【発明の詳細な説明】
ヌクレオチドインテグラーゼを使用するDNA切断方法
背景
近年、多数の方法がDNAを操作するために開発されてきた。これらの方法のい
くつかは、DNAを切断(cut)、または切断(cleave)する生体分子を使用し、これら
はいくつかの場合において基質DNAを非機能性にする。他の方法は、核酸の新た
な断片のDNA基質の切断部位への挿入を容易にするために生体分子を使用する。
核酸の新たなセグメントのDNA基質の切断部位への挿入は、基質DNA分子によりコ
ードされるRNAまたはタンパク質分子の特徴を変化させる。従って、DNA基質の切
断または新たな核酸分子のDNA基質への挿入を触媒する生体分子は、遺伝子操作
のための、分析研究のためのおよび診断研究のための有用な道具である。DNA基
質の切断のために使用される1つのこのような分子は、制限エンドヌクレアーゼ
である。
制限エンドヌクレアーゼは、2本鎖DNAを切断する酵素性タンパク質である。
このようなエンドヌクレアーゼは、2本鎖DNA中の特異的なヌクレオチド配列を
認識し、そしてこの特異的な認識部位の内部または付近で両方の鎖を切断する。
このような特異性は、制限エンドヌクレアーゼを2本鎖DNAの制御されたフラグ
メント化における重要な道具としている。制限エンドヌクレアーゼはまた、特定
の配列が基質DNA中に存在するかどうかを決定するための、およびゲノム配列決
定研究における有用な分析道具である。
しかし、制限エンドヌクレアーゼはDNA基質を切断するのみであり;それらは
新たな核酸分子を切断されたDNA基質に挿入しない。従って、別の生体分子が、D
NAまたはRNAの新たな断片を2本鎖DNAに挿入するために必要である。
リボザイムは、RNAを切断し、そして特定の状況においてはRNAの新たな断片を
RNA基質の切断部位に挿入する触媒性RNA分子である。不運なことに、リボザイム
は一本鎖DNA基質または二本鎖DNA基質の切断のためには特に有用ではなかった。
リボザイムは、1本鎖DNAのみを、上昇させた温度および高濃度のマグネシウム
の極限条件下のみで切断する。リボザイムは、DNAが変性され、そして1本鎖DNA
の2つの断片に分離された後にのみ、2本鎖DNAを切断するために使用され得る
。さらに、リボザイムはリボヌクレアーゼを含む系では使用が制限されてきた。
従って、特異的な部位で2本鎖DNA分子、一本鎖DNA分子、および一本鎖RNA分
子を切断し得る新しい道具を使用する新しい方法を有することが所望される。RN
A分子、一本鎖DNA分子、および二本鎖DNA分子を特定部位で切断し得、そして同
時に新たな核酸分子をその切断部位に挿入し得る新たな生体分子を使用する方法
が、特に所望される。
発明の要旨
本発明は、ヌクレオチドインテグラーゼを使用する、特定部位において一本鎖
RNA基質、一本鎖DNA基質、および二本鎖DNA基質を切断するための、ならびに核
酸分子を切断された基質に挿入するための、新たな方法を提供する。ヌクレオチ
ドインテグラーゼは、グループIIイントロンRNAおよびグループIIイントロンコ
ードタンパク質を包含するリボヌクレオタンパク質粒子であり、これはグループ
IIイントロンRNAに結合される。
一つの方法は、ヌクレオチドインテグラーゼを使用して1つの鎖を切断し、本
明細書中以下、これを二本鎖DNA基質の「トップ鎖(top strand)」と呼ぶ。本明
細書で示されるように、トップ鎖の切断部位の上流に位置するヌクレオチドは、
切断部位に対応して(−)の位置を有し、そして切断部位の下流に位置するヌク
レオチドは、切断部位に対応して(+)の位置を有する。従って、切断部位は二
本鎖DNA基質のトップ鎖の-1ヌクレオチドと+1ヌクレオチドの間に位置する。基
質のトップ鎖は、第一のイントロンRNA結合配列を含み、本明細書中以下、これ
を「IBS1」配列と呼び、そして第二のイントロンRNA結合配列を、本明細書中以
下「IBS2」配列と呼ぶ。IBS1配列およびIBS2配列は、切断部位に対し約−1部位
から約-14部位までに及ぶ領域中に位置する。IBS2およびIBS1の上流に位置する
ヌクレオチドの最初の10〜12対、すなわち、切断部位に対して約-12位から切断
部位に対して約-24位までは、本明細書中以下集合的に「第一の配列エレメント
」と呼ぶ。切断部位の下流に位置するヌクレオチドの最初の10〜12対は、本明
細書中以下で集合的に「第二の配列エレメント」と呼ぶ。
本発明の方法は、以下の工程を含む:2つのハイブリダイズ配列である「EBS1
」および「EBS2」(これらはDNA基質のトップ鎖でそれぞれIBS1配列およびIBS2
配列にハイブリダイズし得る)を有するグループIIイントロンRNAを含むヌクレ
オチドインテグラーゼ、および基質の第一の配列エレメントの少なくとも1つの
ヌクレオチドに結合するグループIIイントロンコードタンパク質を提供する工程
;ならびにヌクレオチドインテグラーゼを、ヌクレオチドインテグラーゼがDNA
基質のトップ鎖を切断し、そしてグループIIイントロンRNAを切断部位に挿入す
ることを許容するような条件下で二本鎖DNA基質と反応させる工程。好ましくは
、本明細書中以下でδヌクレオチドとして言及されるグループIIイントロンRNA
のEBS1配列の最初のヌクレオチドに直ちに先行するヌクレオチドは、基質のトッ
プ鎖の+1のヌクレオチドに相補的であり、本明細書中以下でδ’ヌクレオチドと
して言及される。グループIIイントロンRNAのEBS1配列は、およそ5〜7ヌクレオ
チドを含み、そしてDNA基質のトップ鎖の-1〜約-5位または約-7位でのヌクレオ
チドと実質的な相補性を有する。EBS2配列は約4〜7ヌクレオチドを含み、そして
DNA基質のトップ鎖の約-6〜約-14位でのヌクレオチドと実質的な相補性を有する
。
本発明はまた、ヌクレオチドインテグラーゼを二本鎖DNA基質の両方の鎖を切
断するために使用する方法を提供する。この方法は、以下の工程を含む:2つの
ハイブリダイズ配列であるEBS1およびEBS2を有するグループIIイントロンRNAを
含むヌクレオチドインテグラーゼ(これらは基質のトップ鎖上の2つのイントロ
ンRNA結合配列IBS1およびIBS2とハイブリダイズし得る)、ならびに基質の第一
の配列エレメントの少なくとも1つのヌクレオチド、および基質の認識部位の第
2の配列エレメントの少なくとも1つのヌクレオチドに結合し得るグループIIイ
ントロンコードタンパク質を提供する工程;ならびにヌクレオチドインテグラー
ゼを、ヌクレオチドインテグラーゼがDNA基質の両方の鎖を切断し、そしてグル
ープIIイントロンRNAをトップ鎖の切断部位に挿入するように、二本鎖DNA基質と
反応させる工程。好ましくは、グループIIはイントロンRNAのδヌクレオチドは
、基質のトップ鎖上のδ’ヌクレオチドに相補的である。
本発明によって提供される別の方法は、ヌクレオチドインテグラーゼを一本鎖
核酸基質の切断のために、およびヌクレオチドインテグラーゼのグループIIイン
トロンRNAを切断部位に挿入するために使用する。本方法は以下の工程を含む:
2つのハイブリダイズ配列であるEBS1およびEBS2を有するヌクレオチドインテグ
ラーゼ(これらは一本鎖基質上の2つのイントロンRNA結合配列であるIBS1およ
びIBS2とハイブリダイズし得る)およびグループIIイントロンコードタンパク質
を提供する工程;ならびにヌクレオチドインテグラーゼを、一本鎖核酸基質と、
ヌクレオチドインテグラーゼが基質を切断し、そしてグループIIイントロンRNA
分子をそこに結合することを可能にするのに十分な時間および温度で反応させる
工程。グループIIイントロンRNAのEBS1配列は、推定切断部位に対して-1〜約-5
位または約-7位のヌクレオチドと実質的な相補性を有する約5〜7ヌクレオチドを
含む。EBS2配列は、推定切断部位に対して約-6〜約-14位のヌクレオチドと実質
的な相補性を有する約4〜7ヌクレオチドを含む。好ましくは、グループIIイント
ロンRNAのδヌクレオチドは、基質のトップ鎖上のδ’ヌクレオチドに対し相補
的である。
本発明はまた、核酸が特定の認識部位を含むかどうか決定する方法に関する。
この方法は、特定の認識部位を含む核酸を切断し得るヌクレオチドインテグラー
ゼを提供する工程;ヌクレオチドインテグラーゼを核酸と反応させる工程、なら
びに核酸の切断をアッセイする工程(ここで、核酸の切断は、核酸が認識部位を
含むことを示す)を包含する。
図面の簡単な説明
図1は、S.cerevisiaeミトコンドリアC0X1遺伝子の2番目のイントロンのグ
ループIIイントロンRNAのEBS配列(本明細書中以下、「aI2イントロン」RNAと称
する)とDNA基質のIBS配列との間の相互作用を示すダイアグラムである。基質の
切断部位は矢印で示される。
図2は、aI2イントロンRNAのヌクレオチド配列(配列番号1)およびS.cerev
isiaeミトコンドリアC0X1遺伝子の第一のイントロンのグループIIイントロンRNA
のヌクレオチド配列(本明細書中以下、「al1イントロン」RNA(配列番号2)と
称する)を示すダイアグラムである。配列上の標識は、野生型al1イントロンRNA
および野生型aI2イントロンRNAのEBS1配列およびEBS2配列の位置を同定する。
図3は、野生型aI2イントロンRNAを含むヌクレオチドインテグラーゼにより切
断されるDNA基質の配列およびそれによりコードされるタンパク質、ならびにこ
の配列中で作られた点変異の位置を描いたチャートである。
図4は、野生型aI2イントロンRNAを含むヌクレオチドインテグラーゼおよびそ
れによりコードされるタンパク質による第一配列エレメント中に変異を有する基
質の切断の相対的な程度を示すグラフである。
図5は、野生型aI2イントロンRNAを含むヌクレオチドインテグラーゼおよびaI
2イントロンRNAによりコードされるタンパク質による第二の配列エレメント中に
変異を有する基質の切断の相対的な程度を示すグラフである。
図6は、野生型al1イントロンRNAを含むヌクレオチドインテグラーゼにより切
断されるDNA基質の配列、およびal1イントロンRNAによりコードされるタンパク
質、およびこの配列中で作られた変異の位置を描いたチャートである。
図7は、野生型al1イントロンRNAを含むヌクレオチドインテグラーゼおよびそ
れによりコードされるタンパク質による切断部位の上流に変異を有する基質の切
断の相対的な程度を示すグラフである。
図8は、Lactococcus lactis ItrB遺伝子の野生型グループIIイントロンRNA(
本明細書中以下、「LI.ItrBイントロンRNA」と称する)を含むヌクレオチドイン
テグラーゼにより切断されたDNA基質の配列、およびそれによりコードされるタ
ンパク質(本明細書中以下、ltrAタンパク質と称する)を描いたチャートである
。
図9は、野生型LI.ItrBイントロンRNAを含むヌクレオチドインテグラーゼおよ
びltrAタンパク質による第一配列エレメント中に変異を有する基質の切断の相対
的な程度を示すグラフである。
図10は、LI.ItrBイントロンDNA配列および隣接エキソンltrBE1およびltrBE2
のヌクレオチド配列の部分(配列番号5)、LI.ItrBイントロンのオープンリー
ディングフレームのヌクレオチド配列(配列番号6)およびltrAタンパク質のア
ミノ酸配列(配列番号7)を示す。発明の詳細な説明
本発明は、DNAおよびRNA基質を操作するためのヌクレオチドインテグラーゼを
使用する新しい方法を提供する。
1つの方法は、ヌクレオチドインテグラーゼを使用して、特定の部位で二本鎖
DNAの一方の鎖(以下ではトップ鎖と呼ぶ)を切断し、同時に、切断部位で切断
された鎖にRNAを含む核酸分子を結合させる。DNA基質は、基質のトップ鎖および
切断部位の上流に位置する、第1のイントロンRNA結合配列(IBS1)、ならびにD
NA基質のトップ鎖およびIBS1配列の上流に位置する第2のイントロンRNA結合配
列(IBS2)を含む、認識部位を有する。認識部位はまた、IBS2配列の上流に位置
する第1の配列エレメントを含む。第1の配列エレメントは約10〜12対のヌクレ
オチドを含む。
二本鎖DNA基質のトップ鎖の切断方法は以下の工程を含む:DNA基質のトップ鎖
におけるIBS1配列およびIBS2配列とそれぞれハイブリダイズし得る、EBS1配列お
よびEBS2配列を有するグループIIイントロンRNAを含むヌクレオチドインテグラ
ーゼ、ならびに第1の配列エレメント中の少なくとも1つのヌクレオチドに結合
し得る、グループIIイントロンコードタンパク質を供給する工程;ならびに、ヌ
クレオチドインテグラーゼが、DNA基質のトップ鎖を切断し、そしてグループII
イントロンRNAを切断部位に挿入することを可能にするのに十分な時間と温度と
で、ヌクレオチドインテグラーゼを二本鎖DNA基質と反応させる工程。好ましく
は、グループIIイントロンコードタンパク質は、第1の配列エレメント中の複数
のヌクレオチドに結合する。
本方法で使用されるヌクレオチドインテグラーゼは、切除されたグループIIイ
ントロンRNAに結合するグループIIイントロンコードタンパク質を含む。グルー
プIIイントロンRNAのEBS1配列およびEBS2配列は、少なくとも80%、好ましくは90
%、より好ましくは完全な相同性を、基質のトップ鎖におけるIBS1配列およびIBS
2配列に対してそれぞれ有する。グループIIイントロンコードタンパク質は、RT
ドメイン、Xドメイン、およびZnドメインの非保存部分を含む。
EBS1は、グループIIイントロンRNAのドメイン1に位置し、そして基質のIBS1の
ヌクレオチドにハイブリダイズし得る約5〜7ヌクレオチドを含む。EBS2は、EBS1
の上流のグループIIイントロンRNAのドメイン1に位置し、そして基質のIBS2のヌ
クレオチドにハイブリダイズし得る約4〜7ヌクレオチドを含む。グループIIイン
トロンRNAのEBS1およびEBS2配列のヌクレオチドが、IBS1またはIBS2配列のヌク
レオチドに対してそれぞれ少なくとも80%の相同性でない場合、次いで、グルー
プIIイントロンRNAは、EBS配列とIBS配列との間で相同性を増加させるように改
変される。図1に示すように、基質のIBS1配列は切断部位の上流であり、そして
基質のIBS2配列はIBS1配列の上流である。
効果的に基質を切断するために、グループIIイントロンRNAのEBS1の第1のヌ
クレオチドにすぐ隣接するヌクレオチド、δが、トップ鎖の+1でヌクレオチドに
相補的であることが好ましい。従って、δヌクレオチドが、基質のトップ鎖中の
+1位のヌクレオチドに相補的でない場合には、基質のトップ鎖中の+1位のヌクレ
オチドに相補的なδヌクレオチドを含むようにグループIIイントロンRNAは改変
される。次いで、ヌクレオチドインテグラーゼは基質と反応する。本方法での使
用に適するヌクレオチドインテグラーゼは、例えば、aI2ヌクレオチドインテグ
ラーゼ、al1ヌクレオチドインテグラーゼ、およびltrAヌクレオチドインテグラ
ーゼを含む。
aI2インテグラーゼは、野生型または改変されたaI2イントロンコードタンパク
質に結合したS.cerevisiaeミトコンドリアC0X1遺伝子の第2のイントロンの、
野生型または改変されたグループIIイントロンRNA(本明細書中以下「aI2イント
ロン」RNAという)を含む。野生型aI2イントロンRNAの配列を、図1および配列
番号1に示す。野生型aI2イントロンRNAによってコードされるタンパク質の配列
を、配列番号3に示す。aI2イントロンRNAのEBS1は6ヌクレオチドを含み、そし
て配列番号1に示す配列の2985〜2990位に位置する。野生型aI2イントロンRNAの
EBS1は配列5'-AGAAGAを有する。aI2イントロンRNAのEBS2配列は、6ヌクレオチド
を含み、そして2935〜2940位に位置する。野生型aI2イントロンRNAのEBS2配列は
、配列5'-UCAUUAを有する。
aI2ヌクレオチドインテグラーゼは、そのトップ鎖上に推定切断部位に対して
相対的位置-15位および-13位にT、推定切断部位に対して相対的位置-18位にC、
および推定切断部位に対して相対的位置-16位または-19位にGを有する、基質を
切断するために使用される。従って、aI2ヌクレオチドインテグラーゼの使用の
ために、まず最初に基質のトップ鎖の配列を調べて、標的配列5'GCXXTXTまたは
標的配列5'XCXGTXTの位置決めを行う。ここでXは、A、C、GまたはTを示し、そし
てここでAはアデニン塩基を有するヌクレオチドを示し、Gはグアニン塩基を有す
るヌクレオチドを示し、Cはシトシン塩基を有するヌクレオチドを示し、そしてT
はチミン塩基を有するヌクレオチドを示す。次いで、aI2イントロンRNAのEBS2配
列が実質的にIBS2配列、すなわち、これらの標的配列の1つから隣接して下流に
位置する6ヌクレオチドの配列と相同でない場合には、および/またはaI2イント
ロンRNAのEBS1配列が実質的にIBS1配列、すなわち、IBS2配列から隣接して下流
に位置する6ヌクレオチドの配列と相同でない場合には、そのときは、後に説明
するように、EBS1およびEBS2は実質的な相補性を持つように改変される。基質の
トップ鎖が-21位にA、-19位にG、-18にC、-16位にG、-15位にT、および-13位にT
を有する場合、aI2ヌクレオチドインテグラーゼによる切断の効率は増加する。
al1ヌクレオチドインテグラーゼは、除去された、野生型、または改変され除
去された、S.cerevisiaeミトコンドリアC0X1遺伝子の第1イントロンのグルー
プIIイントロンRNA(本明細書中以下では「aI1イントロン」RNAと呼ぶ)および
、野生型または改変されたal1イントロンコードタンパク質を含む。al1イントロ
ンRNAの配列を、図2および配列番号2に示す。al1イントロンRNAによってコー
ドされるタンパク質の配列を、配列番号4に示す。al1イントロンRNAのEBS1配列
は6ヌクレオチドを含み、そして426〜431位に位置する。野生型al1イントロンRN
AのEBS1は、配列5'-CGUUGAを有する。al1イントロンRNAのEBS2配列は6ヌクレオ
チドを含み、そして376〜381位に位置する。野生型al1イントロンRNAのEBS2は、
配列5'-ACAAUUを有する。
al1ヌクレオチドインテグラーゼは、そのトップ鎖上に推定切断部位に対して
相対的位置-13位にCを有する、二本鎖DNA基質のトップ鎖を切断するために使用
される。好ましくは、基質のトップ鎖は、推定切断部位に対して相対的位置-13
位にC、-22位にG、-21位にG、-19位にAおよび-18位にAを有する。al1イントロン
RNAのEBS2配列が、IBS2配列、すなわち-13のCヌクレオチドから隣接して下流に
存在する6ヌクレオチドの配列と実質的に相補性を有さない場合、および/また
はal1イントロンのESBI配列が、IBS1配列、すなわちIBS2配列に隣接した下流お
よび切断部位に隣接して上流に存在する6ヌクレオチドの配列と実質的に相補性
を有さない場合、グループIIイントロンRNAのEBS1配列およびEBS2配列は、下に
説明するように、実質的な相補性を有するように改変される。
ItrAヌクレオチドインテグラーゼは、除去された、野生型の、または除去され
、改変された、Lactococcus lactis ltrB遺伝子のグループLl.ltrBグループIIイ
ントロンRNAを含み、以下では「Ll.ltrBイントロン」RNAと呼び、そして野生型
または改変したLl.ltrBイントロンコードタンパク質を、以下ではltrAタンパク
質と呼ぶ。Ll.ltrBイントロンRNAの配列を、図10および配列番号5に示す。lt
rAタンパク質の配列を、配列番号7に示す。Ll.ltrBイントロンRNAのEBS1配列は
7ヌクレオチドを含み、そして457〜463位に位置する。野生型Ll.ltrBイントロン
RNAのEBS1配列は、配列5'-GUUGUGGを有する。Ll.ltyBイントロンRNAのEBS2は6ヌ
クレオチドを含み、そして401位〜406位に位置し、406位を含む。野生型Ll.ltrB
イントロンRNAのEBS2配列は、配列5'AUGUGUを有する。トップ鎖が切断部位に対
して相対的位置-21位にGおよび-20位にAを有する場合、ltrAヌクレオチドインテ
グラーゼは二本鎖DNA基質のトップ鎖を切断するために使用される。ltrAヌクレ
オチドインテグラーゼは、-21位にG、-20位にA、-19位にT、-17位にGおよび-15
位にGを有する場合、トップ鎖をより効果的に切断する。
別の方法は、二本鎖DNAの両方の鎖を切断するために、およびDNA基質のトップ
鎖の切断部位にグループIIイントロンRNA分子を結合させるために、ヌクレオチ
ドインテグラーゼを使用する。ヌクレオチドインテグラーゼは、除去されたグル
ープIIイントロンRNAに結合したグループIIイントロンコードタンパク質を含み
、そこではグループIIイントロンRNAは、基質のトップ鎖上のIBS1配列およびIBS
2配列にそれぞれ実質的に相同的な、EBS1配列およびEBS2配列を有する。EBS1配
列は約5〜7ヌクレオチドを含む。EBS2配列は約4〜7ヌクレオチドを含む。グルー
プIIイントロンRNAのEBS1およびEBS2のヌクレオチドが、IBS1およびIBS2のヌク
レオチドに対して少なくとも80%相同的でない場合、非相同的なヌクレオチドは
好ましくは、組換え技術によって、改変される。好ましくは、グループIIイント
ロンのδヌクレオチドは、トップ鎖の+1位のヌクレオチドに相同的である。δヌ
ク
レオチドが、+1位のヌクレオチドに相同的でない場合、好ましくはδヌクレオチ
ドは相同的に改変される。グループIIイントロンコートタンパク質はRTドメイン
、Xドメイン、およびZnドメインの保存性および非保存性領域を含む。基質のボ
トム鎖上の切断部位にcDNAを挿入するために、グループIIイントロンコードタン
パク質はまた、逆転写ドメインを含む。
認識部位を有する二本鎖のDNA配列の両鎖を切断する方法は、以下の工程を含
む:DNA基質のトップ鎖の2つのイントロンRNA結合配列、IBS1およびIBS2にハイ
ブリダイズ可能な2つの配列、EBS1およびEBS2を有するグループIIイントロンRN
Aを含むヌクレオチドインテグラーゼ、および基質の認識部位中の第1の配列エ
レメントおよび第2の配列エレメントに結合する、グループIIイントロンコード
タンパク質を供給する工程;および、ヌクレオチドインテグラーゼがDNA基質の
二本鎖を切断し、トップ鎖の切断部位にグループIIイントロンRNAを挿入するの
に十分な時間および温度で、ヌクレオチドインテグラーゼと二重鎖DNA基質とを
反応させる工程。認識部位の第1の配列エレメントは、推定切断部位の上流にあ
り、IBS1配列およびIBS2配列である。第1の配列エレメントは、約10〜12塩基対
のヌクレオチドを含む。第2の配列エレメントは、約10〜12塩基対のヌクレオチ
ドを含み、切断部位の下流に位置する(すなわち、+1位〜約+10、+11または+12
位)。
しかし、DNA基質の両方の鎖を切断するのに使用され得るヌクレオチドインテ
グラーゼは、aI2ヌクレオチドインテグラーゼ、al1ヌクレオチドインテグラーゼ
、ltrAヌクレオチドインテグラーゼを含むがこれらに限定されない。aI2ヌクレ
オチドインテグラーゼの好ましい認識部位は、そのトップ鎖に、切断部位に対し
て相対的に、-18位にC、-15位にT、-13位にT、-16位または-19位にG、+1位にT、
+4位にT、および+6位にGを含む。aI2ヌクレオチドインテグラーゼを使用してDNA
基質の両方の鎖を切断するために、まず最初に基質配列を調べて、一方の鎖がこ
の一組のヌクレオチドを含むかどうかを決定する。次いで、aI2イントロンRNAの
EBS2配列が、基質のIBS2配列、すなわち、-13位のTから隣接して下流に位置する
6ヌクレオチドの配列に対する相同性を実質的に有さない場合、および/またはa
I2イントロンRNAのEBS1配列が、基質のIBS1配列、すなわち、+1位のTから隣接し
て下流に位置する6ヌクレオチドの配列に対する相同性を実質的に有さない場合
