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JPH06502303A - 熱安定性dnaポリメラーゼ - Google Patents

熱安定性dnaポリメラーゼ

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JPH06502303A
JPH06502303A JP3518348A JP51834891A JPH06502303A JP H06502303 A JPH06502303 A JP H06502303A JP 3518348 A JP3518348 A JP 3518348A JP 51834891 A JP51834891 A JP 51834891A JP H06502303 A JPH06502303 A JP H06502303A
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dna polymerase
sequence
polymerase
dna
taq
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JP3518348A
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English (en)
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バーネス,ウェーン・エム
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    • C12N9/1241Nucleotidyltransferases (2.7.7)
    • C12N9/1252DNA-directed DNA polymerase (2.7.7.7), i.e. DNA replicase
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 熱安定性DNAポリメラーゼ 発明の背景 本発明は、DNAの配列決定に使用できる熱安定性DNAポリメラーゼに関する 。
インニス(Innis)らのProc、 Natl、^cad、 Sci、 、  U、 S、 A、 85:9436−9440.1988■■A サーマス・アクアティカス(Terwus aquaticus)ET a q 又はTag DNAポリメラーゼと呼ばれる]はDNAの配列決定に有用である と記載されている。
ロイヤー(Lawyer)らのJ、Biol、Chem、264:6427.1 989には、TaqをコードしているDNAの単離及びそのクローニングが記載 されている。この文献に記載されているDNA及びアミノ酸配列は、本明細書で 使用している用語であるTaq遺伝子及びTaqDNAポリメラーゼを規定する ものである。
フェルファント(Gelfand)らの米国特許第4.889.818号にはT aqの単離及び発現が記載され、以下のように説明されている:所望の酵素活性 を有する生物学的に活性な遺伝子産物を回収するには、Taqポリメラーゼ遺伝 子の全コード化配列は必要でないことも見いだされた。コード化配列の約1/3 が存在していないアミノ末端の欠失により、ポリメラーゼ検定において確かに活 性である遺伝子産物が生産された。
従って、翻訳の際にその配列へ組み込まれるアミノ酸の欠失、付加又は改変によ って、そのタンパク質の活性を破壊することなく、−次構造自体を修飾すること ができる。
特にTaqポリメラーゼの場合、そのタンパク質のN−末端を組換え及び天然の 両条件下で相当部分欠失させることができ、またそのタンパク質の活性が依然保 持されていることを示す証拠が存在する。単離された天然タンパク質はタンパク 質分解的な分解の結果物であり得、断頭された遺伝子の翻訳の結果物でないこと は明らかである。しかし、プラスミドpFC85[2,8kb HindI[[ −Asp718制限断片を含有する。そのHindllr部位は206及び20 7コドンに位置する]の断頭遺伝子から調製された突然変異体はDNAポリメラ ーゼの検定において十分に活性であり、これは完全長の配列をコードするDNA から調製したものと同様である。特定のN−末端短縮型が活性であることは明ら かであるので、そのポリメラーゼを発現させるために使用される遺伝子構築物に はコード化配列の対応する短縮型も包含され得る。
発明の概要 本発明は、TaqDNAポリメラーゼと呼称されるサーマス・アクアティカス( Termus aquaticus)のDNAポリメラーゼのその野生型[La vyerらの前掲]のN−末端235アミノ酸を欠いている以外は、そのDNA ポリメラーゼと同一の配列を有しているDNAポリメラーゼをコードする核酸を 含有するベクターに関する。このD N Aポリメラーゼは本明細書では△Ta q(デルタTaq)と呼称している。
本発明者は、TaqポリメラーゼのDNAポリメラーゼ活性又はその熱安定性を 損なうことなく、TaqポリメラーゼのN−末端235アミノ酸を除去できるこ とを見いだした。△Taqポリメラーゼは高温域の熱に対して依然安定であるが 、DNA配列決定実験によって測定すると5′−エキソヌクレアーゼ活性は殆ど ないか、又は全く存在していない。Taqの付随的5゛−エキソヌクレアーゼが 欠如しているため、△TaqポリメラーゼはDNAの配列決定にとって野生型T aqポリメラーゼよりも有意に優れている。△Taqポリメラーゼを使用する際 には、DNA配列決定の反応における伸長反応を行う際のその伸長時間又は緩衝 条件に配慮する必要が殆どない。
