URA3)YEp351GAP−II−aHAC1/p180(LEU2)
実施例14で作製したS.cerevisiae T2K01、S.cerevisiae T2K02、S.cerevisiae T2K03、S.cerevisiae T2K04株を、ST培地を用いて30℃、3日間培養した。この培養液を終濃度5%になるようにYPAD培地に接種し、30℃、3日間培養した。培養液より培養上清を調製し酵母によって分泌生産された抗体を含む試料とした。分泌生産された抗体の定量的アッセイは、サンドイッチELISA法によって行った。96wellプレートに抗TRAILレセプター抗体の抗原であるTRAILレセプター蛋白質を吸着させ、酵母試料を添加し、ペルオキシダーゼ標識ヒトIgG特異的Fc抗体(Peroxidase−Labeled Affinity Purified Antibody To Human IgG(Fc)(KPL社))とABTSペルオキシダーゼ基質(KPL社)を使用して検出した。スタンダードは、動物細胞(NSO)で生産した抗体を用いた。
図8Aに示すように、RRBP1遺伝子のみが導入されたS.cerevisiae T2K03株は、コントロール株であるS.cerevisiae T2K01株とほとんど生産性は変わらなかった。しかしながら、活性型HAC1遺伝子のみが導入されたS.cerevisiae T2K02株では、コントロール株であるS.cerevisiae T2K01株の約2倍の生産性を示した。さらに、活性型HAC1遺伝子とRRBP1遺伝子を共発現させたS.cerevisiae T2K04株では、コントロール株であるS.cerevisiae T2K01株はもとより、活性型HAC1遺伝子またはRRBP1遺伝子を単独で導入したものより顕著に高い抗体生産量を示した(コントロールの約7倍)。活性型HAC1遺伝子とRRBP1遺伝子の共発現は抗体の生産性に相乗効果以上の効果をもたらすことが確認された。
実施例14で作製したS.cerevisiae T2K01、S.cerevisiae T2K02、S.cerevisiae T2K03、S.cerevisiae T2K04株を、ST培地を用いて30℃、3日間培養した。この培養液を終濃度5%になるように10μMのPMT阻害剤(ロダニン−3−酢酸誘導体:5−[[3,4−(1−phenylmethoxy)phenyl]methylene]−4−oxo−2−thioxo−3−thiazolidineacetic acid(Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters,Vol.14,p3975,(2004)中の化合物1c))を初発添加したYPAD培地に接種し、30℃、3日間培養した。培養液より培養上清を調製し、酵母によって分泌生産された抗体を含む試料とした。実施例15と同様に、動物細胞(NSO)で生産した抗体をスタンダードとして使用したサンドイッチELISA法によって定量的アッセイを行った。
図8Bに示すように、活性型HAC1遺伝子が導入されたS.cerevisiae T2K02株と、RRBP1遺伝子が導入されたS.cerevisiae T2K03株では、明らかに、コントロール株であるS.cerevisiae T2K01株より高い生産性を示した。さらに、活性型HAC遺伝子とRRBP1遺伝子を共発現させたS.cerevisiae T2K04株では、コントロール株であるS.cerevisiae T2K01株はもとより、活性型HAC1遺伝子またはRRBP1遺伝子を単独で導入したものより顕著に高い抗体生産量を示した(コントロールの約8倍)。活性型HAC1遺伝子とRRBP1遺伝子の共発現による抗体生産への相乗効果は、O型糖鎖形成の抑制によってさらに効果が増大した。
WO2003/091431に記載のYPS1遺伝子破壊ベクターpDOMYP1をBamHIとClaIで切断して、WO2003/091431に記載のO.minuta TK5−3株(Δoch1Δura3Δade1)に電気パルス法で形質転換を行った。これらの株のYPS1遺伝子が破壊されたことを確認するために、以下のプライマーを合成した。
形質転換株から単離した染色体DNAを鋳型とし、プライマーDY5、DY3を用いて、PCR((94℃で30秒、60℃で1分、72℃で2分)×25サイクル)を行った。プラスミドがYPS1座に組み込まれた株からは、3.7kbの増幅DNA断片が検出された。選抜した株をO.minuta YK4株(Δoch1Δura3Δade1Δyps1::URA3)と命名した。O.minuta YK4株をYPD培地で定常期まで培養した後、5−フルオロオロチジン酸(5−FOA)に耐性を示す株を取得した。5−FOA耐性株の染色体DNAを鋳型とし、プライマーDY5、DY3を用いたPCR((94℃で30秒、60℃で1分、72℃で3分)×25サイクル)を行った。URA3遺伝子が欠落した株から、1.2Kbの増幅DNA断片が検出された。このΔoch1Δura3Δade1Δyps1株をO.minuta YK5株と命名した。
(1)合成抗体遺伝子発現ベクターの構築
WO2003/091431記載のpOMexGP1UをSpeI切断、平滑末端処理後、ライゲーションさせた。得られたプラスミドのSalIサイトとEcoT22Iサイトを、それぞれSpeIサイト、BamHIサイトへリンカーチェンジした。得られたプラスミドをpOMexGP1UΔSpと命名した。
抗体遺伝子は、抗TRAILレセプター抗体遺伝子(WO2002/094880)のアミノ酸配列より、O.minutaのコドン使用頻度を考慮した遺伝子をデザインし、人工合成を行った(タカラバイオ社)。軽鎖、及び重鎖遺伝子のN末端には、S.cerevisiae SUC2シグナルまたはChicken Lysozymeシグナルを付加し、更に両端に制限酵素サイト(5’側にXbaIサイト、3’側にBamHIサイト)の塩基配列を付加した(塩基配列番号51、53、55、57;アミノ酸配列番号52、54、56、58)。XbaI−BamHIで消化されたシグナルの異なる2種類の軽鎖遺伝子断片を実施例1(2)で作成されたベクターpOMexGP1Aへ導入し、得られたベクターをpOMexGPA/AbSUC、ならびにpOMexGPA/AbLysと命名した。XbaI−BamHで消化されたシグナルの異なる2種類の重鎖遺伝子断片をベクターpOMexGP1UΔSpのSpeI−BamHIサイトへ導入し、得られたベクターをpOMexGPUΔSp/AbSUCならびにpOMexGPUΔSp/AbLysと命名した。
pOMexPGHy(実施例1(3−4))を鋳型とし、DNAプライマーPGKHy−F(配列番号59)とPGKHy−R(配列番号60)を用いたPCR[94℃で30秒、55℃で30秒、72℃で1分)×20サイクル]にて、ハイグロマイシンB耐性遺伝子を増幅した。
増幅した遺伝子断片をIn−fusionキット(BD Bioscience)を用いて、SpeI−BglII消化したpOMexPGHy導入し、挿入断片の塩基配列を決定した。得られたプラスミドを鋳型とし、DNAプライマーPGKpUC−p(配列番号61)とPGKpUC−t(配列番号62)を用いたPCR[94℃で30秒、55℃で30秒、72℃で2分)×20サイクル]にて、PGKプロモーター−ハイグロマイシンB耐性遺伝子−PGKターミネーターを含む遺伝子断片を増幅した。