、そのときグループIIイントロンRNAのEBS1配列およびEBS2配列は、以下に説明
するように、実質的に相同性を有するように改変される。aI2ヌクレオチドイン
テグラーゼは、基質のトップ鎖が-21位のA、-19位のG、-18位のC、-16位のG、-1
5位のT、-13位のT、+1位のT、+4位のT、および+6位のGを有する場合、より高い
効率で基質の両方の鎖を切断する。aI2は、基質のトップ鎖が-21位のA、-20位の
T、-19位のG、-18位のC、-17位のT、-16位のG、-15位のT、-13位のT、+1位のT、
+4位のT、および+6位のGを有する場合、さらにより高い効率で基質の両方の鎖を
切断する。基質のトップ鎖がさらに+2位のC、+3位のT、+7位のT、+8位のA、+9位
のAおよび+l0位のTを有する場合、切断はさらに高まる。
al1インテグラーゼは、そのトップ鎖が切断部位に対して相対的に-13位のC、
切断部位に対して相対的に+1位のT、+2位のT、+3位のT、+4位のT、+5位のA、+6
位のG、+7位のTおよび+8位のAを有する、DNA基質の両方の鎖を切断するために使
用される。好ましくは、二本鎖基質のトップ鎖は、-13位にC、-22位にG、-21位
にG、-19位にA、+1位にT、+2位にT、+3位にT、+4位にT、+5位にA、+6位にG、+7
位にTおよび+8位にAを有する。DNA基質中のトップ鎖で、-22位にG、-21位にG、-
19位にA、-18位にA、-13位にC、+1位にT、+2位にT、+3位にT、+4位にT、+5位にA
、+6位にG、+7位にT、+8位にA、+9位にGおよび+10位にTが存在する場合、より切
断効率が高い。基質のトップ鎖がさらに-20位にT、-17位にT、-16位にT、-15位
にCおよび-14位にAを含む場合、さらに切断は高まる。
ltrヌクレオチドインテグラーゼは、基質がそのトップ鎖が-21位にG、-20位に
A、+1位にC、+2位にA、+3位にT、+4位にA、+5位にT、+6位にC、+7位にAおよび+8
位にTを有する場合には、二本鎖DNA基質の両方の鎖を切断するために使用される
。ltrAヌクレオチドインテグラーゼは、トップ鎖が-21位にG、-20位にA、-19位
にT、-17位にG、-15位にG、+1位にC、+2位にA、+3位にT、+4位にA、+5位にT、+6
位にC、+7位にAおよび+8位にTを有する場合、基質の両方の鎖をより効率よく切
断する。基質のトップ鎖がさらに-22位にC、-18位にC、-16位にT、-14位にA、-1
3位にA、+9位にTおよび+10位にTを有する場合、さらに切断は高まる。
別の方法は、一本鎖核酸基質、すなわち、一本鎖DNAまたはRNAを切断するため
に、およびグループIIイントロンRNA分子を切断部位に結合するために、ヌクレ
オチドインテグラーゼを使用する。この方法は以下の工程を含む:基質上の2つ
のイントロンRNA結合配列であるIBS1およびIBS2とそれぞれハイブリダイズし得
る、2つのハイブリダイズ配列EBS1およびEBS2を有するグループIIイントロンRN
A、ならびに、RTドメイン、Xドメイン、およびZnドメインの非保存部分を有する
グループIIイントロンを含む、ヌクレオチドインテグラーゼを供給する工程;な
らびにヌクレオチドインテグラーゼとの基質を反応させる工程。グループIIのイ
ントロンRNAのEBS1配列は5〜7ヌクレオチドを含み、そして-1〜約-5位または-7
位のヌクレオチドと、少なくとも80%、好ましくは90%、より好ましくは完全な相
同性を有する。グループIIイントロンRNAのEBS2配列は約4〜7ヌクレオチドを含
み、そして約-6〜-14位のヌクレオチドに対して、少なくとも80%、好ましくは90
%、より好ましくは完全な相同性を有する。好ましくは、EBS1の最初のヌクレオ
チドに隣接して先行するヌクレオチドは、センス鎖における+1位のヌクレオチド
に相同的である。
本発明はまた、核酸基質が特定の認識部位を含むかどうかを決定する方法を提
供する。この方法は、特定の認識部位を有する核酸基質を切断し得るヌクレオチ
ドインテグラーゼを提供する工程;および核酸基質をヌクレオチドインテグラー
ゼと反応させる工程;および基質の切断をアッセイする工程を含む。基質の切断
は、基質が特定の認識部位を含むことを意味する。核酸基質の断片化、および大
きさの変化のアッセイに加えて、核酸基質の一方の鎖へのグループIIイントロン
RNAの組み込みまたは結合をアッセイすることにより、切断は検出され得る。
広い範囲の温度がこの方法に適しているが、良好な結果は約30℃〜約42℃の反
応温度、好ましくは約30℃〜約37℃において得られる。適切な反応培地は、Na+
またはK+のような1価のカチオンを、約0〜約300mMの濃度で;好ましくは約10〜
約200mM KClで含み、そして2価のカチオン、好ましくはマグネシウムまたはマ
ンガンイオン、より好ましくは1mMより高く100mMより低い濃度のマグネシウムイ
オンを含む。好ましくは2価カチオンは約5〜約20mMの濃度であり、より好まし
くは約10〜約20mMである。好ましい培地のpHは約6.0〜8.5であり、より好ましく
は約7.5〜8.0である。
上記の方法において、一本鎖核酸基質、および二本鎖DNA基質のトップ鎖が、
除去されたグループIIイントロンRNAによって切断されると考えられている。除
去されたグループIIイントロンRNAにより触媒される切断は、部分的または完全
な、除去されたグループIIイントロンRNAの、切断部位(すなわち、トップ鎖の
ヌクレオチド-1〜+1)への挿入を生じる逆スプライシング反応である。部分的な
挿入の間、グループIIイントロンRNAは、切断部位のトップ鎖上のヌクレオチド+
1に共有結合される。二本鎖DNA基質のボトム鎖またはアンチセンス鎖は、グルー
プIIイントロンコードタンパク質により切断されると考えられている。二本鎖DN
A基質のボトム鎖は、トップ鎖における切断部位の約9〜約11塩基対下流の位置、
すなわち、ヌクレオチド+9、+10および+11位の間の部位で切断される。
ヌクレオチドインテグラーゼをエンドヌクレアーゼとして使用して基質DNAを
切断する方法は、DNA基質における特定の認識部位の存在および位置を決定する
ための有用な分析手段である。さらに、一本鎖DNAまたは二本鎖DNAのいずれかが
ヌクレオチドインテグラーゼによって切断される場合に起こる、DNA基質への核
酸分子の同時挿入は、DNA基質の切断部位を放射性標識された分子でタグ化する
ことを可能にし、この特徴は、特定の認識部位を含むDNA基質の同定を容易にす
る。さらに、二本鎖DNA基質の一方の鎖へのRNA分子の自動結合は、結合したRNA
分子に相補的であるプローブを使用するハイブリダイゼーション研究を通して、
切断部位の同定を可能にする。ビオチンのような分子とタグ化された、結合RNA
分子はまた、切断された鎖をアフィニティー精製することを可能にする。
認識部位を有するRNAまたはDNA基質を切断するためにヌクレオチドインテグラ
ーゼを使用する方法は、機能的でない基質内のある遺伝子を与えるために有用で
ある。そのような方法はまた、核酸を切断部位に挿入すること、従って、RNA分
子および基質によってコードされるタンパク質分子の性質を変化させることのた
めに、有用である。ヌクレオチドインテグラーゼ
ヌクレオチドインテグラーゼは、リボ核タンパク質(「RNP」)粒子であり、
そしてグループIIイントロンコードRNAおよびグループIIイントロンコードタン
パク質を含み、そのタンパク質はRNAと結合する。好ましくは、グループIIイン
トロンRNAは、除去されたグループIIイントロンRNAである。本明細書中でいう「
除去されたグループIIイントロンRNA」は、インビトロまたはインビボにおける
グループIIイントロンのDNAの転写物であって、隣接するエキソン配列を欠いて
いるRNAをいう。除去されたグループIIイントロンRNAは、野生型生物、または改
変、あるいは非改変グループIIイントロン転写物からの、インビボ転写およびス
プライシングによるか、またはインビトロ転写およびスプライシングにより変異
した生物より得られる。本明細書で使用される「グループIIイントロンコードタ
ンパク質」は、グループIIイントロンオープンリーディングフレームによってコ
ードされるタンパク質である。
グループIIイントロンは、細菌のDNA中およびオルガネラ、特に真菌、酵母お
よび植物のミトコンドリア、ならびに植物の葉緑体のDNA中に存在する、特異的
なタイプのイントロンである。グループIIイントロンRNA分子、換言すれば、グ
ループIIイントロンによってコードされているRNA分子は、同様の二次および三
次構造を共有している。図2は、al1およびaI2イントロンRNAの二次構造、なら
びに野生型al1およびaI2イントロンRNAのヌクレオチド配列の部分を示す。グル
ープIIイントロンRNA分子は典型的には6つのドメインを有する。グループIIイ
ントロンRNAのドメインIVは、「グループIIイントロンコードタンパク質」をコ
ードするヌクレオチド配列を含む。
ヌクレオチドインテグラーゼは、例えば、天然に見い出されるグループIIイン
トロンRNA分子と同一の配列を有する、除去されたグループIIイントロンRNA分子
、すなわち、野生型グループIIイントロンRNA、および天然に見い出されるグル
ープIIイントロンRNAと異なる配列を有する、除去されたグループIIイントロンR
NA、すなわち、改変され、除去されたグループIIイントロンRNA分子を含む。改
変され、除去されたグループIIイントロンRNA分子は、例えば、グループIIイン
トロンRNAの内部ループ領域にヌクレオチド塩基の変化または付加的ヌクレオチ
ドを有する、グループIIイントロンRNA分子、好ましくは、ドメインIVの内部ル
ープ領域およびドメイン1のハイブリダイズ領域においてヌクレオチド塩基の変
化を有するグループIIイントロンRNA分子を含む。グループIIイントロンRNAがハ
イブ
リダイズ領域にヌクレオチド塩基の変化を有するヌクレオチドインテグラーゼは
、野生型と比較して、典型的にはヌクレオチドインテグラーゼの基質DNAに対す
る変化した特異性を有する。
ヌクレオチドインテグラーゼのグループIIイントロンコードタンパク質は、X
ドメインおよびZnドメインを含む。タンパク質のXドメインは、成熟化活性(mat
urase activity)を有する。タンパク質のZnドメインはZn2+フィンガー様モチー
フを有する。好ましくは、グループIIイントロンコードタンパク質はさらに逆転
写酵素ドメインを含む。本明細書中で使用されるように、グループIIイントロン
コードタンパク質は、N末端またはC末端における付加的アミノ酸、あるいはタン
パク質および野生型グループIIイントロンコードタンパク質の内部領域における
変化を有する、改変されたグループIIイントロンコードタンパク質を含む。グル
ープIIイントロンコードタンパク質は、グループIIイントロンRNAの3'領域に結
合すると考えられている。
ヌクレオチドインテグラーゼは、野生型、変異体、または遺伝的に操作された
生物から単離された、RNP粒子の形態で提供される。ヌクレオチドインテグラー
ゼはまた、再構成されたRNP粒子調製物から単離された、再構成RNP粒子の形態で
提供される。ヌクレオチドインテグラーゼはまた、外因性の合成的な、除去した
グループIIイントロンRNAを、グループIIイントロンコードタンパク質またはRNA
-タンパク質複合体調製物のいずれかと組み合わせることにより形成される、再
構成RNP粒子を含む。外因性RNAは、改変していない、および改変したグループII
イントロンRNA分子の両方を含む。好ましくは、外因性RNAは、インビトロ転写物
、あるいは、改変していないまたは改変したグループIIイントロンのインビトロ
転写物の誘導体である。例えば、外因性RNAは、インビトロ転写物のスプライシ
ングによって得られ得る。RNA-タンパク質複合体調製物は、このタンパク質をコ
ードする配列を有する除去したグループIIRNA分子ではないRNA分子と複合体化し
た、グループIIイントロンコードタンパク質分子を含む。RNA-タンパク質複合体
のグループIIイントロンコードタンパク質は、リボソームRNA分子、mRNA分子、
またはグループIIイントロンコードタンパク質をコードしない除去したグループ
IIイントロンRNAと結合する。
ヌクレオチドインテグラーゼは、精製したRNP粒子として、または精製した再
構成した粒子として使用され得る。あるいは、ヌクレオチドインテグラーゼは、
RNP粒子、および、ヌクレオチドインテグラーゼ活性を有する再構成粒子、なら
びに他のRNP粒子(例えば、リボソーム)、部分精製した調製物中で使用され得
る。この部分精製した調製物は、オルガネラが除かれている。ヌクレオチドインテグラーゼの調製
ヌクレオチドインテグラーゼは、野生型または変異型の酵母のミトコンドリア
、真菌のミトコンドリア、植物のミトコンドリア、クロロプラスト、プロテオト
バクテリウム(Proteotobacterium)のAzotobacter vinelandii、シアノバクテ
リウム(Cyanobacterium)のCalothrix、およびEscherichiacoli lactococcus l
actisから単離される。RNP粒子調製物を単離する手順は、生物の細胞膜および/
または細胞壁を、機械的および/または酵素的に破砕することを含む。真菌およ
び植物の場合、精製はまた、特定のオルガネラ(例えば、ミトコンドリアまたは
クロロプラスト)を、他の細胞成分から、示差的遠心分離および/または浮遊勾
配により分離し、次いで非イオン性界面活性剤(例えば、Nonidet P-40)を用い
てオルガネラを溶解することを含む。次いで、オルガネラおよび細菌の溶解物を
スクロースクッションを通して遠心分離して、リボ核タンパク質(RNP)粒子調
製物を得る。RNP粒子は、スクロース勾配での分離、またはゲル濾過カラム、あ
るいは他のタイプのクロマトグラフィーによりさらに精製され得る。
ヌクレオチドインテグラーゼはまた、RNA-タンパク質複合体調製物を外因性の
切り出されたグループIIイントロンRNAと組み合わせることにより調製される再
構成RNP粒子調製物から単離する。RNA-タンパク質複合体調製物は、好ましくは
、酵母、真菌、または細菌から、上記のRNP粒子についてのプロトコルを用いて
単離される。RNA−タンパク質複合体の調製物は、グループIIイントロンコード
タンパク質をコードする配列を有する切り出されたグループIIイントロンRNAで
はないRNA分子と複合体化した、グループIIイントロンコードタンパク質分子を
含む。RNA-タンパク質複合体調製物のグループIIイントロンコードタンパク質は
、リボゾームRNA分子、mRNA分子またはグループIIイントロンコードタンパク
質をコードしない切り出されたグループIIイントロンRNAのいずれかと結合する
。
外因性RNAは、好ましくは、グループIIイントロンのインビトロ転写により、
またはインビトロ転写および自己スプライシングにより作製される合成分子であ
る。外因性RNAはまた、そのRNAが天然に存在する細胞またはオルガネラから、ま
たは変化したイントロンが挿入され、そして発現される細胞から、グループIIイ
ントロンRNAを単離することにより作製され得る。次いで、外因性RNAを、RNA−
タンパク質複合体を含有する調製物に添加する。好ましくは、外因性グループII
イントロンRNAを、最初に変性する。外因性RNAを、RNA-タンパク質複合体に氷上
で添加する。
別の実施態様において、グループIIイントロンDNA配列を含む単離されたDNA分
子を宿主細胞に導入することにより、ヌクレオチドインテグラーゼを作製する。
適切なDNA分子には、例えば、ウイルスベクター、プラスミドおよび線状DNA分子
が挙げられる。DNA分子を宿主細胞に導入した後に、導入したグループIIイント
ロンDNA配列によりコードされる切り出されたRNA分子および導入されたグループ
IIイントロンDNA配列によりコードされるタンパク質分子が、細胞内で形成され
るように、グループIIイントロンDNA配列を宿主細胞において発現する。切り出
したグループIIイントロンRNAおよびグループIIイントロンコードタンパク質を
宿主細胞内で組み合わせてヌクレオチドインテグラーゼを産生する。
好ましくは、導入したDNA分子はまた、プロモーター、より好ましくはグルー
プIIイントロンDNA配列に作動可能に連結した誘導プロモーターを含む。好まし
くは、DNA分子はさらに、ヌクレオチドインテグラーゼ(例えば、アフィニティ
タグおよび/またはエピトープタグのような)の単離を容易にするタグをコード
する配列を含む。好ましくは、タグ配列はオープンリーディングフレーム配列の
3'末端または5'末端にある。適切なタグ配列には、例えば、一連のヒスチジン残
基、単純ヘルペスの糖タンパク質D(すなわち、HSV抗原)、またはグルタチオ
ンS-トランスフェラーゼをコードする配列が挙げられる。代表的に、DNA分子は
また、複製起点および選択マーカーをコードするヌクレオチド配列を含む。必要
に応じて、DNA分子は、発現を調節する分子(例えば、T7リゾチーム)をコード
する配列を含む。
グループIIイントロン配列を含むDNA分子を、従来の方法(例えば、DNA分子を
ベクターヘクローニングすること、およびエレクトロポレーションまたはCaCl2
媒介形質転換手順のような従来の方法によりベクターを宿主細胞に導入すること
による)により宿主細胞に導入する。DNA分子の導入に使用される方法は、使用
される特定の宿主細胞に関する。適切な宿主細胞はグループIIイントロンDNA配
列の発現が可能な細胞である。適切な宿主細胞は、例えば、異種または同種の細
菌細胞、酵母細胞、哺乳動物細胞および植物細胞が挙げられる。宿主細胞ゲノム
およびグループIIイントロンDNA配列が異なる遺伝コードを使用するこのような
場合、グループIIイントロンDNA配列を宿主細胞の遺伝コードに対応するコドン
を含むよう改変されることが好まれる。グループIIイントロンDNA配列は、代表
的には、合成オリゴヌクレオチドから新規に構築されるか、またはインビトロ部
位特異的変異誘発により改変され、異なるコドンを有するグループIIイントロン
DNA配列を調製する。あるいは、イントロンの遺伝コードと宿主細胞との間の差
異を分析する(resolve)ために、グループIIイントロンの遺伝コードに対応す
るtRNA分子をコードするDNA配列を、宿主細胞に導入する。必要に応じて、RNAも
しくはタンパク質の折り畳みを補助する因子またはRNAもしくはタンパク質の分
解を阻害する因子をコードする配列を含むDNA分子をまた、細胞に導入する。
次いで、導入したDNA分子のDNA配列を宿主細胞において発現させ、形質転換宿
主細胞を提供する。本明細書中で使用される用語「形質転換細胞」は、さらなる
DNAを含むように遺伝子操作した宿主細胞を意味し、これはガン性の細胞に制限
されない。次いで、ヌクレオチドインテグラーゼ活性を有するRNP粒子を、形質
転換宿主細胞から単離する。
好ましくは、ヌクレオチドインテグラーゼを形質転換細胞の溶解により(例え
ば、形質転換細胞の細胞膜を、機械的および/または酵素的に破砕することによ
り)単離する。次いで、細胞溶解物を、不溶性画分および可溶性画分に分画する
。好ましくは、RNP粒子調製物を可溶性画分から単離する。RNP粒子調製物は、ヌ
クレオチドインテグラーゼ活性ならびにリボソーム、mRNA分子、およびtRNA分子
を有するRNP粒子、ならびに他のRNPを含む。RNP粒子調製物を単離するための適
切な方法には、例えば、スクロースクッションを通した可溶性画分の遠心分離が
挙
げられる。好ましくは、RNP粒子をRNP粒子調製物から、または可溶性画分から(
例えば、スクロース勾配もしくはゲル濾過カラム上での分離により、または他の
型のクロマトグラフィーにより)さらに精製する。例えば、所望のRNP粒子のタ
ンパク質成分を、一連のヒスチジン残基のようにタグを含むように操作した場合
、RNP粒子をさらに、タグを認識しそして結合するマトリックス上のアフィニテ
ィクロマトグラフィーにより、RNP粒子調製物から精製し得る。例えば、NiNTA S
uperflow(Qiagen Chatsworth CA)が、グループIIコードタンバク質が、His6タ
グを有する、RNP粒子の単離のために適切である。
ヌクレオチドインテグラーゼ調製のための以下の方法は、例示の目的のために
、含まれ、そして本発明の範囲を制限することを意図しない。処方
以下の処方1〜10のRNP粒子調製物、および処方12のRNA−タンパク質複合
体を、野生型酵母株Saccharomyces cerevisiae ID41-6/161 MATa adel lys1(こ
れ以降、「161」と称する)のミトコンドリアおよびその誘導体から単離した。
野生型酵母株161のミトコンドリアは、グループIIイントロンal1およびグループ
IIイントロンaI2を含むC0X1遺伝子を含む。
変異酵母株におけるC0X1遺伝子は、グループIIイントロンの1つを欠失してい
るか、またはグループIIイントロンの1つにおいて変異を有するかのいずれかで
ある。切り出されたグループIIイントロンRNA分子およびグループIIイントロン
コードタンパク質は、野生型および変異型の酵母株において存在するグループII
イントロンのal1およびaI2から誘導される。
異なる酵母株におけるC0X1遺伝子のイントロン組成を、慣例により以下のよう
に示す。上付きの「+」はal1イントロンまたはaI2イントロンの存在を示し、上
付きの「0」はal1またはaI2のイントロンの非存在性を示し、そして他の上付き
は、aI2イントロン内の特定の対立遺伝子または変異をいう。処方1
RNP粒子調製物を、Saccharomyces cerevisiae野生型酵母株161のミトコンドリ
アから単離した。野生型株のC0X1遺伝子のイントロン組成は、1+2+である。RNP
粒子調製物は、al1イントロンから誘導されるRNP粒子を含有し、そしてal1によ
りコードされるタンパク質に結合した切り出されたal1 RNAを含む。調製物はま
た、aI2イントロンから誘導されたRNP粒子、そして切り出されたaI2 RNA分子お
よび結合したaI2コードタンパク質を含むRNP粒子を含む。
RNP粒子調製物を調製するために、酵母を2%のラフィノース、2% BactoPep
tone(Difcoから)、および1%酵母抽出物(Difcoから)を含有する1リットル
の液体培養培地中に、1.6〜1.7のO.D.595で接種した。細胞壁を、ICNからの酵母
溶解酵素の40mgで消化した。そして、細胞を、ガラスビーズを用いる機械的な破
砕により壊した。核および細胞破片を、Beckman GSAローターで、5,000rpmで5
分間の遠心分離により溶解物からペレット化した。上清を除き、そしてBeckman
GSAローターで、13,000rpmで15分間遠心分離して、ミトコンドリアペレットを得
た。ミトコンドリアを、44%スクロース溶液層、53%スクロース溶液層、および
65%スクロース溶液層からなる浮遊勾配の上に重層し、そしてBeckman SW28ロー
ターで、27,000rpmで2時間10分遠心分離した。ミトコンドリアを、53%/44%
の境界面から集め、そして0.5M KCl、50mM CaCl2、25mM Tris-HCl(pH 7.5)、5m
M DTTを含む緩衝液中に懸濁し、そしてNonidet P-40を1%の最終濃度に添加す
ることにより溶解した。次いで、ミトコンドリア溶解物を、Beckman 50Tiロータ
ーで、50,000rpmで17時間、0.5M KCl、25mM CaCl2、25mM Tris-HCl(pH 7.5)、5
mM DTTを含む緩衝液中の1.85Mスクロースクッションを通しての遠心分離を行い
、ミトコンドリアタンパク質をほとんど含まないRNP粒子のペレットを得た。単
離したRNP粒子を、10mM Tris-HCl(pH 8.0)および1mM DTT中に再懸濁して、-70
℃で貯蔵した。調製物は、使用前に、繰り返し解凍および凍結され得る。処方1a 精製されたRNP粒子