増幅した遺伝子断片をAsp718Iで消化したpUC118(タカラバイオ社)へ、In−fusionキット(BD Bioscience)を用いて導入し、挿入断片の塩基配列を決定した。得られたプラスミドを、PGKHyg/pUC118と命名した。pOMexGP1UΔSpをHindIII−KpnIで消化し、GAPプロモーター−ターミネーターを含むカセットを単離し、HindIII−KpnI消化したPGKHyg/pUC118へ挿入した。得られたプラスミドをGAP/HyG/pUC118と命名した。次に、pUC19(タカラバイオ社)をNdeI−EcoRI消化、平滑末端処理後、ライゲーションすることで、pUC19内部に存在するNdeI−EcoRIの領域を除去した。このプラスミドを、HindIII−SacIで消化し、GAP/HyG/pUC118から、HindIII−SacI消化で単離した、GAPプロモーター−ターミネーターと、PGKのプロモーター−ハイグロマイシンB耐性遺伝子−PGKターミネーターを持つ遺伝子断片を挿入した。得られたプラスミドを、pOMexHyと命名した。
XbaI−BamHで消化されたChicken Lysozymeシグナルが付加された抗体重鎖遺伝子断片を、SpeI−BamHI処理を施したpOMexHyへ導入し、得られたベクターをpOMexHy/AbLysと命名した。
(2)抗体遺伝子発現酵母株の作成
NotIで消化した抗体発現ベクターpOMexGPA/AbLysとpOMexGPUΔSp/AbLysを用いて、エレクトロポレーションによりO.minuta YK5株(Δoch1Δyps1Δura3Δade1)を形質転換した。なおエレクトロポレーションの条件は、WO2003/091431に記載のものを採用した。形質転換された細胞はSD寒天プレート培地[2%グルコース、0.67%酵母ニトロゲンベース(Difco社]にて選択した。単一コロニーをB2YP4G培地[1.34%酵母ニトロゲンベース(Difco社)、2%酵母エキス(Difco社)、4%ポリペプトン(Difco社)、4%グリセロール、0.1Mリン酸緩衝液(pH6.0)]を用いて、27℃、4日間培養した。培養液より培養上清を調製し、実施例7に記載の方法にてウエスタン解析を行い、抗体軽鎖および重鎖遺伝子が導入された抗体生産株を選択し、O.minuta AA1株と命名した。図9に示す通り、O.minuta AA1株は、実施例5で作成したO.minuta AO1株と比較して、著量の抗体を分泌していた。
NotIで消化した抗体発現ベクターpOMexGPA/AbSUCとpOMexGPU Δ Sp/AbSUCをWO2003/091431に記載のO.minuta TK5−3株(Δoch1Δura3Δade1)に導入し抗体発現株O.minuta YY1を得た。エレクトロポレーション法ならびに、株の選択方法は上記と同様の方法を用いた。
P.pastoris活性型HAC1遺伝子の取得は、細胞(P.pastoris GS115株)より実施例3と同様の方法で取得した。実施例3の方法にて、P.pastoris GS115株よりcDNAを合成した。このcDNAを以下に記載のDNAプライマーHACp1−1(配列番号63)及びHACp1−12(配列番号64)を用いたPCR[94℃で30秒、52℃で30秒、72℃で1分)×30サイクル]にて増幅し、pCR2.1−TOPO(インビトロジェン)にクローニング後、PCRで増幅された2種類の遺伝子断片由来の塩基配列を確認した(配列番号65、66)。
取得された2種類のcDNA断片のうち、1つ(配列番号65)はゲノム配列と一致したが、もう一方(配列番号66)は一部欠損し、短くなっており、UPRによって活性化したIre1pによりスプライシングを受けたcDNA断片であった。活性化したHAC1のcDNA全長を取得するため、下記のDNAプライマーspeHACp1F(配列番号67)及びbglHACp1R(配列番号68)と上記活性化したHAC1のcDNAが存在すると考えられるcDNAプールを用いてPCR[94℃で30秒、55℃で30秒、72℃で1分)×20サイクル]を行った。
得られた約1kb断片はP.pastoris由来活性型HAC1遺伝子の開始コドンから終始コドンまでを含んでおり(配列番号69)、これは304アミノ酸からなる活性型HAC1pのアミノ酸配列に相当する(配列番号70)。これをSpeI−BglII処理し、単離後、SpeI−BglII処理を施したpOMexPGHy(実施例1(3−4))に導入した。得られたベクターはpOMexPGHy/PpHac1と命名した。このベクターはP.pastoris由来活性型HAC1遺伝子発現ユニットを保持している。
実施例11で作成されたS.cerevisiae活性型HAC1遺伝子を含むTOPO−aHac1をテンプレートとして、DNAプライマーScHAC−XbaF(配列番号71)とDNAプライマーScHAC−BamR(配列番号72)を用いてPCR[94℃で30秒、55℃で30秒、72℃で1分)×20サイクル]でS.cerevisiae活性型HAC1遺伝子を増幅した。
これをXbaI−BamHI消化し、S.cerevisiae由来活性型HAC1をコードしている遺伝子を回収した。単離後、SpeI−BglII処理を施したpOMexPGHy(実施例1(3−4))に導入した。得られたベクターはpOMexPGHy/ScHac1と命名した。このベクターはS.cerevisiae由来活性型HAC1遺伝子発現ユニットを保持している。
(1)O.minuta、P.pastoris、S.cerevisiae活性型HAC1遺伝子が導入されたO.minuta株の作成
実施例18にて育種した抗体生産株O.minuta AA1株に、Aor51HIで消化したO.minuta由来活性型HAC1遺伝子発現ベクターpOMexPGHy/Hac1、P.pastoris由来活性型HAC1遺伝子発現ベクターpOMexPGHy/PpHac1、およびS.cerevisiae由来活性型HAC1遺伝子発現ベクターpOMexPGHy/ScHac1を上記エレクトロポレーション法によって導入した。各形質転換株の活性型HAC1遺伝子の導入は、ハイグロマイシンBを50μg/mlとなるよう添加したYPD寒天プレート培地にて選択し、培養後、ゲノムを抽出し、O.minuta由来活性型HAC1遺伝子発現ベクターpOMexPGHy/Hac1については、実施例3記載のDNAプライマーSpeHAC1F(配列番号20)とbglHAC1R(配列番号21)を用いたPCRにて確認した。P.pastoris由来活性型HAC1遺伝子については、上記のDNAプライマーspeHACp1F(配列番号67)とbglHACp1R(配列番号68)、S.cerevisiae由来活性型HAC1遺伝子については、DNAプライマーScHAC−XbaF(配列番号71)とScHAC−BamR(配列番号72)を用いたPCR[94℃で30秒、55℃で30秒、72℃で1分)×30サイクル]にて確認した。得られた株をO.minuta AA2omH株、O.minuta AA2ppH株及びO.minuta AA2scH株と命名した。同時にコントロールとしてAor51HIで消化したpOMexPGHyをO.minuta AA1株に導入し、O.minuta AA2Hy株を得た。