150μlの容量で処方1からの2.5 O.D.260のRNP粒子を、100mM KCl、2mM gCl2
、50mM Tris-HCl(pH 7.5)、および5mM DTTからなる緩衝液中の、12mlの5〜20
%直線スクロース勾配の上に重層した。勾配物を、SW41ローターで、4℃で、40
,000rpmで、5時間遠心分離した。勾配物を、約0.325mlの35個の画分に分画した
。画分12〜20は、リボソームRNAを実質的に含まない精製されたRNP粒子を含む。
勾配画分におけるRNP粒子の位置を、aI2アンチセンスRNAを用いるノーザンハイ
ブリダイゼーションにより個々に確認した。勾配画分におけるリボソームRNAの
小
サブユニットおよび大サブユニットの位置を、1%アガロースゲル上の画分のエ
チジウムブロマイド染色により個々に確認した。リボゾームRNAの約85%を、ヌク
レオチドインテグラーゼを含むRNP粒子を含まない画分において見出す。処方2 変異体酵母株102+t由来のRNP粒子調製物
RNP粒子は切り出されたaI2 RNAおよびaI2コードタンパク質を含む。酵母株102+t
をUnuversity of Texas Southwestern Medical CenterのPhilip S.Perlman博
士から得、そしてこれは本明細書中で参考として援用されるMoranら、1995,Mob ile Group II of Yeast Mitochondrial DNA Are Novel Site Specific Retroele mants
,Mol.Cell Biol.15,2828-38,に記載されているように調製した。102+t変異
体株を以下のように構築した:(i)161株由来のaI2イントロンをClaI〜BamHIフラ
グメントとしてStratageneから得たpBluescript KS+へクローン化して、pJVM4を
得た;(ii)pJVM4をClaIおよびNdeIで切断して、挿入物の5'末端を除去した;そ
して、(iii)ミトコンドリアC0X1遺伝子のエキソン1およびエキソン2を含むMsp
I〜NdeIフラグメントを酵母株およびC1036l△one由来のaI2の5'末端を挿入して
、プラスミドpJVM164を得た。その中でal1がミトコンドリアDNAから切り出され
ている酵母株C10361△oneを、本明細書中で参考として援用されているKennellら
、1993、Reverse transcriptase activity associated with maturase-encoding group II intorons in yeast mitochondria
、Cell 73,133-146に記載されるよ
うに調製した。pJVMl64を[rho0]株へ形質転換し、そして102+t対立遺伝子を、組
換えによってインタクトなミトコンドリアDNA中へ配置した。この最後の工程を
、変異体C1036(5B株)由来の非復帰COXI変異体(その構築は、Kennelら,1993,に
記載されている)への交配およびグリセロール含有培地(GLY+)において呼吸お
よび増殖し得、そして5B対立遺伝子のかわりに形質転換したC0XI対立遺伝子を含
む組換え子孫についての選択によって達成する。
DNAのクローン化に関する反応および操作(例えば、ライゲーション、制限酵
素消化、細菌形質転換、DNA配列決定など)は、Sambrookら、Molecular cloning :a laboratory manual
第2版、Cold Spring Harbor Laboratory Press.Cold Sp
ring Harbor.N.Y.に記載のような標準的な技術に従って行った。酵母ミトコン
ドリア形質転換はまた、Belcherら、1994、Biolistic transformation of mit
ochondria in Saccharomyces cerevisiae,101-115.N.-S.YangおよびP.Chris
tou(編)Particle Bombardment Technology for Gene Transfer .0xford Unive
rsity Press,New Yorkに記載されるような標準的な技術に従って行った。RNP粒
子調製物を、処方1に記載のように、変異体酵母株102+tのミトコンドリアから
作製した。処方3 変異体酵母株1+t20由来のRNP粒子調製物
酵母株1+t20は野生型酵母株161の誘導体である。酵母株1+t20をPhilip S.Per
lman博士から得、そしてこれはKennellら、1993.Cell 73、133-146に記載され
るように調製された。酵母株1+t20は、ミトコンドリア形質転換を介して野生型1
61 mtDNAへ挿入された、S.diastaticusのC0X1遺伝子のセグメント(これはaI2を
欠く)を含む。構築をプラスミドpSH2を用いて開始した。このプラスミドは、pB
S+(Stratagene,La Jolla,CA)中にHpalI/EcoRIフラグメントとしてクローン化
された、野生型161由来のal1およびいくつかの隣接する配列を含む。そのプラス
ミドをClaIでal1の3'末端近傍で、そしてBamHIで下流のポリリンカーにおいて切
断し、そしてギャップをal1の3'末端、E2、E3およびaI3の大部分を含むS.diasta ticus
ミトコンドリアDNA(NRRL Y-2416)由来のClaI/BamHIフラグメントで埋めて
、COX1遺伝子の1+t20形態を作製した。ハイブリッドCOX1-1+t20セグメントを含
むプラスミドを、バイオリスティック形質転換によってMCC109株(MAT α ade2-10 1 ura3-52 kar1-1)のrho0誘導体へ形質変換した。得られた人工的なプチット(p
etite)をn161/m161-5B株と交配し、そしてn161のバックグラウンドにCOX1 1+t20
対立遺伝子を含むgly+組換え体を単離した。正常にスプライシングされたハイブ
リッドal1対立遺伝子は、2401位におけるCからTへの1つのヌクレオチド変化
(イントロンオープンリーディングフレームにおいてThr744からLeuへ変化させ
る)で野生型161の対立遺伝子と異なる。RNP粒子調製物を、処方1におけるよう
に、変異体酵母株1+t20のミトコンドリアから作製した。RNP粒子は切り出された
aI1RNA分子およびal1コードタンパク質を含む。処方4 変異体酵母株102YAHH由来のRNP粒子調製物
酵母株102YAHHをPhillip S.Perlman博士より得、そしてこれは変異誘発され
たpJVM164プラスミドを用いて、Moranら,1995,Mol.Cell Biol.15,2838-38
に記載されているように作製された。対立遺伝子を、COX1対立遺伝子の、エキソ
ン1の上流の217ヌクレオチドからイントロンaI3を通って伸長する4.4kbのMspI/
BamHIフラグメントを含むpJVM164のオリゴヌクレオチド特異的変異誘発によって
作製した。変異誘発は、aI2ヌクレオチド1473〜1478をGAT GATからCAT CAT(D-49
1D-492からHH)に変化させる。RNP粒子は、変異され切り出されたaI2 RNAおよび
タンパク質の逆転写酵素ドメインにおけるYADDYAHHの変異を有するaI2コードタ
ンパク質を含む。RNP粒子調製物を、処方1におけるように変異体酵母株102YAHH
のミトコンドリアから作製した。処方5 変異体酵母株102P714T由来のRNP粒子
変異体酵母株102P714TをPhilip S.Perlman博士から得、そしてこれはKennell
ら,1993,Cell 73,133-146に記載の手順に従って構築された。ここでこれは、
n161/m161−C1036△1と命名されている。RNP粒子は、変異され切り出されたaI2
イントロンRNA分子、およびZnドメイン中にミスセンス変異P714Tを有するaI2コ
ードタンパク質を含む。RNP粒子調製物を、処方1に記載のように、変異体酵母
株102P714Tのミトコンドリアから作製した。処方6 変異体酵母株102HHVR由来のRNP粒子
変異体酵母株102HHVRをPhilip S.Perlman博士から得、そしてこれは変異誘発
されたpJVM164プラスミドを用いて、本明細書中で参考として援用されている、M
oranら,1995,Mol.Cell Biol.15,2828-38に記載されているようなヌクレオチドを
用いて作製した。対立遺伝子を、pJVM164の部位特異的変異誘発によって構築し
た。aI2イントロンは以下の変化を有する:2208〜2219位のCATCACGTAAGA(配列
番号9)からGCAGCTGCAGCTへ(H736H737V738R739からAAAAへ)およびA2227Aから
Tへ(N742I)。このヌクレオチドインテグラーゼ調製物は、変異され切り出された
aI2イントロンRNA、およびHHVRモチーフ中にミスセンス変異を有するaI2コード
タンパク質を含む。RNP粒子調製物を、変異体酵母株102HHVRのミトコンドリアか
ら作製した。処方7 変異体酵母株102ΔConZn由来のRNP粒子
変異体酵母株102Δ_ConZnをPhilip S.Perlman博士から得、そしてこれは変異
誘発されたpJVM164プラスミドを用いて、Moranら,1995,Mol.Cell Biol.15,
28
28-38に記載されているように作製された。対立遺伝子を、pJVM164のオリゴヌク
レオチド特異的変異誘発によって構築した。aI2イントロンは以下の変化を有す
る:2157〜2165位がTTATTTAGTからTAATAATAA(L719F720S721から0ch0ch0ch)に変
化した。RNP粒子は変異され切り出されたaI2イントロンRNA、およびZnドメイン
における大部分の保存されたモチーフを欠如する、aI2コードタンパク質を含む
。RNP粒子調製物を、変異体酵母株102ΔConZnのミトコンドリアから作製した。処方8 変異体酵母株102C-C/1由来のRNP粒子
変異体酵母株102C-C/1をPhillip S.Perlman博士より得、そしてこれは変異誘
発されたpJVM164プラスミドを用いて、Moranら,1995 Mol.Cell Biol.15,2828-3
8に記載されるようなヌクレオチド配列を用いて作製された。対立遺伝子を、pJV
M164の部位特異的変異誘発によって構築した。aI2イントロンは以下の変化を有
する:2172〜2173位がTGからGC(C724A)に変化し、そして2180〜2182がTTGからAG
C(I726C727からMA)に変化した。RNP粒子は、変異され切り出されたaI2イントロ
ンRNA、および第1のZn+2フィンガー様モチーフにおける変化された3つのアミ
ノ酸を有するaI2コードタンパク質を含む。RNP粒子調製物を変異体酵母株102C-C /1
のミトコンドリアから作製した。処方9 変異体酵母株102C-C/2由来のRNP粒子
変異体酵母株102C-C/2をPhilip S.Perlman博士から得、そしてこれは変異誘
発されたpJVM164プラスミドを用いて、Moranら,1995 Mol.Cell Biol.15,2828-
38に記載されているように作製された。対立遺伝子を、pJVM164の部位特異的変
異誘発によって構築した。aI2イントロンは以下の変化を有する:2304〜2305位
がTGからGC(C768A)に変化し、そして2313〜2314がTGからGC(C771A)に変化した。
RNP粒子は、変異され切り出されたaI2イントロンRNA、およびZn+2フィンガー様
モチーフにおける変化された2つのアミノ酸を有するaI2コードタンパク質を含
む。RNP粒子調製物を、変異体酵母株102C-C/2のミトコンドリアから作製した。処方10変異体酵母株102H6由来のRNP粒子
Philip S.Perlman博士から得た変異体酵母株は、Moranら,1995に記載されて
いるように、変異誘発されたプラスミドpJVM164を酵母株GRF18のミトコンドリア
へ移入することによって作製された。対立遺伝子を、pJVM164の部位特異的変異
誘発によって構築し、そしてこれは、aI2イントロンのヌクレオチド2357と2358
との間に挿入された配列CATCATCATCATCATCAT(配列番号10)を有する。RNP粒子
調製物を処方1について上記したプロトコルに従って、変異体酵母株102H6のミ
トコンドリアから作製した。RNP粒子は、変異され切り出されたaI2イントロンRN
A、およびaI2コードタンパク質のC末端に付加された6つのヒスチジンを有する
aI2コードタンパク質を含む。処方11 Neurospora媒介物由来のRNP粒子
Neurospora媒介物のVarkud株(Fungal Genetics Stock Centerより入手可能で
ある)由来のミトコンドリアを、Lambowitz A.M.1979,Preparation and analysi
s of mitochondrial ribosome、Meth.Enzymol.59,421-433に記載されるよう
に調製した。生子をガラスビーズで粉砕し、そして処方1に記載されているよう
にミトコンドリアおよびRNP粒子を単離した。RNP粒子は切り出されたcoIイント
ロンRNAおよびcoIイントロンによってコードされるタンパク質を含む。処方12 再構成RNP粒子調製物
再構成RNP粒子調製物を、aI2イントロンの、外因性の切り出された、インビト
ロRNA転写物を、変異体酵母株102ΔD5から単離されたRNA-タンパク質複合体調製
物と共にインキュベートすることによって作製した。この株において、aI2イン
トロンRNAは、ドメインVを欠如しており、それゆえ、スプライシング欠損であ
る。変異体対立遺伝子102ΔD5をPhilip S.Perlman博士から得、そしてこれは、
最終的な交配を酵母株102+を用いて行ったこと以外、Moranら、1995に記載され
た酵母株1+2ΔD5を作製するために使用されたのと同じ手順を用いて構築された
。RNA-タンパク質複合体調製物を、RNP粒子調製物についての処方1において上
記したプロトコルを用いて102ΔD5から単離した。102ΔD5のミトコンドリアから
単離したRNA-タンパク質複合体調製物は、切り出されたaI2 RNAは含まないが、
調製物中の他のRNA分子に関連するaI2コードタンパク質を含む。
外因性RNAを、pBLUESCRIPT KS(+)プラスミドに挿入されている、グループII
イントロン1(al1)のClaI部位からaI3のBamHI部位までの酵母ミトコンドリアC0X
1遺伝子のフラグメントを含むプラスミドpJVM4のインビトロ転写によって作製し
た。プラスミドpJVM4は以下のC0X1配列を含む:エキソン2、aI2、エキソン3な
らびにal1およびaI3配列の一部。配列はT3 RNAポリメラーゼプロモーターに作動
可能に連結されている。エキソン2およびエキソン3の配列は、RNA転写物から
のaI2イントロンRNAの自己スプライシングのために必要である。JVM4をBstEII(
これはエキソン3の3'末端を切断する)で線状化し、次いで5μgのプラスミド
を0.300mlの40mM Tris-HCl(pH8.0)、25mM NaCl、8mM MgCl2、2mMスペルミジン、
5mM DTT、500mM rNTP、US Biochemicalから得た600UのRNasinおよびBRLから得
た300〜750UのT3 RNAポリメラーゼ中で37℃で2時間インキュベートして、RNA
転写物を作製した。インキュベーション後、RNA転写物をフェノール-CIA抽出し
、G-50カラムで精製し、フェノール-CIA抽出し、そしてエタノール沈澱した。次
いで、RNA転写物を40mM Tris-HCl(pH7.5)、100mM MgCl2、2M NH4Cl中で40〜45℃
で1時間インキュベートして、RNA転写物からのaI2イントロンRNA分子の自己ス
プライシングさせ、そしてスプライシング生成物を得た。切り出されたaI2 RNA
転写物を含むスプライシング生成物、aI2イントロンRNAを欠如している連結され
た転写物、およびスプライシングされていない転写物を、G-50カラムを通すこと
により脱塩し、次いでフェノール-CIA抽出およびエタノール沈澱して、外因性RN
Aを提供した。次いで外因性RNAを最終濃度1.0μg/μlとなるように10mM Tris-H
Cl(pH8.0)、1mM EDTA中に再懸濁した。
再構成RNA粒子調製物を調製するために、1μlの外因性RNAを、氷上で0〜10
分間、2μlの102ΔD5RNA-タンパク質複合体調製物(0.025 O.D.260単位)に添加
した。調製物をすぐに使用した。処方13 改変されたEBS配列を有するグループIIイントロンRNAを含むヌクレオチ ドインテグラーゼを含む再構成RNP粒子
プラスミドpJVM4誘導体を、外因性aI2イントロンRNA分子を調製するために使
用し、ここでEBS1およびEBS2配列は、野生型aI2イントロンにおけるEBS配列とは
異なる。pJM4は、pBluescript II KS(+)におけるファージT3プロモーター下流
でクローン化された野生型酵母161由来のaI2イントロン配列および隣接するエキ
ソン配列を含む。改変したイントロンを含むプラスミドは、適切なプライマーを
用いたPCR変異誘発によりpJVM4から誘導した。全ての場合において、改変された
領域を配列決定し、正確な変異および外因性変異が存在しないことを確認した。
プラスミドpJVM4-aI1EBS1、pJVM4-aI1EBS2およびpJVM4-aI1EBS1/EBS2は、aI2R
NA誘導体を含み、ここでEBS1および/またはEBS2配列をal1の配列で置換した。
それぞれの場合において、エキソンの5'および3'の部分をまた、インビトロスプ
ライシングを可能にするためにal1配列に変化させた。pJVM4-aI1EBS1は、5'AGAA
GAから5'CGTTGAに変化させたEBS 2985〜2990位を有し;pJVM4-aI1EBS2は、5'TCA
TTAから5'ACTTTAに変化させたEBS2 2935〜2940位を有し;そしてpJVM4-aI1EBS1E
BS2は、2935〜2940位および2985〜2990位を、それぞれ5'TCATTAから5'ACAATTお
よび5'AGAAAGから5'CGTTGAに変化させたEBS1およびEBS2を有する。pJVM4-aI1EBS
1およびpJV4-aI1EBS1/EBS2について、aI2およびE2配列からなるpJVM4挿入物の5'
部分をE1の最後の24bpで置換した。pJVM4-aI1EBS2について、配列番号11の-24〜
-7位(GTCATGCTGTATTAATGA)を配列番号12(ATYGGTAATTCACAATTAT)で置換し、a
I2 IBS1配列を変化しないままにした。3つの構築物の全てについて、挿入物の3
'部分を、E3およびaI3の代わりにE2の最初の15bpにより置換した。
pJVM4-EBS2-8G、pJVM4-EBS2-9T-10A、pJVM4-EBS2-11A、pJVM4-EBS2-12Aおよび
pVJM4-EBS2-13T(1)は、pJVM4の誘導体であり、ここで示された変化はEBS2におけ
る異なる位置で導入された。pJVM4-EBS2-13T(2)は、第2の変異(イントロン293
2位でのTからA)を含むことを除いて、pJVM4-EBS2-13T(1)と同一である。
pJVM4-δ-C,pJVM4-δ-G,およびpJVM9-δ-Tは、pJVM4の誘導体で、δヌクレ
オチド(2984位)をそれぞれ、C,GまたはTに変えたものであり、代償的なヌ
クレオチドがインビトロスプライシングのためにエクソン3のα’位で置換され
ている。
改変されたEBS1配列および/または改変されたEBS2配列を有する外因性のaI2
イントロン転写物を、ファージT3ポリメラーゼおよび鋳型として改変されたプラ
スミドを用いて合成した。合成転写物は、酵母ミトコンドリアCOX1タンパク質の
改変されたaI2イントロンRNAの領域ならびに隣接するエクソン2およびエクソン
3の領域を含有した。合成転写物を、自己スプライシングし、そしてこのスプラ
イシング産物を、G-50カラムを通して脱塩し、フェノールCIAで抽出し、エタノ
ール沈殿し、そしてTE(pH 8.0)に終濃度1.0μg/μl(0.52μM)で溶解した。
結果として生じる改変された切除aI2 RNA分子を、RNP粒子調製物のために処方
1において上述したプロトコールを用い、102ΔD5より単離したRNA-タンパク質
複合体調製物と、個々に混合した。この酵母変異株は、aI2イントロンのドメイ
ンVに欠失を有し、aI2 RNAのスプライシングができない。この変異株は、スプ
ライスされない前駆mRNAより、aI2タンパク質を大量発現する。従って、RNA-タ
ンパク質複合体の調製物は、より大量にaI2タンパク質を含有する。
再構築のために、1μlのスプライスされた合成aI2転写物を、2μl(0.025 OD26 0
)のRNAタンパク質の複合体調製物と混合し、氷上で0〜10分間インキュベートし
た。処方14
グループIIイントロンRNAのドメインIVのループ領域が改変された(すなわち
ドメインIVのループ領域ヌクレオチド配列が処方1〜10のaI2 RNAのヌクレオチ
ド配列とは異なる)RNP粒子を含むRNP粒子調製物を、2つの方法によって調製す
る。第1に、aI2イントロンDNAのオリゴヌクレオチド特異的変異誘発を標準的な
周知の方法によって行って、aI2イントロンRNAのドメインIVのループ領域をコー
ドするヌクレオチド配列を変化させる。次いで、変異誘発されたaI2イントロンD
NAをプラスミドのようなベクターへ挿入する。ここで、このDNAをT7 RNAポリメ
ラーゼまたはSP6 RNAポリメラーゼまたはT3 RNAポリメラーゼに対するプロモー
ターのようなRNAポリメラーゼプロモーターに作動可能に連結し、そして改変さ
れたグループIIイントロンRNAのインビトロ転写物を、処方12において上記した
ように作製する。次いで、外因性RNAを、処方12について記載したように単離し
たRNA-タンパク質複合体と組み合わせ、改変された再構築RNP粒子調製物を生成
させる。
あるいは、グループIIイントロンRNAのループ領域内の配列が改変されたRNP粒
子調製物を、処方4〜10に記載されているように、酵母のような生物の部位特異
的突然変異誘発により、および処方1に記載のように、生物由来のRNP粒子調製
物の単離によって調製する。処方15遺伝子操作された細胞よりのRNP粒子の調製
Lactococcus lactisのlactococcus接合エレメント(conjugative element)pRS0
1のLl.ltrBイントロンによりコードされる切除されたRNAを含有するヌクレオチ
ドインテグラーゼ、およびLl.ltrBイントロンのORF LtrAによりコードされるタ
ンパク質を、細菌Escherichia coliのBLR(DE3)株の細胞(recA遺伝子型を有する)
をプラスミドpETLtrA19で形質転換することにより調製した。プラスミドpETLtrA
19は、隣接するエクソンltrBE1およびltrBE2の部分の間に位置する、Lactococcu
s lactis由来のグループIIイントロンLl.ltrBのDNA配列を含有する。pETLtrA19
はまた、T7 RNAポリメラーゼプロモーターとT7転写ターミネーターのためのDNA
配列を含有する。配列は、Ll.ltrBイントロン内のORF配列(配列番号6)がT7RN
Aポリメラーゼプロモーターの制御下にあるように、プラスミド中に並べられる
。Ll.ltrBイントロンのORFはタンパク質ltrAをコードする。pETLtrA19に存在す
るLl.ltrBイントロンの配列およびその隣接するエクソン配列を配列番号5に示
す。ltrAタンパク質のアミノ酸配列を配列番号7に示す。ドメインIVは、ヌクレ
オチド705から2572によりコードされている。
pETLtrA19は、第一に、ミネソタ大学のGary Dunny博士より取得したpLE12をHi
ndIIIで消化し、制限フラグメントを1%アガロースゲル上で単離することによ
り調製した。Ll.ltrBイントロンを隣接するエクソンltrBE1およびltrBE2の部分
と共に含有する2.8kbのHindIIIフラグメントをアガロースゲルより回収し、1本
鎖突出部をDNAポリメラーゼIのクレノウフラグメント(Gibco BRL,Gaithersbur
g,MDから入手)により埋めた。結果として生ずるフラグメントを、XbaIにより消
化しクレノウフラグメントにより処理したプラスミドpET-11aに連結した。pET-1
1aはNovagen,Madison,WIより入手した。
pETLtrA19を、「Molecular Cloning A Laboratory Manual」の1-82頁(1989)
に記述されたようなSambrookらの従来のCaCl2媒介形質転換手順を用いてE.coli
細胞に導入した。単一の形質転換コロニーを、プラスミドを選択するためのアン
ピシリンとBLR株を選択するためのテトラサイクリンとを補充したLuria-Bertani
(LB)培地を含むプレートで選択した。1つ以上のコロニーを、アンピシリンを補
充した2mlのLB培地に接種し、37℃で振とうしながら一晩増殖させた。この培養
物1mlを、アンピシリンを補充した100mlのLB培地に接種し、37℃で、200rpmの振
とうを伴い、培養物のOD595が0.4になるまで増殖させた。その後、イソプロピル
−β−D−チオガラクトシドを終濃度が1mMになるよう培養物に加え、インキュ
ベーションを3時間続けた。その後、培養物全体を2,200×g,4℃で5分間遠心
分離することにより、収集した。細菌のペレットを150mM NaClで洗浄し、そして
最終的に最初の培養物の1/20容量の50mM Tris,pH 7.5,lmM EDTA,1mM DTTおよ
び10%(v/v)グリセロール(緩衝液A)に再度懸濁した。細菌を、-70℃で凍結し
た。
溶菌液を産生するために、細菌を3回、解凍および-70℃での凍結を行った。
次に、4倍容量の500mM KCL、50mM CaCl2、25mM Tris,pH7.5,および5mM DTT(H
KCTD)を溶菌液に加え、混合物を粘性がなくなるまで(すなわち、5秒以上)超
音波処理した。溶菌液を、14,000×g,4℃,15分間の遠心分離により可溶性画分
と不溶性画分とに分画した。次に、結果として生じた5mlの上清(すなわち可溶
性画分)をHKCTD中の1.85Mショ糖のショ糖クッション(cushion)にロード(load)
上し、Ti 50ローター(Beckmanより)中で、4℃、50,0000rpmで17時間遠心分離し
た。RNP粒子を含むペレットを1mlの水で洗浄し、次に氷上で25μlの10mM Tris,p
H 8.0,1mM DTTに溶かした。不溶性の物質を、15,000×g,4℃,5分間の遠心分
離で取り除いた。この方法に従って調製したRNP粒子産物は、切除されたLl.ltrB
イントロンRNAおよびltrAタンパク質を含有する。
基質DNAの調製
酵母ミトコンドリアCOX1遺伝子のE2/E3接合部由来の配列、酵母ミトコンドリ
アCOX1遺伝子のE1/E2接合部由来の配列、および推定Lactococcus lactisリラク
ゼース(relaxase)遺伝子(ltrB)のE1/E2接合部由来の配列を有する標識化DNA基
質を、組換えプラスミドから、またはPCRもしくはプライマー伸長により合成オ
リゴヌクレオチドテンプレートから合成した。酵母ミトコンドリアCOX1遺伝子の
E2/E3接合部を含む基質の配列を、wt配列として、図3に示す。図3はまた、こ
の配列中の変異の位置をも同定する。酵母ミトコンドリアCOX1遺伝子のE1/E2接
合部を含有する基質の配列を図6に示す。図6はまた、この配列中の変異の位置
をも同定する。推定Lactococcus lactisリラクゼース遺伝子(ltrB)のE1/E2接合
部を含む基質の配列を図8に示す。図8はまた、この配列中の変異の位置をも同
定する。アンチセンス鎖の5’末端で標識されたDNA基質をまた、5’末端を標
識したプライマーおよび未標識のプライマー200ngを用いたPCRにより、プラスミ
ドから生成した。両プライマーは、ポリリンカーにおいて配列と相補的である。
1本鎖DNA基質を、ヌクレオチドの末端標識により合成した。2本鎖DNA基質の短
いセグメントもまた、調製した。
aI2タンパク質に結合した切除されたaI2イントロンRNA、al1タンパク質と結合
した切除されたal1イントロンRNA、またはltrAタンパク質と結合した切除された
ltrAイントロンRNAを含有するヌクレオチドインテグラーゼを、DNA基質を切断す
るために用いる方法の以下の実施例は、例示のみのためであり、本発明の範囲を
限定することは意図されない。実施例1 野生型aI2イントロンRNAおよび野生型aI2コード化タンパク質を含む ヌクレオチドインテグラーゼを用いた2本鎖DNA基質の切断
処方1のRNP粒子0.025 O.D.260単位を、酵母ミトコンドリアCOX1エクソン2お
よび3(E2E3)からなるものであって、図3に示したWT配列を含有するDNA基質
と反応させた。反応は、37℃中で、100mM KCl,20mM MgCl2,pH7.5を含む緩衝液
中で行った。切断産物の一部をグリオキサールで変性させ、1%アガロースゲル
で分析し、DNA基質のE2/E3接合部でのトップ鎖またはセンス鎖の切断の程度を決
めた。核酸切断産物の別の一部を、6%変性ポリアクリルアミドゲルで分析し、
2本鎖DNA基質の両鎖における切断の程度を決めた。ゲルを乾燥し、オートラジ
オグラフイーまたはMolecular Dynamics Phosphorimager 445によるフォスフォ
イメージング(phosphorimaging)による定量を行った。
結果は、野生型酵母由来のaI2イントロンコード化タンパク質に結合した野生
型酵母由来の切除されたaI2イントロンRNAを含むヌクレオチドインテグラーゼは
、wt標的配列を有する基質のトップ鎖を、図3に矢印で示した位置で切断するこ
とを示した。結果はまた、グループIIイントロンRNAがセンス鎖の切断部位に組
み込まれることを示した。結果はまた、ヌクレオチドインテグラーゼが2本鎖DN
A基質のボトム鎖またはアンチセンス鎖を、第1鎖の切断部位より10塩基対下
流
の位置で切断することを示した。
処方1のRNP粒子0.025 O.D.260単位を、図3のwt DNA基質の6つの異なる誘導
体と反応させた。各誘導体は、図3に示したwt配列のIBS2中に1つの点変異を含
有した。誘導体においては、-7、-8、-9、-10、-11、-12、および-13のヌクレオ
チドがそれぞれその相補体に変えられた。反応を同様に行い、そして切断産物を
1%アガロースゲルで上記のとおりアッセイした。結果は、このヌクレオチドイ
ンテグラーゼが2本鎖DNA基質の切断する能力は、aI2イントロンRNAのEBS2の各
ヌクレオチドと基質のIBS2の各ヌクレオチドとの間が完全に相補的でなければ、
相当に減少することを示した。唯一の例外は、基質が+7のヌクレオチドに変異を
有する場合に起こった。
処方1のヌクレオチドインテグラーゼ0.025 O.D.260単位を、wt配列の-14から
-21の各位置のヌクレオチドを不正確なヌクレオチドの混合物となるよう別々に
変えた、図3のwt DNA基質の誘導体と反応させた。従って、ヌクレオチドインテ
グラーゼを、各々1つの部位に3つの変異の混合物を含有する10の異なる基質
と反応させた。反応は、実施例1において上述したように行い、切断産物をグリ
オキシル化し、1%アガロースゲルでアッセイした。結果は、ヌクレオチドイン
テグラーゼは、標的配列の-21位、-20位、-17位、および-14位に点変異を有する
基質を、ヌクレオチドインテグラーゼを図3に示したwt配列と反応させた場合に
達成されたレベルの67%から115%の範囲のレベルで切断することを示した。切断
のレベルは、-15および-18に点変異を有する基質を用いると、最も大きく減少し
た。-15および-18に変異を有する基質を用いて起こる切断のレベルは、ヌクレオ
チドインテグラーゼが図3に示したwt配列と反応した場合に得られた切断の9%お
よび3%であった。-16位および-19位の変異は中程度の影響を有し、そしてこれら
の変異を含む基質は、wt配列を有する基質を用いて達成されたレベルの23%およ
び31%のレベルであるレベルでヌクレオチドインテグラーゼによって切断された
。
処方1のヌクレオチドインテグラーゼ0.025 O.D260単位を、wt配列の+1から+1
0の各位置のヌクレオチドを別々に3つの異なる塩基の混合物に変えた、図3のD
NA基質の誘導体と反応させた。従って、ヌクレオチドインテグラーゼを、30の
異なる基質と反応させた。ここで各基質は、3つの異なるヌクレオチドの混合物
を有する。反応は、実施例1において上述したように行い、切断産物を6%ポリ
アクリルアミドゲルでアッセイし、これらの位置のヌクレオチドがwt配列を含む
基質のアンチセンス鎖の切断に必要か否か決めた。切断産物をまたグリオキシル
化し、1%アガロースゲルで分析し、これらの位置のヌクレオチドの変化が、ヌ
クレオチドインテグラーゼが基質のトップ鎖を切断する能力になんらかの影響が
あるのかを決めた。結果は、aI2ヌクレオチドインテグラーゼは+1位、+4位、お
よび+6位に変化を有する第2鎖についての基質を、ヌクレオチドインテグラーゼ
が図3に示したwt配列と反応した場合に達成されたレベルの、それぞれ、39%、3
3%、および29%のレベルで切断することを示した。他の位置(すなわち、+2、+3
、+5、+7、+8、+9、および+10)のヌクレオチドの変化は、ヌクレオチド配列が
基質の第2鎖を切断する能力にほとんど影響しなかった。結果はまた、これらの
各位置のヌクレオチドの変化は、ヌクレオチドインテグラーゼが変異基質のトッ
プ鎖を切断する能力にほとんど影響しないことも示した。比較実施例A
処方1、2、4、5のRNP粒子調製物0.025 O.D.260単位を、図3に示したwt配
列を有する内部標識したDNA基質125fmol(150,000cpm)と20分間反応させた。切断
を確認するため、産物をグリオキシル化し、1%アガロースゲルで分析した。結
果は、切除されたaI2イントロンRNAを欠く、またはイントロンコード化タンパク
質がZnドメインの非保存部分を欠くヌクレオチドインテグラーゼは、2本鎖DNA
基質の切断もRNAとの接着もしないことを示した。実施例2 処方12の再構築RNP粒子調製物を用いた2本鎖DNA基質の切断
処方12の再構築RNP粒子調製物を、pE2E3より生成し、センス鎖またはアンチ
センス鎖のいずれかを5’末端標識した250fmol(300,000cpm)の142塩基対DNA基
質と、37℃、20分間、反応させた。基質の両鎖の切断を確認するために、反応産
物を0.3M NaOAcおよび2μgの1本鎖サケ精子DNA存在下でフェノールCIA抽出し、
続けてエタノール沈殿を行った。反応産物を6%ポリアクリルアミド/8M尿素を
含むゲルで分析した。結果は、再構築粒子調製物は、図4に示した野生型配列を
含む2本鎖DNA基質の両鎖を切断することを示した。同様の結果、すなわち、両
鎖の切断は、5’末端標識基質を処方10のRNP粒子調製物とインキュベートした
場合に得られた。実施例3 改変したaI2イントロンRNAおよびaI2コード化タンパク質を含有する ヌクレオチドインテグラーゼを用いる2本鎖DNA基質の切断
処方13のRNP粒子調製物0.025 O.D.260単位(ここでは、aI2グループIIイント
ロンRNAのEBS1がal1イントロンRNAのEBS1配列に変えられている)を、図3のwt
DNA基質およびその誘導体(ここでは、-1位から-6位のヌクレオチドを同時に、a
l1ヌクレオチドインテグラーゼのwt配列のIBS1配列である、5'TTAATGに変えた)
と反応させた。実施例1に記載のとおりに、反応を行い、そして切断産物を分析
した。結果は、改変EBS1を伴うグループIIイントロンRNAを含有するaI2ヌクレオ
チドインテグラーゼは、wt配列を伴う基質を切断し得なかったが、-1位から-6位
のヌクレオチドが改変EBS1に相補的である基質を切断し得ることを示した。実施例4 野生型または改変aI2イントロンRNAならびにaI2コード化タンパク質 を含有するヌクレオチドインテグラーゼ用いた基質の切断。
処方1のRNP粒子0.025 O.D.260単位を、図3のDNA wt基質の3つの異なる誘導
体と反応させた。各誘導体は、単一の点変異を含有した。誘導体では、+1のヌク
レオチドを、C、G、またはAのいずれかに変えた。誘導体をまた、EBS1の直前
のヌクレオチドがA、G、C、またはTのいずれかであるaI2イントロンRNAを含
有するヌクレオチドインテグラーゼと反応させた。実施例1に記載のように、反
応を行い、そして切断産物を1%アガロースゲルでアッセイした。結果は、+1の
ヌクレオチドがaI2イントロンRNAのEBS1の直前のヌクレオチドと相補的である場
合、トップ鎖の切断は増強し、標的配列が+1位にGを有し、そしてイントロンRN
Aはδ位にプリンヌクレオチド(AまたはG)を有する場合、センス鎖の切断は
大きく減少することを示した。実施例5 al1イントロンRNAおよびal1イントロンコード化タンパク質を含有す るヌクレオチドインテグラーゼを用いた2本鎖DNA基質の切断。
wt配列または図6に示した11の単一の点変異の1つを有する変化配列のいずれ
かを含有する2本鎖DNA基質を、処方3のRNP粒子調製物と反応させた。各反応の
ために、1.5nM(150000cpm)の2本鎖DNA基質をRNP粒子調製物0.025 O.D.260単位
と、10μlの50mM Tris pH7.5,5mM KCl,10mM MgCl2,5mM DTT中で混合した。反
応混合液を、37℃で20分間インキュベートした。70μ1の28.6mM EDTA、0.15mg/m
l tRNAを添加することにより、反応を停止させた。核酸をフェノール抽出し、エ
タノール沈殿し、グリオキシル化し、そして1%アガロースゲルで分析した。
結果は、処方3のヌクレオチドインテグラーゼは-23位、-20位、-17位、-16位
、-15位、および-14位に変異を有する基質DNAを、図6に示したwt配列を有する
基質と同効率で切断することを示した。G(-22)、G(-21)、A(-19)、およびA(
-18)の位置での変異は、wt配列とで起こる切断の75%から25%にいく分か切断の効
率を減少させた。最も重要なヌクレオチドは、-13位のCであるようである。こ
の位置の変異は、基質の切断をwt配列とで起こる切断の1%未満に減少させた。実施例6 Ll.ltrBイントロンRNAおよびLl.ltrBイントロンコード化タンパク質 を含有ヌクレオチドインテグラーゼを用いる基質の切断
wt配列または図8に示した11の単一の点変異の1つを有する変化wt配列のいず
れかを含有する2本鎖DNA基質を、処方15のRNP粒子調製物と反応させた。点変異
は、wt配列の-23位から-13位の部位に起こっている。各反応のために、1.5nMの
2本鎖DNA基質をRNP粒子調製物0.025 O.D.260単位と、10μlの50mM Tris pH7.5
,10mM KCl,10mM MgCl2,5mM DTT中で混合した。反応混合液を、37℃で20分間
インキュベートした。70μlの28.6mM EDTA、0.15mg/ml tRNAを添加することによ
り、反応を停止させた。核酸をフェノール抽出し、エタノール沈殿し、グリオキ
シル化し、そして1%アガロースゲルで分析した。
結果は、処方15のヌクレオチドインテグラーゼは、図8に示したwt配列を有す
る基質によって達成されたレベルの約80%のレベルで、C(-22)、C(-18)、A(-l
4)の位置に変異を有する基質DNAを切断することを示した。G(-21)、およびA(-
20)、T(-19)の位置に点変異を有する基質は、wt配列を有する基質を用いて達成
されたレベルの約40%以下のレベルで切断された。実施例7 精製RNP粒子を用いる2本鎖DNA基質の切断
酵母ミトコンドリアCOX1エクソン2および3(E2E3)を含有し、ならびに図3
に示されるWT配列を含む125fmol(150,000cpm)の内部標識基質を処方1aのショ糖
勾配より得られた各画分10μlとインキュベートした。画分の組成を考慮に入れ
、最終反応媒体20μlは、100mM KCl,20mM MgCl2,50mM Tris-HCl,pH7.5,およ
び5mM DTTを含有した。37℃、20分間の反応に続き、30μlの水、5μlの0.3M NaO
Ac、および5μgのtRNAを画分に加えた。反応産物を、フェノール抽出し、エタノ
ール沈殿し、グリオキシル化し、1%アガロースゲルで分離し、そして乾燥した
ゲルをオートラジオグラフィーにより分析した。結果は、処方1aの精製RNP粒子
は、2本鎖DNA基質の両鎖の切断およびaI2イントロンRNAの切断部位への挿入に
有用であることを示した。実施例8 2本鎖DNA基質の両鎖の切断およびcDNAのアンチセンス鎖の切断部位 への接着
処方1,2,4,5,6,7,8,9のRNP粒子0.025 O.D.260単位を、図3に示したWT配列を
含む142塩基対DNA基質250fmol(300,000cpm)とインキュベートした。DNAインキュ
ベーション産物を6%ポリアクリルアミド/8M尿素ゲルで分析した。
5'フラグメントに対応する放射能標識バンドが、処方1および2のRNP粒子を
、DNA基質のトップ鎖またはボトム鎖のいずれかの5'末端で標識された基質とと
もにインキュベートした場合に検出された。これは、これらの粒子がDNA基質の
両方の鎖を切断したことを示す。処方1のRNP粒子は、トップ鎖をエキソン2-エ
キソン3接合部で正確に切断した。処方1および2のRNP粒子は、トップ鎖また
はセンス鎖切断部位から10塩基対下流でボトム鎖またはアンチセンス鎖を切断し
た。プロテアーゼKもしくはRNase Aで処理された、またはボイルされた処方1
のRNP粒子は、どちらの鎖も切断しなかった。
放射能標識バンドはまた、処方4のRNP粒子を、センス鎖またはアンチセンス
鎖のいずれかで5'末端標識されたDNA基質とともにインキュベートした場合に検
出された。これは、このヌクレオチドインテグラーゼが、DNA基質の両方の鎖を
切断したことを示す。処方4のRNP粒子は、改変され、切除されたaI2 RNA、およ
び検出可能な逆転写酵素活性を欠損しているaI2コード化タンパク質を含む。処
方4のRNP粒子の切断の程度は、処方1のRNP粒子調製物での切断と比較していく
ぶん減少したが、RNAのエンドヌクレアーゼ活性は、aI2コード化タンパク質の逆
転写酵素活性が存在しない場合でさえ存在する。
放射能標識バンドは、処方5のRNP粒子を、トップ鎖またはボトム鎖のいずれ
かの5'末端で標識されたDNA基質とともにインキュベートした場合に検出された
。O.D.260または可溶性aI2逆転写酵素活性のいずれかによって正規化された定量
アッセイにおいて、処方5のRNP粒子によるトップ鎖およびボトム鎖の切断活性
はそれぞれ、処方1のRNP粒子の活性の6%および25%であった。
5'フラグメントに対応する放射能標識バンドは、トップ鎖の5'末端で標識され
たDNA基質を処方6のRNP粒子とともにインキュベートした場合に検出されたが、
トップ鎖の5'フラグメントに対応するバンドは、処方6のRNP粒子をボトム鎖の5
'末端で標識されたDNA基質とともにインキュベートした場合には検出されなかっ
た。処方6のRNP粒子は、改変され、切除されたaI2イントロンRNA、および推定
エンドヌクレアーゼモチーフの1つに変化を有するaI2コード化タンパク質を含
む。類似の結果が処方7のRNP粒子について得られた。処方7は、改変され、切
除されたaI2イントロンRNA、およびZnドメインの保存された部分が存在しないaI
2コードタンパク質を含む。同様に、処方8および9のRNP粒子(各々が改変され
、切除されたaI2イントロンRNA、およびZn2+様モチーフにおいて変異が存在する
aI2コードタンパク質を含む)は、DNA基質のセンス鎖を切断したが、DNA基質の
アンチセンス鎖は切断しなかった。処方6、7、8、および9のRNP粒子につい
ては、センス鎖切断のレベルは、アガロースゲルにおいて検出されたRNA-DNA産
物の量に比例した。これらの所見は、aI2コード化タンパク質のアンチセンス鎖
エンドヌクレアーゼ活性がZnドメインに関連していることを示す。
5'フラグメントに対応する放射能標識バンドは、処方12の再構築RNP粒子調製
物を、DNA基質のセンス鎖またはアンチセンス鎖のいずれかの5'末端で標識され
た基質とともにインキュベートした場合に検出された。これらの結果は、再構築
RNP粒子調製物がDNA基質の両方の鎖を切断することを確立する。
従って、ヌクレオチドインテグラーゼの触媒RNA分子およびイントロンコード
化タンパク質の両方は、2本鎖DNAの両鎖を切断するために必要である。イント
ロンコード化タンパク質のZnドメインおよびXドメインの特定の改変は、ヌクレ
オチドインテグラーゼのアンチセンス鎖の切断を破壊する。
処方1,2,4,および5のRNP粒子調製物0.025 O.D.260単位を、10μlの反応媒体
中で、図4に示した野生型配列を含有する1μgのプラスミドと合わせた。反応媒
体は、各0.2mMのdATP,dGTP,およびdTTP、10μCiの[α-32P]-dCTP(3,000Ci/mmo
l;DuPont NEN,Boston MA),100mM KCl,および5mMジチオトレイトール,2mMMgC
l2,ならびに50mM Tris-HCl,pH 8.5を含有した。反応は、RNP調製物を加えるこ
とにより始め、37℃で10分間インキュベートし、0.2mMのdCTPを加え、さらに10
分追跡(chase)する。追跡期間の後、反応を、0.3M酢酸ナトリウム,pH7.8およ
び5μgのE.coli tRNAキャリアー(Sigma,St.Louis,MO)存在下でフェノール-
CIA(フェノール−クロロホルム−イソアミルアルコール;25:24:1)抽出するこ
とにより、反応を終結させた。産物は、2度エタノール沈殿し、90mM Tris-ホウ
酸,pH8.3,2mM EDTAおよび0.05%エチジウムブロミドを含有する1%アガロース
ゲル中に分解させる。結果は、処方1および2のRNP粒子は、切断されたDNA基質
上でのDNA分子の形成を触媒することを示した。結果はまた、切除されたグルー
プIIイントロンRNAを欠く、または逆転写酵素ドメインを欠くグループIIイント
ロンコード化タンパク質を含有するヌクレオチドインテグラーゼは、切断された
鎖上でのcDNA分子の形成を触媒しないことも示した。1本鎖DNAの切断
切除されたaI2RNAおよびaI2コード化タンパク質を含有するaI2ヌクレオチドイ
ンテグラーゼを、野生型aI2イントロンRNAのEBS1配列およびEBS2配列と相補的な
IBS2配列およびIBS1配列を含有する1本鎖DNAを切断するために用いた。+1から+
3の3ヌクレオチドがEBS1のすぐ上流の3ヌクレオチドと塩基対合し得る場合、
反応は大いに改善された。ヌクレオチドインテグラーゼによる基質の切断および
イントロンRNAの切断部位への挿入にとって最も好ましい反応条件は、100mM KCl
,
20mM MgCl2,pH 7.5,5mM DTT,37℃である。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DNA cleavage method using nucleotide integrase
background
In recent years, a number of methods have been developed for manipulating DNA. Of these methods
Some use biomolecules that cut or cleave DNA,
Renders the substrate DNA non-functional in some cases. Another approach is to use new nucleic acids.