(2)HAC1遺伝子導入抗体生産株による抗体の分泌確認
上記(1)で作成されたHAC1遺伝子導入抗体生産株、O.minuta AA2omH株、O.minuta AA2ppH株、O.minuta AA2scH株ならびにO.minuta AA2Hy株を実施例18(2)に示した方法で培養し、非還元条件化でのウエスタン解析を行った。その結果、図10に示す通り、O.minuta AA2omH株、O.minuta AA2ppH株、O.minuta AA2scH株は、上記(1)で作成したコントロールのO.minuta AA2Hy株と比較して、抗体分子への糖鎖の付加が見られ、抗体H2L2会合体の顕著な分泌促進効果は認められなかったが、宿主と異なる種由来のHAC1遺伝子を導入しても同様の生産効果が期待できると考えられた。
(3)HAC1遺伝子導入O.minuta抗体生産株による分泌抗体の生産性(TR−FRETを原理としたホモジニアス分析による定量)
12μlの0.97μg/ml LANCE Eu−W1024 labeled anti−human IgG(PerkinElmer社)、8.3ug/ml Biotin−conjugated mouse anti−human IgG(BD Bioscience社)、16.7ug/ml Surelight APC streptavidin(PerkinElmer社)、10%ブロックエース(大日本製薬社)を含む20mM トリス塩酸緩衝液(pH7.2)を96ウエル・ハーフエリアプレート(CORNING社)に加え、上記(2)にて調製された培養液を適宜、10%ブロックエースを含む20mM トリス塩酸緩衝液(pH7.2)で希釈したサンプルを2μl入れ攪拌した。室温、暗所で1時間反応後、EnVision(PerkinElmer社)を用いて、蛍光を測定した。665nm/615nmの値より会合抗体生産量を測定した。スタンダードとして、動物細胞(CHO)にて生産した抗体を用いた。図11に示す通り、活性化HAC1遺伝子が導入されたO.minuta AA2omH株、O.minuta AA2ppH株、O.minuta AA2scH株にて、O.minuta AA2Hy株と比較して、顕著な抗体の分泌促進は認められなかったが、宿主と異なる種由来のHAC1遺伝子を導入しても同様の生産効果が期待できると考えられた。
(4)PMT阻害剤(1c)を用いたHAC1遺伝子が導入されたO.minuta株による抗体生産
O.minuta AA2omH株、O.minuta AA2ppH株、O.minuta AA2scH株、およびO.minuta AA2Hy株を5mlのB2YP4G培地に1白金耳、植菌し27℃、1日間培養後、OD600が10になるようにB2YP4G培地にて希釈し、実施例9に記載のPMT阻害剤(1c;原液濃度10mM)を2μMとなるように添加した。更に27℃、3日間培養し、24時間毎にOD600を測定し、OD600の1増加につき0.04μMづつPMT阻害剤(1c)を添加した。培養液より培養上清を調製し、実施例21(3)に記載の方法にて、抗体生産量を測定した。その結果を、図11に示す。活性化HAC1遺伝子が導入されたO.minuta AA2omH株、O.minuta M2ppH株、O.minuta AA2scH株にて、PMT阻害剤を添加して培養することで、コントロールに当たるO.minuta AA2Hy株と比較して、抗体の分泌促進効果を認めた。
以上のように、異種のHAC1遺伝子を用いても、抗体の分泌促進効果を有することが認められた。
O.minuta由来PMT1遺伝子の取得は、O.minuta IFO10746株の染色体DNAを鋳型とし、DNAプライマーPM1−5(配列番号73)、PM1−3(配列番号74)を用いて、PCR[94℃で30秒、55℃で1分、72℃で2分)X25サイクル]を行った。
増幅された約2.4kbのDNA断片を回収し、TOPO TA Cloning Kitを用いてクローニングした。得られたクローンよりプラスミドDNAを単離し、挿入断片の塩基配列(配列番号75)を決定することで、プラスミドの挿入DNA断片に、S.cerevisiae由来のPMT1遺伝子のアミノ酸配列と高い相同性を持つアミノ酸配列(配列番号76)をコードする塩基配列を有するクローンを選抜した。単離されたプラスミドをpOmPM1と命名した。
またO.minuta由来PMT2遺伝子については、DNAプライマーPM2−5(配列番号77)、PM2−3(配列番号78)を用い、PMT4遺伝子については、DNAプライマーPM4−5(配列番号79)、PM4−3(配列番号80)を用い、PMT5遺伝子については、DNAプライマーPM5−5(配列番号81)、PM5−3(配列番号82)を用い、PMT6遺伝子については、DNAプライマーPM6−5(配列番号83)、PM6−3(配列番号84)を用い、PMT1遺伝子と同様の方法にて取得し、PMT2遺伝子(塩基配列:配列番号85.アミノ酸配列:配列番号86)、PMT4遺伝子(塩基配列:配列番号87.アミノ酸配列:配列番号88)、PMT5遺伝子(塩基配列:配列番号89、アミノ酸配列:配列番号90)および、PMT6遺伝子(塩基配列:配列番号91、アミノ酸配列:配列番号92)を含むプラスミドを、それぞれpOmPM2、pOmPM4、pOmPM5およびpOmPM6と命名した。
(1)PMT遺伝子分断ベクターの作成
(1−1)PMT1遺伝子分断ベクターの作成
実施例22で得られたpOmPM1を用いて、PMT1遺伝子の部分配列を単離するため、以下のDNAプライマーPMT1hIII(配列番号93)、PMT1Kp(配列番号94)を用いて、PCR[94℃で30秒、55℃で30秒、72℃で2分)×15サイクル]を行った。
増幅された約1.6kbのDNA断片をHindIII−KpnIで消化し回収した。次にpPICZ α(Invitrogen)をBglII消化し、平滑末端処理後、HindIIIリンカーを挿入、さらにBamHI消化し、平滑末端処理後、KpnIリンカーを挿入した。得られたプラスミドをpZ−Hd−Kpと命名した。pZ−Hd−KpをHindIII−KpnIで消化し、ゼオシン耐性遺伝子を含む2.0kbのDNA断片を単離後、上記PCRにて増幅されたPMT1遺伝子部分配列を挿入した。挿入されたPMT1遺伝子の部分配列の塩基配列を決定した後、得られたプラスミドをpOmPM1dZと命名した。pOmPM1dZはO.minuta PMT1遺伝子の構造遺伝子(CDS)部分とプロモーター領域を分断し、PMT1遺伝子の転写を抑制することができる。一方、実施例18にて作成したpOMexGPUΔSpをHindIII−KpnIで消化し、GAPプロモーターとターミネーターを含む遺伝子断片を回収後、上記HindIII−KpnIで消化した、ゼオシン耐性遺伝子を含む2.0kbのDNA断片へ挿入した。得られたプラスミドをGAP/Zと命名した。
(1−2)PMT2遺伝子分断ベクターの作成