Biomolecules are used to facilitate insertion of such fragments into the cleavage site of the DNA substrate.
Insertion of a new segment of nucleic acid into the cleavage site of a DNA substrate is controlled by the substrate DNA molecule.
Changes the characteristics of the RNA or protein molecule being loaded. Therefore, cleavage of the DNA substrate
Biomolecules that catalyze the disruption or insertion of new nucleic acid molecules into DNA substrates
A useful tool for analytical research and diagnostic research. DNA group
One such molecule used for quality cleavage is a restriction endonuclease.
It is.
Restriction endonucleases are enzymatic proteins that cut double-stranded DNA.
Such an endonuclease is capable of converting a specific nucleotide sequence in double-stranded DNA.
Recognizes and cleaves both strands within or near this specific recognition site.
Such specificity is attributed to the restriction endonuclease to control the double-stranded DNA
It is an important tool in mentoring. Restriction endonucleases are also identified
To determine if the sequence is present in the substrate DNA, and genomic sequencing
It is a useful analytical tool in routine research.
However, restriction endonucleases only cleave DNA substrates;
Do not insert new nucleic acid molecules into the cleaved DNA substrate. Therefore, another biomolecule is D
Necessary for inserting a new fragment of NA or RNA into double-stranded DNA.
Ribozymes cleave RNA and, in certain circumstances, generate new fragments of RNA.
A catalytic RNA molecule that is inserted into the cleavage site of an RNA substrate. Unfortunately, ribozymes
Was not particularly useful for cleavage of single-stranded or double-stranded DNA substrates.
Ribozymes reduce single-stranded DNA only at elevated temperatures and high concentrations of magnesium.
Under extreme conditions only. Ribozymes are denatured DNA, and single-stranded DNA
Can be used to cut double-stranded DNA only after being separated into two fragments of
. In addition, ribozymes have been of limited use in systems containing ribonucleases.
Therefore, double-stranded DNA molecules, single-stranded DNA molecules, and single-stranded RNA
It would be desirable to have a new way to use new tools that could sever the child. RN
A, single-stranded, and double-stranded DNA molecules can be cut at specific sites and
Methods using new biomolecules that can sometimes insert new nucleic acid molecules into their cleavage sites
Is particularly desirable.
Summary of the Invention
The present invention uses a single strand at a specific site using a nucleotide integrase.
For cleaving RNA, single- and double-stranded DNA substrates, and for nuclear
A new method is provided for inserting an acid molecule into a cleaved substrate. Nucleoti
Integrase is a group II intron RNA and a group II intron RNA.
Ribonucleoprotein particles that contain
It is bound to II intron RNA.
One method is to cut one strand using nucleotide integrase and
Hereinafter, this is referred to as the “top strand” of the double-stranded DNA substrate. Honcho
As indicated in the text, the nucleotides located upstream of the top strand cleavage site are:
A nucleotide having a position (-) corresponding to the cleavage site and located downstream of the cleavage site
Reotide has a (+) position corresponding to the cleavage site. Therefore, there are two cleavage sites.
Located between -1 and +1 nucleotides of the top strand of the single-stranded DNA substrate. Base
The quality top strand comprises a first intron RNA binding sequence, hereafter referred to as
Is referred to as the “IBS1” sequence, and the second intron RNA binding sequence is referred to hereinafter as the “IBS1” sequence.
It is referred to below as the “IBS2” sequence. The IBS1 and IBS2 sequences are about -1 site relative to the cleavage site.
Located in the region ranging from to about -14 sites. Located upstream of IBS2 and IBS1
Cleavage from the first 10-12 pairs of nucleotides, i.e. about -12 from the cleavage site
Up to about position -24 relative to the site, hereinafter collectively referred to as `` the first sequence element
". The first 10-12 pairs of nucleotides located downstream of the cleavage site
Hereinafter, it is collectively referred to as "second array element" in the specification.
The method of the invention comprises the following steps: The two hybridizing sequences "EBS1
"And" EBS2 "(these are the IBS1 sequence and IBS2
Nucleic acid comprising a Group II intron RNA having
Otide integrase, and at least one of the first sequence elements of the substrate
Providing a Group II intron-encoded protein that binds to a nucleotide
A nucleotide integrase, a nucleotide integrase being DNA
Cleave the top strand of the substrate and insert a Group II intron RNA at the cleavage site
Reacting with a double-stranded DNA substrate under conditions that permit the reaction. Preferably
A Group II intron RNA, hereinafter referred to as δ nucleotides
The nucleotide immediately preceding the first nucleotide of the EBS1 sequence of
Complementary to the +1 nucleotide of the strand, hereinbelow referred to as the δ 'nucleotide
Referred to. The EBS1 sequence of Group II intron RNA is approximately 5-7 nucleobases
Nucleosides, and at positions -1 to about -5 or about -7 of the top strand of the DNA substrate
It has substantial complementarity with tide. The EBS2 sequence contains about 4-7 nucleotides, and
Has substantial complementarity with nucleotides at about position -6 to about -14 of the top strand of the DNA substrate
.
The present invention also provides for the incorporation of nucleotide integrase into both strands of a double-stranded DNA substrate.
Provide a method to use for The method comprises the following steps:
Group II intron RNA with hybridizing sequences EBS1 and EBS2
Containing nucleotide integrases (these are the two introductories on the top strand of the substrate)
That can hybridize with the RNA binding sequences IBS1 and IBS2),
At least one nucleotide of the sequence element of
Group II a capable of binding to at least one nucleotide of the two sequence elements
Providing an intron-encoded protein; and a nucleotide integrator
The nucleotide integrase cleaves both strands of the DNA substrate,
And a double-stranded DNA substrate so as to insert the Group II intron RNA into the top strand cleavage site.
The step of reacting. Preferably, Group II is that the delta nucleotide of the intron RNA is
, Complementary to the δ 'nucleotide on the top strand of the substrate.
Another method provided by the present invention is a method for converting nucleotide integrase to single-stranded
For cleavage of nucleic acid substrates and for nucleotide integrase group II in
Used to insert Tron RNA at the cleavage site. The method comprises the following steps:
Nucleotide integrants with two hybridizing sequences, EBS1 and EBS2
Lase (these are two intron RNA binding sequences on a single-stranded substrate, IBS1 and
And group II intron-encoded proteins
Providing a nucleotide integrase with a single-stranded nucleic acid substrate;
Nucleotide integrase cleaves the substrate, and group II intron RNA
React for a time and temperature sufficient to allow the molecule to bind to it
Process. The EBS1 sequence of the Group II intron RNA is -1 to about -5 relative to the putative cleavage site.
About 5 to 7 nucleotides having substantial complementarity with the nucleotide at or about position -7.
Including. The EBS2 sequence is substantially equivalent to nucleotides from about position -6 to about position -14 relative to the putative cleavage site.
About 4-7 nucleotides with good complementarity. Preferably, group II int
The δ nucleotide of the long RNA is complementary to the δ ′ nucleotide on the top strand of the substrate.
It is a target.
The invention also relates to a method for determining whether a nucleic acid contains a particular recognition site.
This method uses a nucleotide integrator capable of cleaving a nucleic acid containing a specific recognition site.
Providing the enzyme; reacting the nucleotide integrase with the nucleic acid;
And a step of assaying for nucleic acid cleavage (where nucleic acid cleavage involves recognition of the recognition site by the nucleic acid)
To include).
BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
FIG. the second intron of the cerevisiae mitochondrial C0X1 gene
EBS sequence of loop II intron RNA (hereinafter referred to as “aI2 intron” RNA
FIG. 3 is a diagram showing the interaction between the IBS sequence and the IBS sequence of a DNA substrate. Substrate
The cleavage site is indicated by an arrow.
FIG. 2 shows the nucleotide sequence of the aI2 intron RNA (SEQ ID NO: 1) cerev
Group II intron RNA of the first intron of the isiae mitochondrial C0X1 gene
(Hereinafter referred to as “al1 intron” RNA (SEQ ID NO: 2)
FIG. The label on the sequence is wild-type al1 intron RNA
And the location of the EBS1 and EBS2 sequences of the wild-type aI2 intron RNA.
FIG. 3 shows cleavage by nucleotide integrase containing wild-type aI2 intron RNA.
Sequence of the DNA substrate to be cleaved and the protein encoded thereby,
5 is a chart depicting the positions of point mutations made in the sequence of FIG.
FIG. 4 shows nucleotide integrase containing wild-type aI2 intron RNA and its
Group having a mutation in the first sequence element by the protein encoded thereby
4 is a graph showing the relative degree of quality cut.
FIG. 5 shows nucleotide integrase containing wild-type aI2 intron RNA and aI2.
2 In the second sequence element by the protein encoded by the intron RNA
4 is a graph showing the relative degree of cleavage of a substrate having a mutation.
FIG. 6 shows cleavage by nucleotide integrase containing wild-type al1 intron RNA.
Sequence of the DNA substrate to be cleaved and the protein encoded by the al1 intron RNA
5 is a chart depicting quality and the location of mutations made in this sequence.
FIG. 7 shows the nucleotide integrase containing wild-type al1 intron RNA and the nucleotide integrase.
Cleavage of a substrate having a mutation upstream of the cleavage site by the encoded protein
6 is a graph showing the relative degree of disconnection.
FIG. 8 shows wild-type group II intron RNA (Lactococcus lactis ItrB gene).
Hereinafter referred to as “LI.ItrB intron RNA”).
The sequence of the DNA substrate cleaved by teglase, and the
2 is a chart depicting proteins (hereinafter, referred to as ltrA protein).
.
FIG. 9 shows nucleotide integrase containing wild-type LI.ItrB intron RNA and
Relative cleavage of substrates with mutations in the first sequence element by the ltrA and ltrA proteins
It is a graph which shows a degree.
FIG. 10 shows the LI.ItrB intron DNA sequence and adjacent exons ltrBE1 and ltrBE2.
Part of the nucleotide sequence (SEQ ID NO: 5) of the LI.ItrB intron
Nucleotide sequence of the coding frame (SEQ ID NO: 6) and the ltrA protein
Shows the amino acid sequence (SEQ ID NO: 7).DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention provides a nucleotide integrase for manipulating DNA and RNA substrates.
Provide a new way to use.
One method uses a nucleotide integrase to double-strand at a specific site.
Cuts one strand of DNA (hereinafter referred to as the top strand), and simultaneously cuts at the cleavage site
A nucleic acid molecule including RNA is bound to the thus obtained strand. The DNA substrate is the top strand of the substrate and
A first intron RNA binding sequence (IBS1) located upstream of the cleavage site, and D
Top strand of NA substrate and second intron RNA binding site located upstream of IBS1 sequence
It has a recognition site, including the column (IBS2). The recognition site is also located upstream of the IBS2 sequence
A first sequence element. The first sequence element comprises about 10-12 pairs of nucleic acids.
Including otide.
The method for cleaving the top strand of a double-stranded DNA substrate includes the following steps: the top strand of the DNA substrate
EBS1 and IBS2 sequences that can hybridize with the IBS1 and IBS2 sequences, respectively.
Integrators Including Group II Intron RNAs Having EBS2 and EBS2 Sequences
And binds to at least one nucleotide in the first sequence element
Providing a Group II intron-encoded protein;
Nucleotide integrase cleaves the top strand of the DNA substrate and
Sufficient time and temperature to allow the intron RNA to be inserted into the cleavage site
Reacting the nucleotide integrase with the double-stranded DNA substrate. Preferably
Indicates that the group II intron-encoded protein has more than one in the first sequence element.
Binds to a nucleotide.
The nucleotide integrase used in this method is a excised Group II
Includes Group II intron-encoded proteins that bind to intron RNA. glue
The EBS1 and EBS2 sequences of the intron II intron RNA are at least 80%, preferably 90%,
%, More preferably the complete homology between the IBS1 sequence and the IBS in the top strand of the substrate.
It has for each of 2 sequences. Group II intron-encoded proteins are RT
Includes non-conserved portions of the domain, X domain, and Zn domain.
EBS1 is located in domain 1 of the group II intron RNA and of the substrate IBS1
It contains about 5-7 nucleotides that can hybridize to the nucleotide. EBS2 is EBS1
Located in domain 1 of the Group II intron RNA upstream of
It contains about 4-7 nucleotides that can hybridize to a nucleotide. Group II Inn
The nucleotides in the EBS1 and EBS2 sequences of the TRON RNA are replaced by nucleotides in the IBS1 or IBS2 sequence.
If each is not at least 80% homologous to the leotide, then the glue
Intron RNA is modified to increase homology between EBS and IBS sequences.
Changed. As shown in FIG. 1, the IBS1 sequence of the substrate is upstream of the cleavage site, and
The IBS2 sequence of the substrate is upstream of the IBS1 sequence.
To effectively cleave the substrate, the first nucleus of EBS1 of the group II intron RNA
The nucleotide immediately adjacent to the nucleotide, δ, is +1 to the nucleotide at the top strand
Preferably they are complementary. Thus, the δ nucleotide is in the top strand of the substrate.
If not complementary to the +1 nucleotide, the +1 nucleotide in the top strand of the substrate
Group II intron RNA modified to include delta nucleotides complementary to otide
Is done. The nucleotide integrase then reacts with the substrate. Use in this method
Suitable nucleotide integrases for use include, for example, aI2 nucleotide integrase.
Lase, al1 nucleotide integrase, and ltrA nucleotide integra
Including
aI2 integrase is a wild-type or modified aI2 intron-encoded protein.
S. bound to quality of the second intron of the cerevisiae mitochondrial C0X1 gene,
Wild-type or modified group II intron RNA (hereinafter referred to as “aI2 int
Ron "RNA). The sequence of the wild-type aI2 intron RNA is shown in FIG.
Shown in number 1. Sequence of the protein encoded by wild-type aI2 intron RNA
Is shown in SEQ ID NO: 3. The EBS1 of the aI2 intron RNA contains 6 nucleotides and
And located at positions 2985 to 2990 of the sequence shown in SEQ ID NO: 1. Of wild-type aI2 intron RNA
EBS1 has the sequence 5'-AGAAGA. The EBS2 sequence of the aI2 intron RNA is 6 nucleotides.
And is located at positions 2935-2940. The EBS2 sequence of the wild-type aI2 intron RNA is
Has the sequence 5′-UCAUUA.
aI2 nucleotide integrase binds to a putative cleavage site on its top strand.
T at relative positions -15 and -13, C at position -18 relative to the putative cleavage site,
And a substrate having a G at position -16 or -19 relative to the putative cleavage site.
Used to cut. Therefore, the use of aI2 nucleotide integrase
First, the sequence of the top strand of the substrate is examined, and the target sequence 5′GCXXTXT or
Position the target sequence 5'XCXGTXT. Where X represents A, C, G or T, and
Where A represents a nucleotide having an adenine base and G has a guanine base
C indicates a nucleotide having a cytosine base, and T
Indicates a nucleotide having a thymine base. Next, the EBS2 distribution of the aI2 intron RNA was
The sequence is substantially downstream from the IBS2 sequence, i.e., one of these target sequences
If not homologous to the sequence of the 6 nucleotides located, and / or
The EBS1 sequence of the Ron RNA is substantially downstream of the IBS1 sequence, i.e., the IBS2 sequence.
If it is not homologous to the 6 nucleotide sequence located at
As such, EBS1 and EBS2 are modified to have substantial complementarity. Substrate
Top chain is A at position -21, G at position -19, C at position -18, G at position -16, T at position -15, and T at position -13
, The efficiency of cleavage by aI2 nucleotide integrase is increased.
al1 nucleotide integrase may be removed, wild-type, or modified and removed.
Left, S. The glue of the first intron of the cerevisiae mitochondrial C0X1 gene
II intron RNA (hereinafter referred to as "aI1 intron" RNA) and
, Wild-type or modified al1 intron-encoded proteins. al1 intro
The sequence of the RNA is shown in FIG. 2 and SEQ ID NO: 2. code by al1 intron RNA
The sequence of the protein to be loaded is shown in SEQ ID NO: 4. EBS1 sequence of al1 intron RNA
Contains 6 nucleotides and is located at positions 426-431. Wild type al1 intron RN
EBS1 of A has the sequence 5'-CGUUGA. The EBS2 sequence of the al1 intron RNA is 6 nucleotides
Contains tide and is located at positions 376-381. EBS2 of wild-type al1 intron RNA is
It has the sequence 5'-ACAAUU.
al1 nucleotide integrase binds to a putative cleavage site on its top strand
Used to cleave the top strand of a double-stranded DNA substrate with a C at position -13
Is done. Preferably, the top strand of the substrate is at position -13 relative to the putative cleavage site.
At position C, G at position -22, G at position -21, A at position -19 and A at position -18. al1 intron
The EBS2 sequence of the RNA is downstream immediately adjacent to the IBS2 sequence, i.e., the -13 C nucleotide.
If there is no substantial complementarity with the six nucleotide sequence present, and / or
The ESBI sequence of the al1 intron has the IBS1 sequence, i.e., the downstream region adjacent to the IBS2 sequence.
Substantial complementarity with a 6-nucleotide sequence upstream adjacent to and cleavage site
If not, the EBS1 and EBS2 sequences of the group II intron RNA are
As described, they are modified to have substantial complementarity.