実施例22で得られたpOmPM2を用いて、PMT2遺伝子の部分配列を単離するため、以下のDNAプライマーPMT2hIII(配列番号95、PMT2Kp(配列番号96)を用いて、PCR[94℃で30秒、55℃で30秒、72℃で2分)×15サイクル]を行った。
増幅された約1.5kbのDNA断片を回収し、HindIII−KpnIで消化し回収した。得られたDNA断片は、pZ−Hd−KpをHindIII−KpnI処理することで単離されたゼオシン耐性遺伝子を含む2.0kbのDNA断片に挿入後、挿入されたPMT2遺伝子の部分配列の塩基配列を決定した。得られたプラスミドをpOmPM2dZと命名した。pOmPM2dZはO.minuta PMT2遺伝子の構造遺伝子(CDS)部分とプロモーター領域を分断し、PMT2遺伝子の転写を抑制することができる。
(1−3)PMT4遺伝子分断ベクターの作成
実施例22で得られたpOmPM4を用いて、PMT4遺伝子の部分配列を単離するため、以下のDNAプライマーPMT4FHdinf(配列番号97、PMT4RKpinf(配列番号98)を用いて、PCR[94℃で30秒、55℃で30秒、72℃で2分)×15サイクル]を行った。
得られた約1.5kbのDNA断片を、pZ−Hd−KpからHindIII−KpnI処理によって単離された、ゼオシン耐性遺伝子を含む2.0kbのDNA断片へ、In−fusionキット(BD Bioscience社)を用いて導入した。挿入されたPMT4遺伝子の部分配列の塩基配列を決定した後、得られたプラスミドをpOmPM4dZと命名した。
(2)PMT遺伝子破壊ベクターの作成
(2−1)PMT5遺伝子破壊ベクターの作成
WO2003/091431に記載のO.minutaのURA3構造遺伝子の前後に約0.8kbの反復配列を有する遺伝子断片を含むpROMU1をHindIII消化、平滑末端処理後、BamHIリンカーを挿入した。得られたベクターをBamHI−BglII消化し、反復配列ならびにO.minutaのURA3遺伝子を含む約3.3kbの断片を、BamHIで消化したpBluescriptKS−(Stratagene)に導入した。得られたベクターをrURApBKSと命名した。
O.minuta IFO10746株の染色体DNAを鋳型とし、DNAプライマーPMT5maeF2(配列番号99)とPMT5maeR(配列番号100)を用いて、PCR[94℃で30秒、55℃で1分、72℃で2分)×25サイクル]を行った。増幅された約1.5bkのDNA断片を回収し、BamHI−HindIIIで消化したrURApBKSへIn−fusionキット(BD Bioscience)を用いて導入し、挿入された遺伝子断片の塩基配列を決定した。得られたベクターをPMT5K/O/rURA3preと命名した。
O.minuta IFO10746株の染色体DNAを鋳型とし、DNAプライマーPMT5ushiroF(配列番号101)とPMT5ushiroR(配列番号102)を用いて、PCR[94℃で30秒、55℃で1分、72℃で2分)×25サイクル]を行った。増幅された約1.5bkのDNA断片を回収し、NotIで消化したPMT5K/O/rURA3preへIn−fusionキット(BD Bioscience)を用いて導入し、挿入された遺伝子断片の塩基配列を決定した。得られたベクターをPMT5K/O/rURA3と命名した。
(2−2)PMT6遺伝子破壊ベクターの作成
O.minuta IFO10746株の染色体DNAを鋳型とし、DNAプライマーPMT6inf5’armF(配列番号103)とPMT6inf5’armR(配列番号104)を用いて、PCR[94℃で30秒、55℃で2分、72℃で2分)×25サイクル]を行った。増幅された約2.8kbのDNA断片を回収し、BamHIで消化したrURApBKSへIn−fusionキット(BD Bioscience)を用いて導入し、挿入された遺伝子断片の塩基配列を決定した。得られたベクターをPMT6K/O/rURA3preと命名した。
O.minuta IFO10746株の染色体DNAを鋳型とし、DNAプライマーPMT6inf3’armF(配列番号105)とPMT6inf3’armR2(配列番号106)を用いて、PCR[94℃で30秒、55℃で2分、72℃で2分)×25サイクル]を行った。増幅された約2.5kbのDNA断片を回収し、NotI−SacIIで消化したPMT6K/O/rURA3preへIn−fusionキット(BD Bioscience)を用いて導入し、挿入された遺伝子断片の塩基配列を決定した。得られたベクターをPMT6K/O/rURA3と命名した。
(1)PMT遺伝子が分断されたO.minuta抗体生産株の作成
実施例18にて育種した抗体生産株O.minuta YY1株に、実施例23にて作成されたPMT遺伝子分断ベクターについて、PMT1遺伝子分断ベクターについてはPstI、PMT2遺伝子分断ベクターについてはXhoI、PMT4遺伝子分断ベクターについてはHindIIIにて消化し、上記エレクトロポレーション法によって導入した。形質転換株のPMT遺伝子の分断の確認は、Zeocineを50μg/mlとなるよう添加したYPD寒天プレート培地にて選択し、培養後、ゲノムを抽出し、PMT1遺伝子については、Zeo1(配列番号107)とPMT1zeo1(配列番号109)の組み合わせと、Zeo2(配列番号108)とPMT1zeo2(配列番号110)の組み合わせのDNAプライマー、PMT2遺伝子については、Zeo1(配列番号107)とPMT2zeo1(配列番号111)の組み合わせと、Zeo2(配列番号108)とPMT2zeo2(配列番号112)の組み合わせのDNAプライマー、PMT4遺伝子については、Zeo1(配列番号107)とPMT4PCR3’armF(配列番号113)の組み合わせと、Zeo2(配列番号108)とPMT4PCR5’armR3(配列番号114)の組み合わせのDNAプライマー用いたPCR[94℃で30秒、55℃で30秒、72℃で1分)×30サイクル]にて分断ベクター導入による各PMT遺伝子の分断を確認した。
得られた株をそれぞれ、O.minuta YY2P1株(PMT1遺伝子分断)、O.minuta YY2P2株(PMT2遺伝子分断)及びO.minuta YY2P4株(PMT4遺伝子分断)と命名した。同時にコントロールとしてSse8387I消化したGAP/ZをO.minuta YY1株に導入し、Zeocine耐性株を選択することでO.minuta YY2Z株を得た。
(2)PMT遺伝子が分断されたO.minuta抗体生産株による分泌抗体の生産性
上記(1)で作成された各PMT遺伝子分断抗体生産株を実施例18(2)に示した方法で培養し、ウエスタン解析を行った。その結果、図12および図14に示す通り、PMT1遺伝子が分断されたO.minuta YY2P1株、PMT2遺伝子が分断されたO.minuta YY2P2株、およびPMT4遺伝子が分断されたO.minuta YY2P4株では、上記(1)で作成したO.minuta YY2Z株と比較して、抗体会合体分泌量の若干の増加を確認した(図12:レーン3、レーン6、図14:レーン3)。