ItrA nucleotide integrase is removed, wild-type, or
Lactococcus lactis ltrB gene group Ll.ltrB group II
Introduced below, referred to as "Ll.ltrB intron" RNA, and
Alternatively, the modified Ll.ltrB intron-encoded protein is
Call it quality. The sequence of the L1.ltrB intron RNA is shown in FIG. lt
The sequence of the rA protein is shown in SEQ ID NO: 7. The EBS1 sequence of Ll.ltrB intron RNA is
It contains 7 nucleotides and is located at positions 457-463. Wild-type Ll.ltrB intron
The EBS1 sequence of the RNA has the sequence 5′-GUUGUGG. EBS2 of Ll.ltyB intron RNA is 6
Nucleotides and is located at positions 401-406, including position 406. Wild type Ll.ltrB
The EBS2 sequence of the intron RNA has the sequence 5'AUGUGU. Top strand corresponds to cleavage site
Have a G at position -21 and an A at position -20, the ltrA nucleotide
Glucase is used to cleave the top strand of a double-stranded DNA substrate. ltrA Nucleus
Otide integrase is G at position -21, A at position -20, T at position -19, G and -15 at position -17.
With a G at the position, the top strand is more effectively cleaved.
Another method is to break both strands of double-stranded DNA, and
To attach a Group II intron RNA molecule to the strand break,
Use integrase. Nucleotide integrase is
Includes Group II intron-encoded proteins bound to Group II intron RNA
Where the group II intron RNA contains the IBS1 sequence on the top strand of the substrate and IBS
It has an EBS1 sequence and an EBS2 sequence that are each substantially homologous to the two sequences. EBS 1 distribution
The row contains about 5-7 nucleotides. The EBS2 sequence contains about 4-7 nucleotides. glue
The EBS1 and EBS2 nucleotides of the intron II
Non-homologous nucleotides are at least 80% non-homologous to leotide.
Preferably, it is modified by recombinant technology. Preferably, group II int
Ron's delta nucleotide is homologous to the nucleotide at position +1 of the top strand. δ nu
K
If the leotide is not homologous to the nucleotide at position +1 then preferably the delta nucleotide
Are modified homologously. Group II intron coat protein is the RT domain
, X, and Zn domains. Substrate
To insert cDNA at the cleavage site on the Tom strand, a Group II intron-coded
The protein also contains a reverse transcription domain.
A method for cleaving both strands of a double-stranded DNA sequence having a recognition site includes the following steps.
MM: High in the two intron RNA binding sequences of the top strand of the DNA substrate, IBS1 and IBS2.
Group II intron RN with two hybridizable sequences, EBS1 and EBS2
A containing nucleotide integrase and the first sequence in the recognition site for the substrate
Group II intron code binding to the element and the second sequence element
Supplying the protein; and the nucleotide integrase is
Breaks the double strand and inserts a Group II intron RNA at the top strand break.
The nucleotide integrase and the double-stranded DNA substrate for sufficient time and temperature
The step of reacting. The first sequence element of the recognition site is located upstream of the putative cleavage site.
The IBS1 sequence and the IBS2 sequence. The first sequence element is about 10-12 base pairs.
Of nucleotides. The second sequence element is a nucleotide of about 10 to 12 base pairs.
And located downstream of the cleavage site (i.e., from position +1 to about +10, +11 or +12
Rank).
However, nucleotides that can be used to cleave both strands of a DNA substrate
Glase is aI2 nucleotide integrase, al1 nucleotide integrase
, LtrA nucleotide integrase, but are not limited thereto. aI2 Nucle
The preferred recognition site for otide integrase is on its top strand, relative to the cleavage site.
Relatively, C at -18, T at -15, T at -13, G at -16 or -19, T at +1
Contains T in +4 position and G in +6 position. DNA using aI2 nucleotide integrase
To cleave both strands of the substrate, the substrate sequence is first examined and one strand is
A set of nucleotides. Then, the aI2 intron RNA
The EBS2 sequence is located downstream, adjacent to the substrate IBS2 sequence, i.e., T at position -13
No substantial homology to the sequence of 6 nucleotides and / or a
The EBS1 sequence of the I2 intron RNA is adjacent to the substrate IBS1 sequence,
Has no substantial homology to the 6 nucleotide sequence located downstream
The EBS1 and EBS2 sequences of the Group II intron RNA at that time are described below.
So that they are substantially homologous. aI2 nucleotide in
Tegulase has a substrate whose top strand is A at position -21, G at position -19, C at position -18, G at position -16, and -1.
Higher with T at position 5, T at position -13, T at position +1, T at position +4, and G at position +6
Cleaves both strands of the substrate with efficiency. aI2 is a substrate whose top strand is A at position -21,
T, G at -19, C at -18, T at -17, G at -16, T at -15, T at -13, T at +1,
With a T at +4 and a G at +6, both strands of the substrate are even more efficient.
Disconnect. The top strand of the substrate is C at position +2, T at position +3, T at position +7, A at position +8, position +9
The cleavage is even higher with an A of T and a T at the +10 position.
al1 integrase has a top strand C at position -13 relative to the cleavage site,
Relative to the cleavage site, T at position +1, T at position +2, T at position +3, T at position +4, A at position +5, +6
Used to cleave both strands of the DNA substrate, having a G at position, a T at position +7, and an A at position +8.
Used. Preferably, the top strand of the double-stranded substrate is C at position -13, G at position -22, position -21.
G, -19 in A, +1 in T, +2 in T, +3 in T, +4 in T, +5 in A, +6 in G, +7
It has a T at position and an A at position +8. Top strand in DNA substrate, G at position -22, G at position -21,-
A in position 19, A in position -18, C in position -13, T in position +1, T in position +2, T in position +3, T in position +4, T in position +5, A in position +5
, G in +6, T in +7, A in +8, G in +9 and T in +10
High cutting efficiency. Substrate top strand further T at position -20, T at position -17, T at position -16, position -15
In addition, the cleavage is further enhanced when C is contained at position -14 and A at position -14.
In ltr nucleotide integrase, the top strand of the substrate is G at position -21 and the substrate is at position -20.
A, C at +1, A at +2, T at +3, A at +4, T at +5, C at +6, A and +8 at +7
If it has a T at the position, it is used to cleave both strands of the double-stranded DNA substrate
. For ltrA nucleotide integrase, the top strand is G at position -21, A at position -20, and position -19.
T, G in -17, G in -15, C in +1, A in +2, T in +3, A in +4, T in +5, +6
With C at position, A at +7 and T at +8, both strands of the substrate are more efficiently cleaved.
Refuse. The top chain of the substrate is C at position -22, C at position -18, T at position -16, A at position -14, -1
With A at position 3, T at position +9 and T at position +10, cleavage is further enhanced.
Another method is to cleave single-stranded nucleic acid substrates, i.e., single-stranded DNA or RNA.
To bind the Group II intron RNA molecule to the cleavage site
Use otide integrase. The method comprises the following steps: two on the substrate
Can hybridize with IBS1 and IBS2, which are the intron RNA binding sequences of
Group II intron RN with two hybridizing sequences EBS1 and EBS2
A and has non-conserved portions of the RT, X, and Zn domains
Providing a nucleotide integrase comprising a Group II intron;
And a step of reacting a substrate with nucleotide integrase. Group II b
The EBS1 sequence of the intron RNA comprises 5-7 nucleotides and is in positions -1 to about -5 or -7.
At least 80%, preferably 90%, more preferably the complete nucleotide
Have the same sex. The EBS2 sequence of Group II intron RNA contains about 4-7 nucleotides.
At least 80%, preferably 90%, of the nucleotides at about positions -6 to -14.
%, More preferably complete homology. Preferably, the first nucleoside of EBS1
The preceding nucleotide adjacent to the tide is the nucleotide at position +1 in the sense strand.
Is homologous to
The present invention also provides a method for determining whether a nucleic acid substrate contains a particular recognition site.
Offer. This method is capable of cleaving a nucleic acid substrate having a specific recognition site.
Providing a nucleic acid substrate; and providing the nucleic acid substrate with a nucleotide integrator.
And assaying for cleavage of the substrate. Substrate cleavage
Means that the substrate contains a specific recognition site. Fragmentation of nucleic acid substrates
In addition to size change assays, group II introns on one strand of the nucleic acid substrate
Cleavage can be detected by assaying for RNA incorporation or binding.
A wide range of temperatures is suitable for this method, but good results have been obtained at temperatures of about 30 ° C to about 42 ° C.
At a reaction temperature, preferably from about 30C to about 37C. A suitable reaction medium is Na+
Or K+At a concentration of about 0 to about 300 mM; preferably about 10 to about 300 mM.
Containing about 200 mM KCl and a divalent cation, preferably magnesium or
Cancer ions, more preferably magnesium ions at concentrations higher than 1 mM and lower than 100 mM.
Including ON. Preferably, the divalent cation is at a concentration of about 5 to about 20 mM, more preferably
About 10 to about 20 mM. The pH of the preferred medium is about 6.0 to 8.5, more preferably
Is about 7.5-8.0.
In the above method, the single-stranded nucleic acid substrate, and the top strand of the double-stranded DNA substrate,
It is thought to be cleaved by the removed group II intron RNA. Remove
Cleavage catalyzed by the removed Group II intron RNA can be partial or complete.
In addition, the cleavage site of the removed Group II intron RNA (ie, the top strand
A reverse splicing reaction that results in an insertion at nucleotides -1 to +1). partially
During insertion, the Group II intron RNA will have nucleotides + on the top strand of the cleavage site.
Covalently bonded to 1. The bottom or antisense strand of the double-stranded DNA substrate
It is believed that the protein is cleaved by the intron-encoded protein. Double-stranded DN
A The bottom strand of the substrate is located about 9 to about 11 base pairs downstream of the cleavage site in the top strand,
That is, it is cleaved at the site between nucleotide positions +9, +10 and +11.
Substrate DNA is purified using nucleotide integrase as an endonuclease
Cleavage methods determine the presence and location of specific recognition sites on DNA substrates
Is a useful analytical tool for In addition, either single-stranded or double-stranded DNA
Nuclei to DNA substrates that occur when cleaved by nucleotide integrase
Simultaneous insertion of acid molecules tags the cleavage site of the DNA substrate with a radiolabeled molecule
This feature facilitates the identification of DNA substrates containing specific recognition sites.
You. In addition, automatic binding of an RNA molecule to one strand of a double-stranded DNA substrate
Through hybridization studies using probes that are complementary to the molecule,
Allows identification of cleavage sites. Bound RNA, tagged with biotin-like molecules
The molecule also makes it possible to affinity purify the broken strand.
Nucleotide integrators to cleave RNA or DNA substrates with recognition sites
The use of a protease is useful for providing certain genes within a non-functional substrate.
is there. Such methods also involve inserting the nucleic acid into the cleavage site, and thus the RNA component.
Altering the properties of protein molecules encoded by proteins and substrates
It is useful forNucleotide integrase
Nucleotide integrase is a ribonucleoprotein ("RNP") particle,
And Group II intron coded RNA and Group II intron coded
Contains proteins, the proteins of which bind to RNA. Preferably, the group II in
Tron RNA is a Group II intron RNA that has been removed. As used herein, "
`` Removed Group II intron RNA '' can be used in vitro or in vivo.
Transcript of Group II intron DNA lacking adjacent exon sequences
RNA The removed Group II intron RNA is either wild-type or modified.
In vivo transcription and transfer from modified or unmodified Group II intron transcripts
Mutated by pricing or by in vitro transcription and splicing
Obtained from creatures. As used herein, "Group II intron coders"
Protein is controlled by the Group II intron open reading frame.
Is the protein to be loaded.
Group II introns are present in bacterial DNA and in organelles, especially fungi, yeast and
Specific in mitochondria and plant chloroplast DNA
Type of intron. Group II intron RNA molecules, in other words,
RNA molecules encoded by loop II introns have similar secondary and tertiary
The following structure is shared. Figure 2 shows the secondary structures of the al1 and aI2 intron RNAs,
2 shows the nucleotide sequence portions of wild-type al1 and aI2 intron RNA. Guru
Group II intron RNA molecules typically have six domains. Group II a
Domain IV of the intron RNA encodes the “Group II intron-encoded protein”.
Contains the nucleotide sequence to be loaded.
Nucleotide integrase is, for example, a group II inn found in nature.
A removed Group II intron RNA molecule having the same sequence as the tron RNA molecule
I.e., wild-type group II intron RNA and glue found in nature.
Group II intron R, which has a sequence different from that of Group II intron RNA
NA, including modified and removed Group II intron RNA molecules. Break
The altered and removed Group II intron RNA molecule is, for example, a Group II intron.
Nucleotide base changes or additional nucleotides in the inner loop region of the tRNA
Group II intron RNA molecules, preferably internal to domain IV
Nucleotide changes in the loop region and the hybridizing region of domain 1.
Includes Group II intron RNA molecules that have a functionalization. Group II intron RNA
Eve
Nucleotide integrase that has a nucleotide base change in the redisy region
Compared to wild-type, typically for nucleotide DNA of integrase substrate
With altered specificity.
The nucleotide integrase group II intron-encoded protein is X
Domain and Zn domain. The X domain of the protein has a maturation activity (mat
urase activity). The Zn domain of the protein is Zn2+Finger-like mochi
Have Preferably, the Group II intron-encoded protein is further reversed
Includes transcriptase domain. As used herein, Group II intron
The encoded protein may contain additional amino acids at the N-terminus or C-terminus, or proteins.
In internal regions of protein and wild-type group II intron-encoded proteins
Includes modified Group II intron-encoded proteins with alterations. Guru
Group II intron-encoded protein binds to the 3 'region of Group II intron RNA.
It is believed that they match.
Nucleotide integrase is wild-type, mutant, or genetically engineered
Provided in the form of RNP particles isolated from an organism. Nucleotide integrator
Zetas may also be in the form of reconstituted RNP particles, isolated from reconstituted RNP particle preparations.
Provided. Nucleotide integrase also eliminated exogenous synthetic
Group II intron RNA, group II intron-encoded protein or RNA
-Formed by combining with any of the protein complex preparations,
Includes constituent RNP particles. Exogenous RNA is unmodified and modified Group II
Includes both intronic RNA molecules. Preferably, the exogenous RNA is an in vitro transcript
Or in vitro of unmodified or modified Group II introns
It is a derivative of the transcript. For example, exogenous RNA can splice in vitro transcripts.
Can be obtained. RNA-protein complex preparations
Complex with an RNA molecule that is not a removed Group II RNA molecule that has a sequence to load
And group II intron-encoded protein molecules. RNA-protein complex
Group II intron-encoded proteins include ribosomal RNA molecules, mRNA molecules,
Or a removed group that does not encode a Group II intron-encoded protein
Binds to II intron RNA.
Nucleotide integrase can be obtained as purified RNP particles or
Can be used as structured particles. Alternatively, the nucleotide integrase is
RNP particles and reconstituted particles with nucleotide integrase activity
And other RNP particles (eg, ribosomes), which can be used in partially purified preparations.
You. This partially purified preparation is free of organelles.Preparation of nucleotide integrase
Nucleotide integrase is mitochondrial in wild-type or mutant yeast
, Fungal mitochondria, plant mitochondria, chloroplast, proteoto
Bacterium (Proteotobacterium) Azotobacter vinelandii, cyanobacterium
(Cyanobacterium) Calothrix, and Escherichiacoli lactococcus l
isolated from actis. The procedure for isolating the RNP particle preparation is based on the cell membrane of the organism and / or
Or mechanically and / or enzymatically disrupting the cell wall. Fungi and
In the case of plants and plants, purification can also include specific organelles (e.g., mitochondria or
Chloroplast) from other cellular components by differential centrifugation and / or floating gradient.
And then use a nonionic surfactant (eg, Nonidet P-40)
Dissolving the organelles. The lysate of organelles and bacteria is then
Centrifuge through sucrose cushion to prepare ribonucleoprotein (RNP) particles
Get the product. RNP particles can be separated on a sucrose gradient or on a gel filtration column.
Alternatively, it can be further purified by other types of chromatography.
Nucleotide integrase also converts RNA-protein complex preparations into exogenous
Recombinants prepared by combining with excised Group II intron RNA
Isolate from the constituent RNP particle preparation. The RNA-protein complex preparation is preferably
From yeast, fungi, or bacteria, using the above protocol for RNP particles
Isolated. The preparation of the RNA-protein complex is a Group II intron code
With the excised Group II intron RNA having the protein coding sequence
Group II intron-encoded protein molecules complexed with non-existent RNA molecules
Including. Group II intron-encoded proteins of the RNA-protein complex preparation
, Ribosomal RNA molecule, mRNA molecule or group II intron-encoded protein
Binds to any of the excised Group II intron RNAs that do not encode quality
.
Exogenous RNA is preferably obtained by in vitro transcription of a Group II intron.
Or a synthetic molecule produced by in vitro transcription and self-splicing.
You. Exogenous RNA can also be derived from cells or organelles in which the RNA occurs naturally, or
From cells in which the altered intron is inserted and expressed,
It can be made by isolating an intron RNA. Then, the exogenous RNA is converted to RNA-
Add to the preparation containing the protein complex. Preferably, exogenous group II
The intron RNA is first denatured. Exogenous RNA on ice to RNA-protein complex
Add in.
In another embodiment, the isolated DNA fragment comprising a Group II intron DNA sequence
Nucleotides are introduced into host cells to produce nucleotide integrases.
Suitable DNA molecules include, for example, viral vectors, plasmids and linear DNA molecules.
Is mentioned. After introducing the DNA molecule into the host cell, the introduced Group II
The excised RNA molecule encoded by the long DNA sequence and the introduced group
The protein molecule encoded by the II intron DNA sequence is formed in the cell
As such, the Group II intron DNA sequence is expressed in a host cell. Cut out
Group II intron RNA and group II intron-encoded protein
Combine in a host cell to produce nucleotide integrase.
Preferably, the introduced DNA molecule also contains a promoter, more preferably a glue.
And an inducible promoter operably linked to the pII intron DNA sequence. Preferred
Alternatively, the DNA molecule may further comprise a nucleotide integrase (eg, an affinity
Encoding a tag that facilitates isolation of the tag (such as a tag and / or an epitope tag)
Contains the sequence Preferably, the tag sequence is an open reading frame sequence.
At the 3 'or 5' end. Suitable tag sequences include, for example, a series of histidine residues.
Group, herpes simplex glycoprotein D (ie, HSV antigen), or glutathione
And S-transferase-encoding sequences. Typically, DNA molecules
It also includes a nucleotide sequence encoding an origin of replication and a selectable marker. necessary
Depending on the DNA molecule, encodes a molecule that regulates expression (eg, T7 lysozyme)
Contains the sequence
DNA molecules containing Group II intron sequences can be converted by conventional methods (e.g.,
Cloning into vector and electroporation or CaClTwo
Introducing a vector into a host cell by conventional methods, such as a mediated transformation procedure
To the host cells. The method used to introduce the DNA molecule is
Specific host cells to be used. Suitable host cells are group II intron DNA
A cell capable of expressing the array. Suitable host cells are, for example, heterologous or homogeneous cells.
Fungal cells, yeast cells, mammalian cells and plant cells. Host cell genome
And group II intron DNA sequences use different genetic codes
If the group II intron DNA sequence has the codon corresponding to the genetic code of the host cell
It is preferred to be modified to include Group II intron DNA sequences are representative
Typically, they are newly constructed from synthetic oligonucleotides or have in vitro parts.
Group II introns with different codons modified by site-directed mutagenesis
Prepare the DNA sequence. Alternatively, the difference between the intron's genetic code and the host cell
Correspond to the genetic code of the Group II intron to resolve differences
A DNA sequence encoding a tRNA molecule is introduced into a host cell. If necessary, RNA
Or factors that assist in protein folding or RNA or protein
A DNA molecule containing a sequence that encodes a factor that inhibits solution is also introduced into the cell.
Next, the DNA sequence of the introduced DNA molecule is expressed in host cells,
Provide the main cell. As used herein, the term “transformed cell” may further include
A host cell that has been genetically engineered to contain DNA and is restricted to cancerous cells
Not done. Next, RNP particles having nucleotide integrase activity are
Isolated from transformed host cells.
Preferably, the nucleotide integrase is lysed by lysing the transformed cells (eg,
For example, by disrupting the cell membrane of transformed cells mechanically and / or enzymatically.
B) Isolate. The cell lysate is then fractionated into insoluble and soluble fractions
. Preferably, the RNP particle preparation is isolated from the soluble fraction. RNP particle preparation
Nucleotide integrase activity and ribosome, mRNA and tRNA molecules
RNP particles, as well as other RNPs. Suitable for isolating RNP particle preparations
A clever method, for example, is to centrifuge the soluble fraction through a sucrose cushion.
Ceremony
I can do it. Preferably, the RNP particles are obtained from an RNP particle preparation or from a soluble fraction (
For example, by separation on a sucrose gradient or gel filtration column, or other
Further purification). For example, the desired RNP particle
When a protein component is manipulated to include a tag, such as a series of histidine residues
, RNP particles are further analyzed by affinity on a matrix that recognizes and binds tags.
Can be purified from the RNP particle preparation by chromatography. For example, NiNTA S
uperflow (Qiagen Chatsworth CA), Group II code protein, His6Ta
Suitable for the isolation of RNP particles with
The following method for nucleotide integrase preparation is described for illustrative purposes.
, Is not intended to limit the scope of the invention.Prescription
RNP particle preparations of formulas 1 to 10 below and RNA-protein conjugate of formula 12
The body was transformed with the wild-type yeast strain Saccharomyces cerevisiae ID41-6 / 161 MATa adel
(Hereinafter referred to as "161") and mitochondria and its derivatives.
The mitochondria of wild-type yeast strain 161 are group II intron al1 and group
Includes C0X1 gene containing II intron aI2.
The C0X1 gene in the mutant yeast strain lacks one of the group II introns.
Or has a mutation in one of the Group II introns
is there. Excised group II intron RNA molecule and group II intron
The encoded protein is a group II present in wild-type and mutant yeast strains
Derived from the introns al1 and aI2.
By convention, the intron composition of the C0X1 gene in different yeast strains is as follows:
Shown in The superscript “+” indicates the presence of the al1 or aI2 intron,
A superscript "0" indicates the absence of an al1 or aI2 intron and other superscripts
Refers to a particular allele or mutation within the aI2 intron.Prescription 1
The RNP particle preparation was transferred to the mitochondrial of Saccharomyces cerevisiae wild-type yeast strain 161.
A. The intron composition of the C0X1 gene of the wild type strain is 1+Two+It is. RNP
The particle preparation contains RNP particles derived from the al1 intron and
Excised al1 RNA bound to the encoded protein. Preparation
In addition, RNP particles derived from the aI2 intron, and the excised aI2 RNA molecule and
And an RNP particle containing the bound aI2-encoding protein.
To prepare the RNP particle preparation, yeast was added to 2% raffinose, 2% BactoPep
1 liter containing tone (from Difco), and 1% yeast extract (from Difco)
1.6-1.7 O.D. in liquid culture medium.595Inoculated. Cell wall, yeast from ICN
Digested with 40 mg of lytic enzyme. The cells are then broken mechanically using glass beads.
Broken by crushing. Nuclei and cell debris were collected on a Beckman GSA rotor at 5,000 rpm for 5 minutes.
Lysates were pelleted by centrifugation for minutes. Remove the supernatant and remove the Beckman
Centrifuge at 13,000 rpm for 15 minutes with GSA rotor to obtain mitochondrial pellet
Was. Mitochondria are added to a 44% sucrose solution layer, a 53% sucrose solution layer, and
Overlay a suspension gradient consisting of a 65% sucrose solution layer and Beckman SW28 low
And centrifuged at 27,000 rpm for 2 hours and 10 minutes. 53% / 44% mitochondria
And 0.5M KCl, 50mM CaClTwo, 25mM Tris-HCl (pH 7.5), 5m
Suspend in buffer containing MDTT and add Nonidet P-40 to 1% final concentration
To dissolve. The mitochondrial lysate was then transferred to a Beckman 50Ti rotor.
At 50,000 rpm for 17 hours, 0.5 M KCl, 25 mM CaClTwo, 25 mM Tris-HCl (pH 7.5), 5
Centrifuge through a 1.85M sucrose cushion in buffer containing mM DTT
Thus, a pellet of RNP particles containing almost no mitochondrial protein was obtained. single
The separated RNP particles were resuspended in 10 mM Tris-HCl (pH 8.0) and 1 mM DTT,
Stored at ° C. The preparation may be repeatedly thawed and frozen before use.Formulation 1a Purified RNP particles
2.5 O.D. from formulation 1 in a volume of 150 μl.260100 mM KCl, 2 mM gClTwo
12 ml of 5-20 in a buffer consisting of 50 mM Tris-HCl (pH 7.5) and 5 mM DTT.
% Linear sucrose gradient overlaid. The gradient was run in a SW41 rotor at 4 ° C for 40
Centrifugation was performed at 5,000 rpm for 5 hours. The gradient was fractionated into 35 fractions of approximately 0.325 ml
. Fractions 12-20 contain purified RNP particles substantially free of ribosomal RNA.
The position of the RNP particles in the gradient fraction was determined by Northern High using aI2 antisense RNA.
Confirmed individually by hybridization. Ribosomal RNA in the gradient fraction
small
Subunit and large subunit locations were determined by fractionation on a 1% agarose gel.
Confirmed individually by tidium bromide staining. Approximately 85% of ribosomal RNA
It is found in the fraction without the RNP particles containing the reotide integrase.Formulation 2 mutant yeast strain 1 0 2 + t RNP particle preparation from
RNP particles contain the excised aI2 RNA and aI2 encoding protein. Yeast strain 10Two+ t
From Philip S. of the University of Texas Southwestern Medical Center. Perlman Expo
And this is obtained from Moran et al., 1995, which is incorporated herein by reference.Mob ile Group II of Yeast Mitochondrial DNA Are Novel Site Specific Retroele mants
, Mol. Cell Biol. 15, 2828-38. 10Two+ tMutation
The strain was constructed as follows: (i) aI2 intron from strain 161 was replaced with ClaI-BamHI plasmid.
PBluescript KS from Stratagene+And clone pJVM4 to
(Ii) pJVM4 was cut with ClaI and NdeI to remove the 5 ′ end of the insert;
(Iii) Msp containing exon 1 and exon 2 of mitochondrial C0X1 gene
Insert the I-NdeI fragment into the 5 'end of aI2 from yeast strain and C1036 lone
The plasmid pJVM164 was obtained. In it, al1 is cut out from mitochondrial DNA
The yeast strain C10361 △ one is described in Kennel et al., Which is incorporated herein by reference.
, 1993,Reverse transcriptase activity associated with maturase-encoding group II intorons in yeast mitochondria
, Described in Cell 73, 133-146
Prepared as follows. Change pJVMl64 to [rho0] Strain, and 10Two+ tAlleles, pairs
By replacement, it was placed into intact mitochondrial DNA. This last step
A non-reverted COXI mutant derived from mutant C1036 (strain 5B) (the construction of which was described in Kennel et al., 1993,
) And a glycerol-containing medium (GLY+) Breathing in
And can grow and contain the transformed C0XI allele instead of the 5B allele.
Achieved by selection for recombinant progeny.
Reactions and procedures for DNA cloning (eg, ligation, restriction
Elementary digestion, bacterial transformation, DNA sequencing, etc.)Molecular cloning : a laboratory manual
Second edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press. Cold Sp
ring Harbor. Performed according to standard techniques as described in N.Y. Yeast mitocon
Doria transformation is also described in Belcher et al., 1994, Biolistic transformation of mit.
ochondria in Saccharomyces cerevisiae, 101-115. N.-S. Yang and P.M. Chris
tou (edit)Particle Bombardment Technology for Gene Transfer .0xford Unive
Performed according to standard techniques as described in rsity Press, New York. RNP grain
The offspring preparation is prepared as described in Formulation 1 with the mutant yeast strain 10Two+ tFrom mitochondria
Produced.Formulation 3 mutant yeast strain 1 + t 2 0 RNP particle preparation from
Yeast strain 1+ tTwo0Is a derivative of wild-type yeast strain 161. Yeast strain 1+ tTwo0To Philip S. Per
Obtained from Dr. lman, and this is Kennell et al., 1993. Cell 73, 133-146
Was prepared as follows. Yeast strain 1+ tTwo0Is wild-type 1 through mitochondrial transformation
61 S. diastaticus inserted into mtDNAC0X1A segment of the gene (this is aI2
Lack). Construction was started with plasmid pSH2. This plasmid contains pB
Cloned into S + (Stratagene, La Jolla, CA) as a HpalI / EcoRI fragment
All1 from wild-type 161 and some flanking sequences. That plus
The plasmid was cut with ClaI near the 3 ′ end of al1 and BamHI at the downstream polylinker.
And contains a gap containing the 3 'end of al1, most of E2, E3 and aI3S.diasta ticus
Filled with ClaI / BamHI fragment from mitochondrial DNA (NRRL Y-2416)
,COX1Gene 1+ tTwo0The morphology was made. hybridCOX1-1+ tTwo0Including segment
The plasmid MMC109 (biolistic transformation)MAT α ade2-10 1 ura3-52 kar1-1) Rho0Transformed into derivative. The resulting artificial petite (p
etite) with the n161 / m161-5B strain andCOX1 1+ tTwo0
Gly containing allele+Recombinants were isolated. Hive successfully spliced
The lid al1 allele is a single nucleotide change from C to T at position 2401
(Thr in the intron open reading frame744From Leu to
Different from the wild-type 161 allele. RNP particle preparation as in formulation 1
In the mutant yeast strain 1+ tTwo0From mitochondria. RNP particles were cut out
Includes aI1 RNA molecule and al1-encoding protein.Formulation 4 mutant yeast strain 1 0 2 YAHH RNP particle preparation from
Yeast strain 10TwoYAHHTo Phillip S. Obtained from Dr. Perlman, and this was mutagenized
Using the pJVM164 plasmid, Moran et al., 1995, Mol. Cell Biol. 15, 2838-38
Was prepared as described in. Allele, exo of COX1 allele
4.4 kb MspI / extending from 217 nucleotides upstream of intron 1 through intron aI3
By oligonucleotide-directed mutagenesis of pJVM164 containing BamHI fragment
Produced. Mutagenesis was performed by converting aI2 nucleotides 1473 to 1478 from GAT GAT to CAT CAT (D-49
Change from 1D-492 to HH). RNP particles contain mutated and excised aI2 RNA and
AI2 coder with YADDYAHH mutation in reverse transcriptase domain of protein
Contains protein. The RNP particle preparation was prepared using the mutant yeast strain 1 as in Formulation 1.0TwoYAHH
From mitochondria.Formulation 5 mutant yeast strain 1 0 2 RNP particle from P714T
Mutant yeast strain 10TwoP714TTo Philip S. Obtained from Dr. Perlman, and this is Kennell
Et al., 1993,Cell 73, 133-146. Here this is
n161 / m161-C1036 △ 1. RNP particles are mutated and excised aI2
Intron RNA molecule and missense mutation P in Zn domain714AI2 with T
Includes raw protein. The RNP particle preparation was prepared as described in Formulation 1 using the mutant yeast
Stock 10TwoP714TFrom mitochondria.Formulation 6 mutant yeast strain 1 0 2 RNP particle from HHVR
Mutant yeast strain 10TwoHHVRTo Philip S. Obtained from Dr. Perlman, and this is mutagenesis
Using the pJVM164 plasmid described above, M is incorporated herein by reference.
oran et al., 1995, Mol. Cell Biol. 15, 2828-38.
It produced using it. Alleles were constructed by site-directed mutagenesis of pJVM164.
Was. The aI2 intron has the following changes: CATCACGTAAGA at positions 2208-2219 (sequence
Number 9) to GCAGCTGCAGCT (H736H737V738R739To AAAA) and A2227From A
To T (N742I). This nucleotide integrase preparation was mutated and excised
aI2 intron RNA, and aI2 code with missense mutation in HHVR motif
Contains protein. The RNP particle preparation was transferred to mutant yeast strain 10TwoHHVRMitochondria
Produced.Formulation 7 mutant yeast strain 1 0 2 RNP particle from ΔConZn
Mutant yeast strain 10TwoΔ_ConZnTo Philip S. Obtained from Dr. Perlman, and this is a mutation
Using the induced pJVM164 plasmid, Moran et al., 1995, Mol. Cell Biol. 15,
28
Made as described in 28-38. Alleles are pJVM164 oligonucleotides
Constructed by leotide-specific mutagenesis. aI2 intron has the following changes
: TTATTTAGT from TAATAATAA (L719F720S721To 0ch0ch0ch)
It has become. RNP particles are mutated and excised aI2 intron RNA, and Zn domain
Contains aI2-encoding protein, lacking most conserved motifs in
. The RNP particle preparation was transferred to mutant yeast strain 10TwoΔConZnFrom mitochondria.Formulation 8 mutant yeast strain 1 0 2 CC / 1 from RNP particles
Mutant yeast strain 10TwoCC / 1To Phillip S. Obtained from Dr. Perlman, and this is a mutagenesis
Using the generated pJVM164 plasmid, Moran et al., 1995 Mol. Cell Biol. 15,2828-3
8 using the nucleotide sequence as described. Allele, pJV
M164 was constructed by site-directed mutagenesis. aI2 intron has the following changes
Yes: 2172 ~ 2173 places TG to GC (C724A), and 2180-2182 from TTG to AG
C (I726C727From MA to MA). The RNP particles are mutated and excised
RNA and first Zn+2Altered three amino acids in a finger-like motif
Includes aI2-encoding protein with noic acid. RNP particle preparation was transformed into mutant yeast strain 10TwoCC / 1
From mitochondria.Formulation 9 mutant yeast strain 1 0 2 CC / 2-derived RNP particles
Mutant yeast strain 10TwoCC / 2To Philip S. Obtained from Dr. Perlman, and this is a mutagenesis
Using the generated pJVM164 plasmid, Moran et al., 1995 Mol. Cell Biol. 15,2828-
Prepared as described in 38. Alleles are converted to pJVM164 site-specific
Constructed by mutagenesis. The aI2 intron has the following changes: 2304-2305
From TG to GC (C768A), and 2313-2314 are converted from TG to GC (C771A).
RNP particles consist of mutated and excised aI2 intron RNA, and Zn+2Finger
Includes aI2-encoding protein with two altered amino acids in the motif
No. The RNP particle preparation was transferred to mutant yeast strain 10TwoCC / 2From mitochondria.Formulation 10 mutant yeast strain 1 0 2 H6 derived RNP particles
Philip S. A mutant yeast strain obtained from Dr. Perlman is described in Moran et al., 1995.
As shown, the mutagenized plasmid pJVM164 was transformed into the mitochondrial of yeast strain GRF18.
Prepared by importing Alleles, pJVM164 site-specific mutation
Constructed by induction, and this comprises nucleotides 2357 and 2358 of the aI2 intron.
Has the sequence CATCATCATCATCATCAT (SEQ ID NO: 10) inserted between RNP particles
The preparation was prepared according to the protocol described above for Formulation 1, mutant yeast strain 10TwoH6No mi
Made from tochondria. RNP particles are mutated and excised aI2 intron RN
A and has six histidines added to the C-terminus of the aI2-encoding protein
Includes aI2 encoding protein.Formulation 11 RNP particles from Neurospora vehicle
Varkud strain of Neurospora vector (available from Fungal Genetics Stock Center
Mitochondria from Lambowitz A.M. 1979, Preparation and analysis
s of mitochondrial ribosome, Meth. Enzymol.59, 421-433
Was prepared. The viables are ground with glass beads and as described in Formulation 1.
Mitochondria and RNP particles were isolated. RNP particles are cut coI int
Includes proteins encoded by long RNA and coI intron.Formulation 12 Reconstituted RNP particle preparation
The reconstituted RNP particle preparation was purified from the exogenous, excised, in vitro, aI2 intron.
RNA transcripts from mutant yeast strain 10TwoΔD5Of RNA-protein complex isolated from
It was made by incubating with In this strain, aI2
Tron RNA lacks domain V and therefore is splicing defective.
You. Mutant allele 10TwoΔD5To Philip S. Obtained from Dr. Perlman, and this is
Final mating with yeast strain 10Two+Described in Moran et al., 1995, except that
Yeast strain 1+TwoΔD5Was constructed using the same procedure used to create
. The RNA-protein complex preparation was added in Formula 1 for the RNP particle preparation.
1 using the protocol described0TwoΔD5From. 10TwoΔD5From mitochondria
The isolated RNA-protein complex preparation does not contain the excised aI2 RNA,
Contains aI2-encoding proteins related to other RNA molecules in the preparation.
Group II, where exogenous RNA has been inserted into the pBLUESCRIPT KS (+) plasmid
Yeast mitochondrial C0X from the ClaI site of intron 1 (al1) to the BamHI site of aI3
Prepared by in vitro transcription of plasmid pJVM4 containing a fragment of one gene.
Was. Plasmid pJVM4 contains the following C0X1 sequences: exon 2, aI2, exon 3
Part of the Rabini al1 and aI3 sequences. Sequence operates on T3 RNA polymerase promoter
It is connected as possible. The sequence of exon 2 and exon 3 is derived from the RNA transcript
Required for self-splicing of aI2 intron RNA. JVM4 to BstEII (
This cuts the 3 'end of exon 3) and then 5 μg of plasmid
0.300 ml of 40 mM Tris-HCl (pH 8.0), 25 mM NaCl, 8 mM MgClTwo, 2mM spermidine,
5 mM DTT, 500 mM rNTP, obtained from 600 U RNasin and BRL from US Biochemical
Incubate for 2 hours at 37 ° C in 300-750 U of T3 RNA polymerase.
Transcripts were made. After incubation, RNA transcripts were extracted with phenol-CIA.
Purified on a G-50 column, phenol-CIA extracted and ethanol precipitated. Next
Then, transfer the RNA transcript to 40 mM Tris-HCl (pH 7.5), 100 mM MgClTwo, 2M NHFour40-45 ° C in Cl
For 1 hour to allow the self-scanning of the aI2 intron RNA molecule from the RNA transcript.
Spliced and the spliced product was obtained. Excised aI2 RNA
Spliced product containing transcript, ligated lacking aI2 intron RNA
Transcripts that have not been spliced and unspliced through a G-50 column
And then phenol-CIA extraction and ethanol precipitation to yield exogenous RN.
A offered. Then, 10 mM Tris-H was added to the exogenous RNA so that the final concentration was 1.0 μg / μl.
Resuspended in Cl (pH 8.0), 1 mM EDTA.
To prepare a reconstituted RNA particle preparation, add 1 μl of exogenous RNA on ice to 0-10
2 μl for 1 min02ΔD5RNA-protein complex preparation (0.025 O.D.260Unit)
did. The preparation was used immediately.Formulation 13 Nucleotides containing group II intron RNA with altered EBS sequence Reconstituted RNP particles containing dosing integrase
Plasmid pJVM4 derivatives are used to prepare exogenous aI2 intron RNA molecules.
Where the EBS1 and EBS2 sequences are different from the EBS sequence in the wild-type aI2 intron.
different. pJM4 is downstream of the phage T3 promoter in pBluescript II KS (+)
AI2 intron sequence and adjacent exons from wild-type yeast 161 cloned in
Includes son sequence. Plasmids containing modified introns should be prepared with appropriate primers.
It was derived from pJVM4 by the PCR mutagenesis used. Modified in all cases
The region was sequenced to confirm that the correct and exogenous mutations were not present.
Plasmids pJVM4-aI1EBS1, pJVM4-aI1EBS2 and pJVM4-aI1EBS1 / EBS2 contain aI2R
Including NA derivatives, where the EBS1 and / or EBS2 sequences were replaced with the sequence of al1.
In each case, the 5 'and 3' portions of the exons were also
The al1 sequence was changed to allow licensing. pJVM4-aI1EBS1 is 5'AGAA
Has EBS positions 2985-2990 changed from GA to 5'CGTTGA; pJVM4-aI1EBS2 has 5'TCA
EBS2 positions 2935-2940 changed from TTA to 5'ACTTTA; and pJVM4-aI1EBS1E
BS2 ranked Nos. 2935-2940 and No. 2985-2990 from 5 'TCATTA to 5' ACAATT, respectively.
And EBS1 and EBS2 changed from 5'AGAAAG to 5'CGTTGA. pJVM4-aI1EBS
For 1 and pJV4-aI1 EBS1 / EBS2, 5 ′ of the pJVM4 insert consisting of the aI2 and E2 sequences
The part was replaced with the last 24 bp of E1. For pJVM4-aI1EBS2, -24 to
-7 position (GTCATGCTGTATTAATGA) was replaced with SEQ ID NO: 12 (ATYGGTAATTCACAATTAT), and a
The I2 IBS1 sequence was left unchanged. For all three constructs, insert 3
The 'part was replaced by the first 15 bp of E2 instead of E3 and aI3.
pJVM4-EBS2-8G, pJVM4-EBS2-9T-10A, pJVM4-EBS2-11A, pJVM4-EBS2-12A and
pVJM4-EBS2-13T (1) is a derivative of pJVM4 and the changes shown here are
Have been introduced in different locations. pJVM4-EBS2-13T (2) has a second mutation (intron 293
Identical to pJVM4-EBS2-13T (1) except that it contains T to A) in position 2.
pJVM4-δ-C, pJVM4-δ-G, and pJVM9-δ-T are derivatives of pJVM4,
Otides (2984th) replaced by C, G or T, respectively,
Nucleotide is substituted at the α 'position of exon 3 for in vitro splicing
ing.
Exogenous aI2 with modified EBS1 sequence and / or modified EBS2 sequence
Intron transcripts are transferred to phage T3 polymerase and modified
It was synthesized using Sumid. Synthetic transcripts are derived from yeast mitochondrial COX1 protein.
Regions of the modified aI2 intron RNA and adjacent exons 2 and exons
3 regions. The synthetic transcript is self-spliced and
The ising product is desalted through a G-50 column, extracted with phenol CIA, and ethanol
And dissolved in TE (pH 8.0) at a final concentration of 1.0 μg / μl (0.52 μM).
The resulting modified ablated aI2 RNA molecule is formulated for RNP particle preparation
Using the protocol described above in 1,0TwoΔD5RNA-protein isolated from
The conjugate preparation was individually mixed. This yeast mutant contains the domain of the aI2 intron.
Has a deletion in the protein V and cannot splice aI2 RNA. This mutant is
High expression of aI2 protein from unrice precursor mRNA. Therefore, RNA-
Preparations of the protein complex contain higher amounts of aI2 protein.
For reconstitution, 1 μl of the spliced synthetic al2 transcript was added to 2 μl (0.025 OD26 0
Mix with the RNA protein complex preparation and incubate on ice for 0-10 minutes.
Was.Prescription 14
The loop region of domain IV of group II intron RNA has been modified (ie,
The nucleotide sequence of the loop region nucleotide sequence of domain IV is defined as
RNP particle preparations containing RNP particles (different from the primer sequence) are prepared by two methods.
You. First, oligonucleotide-directed mutagenesis of aI2 intron DNA
The loop region of domain IV of aI2 intron RNA is coded by a well-known method.
The nucleotide sequence to be changed. Then, the mutagenized aI2 intron D
The NA is inserted into a vector such as a plasmid. Here, this DNA is
Promote for RNase or SP6 RNA polymerase or T3 RNA polymerase
Operably linked to an RNA polymerase promoter, such as
The in vitro transcript of the selected Group II intron RNA was described above in Formulation 12.
It is produced as follows. Exogenous RNA was then isolated as described for formulation 12.
Combine with modified RNA-protein complexes to generate modified reconstituted RNP particle preparations
Let it.
Alternatively, RNP particles in which the sequence in the loop region of the group II intron RNA has been modified
The offspring preparation is prepared as described in Formulations 4-10 by site-specification of an organism such as yeast.
Preparation of Biologically Derived RNP Particles by Dynamic Mutagenesis and as described in Formulation 1
Prepared by isolation of the product.Formulation 15 Preparation of RNP particles from genetically engineered cells
Lactococcus lactis Lactococcus conjugative element pRS0
Nucleotide containing truncated RNA encoded by one Ll.ltrB intron
Co-integrase and the ORF LtrA of the Ll.ltrB intron.
The protein is transferred to cells of the BLR (DE3) strain of the bacterium Escherichia coli (recA(With genotype)
Was prepared by transformation with plasmid pETLtrA19. Plasmid pETLtrA
19 is located between the adjacent exons ltrBE1 and ltrBE2, Lactococcu
s lactis contains the DNA sequence of the group II intron Ll.ltrB from Lactis. pETLtrA19
Also, DNA for T7 RNA polymerase promoter and T7 transcription terminator
Contains the sequence. The sequence was such that the ORF sequence (SEQ ID NO: 6) in the Ll.ltrB intron was T7RN.
Arranged in the plasmid so that it is under the control of the A polymerase promoter
. The ORF of the Ll.ltrB intron encodes the protein ltrA. Present in pETLtrA19
The sequence of the Ll.ltrB intron and the adjacent exon sequence are shown in SEQ ID NO: 5.
You. The amino acid sequence of the ltrA protein is shown in SEQ ID NO: 7. Domain IV is
Coded by Otides 705-2572.
First, pETLtrA19 uses pLE12 obtained from Dr. Gary Dunny of the University of Minnesota as Hi
by digestion with ndIII and isolating the restriction fragments on a 1% agarose gel.
Prepared. Parts of exons ltrBE1 and ltrBE2 flanking the Ll.ltrB intron
And a 2.8 kb HindIII fragment contained from the agarose gel.