(3)PMT遺伝子が分断されたO.minuta抗体生産株による分泌抗体の生産性(TR−FRETを原理としたホモジニアス分析による定量)
実施例21(3)に記載の方法にて、上記(2)にて調製された培養液中の抗体生産量を測定した。スタンダードとして、動物細胞(CHO)にて生産した抗体を用いた。図13および図15に示す通り、PMT1遺伝子が分断されたO.minuta YY2P1株、PMT2遺伝子が分断されたO.minuta YY2P2株、およびPMT4遺伝子が分断されたO.minuta YY2P4株では、上記(1)で作成したO.minuta YY2Z株と比較して、抗体会合体分泌量の若干の増加を確認した(図13:YY2P1、YY2P2、図15:YY2P4)。
(4)PMT5ならびにPMT6破壊株の作成と評価
(4−1)O.minuta PMT5遺伝子破壊株(Δoch1Δyps1Δura3Δade1Δpmt5)の作成
実施例23(2−1)にて作成したPMT5遺伝子破壊ベクターPMT5K/O/rURA3をHindIIIで消化後、実施例17にて作成した、Ogataea minuta YK5株(Δoch1Δura3Δade1Δyps1)へ、電気パルス法にて形質転換を行った。これらの株のPMT5遺伝子が破壊されたことを確認するために、以下のプライマーを合成した。
形質転換株から単離した染色体DNAを鋳型とし、プライマーgPMT5−5(配列番号115)とgPMT5−2(配列番号116)を用いて、PCR((94℃で30秒、60℃で1分、72℃で2分)×25サイクル)を行った。プラスミドがPMT5座に組み込まれた株からは、4.9kbの増幅DNA断片が検出された。同様に、形質転換株から単離した染色体DNAを鋳型とし、プライマーgPMT5−3(配列番号117)とgPMT5−4(配列番号118)を用いて、PCR((94℃で30秒、60℃で1分、72℃で2分)×25サイクル)を行った。プラスミドがPMT5座に組み込まれた株からは、4.9kbの増幅DNA断片が検出された。選抜した株をO.minuta YK6株(Δoc1Δura3Δade1Δyps1Δpmt5::URA3)と命名した。
(4−2)O.minutaPMT6遺伝子破壊株(Δoch1Δyps1Δura3Δade1Δpmt6)の作成
実施例23(2−2)にて作成したPMT6遺伝子破壊ベクターPMT6K/O/rURA3をBamHI−NotIで消化後、実施例17にて作成した、O.minuta YK5株(Δoch1Δura3Δade1Δyps1)へ、電気パルス法にて形質転換を行った。これらの株のPMT6遺伝子が破壊されたことを確認するために、以下のプライマーを合成した。
形質転換株から単離した染色体DNAを鋳型とし、プライマーPMT6 PCR3’armF(配列番号119)とPMT6 PCR3’armR(配列番号120)を用いて、PCR((94℃で30秒、60℃で1分、72℃で2分)×25サイクル)を行った。プラスミドがPMT6座に組み込まれた株からは、5.8kbの増幅DNA断片が検出された。同様に、形質転換株から単離した染色体DNAを鋳型とし、プライマーPMT6 PCR5’armF(配列番号121)とPMT6 PCR5’armR(配列番号122)を用いて、PCR((94℃で30秒、60℃で1分、72℃で2分)×25サイクル)を行った。プラスミドがPMT6座に組み込まれた株からは、6.3kbの増幅DNA断片が検出された。選抜した株をO.minuta YK7株(Δoch1Δura3Δade1Δyps1Δpmt6::URA3)と命名した。
(5)PMT5ならびにPMT6遺伝子が破壊されたO.minuta抗体生産株の作成
NotIで消化した抗体発現ベクターpOMexGPA/AbLys(実施例18(1)で作成)とSse8387Iで消化した抗体発現ベクターpOMexHy/AbLys(実施例18(1)で作成)を用いて、エレクトロポレーションによりO.minuta YK6株(Δoch1Δyps1Δura3Δade1Δpmt5::rURA3)ならびにO.minuta YK7株(Δoch1Δyps1Δura3Δade1Δpmt6::rURA3)を形質転換した。形質転換された細胞はハイグロマイシンBが50μg/mlとなるよう添加されたSD寒天プレート培地(2%グルコース、0.67%酵母ニトロゲンベース〔Difco社〕)にて選択した。単一コロニーをB2YP4G培地[1.34%酵母ニトロゲンベース(Difco社)、2%酵母エキス(Difco社)、4%ポリペプトン(Difco社)、4%グリセロール、0.1Mリン酸緩衝液(pH6.0)]を用いて、27℃、4日間培養した。培養液より培養上清を調製し、実施例7に記載の方法にてウエスタン解析を行い、抗体軽鎖および重鎖遺伝子が導入された抗体生産株を選択した。得られた株はそれぞれ、O.minuta AP5株(PMT5遺伝子破壊株)ならびO.minuta AP6株(PMT6遺伝子破壊株)と命名した。一方、コントロールとして、NotIで消化した抗体発現ベクターpOMexGPA/AbLysとSse8387Iで消化したpOMexHy/AbLysをエレクトロポレーションによって、O.minuta YK4株(Δoch1Δura3Δade1Δyps1::rURA3)へ導入し、上記の方法と同様に抗体発現株を作成、選択した。得られた株は、O.miuta Acon株と命名した。
(6)PMT5ならびにPMT6遺伝子が破壊されたO.minuta抗体生産株による分泌抗体の生産性
PMT5遺伝子破壊株であるO.minuta AP5株、PMT6遺伝子破壊株であるO.minuta AP6株、ならびにO.minuta Acon株を実施例18(2)に示した方法で培養し、非還元ウエスタン解析を行った。また培養液を実施例21(3)に記載の方法にて、抗体生産量を測定した。スタンダードとして、動物細胞(CHO)にて生産した抗体を用いた。その結果、図16に示すとおり、O.minuta AP5株、ならびにO.minuta AP6株とコントロールに当たるO.minuta Acon株とで抗体の会合体の生産性に大差はなかった。
(1)PMT遺伝子が分断され、かつHAC1遺伝子が導入されたO.minuta株の作成
実施例24(1)で作成された、O.minutaYY2P2株(PMT2遺伝子分断株)、O.minuta YY2P4株(PMT4遺伝子分断株)、およびO.minuta YY2Z株(コントロール株)に、実施例3にて作成されたO.minuta由来活性型HAC1遺伝子発現ベクターpOMexPGHy/Hac1をAor51HIで消化し、上記エレクトロポレーション法によって導入した。形質転換株の活性化HAC1遺伝子の導入は、ハイグロマイシンBを50μg/mlとなるよう添加したYPD寒天プレート培地にて選択し、培養後、ゲノムを抽出し、活性型HAC1遺伝子の導入を、実施例6の方法に従い、PCRにて確認した。得られた株をO.minuta YY3P2omH株(HAC1遺伝子導入PMT2遺伝子分断株)、O.minuta YY3P4omH株(HAC1遺伝子導入PMT4遺伝子分断株)、およびO.minuta YY3ZomH株(HAC1遺伝子導入コントロール株)と命名した。同時にコントロールとしてAor51HIで消化したpOMexPGHyをO.minuta YY2Z株に導入し、O.minuta YY3ZHy株(ベクター導入コントロール株)を得た。
(2)PMT遺伝子が分断され、かつHAC1遺伝子が導入されたO.minuta株による分泌抗体の生産性
上記(1)で作成された、HAC1遺伝子が導入された各PMT遺伝子分断抗体生産株を実施例18(2)に示した方法で培養し、ウエスタン解析を行った。その結果、図12および図14に示す。HAC1遺伝子が導入されたPMT2遺伝子分断株である、O.minuta YY3P2omH株は、HAC1遺伝子単独導入株であるO.minuta YY3ZomH株ならびに、PMT2分断株であるO.minuta YY2P2株と比較して、著量の抗体を分泌していた(図12:レーン7)。また、HAC1遺伝子が導入されたPMT4遺伝子分断株であるO.minuta YY3P4omH株は、HAC1遺伝子単独導入株であるO.minuta YY3ZomH株ならびに、PMT4分断株であるO.minuta YY2P4株と比較して、著量の抗体を分泌していた(図14:レーン6)。
また培養液を実施例8および実施例21(3)に記載の方法にて、抗体生産量を測定した。スタンダードとして、動物細胞(CHO)にて生産した抗体を用いた。その結果、図13および図15に示す。HAC1遺伝子が導入されたPMT2遺伝子分断株であるO.minuta YY3P2omH株は、コントロールにあたるO.minuta YY3ZomH株(HAC1遺伝子単独導入株)、O.minuta YY2P2株(PMT2遺伝子分断株)および、O.minuta YY3ZHy株(ベクター導入コントロール株)と比較して、著量の会合抗体を分泌していた(図13:O.minuta YY3P2omH株)。また、HAC1遺伝子が導入されたPMT4遺伝子分断株であるO.minuta YY3P4omH株は、コントロールにあたるO.minuta YY3ZomH株(HAC1遺伝子単独導入株)、O.minuta YY2P4株(PMT4遺伝子分断株)および、O.minuta YY3ZHy株(ベクター導入コントロール株)と比較して、著量の会合抗体を分泌していた(図15:O.minuta YY3P4omH株)。
上記実施例25(1)で作成された、HAC1遺伝子が導入された各PMT遺伝子分断抗体生産株を5mlのB2YP4G培地に1白金耳、植菌し27℃、1日間培養後、OD600が10になるようにB2YP4G培地にて希釈し、実施例9に記載のPMT阻害剤(1c;原液濃度0.1、0.5、2.5、10mM)を0.016、0.08、0.4、2.0μMとなるように添加した。更に27℃、3日間培養し、24時間毎にOD600を測定し、OD600の1増加につき0.00032、0.0016、0.008、0.04μMづつPMT阻害剤(1c)を添加した。培養液より培養上清を調製し、実施例18(2)に示した方法でウエスタン解析を行った。その結果を、図17に示す。更に実施例21(3)に記載の方法にて、分泌抗体の生産性を定量した。その結果を、図18に示す。O.minuta YY3P2omH株(HAC1遺伝子導入PMT2遺伝子分断株)では、PMT阻害剤濃度をOD600の1増加につき、0.008μM程度添加(原液濃度2.5mM)した場合に最も抗体の生産性が高く、O.minuta YY3P4omH株(HAC1遺伝子導入PMT4遺伝子分断株)ではPMT阻害剤をOD600の1増加につき0.04μM程度添加(原液濃度10mM)した場合が最も抗体の生産性が高かった。PMT遺伝子の発現抑制とPMT阻害剤の併用で、糖鎖付加が強力に抑制されていると考えられる。HAC1導入株の糖鎖付加を抑制するには、PMT遺伝子の発現抑制とPMT阻害剤の併用によるPMTタンパク質の活性阻害により、会合体抗体のさらなる高生産が期待できる。
抗体遺伝子導入株であるO.minuta YY1株を5mlのB2YP4G培地に1白金耳、植菌し27℃、1日間培養後、OD600が10になるようにB2YP4G培地にて希釈し、実施例9に記載のPMT阻害剤(1c)とは異なったPMT阻害剤({(5Z)−4−oxo−5−[3−(1−phenylethoxy)−4−(2−phenylethoxy)benzylidene]−2−thioxo−1,3−thiazolidin−3−yl}acetic acid(Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters,Vol.14,p3975,(2004)中の化合物5a))を1μMとなるよう添加した。更に27℃、3日間培養し、24時間毎にOD600を測定し、OD600の1増加につき0.02μMづつ添加した。培養液より培養上清を調製し、実施例18(2)に示した方法でウエスタン解析、及び実施例21(3)に記載の方法にて、分泌抗体の生産性を定量した。その結果を図19及び図20に示す。抗体会合体の生産性は、新たに検討したPMT阻害剤(5a)を添加することによっても、増加する傾向にあり、実施例9に記載のPMT阻害剤(1c)と同等の効果を持つと考えられた。
[配列表]
Claims (34)
- 活性型HAC1遺伝子とRRBP1遺伝子を有する形質転換酵母。
- 以下の(1)の活性型HAC1遺伝子と(2)のRRBP1遺伝子を有する、請求項1に記載の形質転換酵母。
(1)下記の(a)〜(d)から選択される活性型HAC1遺伝子:
(a)配列番号23に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子
(b)配列番号23に示すアミノ酸配列と少なくとも95%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつUnfolded Protein Response (UPR)を活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子
(c)配列番号23に示すアミノ酸列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換、および/または付加されたアミノ酸配列からなり、かつUPRを活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子
(d)配列番号22に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつUPRを活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子
(2)下記の(e)〜(h)から選択されるRRBP1遺伝子:
(e)ヒト由来またはイヌ由来のRRBP1をコードする遺伝子
(f)ヒト由来またはイヌ由来のRRBP1のアミノ酸配列と少なくとも95%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつリボソーム結合活性を有するタンパク質をコードする遺伝子
(g)ヒト由来またはイヌ由来のRRBP1のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換、および/または付加されたアミノ酸配列からなり、かつリボソーム結合活性を有するタンパク質をコードする遺伝子