The strand overhang is made with the Klenow fragment of DNA polymerase I (Gibco BRL, Gaithersbur
g, obtained from MD). The resulting fragment is deleted by XbaI.
And ligated to plasmid pET-11a treated with Klenow fragment. pET-1
1a was obtained from Novagen, Madison, WI.
pETLtrA19 was used in the “Molecular Cloning A Laboratory Manual” at page 1-82 (1989).
Conventional CaCl as described by Sambrook et al.TwoE. coli using a mediated transformation procedure. coli
The cells were introduced. A single transformed colony is selected for plasmid selection.
Luria-Bertani supplemented with picillin and tetracycline to select for BLR strains
(LB) Selected on plates containing medium. Replace one or more colonies with ampicillin
2 ml of a filled LB medium was inoculated and grown overnight at 37 ° C. with shaking. This culture
1 ml of the mixture was inoculated into 100 ml of LB medium supplemented with ampicillin, and shaken at 37 ° C and 200 rpm.
The OD of the culture with595Was grown to 0.4. Then isopropyl
-Β-D-thiogalactoside was added to the culture to a final concentration of 1 mM and incubated at room temperature.
Lab continued for 3 hours. Thereafter, the whole culture is centrifuged at 2,200 xg, 4 ° C for 5 minutes.
Collected by separation. Wash the bacterial pellet with 150 mM NaCl, and
Finally, 1/20 volume of the first culture, 50 mM Tris, pH 7.5, lmM EDTA, 1 mM DTT and
And 10% (v / v) glycerol (buffer A). Bacteria are frozen at -70 ° C
Was.
Bacteria were thawed and frozen at -70 ° C three times to produce lysate.
Next, 4 times the volume of 500 mM KCL, 50 mM CaClTwo, 25 mM Tris, pH 7.5, and 5 mM DTT (H
KCTD) to the lysate and allow the mixture to become viscous (ie,
Sonicated. The lysate is centrifuged at 14,000 xg at 4 ° C for 15 minutes to obtain a soluble fraction.
And an insoluble fraction. Next, 5 ml of the resulting supernatant (ie, soluble
Load fraction) on a 1.85M sucrose cushion in HKCTD
And centrifuged at 50,000 rpm for 17 hours at 4 ° C in a Ti 50 rotor (from Beckman).
Was. The pellet containing the RNP particles is washed with 1 ml of water, then 25 μl of 10 mM Tris, p on ice.
H 8.0, dissolved in 1 mM DTT. Centrifuge the insoluble substance at 15,000 xg at 4 ° C for 5 minutes.
Removed by separation. The RNP particle product prepared according to this method contains the excised Ll.ltrB
Contains intron RNA and ltrA protein.
Preparation of substrate DNA
Sequence from the E2 / E3 junction of the yeast mitochondrial COX1 gene, yeast mitochondria
Sequences from the E1 / E2 junction of the COX1 gene and putative Lactococcus lactis relax
A labeled DNA group having a sequence derived from the E1 / E2 junction of the relaxase gene (ltrB)
Quality from recombinant plasmids or by PCR or primer extension.
Synthesized from a lignonucleotide template. Yeast mitochondrial COX1 gene
The sequence of the substrate containing the E2 / E3 junction is shown in FIG. 3 as a wt sequence. FIG. 3 also shows
The position of the mutation in the sequence is also identified. E1 / E2 connection of yeast mitochondrial COX1 gene
The sequence of the substrate containing the junction is shown in FIG. FIG. 6 also shows the location of the mutation in this sequence.
Is also identified. E1 / E2 conjugation of the putative Lactococcus lactis relaxase gene (ltrB)
FIG. 8 shows the sequence of the substrate including the part. FIG. 8 also shows the location of the mutation in this sequence.
Set. A DNA substrate labeled at the 5 'end of the antisense strand and a 5'
PCR using 200 ng of the identified primer and 200 ng of unlabeled primer
Generated from the code. Both primers are complementary to the sequence at the polylinker.
Single-stranded DNA substrates were synthesized by end-labeling of the nucleotides. Short double-stranded DNA substrate
The same segment was also prepared.
Excised aI2 intron RNA bound to aI2 protein, binds to al1 protein
Excised al1 intron RNA or excised bound to ltrA protein
Nucleotide integrase containing ltrA intron RNA cleaves DNA substrates
The following examples of the method used to illustrate are by way of illustration only and are not intended to limit the scope of the invention.
It is not intended to be limiting.Example 1 Including wild-type aI2 intron RNA and wild-type aI2-encoding protein Cleavage of double-stranded DNA substrate using nucleotide integrase
Formula 1 RNP particles 0.025 O.D.260Units are yeast mitochondrial COX1 exon 2 and
And a DNA substrate containing the WT sequence shown in FIG. 3 (E2E3).
And reacted. The reaction was performed at 37 ° C in 100 mM KCl, 20 mM MgClTwoBuffer containing pH 7.5
Went inside. A part of the cleavage product is denatured with glyoxal and 1% agarose gel
To determine the degree of cleavage of the top or sense strand at the E2 / E3 junction of the DNA substrate.
I did. Another portion of the nucleic acid cleavage product is analyzed on a 6% denaturing polyacrylamide gel,
The extent of cleavage in both strands of the double-stranded DNA substrate was determined. Dry the gel and autoradi
Phosphor with Ographie or Molecular Dynamics Phosphorimager 445
Quantification by imaging (phosphorimaging) was performed.
The results indicate that wild-type bound to the aI2 intron-encoded protein from wild-type yeast
Nucleotide integrase containing a truncated aI2 intron RNA from yeast
Cleaves the top strand of the substrate having the wt target sequence at the position indicated by the arrow in FIG.
Was shown. The results also show that the group II intron RNA was assembled at the sense strand cleavage site.
It is shown that it will be incorporated. The results also indicate that the nucleotide integrase is a double-stranded DN
The bottom strand or antisense strand of the A substrate is 10 base pairs below the cleavage site of the first strand.
Flow
It is shown that cutting is performed at the position.
Formula 1 RNP particles 0.025 O.D.260The unit is the six different derivations of the wt DNA substrate of FIG.
Reacted with body. Each derivative contains one point mutation in IBS2 of the wt sequence shown in FIG.
I had. In derivatives, the nucleotides -7, -8, -9, -10, -11, -12, and -13
Each tide was converted to its complement. The reaction is performed similarly, and the cleavage product is
Assayed on a 1% agarose gel as described above. The result is
The ability of integlase to cleave double-stranded DNA substrates depends on each of EBS2 in the aI2 intron RNA.
If the nucleotide and each nucleotide of the substrate IBS2 are not completely complementary,
It showed a considerable decrease. The only exception is that the substrate mutates to +7 nucleotides.
Happened when you have.
Formula 1 nucleotide integrase 0.025 O.D.260Unit is from -14 of wt array
-21 nucleotides at each position separately to form a mixture of incorrect nucleotides
Reacted with a modified derivative of the wt DNA substrate of FIG. Therefore, nucleotide integration
Gluase is used for 10 different substrates, each containing a mixture of three mutations at one site.
And reacted. The reaction is performed as described above in Example 1 and the cleavage product is
Oxylated and assayed on a 1% agarose gel. The result is the nucleotide in
Tegulase has point mutations at positions -21, -20, -17, and -14 of the target sequence
When the substrate is reacted with nucleotide integrase with the wt sequence shown in FIG.
It has been shown to cut at levels ranging from 67% to 115% of the level achieved. Cutting
Levels are most significantly reduced using substrates with point mutations at -15 and -18.
Was. The level of cleavage that occurs with substrates having mutations at -15 and -18
9% of the cleavage obtained when the pide integrase reacted with the wt sequence shown in FIG.
And 3%. Mutations at positions -16 and -19 have moderate effects and these
Substrates containing less than 23% of the levels achieved with substrates having wt sequences
Cleaved by nucleotide integrase at a level that is
.
Formula 1 nucleotide integrase 0.025 O.D260Unit is from +1 to +1 in wt array
FIG. 3D in which the nucleotide at each position of 0 was separately changed to a mixture of three different bases.
Reacted with derivatives of NA substrate. Therefore, nucleotide integrase is reduced to 30
Reacted with different substrates. Where each substrate is a mixture of three different nucleotides
Having. The reaction was performed as described above in Example 1 and the cleavage product was
Assay on acrylamide gel, nucleotides at these positions contain wt sequence
Whether it was necessary for cleavage of the antisense strand of the substrate was determined. Glyoxyl
And analyzed on a 1% agarose gel, the nucleotide changes at these positions
Some influence on the ability of nucleotide integrase to cleave the top strand of the substrate
Decided if there is. The results show that aI2 nucleotide integrase is at positions +1, +4,
The substrate for the second strand having changes at positions +6 and
Are 39%, 3%, respectively, of the levels achieved when reacting with the wt sequence shown in FIG.
Cutting at 3% and 29% levels. Other positions (ie +2, +3
, +5, +7, +8, +9 and +10) nucleotide changes
It had little effect on the ability of the substrate to cleave the second strand. The results also show that
Nucleotide changes at each position are determined by nucleotide integrase
Has little effect on the ability to cleave the strand.Comparative Example A
Formulation 1, 2, 4, 5 RNP particle preparation 0.025 O.D.260The unit is the weight distribution shown in FIG.
Reaction with 125 fmol (150,000 cpm) of an internally labeled DNA substrate having a row was performed for 20 minutes. Cutting
To confirm the product, the product was glyoxylated and analyzed on a 1% agarose gel. Conclusion
The result is a lack of excised aI2 intron RNA or an intron-encoded protein.
Nucleotide integrase whose quality lacks the non-conserved portion of the Zn domain is a double-stranded DNA
It showed no cleavage of the substrate nor adhesion to the RNA.Example 2 Cleavage of double-stranded DNA substrate using the reconstituted RNP particle preparation of Formula 12
The reconstituted RNP particle preparation of Formula 12 was generated from pE2E3 and
250 fmol (300,000 cpm) of a 142 bp DNA group with either 5 'end labeled sense strand
The reaction was carried out at 37 ° C. for 20 minutes. To confirm cleavage of both strands of the substrate,
The phenol was extracted with phenol CIA in the presence of 0.3 M NaOAc and 2 μg of single-stranded salmon sperm DNA,
Subsequently, ethanol precipitation was performed. Reaction product is 6% polyacrylamide / 8M urea
The gel was analyzed. The results show that the reconstructed particle preparation has the wild-type sequence shown in FIG.
It was shown that both strands of the containing double-stranded DNA substrate were cleaved. A similar result, that is, both
Strand cleavage was performed by incubating the 5 'end-labeled substrate with the RNP particle preparation of Formula 10
If you got.Example 3 Contains modified aI2 intron RNA and aI2 encoded protein Cleavage of double-stranded DNA substrate using nucleotide integrase
Formula 13 RNP particle preparation 0.025 O.D.260Unit (here, aI2 Group II
Was changed to the EBS1 sequence of the al1 intron RNA).
DNA substrates and derivatives thereof (here, nucleotides at positions -1 to -6 are simultaneously
(It was changed to 5'TTAATG, which is the IBS1 sequence of the wt sequence of l1 nucleotide integrase.)
And reacted. Perform the reaction and analyze the cleavage products as described in Example 1.
did. The result is aI2 nucleoside containing group II intron RNA with modified EBS1
Tide integrase was unable to cleave substrates with wt sequences, but from positions -1 to -6
Can cleave a substrate that is complementary to the modified EBS1.Example 4 Wild-type or modified aI2 intron RNA and aI2-encoding protein Cleavage of substrate using nucleotide integrase containing.
Formula 1 RNP particles 0.025 O.D.260The unit is the three different inductions of the DNA wt substrate of FIG.
Reacted with body. Each derivative contained a single point mutation. In derivatives, +1 nuku
Leotide was changed to either C, G, or A. Derivatives are also added immediately before EBS1
Contains an aI2 intron RNA in which the nucleotides are any of A, G, C, or T.
With nucleotide integrase. As described in Example 1,
Reactions were performed and cleavage products were assayed on a 1% agarose gel. The result is a +1
If the nucleotide is complementary to the nucleotide immediately before EBS1 in the aI2 intron RNA
In this case, cleavage of the top strand is enhanced, the target sequence has a G at position +1 and the intron RN
If A has a purine nucleotide (A or G) at the δ position, cleavage of the sense strand is
It showed a large decrease.Example 5 contains al1 intron RNA and al1 intron encoded protein Cleavage of double-stranded DNA substrate using nucleotide integrase.
Either the wt sequence or the altered sequence having one of the 11 single point mutations shown in FIG.
Was reacted with the RNP particle preparation of Formula 3. Of each reaction
For this, 1.5 nM (150,000 cpm) of double-stranded DNA substrate was added to the RNP particle preparation 0.025 O.D.260unit
And 10 μl of 50 mM Tris pH 7.5, 5 mM KCl, 10 mM MgClTwo, 5 mM DTT. Anti
The reaction mixture was incubated at 37 ° C. for 20 minutes. 70 μl of 28.6 mM EDTA, 0.15 mg / m
The reaction was stopped by adding ltRNA. Extract nucleic acid with phenol
Tanol precipitated, glyoxylated and analyzed on a 1% agarose gel.
The results show that the nucleotide integrase in Formula 3 is at positions -23, -20, -17 and -16
Substrate DNAs having mutations at positions -15, -15, and -14 have the wt sequence shown in FIG.
It was shown to cleave with the same efficiency as the substrate. G (-22), G (-21), A (-19), and A (
Mutation at position -18) can reduce the efficiency of the cleavage by 75% to 25% of the cleavage that occurs with the wt sequence.
The rate was reduced. The most important nucleotide appears to be the C at position -13. This
Mutation at the position reduced substrate cleavage to less than 1% of cleavage occurring with the wt sequence.Example 6 Ll.ltrB Intron RNA and Ll.ltrB Intron Encoding Protein Of substrates using nucleotide integrase containing
either the wt sequence or the altered wt sequence having one of the 11 single point mutations shown in FIG.
The double-stranded DNA substrate containing this was reacted with the RNP particle preparation of Formulation 15. Point mutation
Occurs at positions -23 to -13 of the wt sequence. 1.5 nM for each reaction
The double-stranded DNA substrate was prepared using the RNP particle preparation 0.025 O.D.260Unit and 10 μl of 50 mM Tris pH 7.5
, 10mM KCl, 10mM MgClTwo, 5 mM DTT. Reaction mixture at 37 ° C for 20 minutes
Incubated. By adding 70 μl of 28.6 mM EDTA, 0.15 mg / ml tRNA
To stop the reaction. Nucleic acid is extracted with phenol, ethanol precipitated, and
It was silylated and analyzed on a 1% agarose gel.
The results show that the nucleotide integrase in formulation 15 has the wt sequence shown in FIG.
C (-22), C (-18), A (-l) at about 80% of the level achieved by the substrate
It was shown that the substrate DNA having a mutation at position 4) was cleaved. G (-21) and A (-
20), substrate with a point mutation at position T (-19) is achieved using a substrate with a wt sequence
It was cut at a level of less than about 40% of the level achieved.Example 7 Cleavage of double-stranded DNA substrate using purified RNP particles
Containing yeast mitochondrial COX1 exons 2 and 3 (E2E3) and FIG.
Formulated with 125 fmol (150,000 cpm) of internally labeled substrate containing WT sequence shown in sucrose of 1a
Incubated with 10 μl of each fraction obtained from the gradient. Taking into account the composition of the fraction
, 20 μl of the final reaction medium is 100 mM KCl, 20 mM MgClTwo, 50 mM Tris-HCl, pH 7.5, and
And 5 mM DTT. Following a reaction at 37 ° C. for 20 minutes, 30 μl of water, 5 μl of 0.3 M NaO
Ac and 5 μg of tRNA were added to the fractions. The reaction product is extracted with phenol and ethanol
Precipitated, glyoxylated, separated on a 1% agarose gel and dried
The gel was analyzed by autoradiography. The result is the purified RNP particles of Formula 1a
Is used to cleave both strands of the double-stranded DNA substrate and to insert the aI2 intron RNA into the cleavage site.
It was shown to be useful.Example 8 Cleavage of both strands of double-stranded DNA substrate and cleavage site of antisense strand of cDNA Bonding to
RNP particles of formula 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9 0.025 O.D.260The unit is the WT sequence shown in FIG.
Incubated with 250 fmol (300,000 cpm) of the containing 142 base pair DNA substrate. DNA incubation
The product was analyzed on a 6% polyacrylamide / 8M urea gel.
The radiolabeled band corresponding to the 5 'fragment
With a substrate labeled at the 5 ′ end of either the top or bottom strand of the DNA substrate
It was detected when incubation was carried out. This is because these particles are
Indicates that both strands were cut. The RNP particles of Formulation 1 have a top chain of exon 2-E
Cut exactly at the Kisone 3 junction. The RNP particles of Formulations 1 and 2 contain top chains or
Cuts the bottom or antisense strand 10 base pairs downstream from the sense strand cleavage site.
Was. Formula 1 treated or boiled with protease K or RNase A
RNP particles did not break either strand.
The radiolabeled band also showed that the RNP particles of Formula 4
Detected when incubated with DNA substrate 5 'end labeled with either strand
Was issued. This is because this nucleotide integrase binds both strands of the DNA substrate.
Indicates disconnection. The RNP particles in Formula 4 were modified and excised aI2 RNA, and
And aI2-encoding proteins lacking detectable reverse transcriptase activity. place
The degree of cleavage of the RNP particles in Method 4 will be compared to that of the RNP particle preparation of Formulation 1.
Although reduced, the endonuclease activity of the RNA is opposite to that of the aI2-encoded protein.
It is present even in the absence of transcriptase activity.
The radiolabeled band shows the RNP particles of Formulation 5 on either the top or bottom strand.
Detected when incubated with a DNA substrate labeled at the 5 'end
. O.D.260Quantification normalized by either or soluble aI2 reverse transcriptase activity
In the assay, the activity of cleavage of the top and bottom chains by the RNP particles of formulation 5
Were 6% and 25% of the activity of the RNP particles of Formula 1, respectively.
The radiolabeled band corresponding to the 5 'fragment is labeled at the 5' end of the top strand.
Was detected when the DNA substrate was incubated with the RNP particles of formula 6,
The band corresponding to the 5 ′ fragment of the top strand is the RNP particle of formulation 6 with the 5 ′ fragment of the bottom strand.
'Not detected when incubated with end-labeled DNA substrate
Was. The RNP particles of Formula 6 were modified, excised aI2 intron RNA, and putative
Includes aI2-encoding protein with a change in one of the endonuclease motifs
No. Similar results were obtained for the RNP particles of Formula 7. Formula 7 is modified
AI2 intron RNA removed and aI without conserved portion of Zn domain
Includes 2 encoded proteins. Similarly, the RNP particles of Formulations 8 and 9 (each modified
, Excised aI2 intron RNA, and Zn2+Mutation in the motif-like motif
aI2 encoding protein) cleaved the sense strand of the DNA substrate,
The antisense strand was not cleaved. For RNP particles in Formulations 6, 7, 8, and 9
For example, the level of sense strand breaks may be determined by RNA-DNA production detected on agarose gels.
It was proportional to the quantity of things. These findings indicate that the antisense strand of the aI2-encoded protein
2 shows that endonuclease activity is related to the Zn domain.
The radiolabeled band corresponding to the 5 'fragment was used for the preparation of reconstituted RNP particles in Formula 12.
Is labeled at the 5 'end of either the sense or antisense strand of the DNA substrate.
Was detected when incubated with the substrate. These results are reconstructed
Establish that the RNP particle preparation cleaves both strands of the DNA substrate.
Therefore, the nucleotide RNA integrase catalytic RNA molecule and intron code
Both proteins are required to cleave both strands of double-stranded DNA. Int
Certain modifications of the Zn and X domains of the Ron-encoding protein are
Breaks down the antisense strand of otide integrase.
Formulations 1, 2, 4, and 5 RNP particle preparation 0.025 O.D.260Unit: 10 μl of reaction medium
Inside, 1 μg of the plasmid containing the wild type sequence shown in FIG. 4 was combined. Reaction medium
The body contains 0.2 mM each of dATP, dGTP, and dTTP, 10 μCi [α-32P] -dCTP (3,000Ci / mmo
l; DuPont NEN, Boston MA), 100 mM KCl, and 5 mM dithiothreitol, 2 mM MgC
lTwo, And 50 mM Tris-HCl, pH 8.5. The reaction involves adding the RNP preparation.
Incubate at 37 ° C for 10 minutes, add 0.2 mM dCTP, add another 10
Chase for minutes. After a follow-up period, the reaction was allowed to proceed with 0.3 M sodium acetate, pH 7.8 and
And 5 μg of E. phenol in the presence of E. coli tRNA carrier (Sigma, St. Louis, MO)
CIA (phenol-chloroform-isoamyl alcohol; 25: 24: 1) extraction
And the reaction was terminated. The product was precipitated twice with ethanol and 90 mM Tris-Ho
1% agarose containing acid, pH 8.3, 2mM EDTA and 0.05% ethidium bromide
Dissolve in gel. The results show that the RNP particles of Formulations 1 and 2 show that the cleaved DNA substrate
It has been shown to catalyze the formation of DNA molecules above. The results also show that the resected glue
Group II ints lacking intron II RNA or reverse transcriptase domains
Nucleotide integrase containing Ron-encoded protein is truncated
It has also been shown not to catalyze the formation of cDNA molecules on the strand.Cleavage of single-stranded DNA
AI2 nucleotide containing the excised aI2RNA and aI2-encoding protein
Integrase is complementary to the EBS1 and EBS2 sequences of the wild-type aI2 intron RNA.
It was used to cut single-stranded DNA containing the IBS2 and IBS1 sequences. +1 to +
If three nucleotides of 3 can base pair with the three nucleotides immediately upstream of EBS1,
The response was greatly improved. Cleavage of substrate by nucleotide integrase and
The most preferred reaction conditions for insertion of the intron RNA into the cleavage site are 100 mM KCl
,
20mM MgClTwoPH 7.5, 5 mM DTT, 37 ° C.
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スティン,バートン ドライブ ナンバー
156 1845
(72)発明者 モア,ジョージ
アメリカ合衆国 テキサス 78751,オー
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(72)発明者 ビール,クリフォード ジェイ.
アメリカ合衆国 オハイオ 43202,コロ
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(72) Inventor Guo, Huatao
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Stin, Burton Drive Number
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(72) More, George
United States Texas 78751, Oh
Stin, Avenue Sea 4514
(72) Inventor Beer, Clifford J.
United States Ohio 43202, Coro
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