(h)ヒト由来またはイヌ由来のRRBP1遺伝子の塩基配列と相補的な塩基配列からなる遺伝子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつリボソーム結合活性を有するタンパク質をコードする遺伝子 - 以下の(1)の活性型HAC1遺伝子と(2)のRRBP1遺伝子を有する、請求項1に記載の形質転換酵母。
(1)下記の(i)〜(l)から選択される活性型HAC1遺伝子:
(i)Saccharomyces cerevisiae、Trichoderma reesei、またはAspergillus nidulansの活性型HAC1タンパク質をコードする遺伝子
(j)Saccharomyces cerevisiae、Trichoderma reesei、またはAspergillus nidulans の活性型HAC1タンパク質のアミノ酸配列と少なくとも95%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつUPRを活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子
(k)Saccharomyces cerevisiae、Trichoderma reesei、またはAspergillus nidulans の活性型HAC1タンパク質のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換、および/または付加されたアミノ酸配列からなり、かつUPRを活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子
(l)Saccharomyces cerevisiae、Trichoderma reesei、またはAspergillus nidulansの活性型HAC1タンパク質をコードする遺伝子の塩基配列と相補的な塩基配列からなる遺伝子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつUPRを活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子
(2)下記の(e)〜(h)から選択されるRRBP1遺伝子:
(e)ヒト由来またはイヌ由来のRRBP1をコードする遺伝子
(f)ヒト由来またはイヌ由来のRRBP1のアミノ酸配列と少なくとも95%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつリボソーム結合活性を有するタンパク質をコードする遺伝子
(g)ヒト由来またはイヌ由来のRRBP1のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換、および/または付加されたアミノ酸配列からなり、かつリボソーム結合活性を有するタンパク質をコードする遺伝子
(h)ヒト由来またはイヌ由来のRRBP1遺伝子の塩基配列と相補的な塩基配列からなる遺伝子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつリボソーム結合活性を有するタンパク質をコードする遺伝子 - 酵母がメタノール資化性酵母である、請求項1から3のいずれかに記載の形質転換酵母。
- メタノール資化性酵母がOgataea minutaである、請求項4に記載の形質転換酵母。
- 酵母がSaccharomyces cerevisiaeである、請求項1から3のいずれかに記載の形質転換酵母。
- 外来タンパク質をコードする遺伝子を導入した、請求項1から6のいずれかに記載の形質転換酵母。
- 外来タンパク質が多量体タンパク質である、請求項7に記載の形質転換酵母。
- 多量体タンパク質がヘテロ多量体である、請求項8に記載の形質転換酵母。
- ヘテロ多量体が抗体またはその機能的断片である、請求項9に記載の形質転換酵母。
- 請求項7から10のいずれかに記載の形質転換酵母を培地に培養し、培養物から目的タンパク質を採取することを特徴とする、タンパク質の製造方法。
- 培養をProtein O-mannosyltransferase (PMT)活性を抑制する条件下で行うことを特徴とする、請求項11に記載の製造方法。
- Protein O-mannosyltransferase (PMT)活性の抑制が、培地にPMT活性阻害剤を添加することにより行われる、請求項12に記載の製造方法。
- 活性型HAC1遺伝子とRRBP1遺伝子を含む酵母用発現ベクター。
- 活性型HAC1遺伝子が、下記の(a)から(d)のいずれかの遺伝子である、請求項14に記載の酵母用発現ベクター。
(a)配列番号23に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子
(b)配列番号23に示すアミノ酸配列と少なくとも95%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつUnfolded Protein Response (UPR)を活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子
(c)配列番号23に示すアミノ酸列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換、および/または付加されたアミノ酸配列からなり、かつUPRを活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子
(d)配列番号22に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつUPRを活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子 - 活性型HAC1遺伝子が、Saccharomyces cerevisiae、Trichoderma reesei、またはAspergillus nidulansの活性型HAC1タンパク質をコードする遺伝子、またはそれらの相同遺伝子である、請求項14に記載の酵母用発現ベクター。
- YEp351GAP-II-aHAC1/p180である、請求項14に記載の酵母用発現ベクター。
- RRBP1遺伝子が、ヒト若しくはイヌ由来のRRBP1遺伝子、またはそれらの相同遺伝子である、請求項14に記載の酵母用発現ベクター。
- 請求項14から18のいずれかに記載の酵母用発現ベクターを導入した形質転換酵母。
- 活性型HAC1遺伝子を含む発現ベクター、及びRRBP1遺伝子を含む発現ベクターを導入した形質転換酵母。
- 活性型HAC1遺伝子を含む発現ベクターが、下記の(a)から(d)のいずれかの遺伝子を含む発現ベクターまたはpOMexPGHy/Hac1である、請求項20に記載の形質転換酵母。
(a)配列番号23に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子
(b)配列番号23に示すアミノ酸配列と少なくとも95%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつUnfolded Protein Response (UPR)を活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子
(c)配列番号23に示すアミノ酸列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換、および/または付加されたアミノ酸配列からなり、かつUPRを活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子
(d)配列番号22に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつUPRを活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子 - 活性型HAC1遺伝子が、Saccharomyces cerevisiae、Trichoderma reesei、またはAspergillus nidulansの活性型HAC1タンパク質をコードする遺伝子、またはそれらの相同遺伝子である、請求項20に記載の形質転換酵母。
- RRBP1遺伝子が、ヒト若しくはイヌ由来のRRBP1遺伝子、またはそれらの相同遺伝子である、請求項20に記載の形質転換酵母。
- 以下の工程を含む、形質転換された酵母の製造方法。
(A)宿主細胞に対して、活性型HAC1遺伝子を導入する工程
(B)宿主細胞に対して、RRBP1遺伝子を導入する工程 - 活性型HAC1遺伝子が、以下のいずれかの遺伝子である、請求項24に記載の製造方法:
(1)下記の(a)から(d)のいずれかの遺伝子
(a)配列番号23に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子
(b)配列番号23に示すアミノ酸配列と少なくとも95%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつUnfolded Protein Response (UPR)を活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子
(c)配列番号23に示すアミノ酸列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換、および/または付加されたアミノ酸配列からなり、かつUPRを活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子
(d)配列番号22に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつUPRを活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子
(2)Saccharomyces cerevisiae、Trichoderma reesei、またはAspergillus nidulansの活性型HAC1タンパク質をコードする遺伝子
(3)Saccharomyces cerevisiae、Trichoderma reesei、またはAspergillus nidulansの活性型HAC1タンパク質のアミノ酸配列と少なくとも95%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつUPRを活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子
(4)Saccharomyces cerevisiae、Trichoderma reesei、またはAspergillus nidulansの活性型HAC1タンパク質のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換、および/または付加されたアミノ酸配列からなり、かつUPRを活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子
(5)Saccharomyces cerevisiae、Trichoderma reesei、またはAspergillus nidulansの活性型HAC1タンパク質をコードする遺伝子の塩基配列と相補的な塩基配列からなる遺伝子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつUPRを活性化させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子 - RRBP1遺伝子が以下のいずれかの遺伝子である、請求項24に記載の製造方法:
(1)ヒト由来またはイヌ由来のRRBP1をコードする遺伝子
(2)ヒト由来またはイヌ由来のRRBP1のアミノ酸配列と少なくとも95%以上の相同性を有するアミノ酸配列で表され、かつリボソーム結合活性を有するタンパク質をコードする遺伝子
(3)ヒト由来またはイヌ由来のRRBP1のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換、および/または付加されたアミノ酸配列で表され、かつリボソーム結合活性を有するタンパク質をコードする遺伝子
(4)ヒト由来またはイヌ由来のRRBP1遺伝子の塩基配列と相補的な塩基配列からなる遺伝子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつリボソーム結合活性を有するタンパク質をコードする遺伝子 - 酵母がメタノール資化性酵母である、請求項24から26のいずれかに記載の製造方法。
- メタノール資化性酵母がOgataea minutaである、請求項27に記載の製造方法。
- 酵母がSaccharomyces cerevisiaeである、請求項24から26のいずれかに記載の製造方法。
- O型糖鎖合成を抑制する条件下で、活性型HAC1遺伝子及びRRBP1遺伝子と外来タンパク質をコードする遺伝子とを導入した形質転換酵母を培地に培養し、培養物から目的タンパク質を採取することを特徴とする、タンパク質の製造方法。
- O型糖鎖合成の抑制が、PMT遺伝子を分断することにより行われる、請求項30に記載のタンパク質の製造方法。
- O型糖鎖合成の抑制が、PMT活性阻害剤を培地に添加することにより行われる、請求項30に記載のタンパク質の製造方法。
- O型糖鎖合成の抑制が、PMT遺伝子を分断し、かつ、PMT活性阻害剤を培地に添加することにより行われる、請求項30に記載のタンパク質の製造方法。
- PMT活性阻害剤が、5-[[3,4-(1- phenylmethoxy)phenyl]methylene]-4-oxo-2-thioxo-3-thiazolidineacetic acidまたは{(5Z)-4-oxo-5-[3-(1-phenylethoxy)-4-(2-phenylethoxy)benzylidene]-2-thioxo-1,3-thiazolidin-3-yl}acetic acidである、請求項32または33に記載のタンパク質の製造方法。
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