好ましい態様は、ベクターがATCC番号68431として寄託されているプラ スミドpWB253として存在する核酸であるもの、又はそのようなベクターを 含有する宿主細胞である。
これに関連して、本発明はN−末端235アミノ酸を欠く以外はTaqと実質的 に同一であるアミノ酸配列を有する精製DNAポリメラーゼ、すなわち△Taq を提供する。「精製」なる用語は、通常それに伴われる多(の宿主細胞タンパク 質からポリメラーゼを分離することを意味し、好ましくはポリメラーゼは調製物 の少な(とも10%(W/W)タンパク質であり、より好ましくは均質な調製物 として、例えば均質な溶液として提供される。
△Taqは野生型Taqよりも加工性が低い(less processive )ようである。
△TaqがPCR増幅反応を行うには、より多くのDNAポリメラーゼ単位が必 要である。
好ましい態様の説明 添付の図面は配列決定用ゲルから得られるオートラジオグラフィーを再現したも のである。
以下に本発明を実施するために適切な方法及び材料の例を説明する。これは本発 明を例示するためのものであり、本発明を限定するものではない。
Taqの発現遺伝子の構築 ヌクレオチド配列1に示すN−末端配列、及びヌクレオチド配列2に示すC−末 端配列を有している△Taq DNAポリメラーゼ遺伝子を構築するため、以下 の操作を行った。
全す−マス・アクアティカスDNA0.25μgから得た突然変異遺伝子を、以 下の2つの合成りNAプライマーによってプライムするポリメラーゼ連鎖反応( P CR,5aikiらの5cience 239:487.1981i)を使 用し増幅した:(a)野生型塩基対705から開始する野生型DNAと相同的な 27mer(ヌクレオチド配列3に示す); このプライマーは増幅DNA産物 にNco1部位を導入するためのものである: (b)Taqをコードする野生 型遺伝子の他方の鏡上の終止コドンをまたぎ、DNA産物にH4ndm部位を導 入するための33mar(ヌクレオチド配列4に示す)。
PCR反応用の緩衝液はIQ+cMトリス−HCfpH3,55,2,501M  MgCl2.16mM (NH4)2SO,,150gg/glBsA、及び 200μMの各dNTPである。サイクルパラメーターは2分95°、2分65 °、5分72°であった。
PCRによって導入される突然変異を最小限に抑えるため(Saikiら、前掲 )、フェノール抽出、エタノール沈殿及び制限酵素Ncol及びHindI[[ による消化のまえには10サイクルのPCRLか行わなかった。
NcoI及びHindDl[断片の産物を、NcoT及びHind mで消化し 子牛腸アルカリホスファターゼで処理しておいたプラスミドpWB250にクロ ーンした。pTAC2と以前は呼ばれ、J、Majorsから入手されたこのプ ラスミドの骨格はpBR322のpvuIr部位から時計の反対回りで以下の要 素を担持している(アポストロフィー「′」は、発現の方向が反時計回りでなく 、時計回りであることを意味している)二 部分的1ac Z ’配列、lac  I ’、1acPUV5(方向は不明)、PLバイオケミカルズ・ファルマシ アーLKB(カタログ番号27−4883)から入手されるtacプロモーター の2つのコピー、T7遺伝子10プロモーター及び開始コドンからなり、これら はNcoT部位、HindDI部位、trpAターミネータ−(PL番号27− 4884−01)、M13複製起点、及びpBR322のalllpR遺伝子を 構成するよう調節されている。クローンした遺伝子の発現は0.1111MIP TGによって誘発させる。
ツースビック検定(toothpick assaのによるサイズ[Barne sの5cience 195:393゜1977]、コロニーPCRによる18 00bp標的断片を生じさせる能力、及び培養物0.5ml由来の80℃に加熱 した洗浄細胞から入手される抽出物における■PTG誘発性のDNAポリメラー ゼ活性の高いレベルに基づき、上記のクローニングにより得られた12個のアン ビンリン耐性コロニーのうち3個が所望の断片を含有していることが証明された (精製方法の初期の工程として下記に示す画分I)。これらのプラスミドの最初 のものをpWB 253と命名し、△Taqの調製用生産に使用した。
後期の対数増殖期にあるE、coli宿主株X7029(lacオペロンを網羅 する欠失X74を有する野生型E、coli)中のpWB 253培養物1リツ トルを、領 1mMIPTGを含有する新鮮な豊富な培養培地4リツトルの1つ に分配し、37℃で12時間、振盪下のインキュベートを続けた。総量5リツト ルを遠心により採取し、細胞溶解緩衝液(20諷MトリスーH(lpH8,55 ,105M MgC1z、16rsM (NH,)2504.0.1%NP40 ,0.1%Tveen20、及び1mMEDTA)中に再懸濁した。細胞懸濁液 300@1にリゾチーム60盲gを加え、細胞を時折旋回させなから5−10℃ で15分間インキュベートした。次いで、細胞懸濁液を沸騰水浴中で旋回させ、 素早く80℃に加熱し、細胞を5o−si℃に17分間維持させた。殆どの酵素 が不活化されたと期待されるこの処理の後、細胞を水浴中で37℃に冷却し、プ ロテアーゼインヒビター2zl(イソプロパツール中、100mM PMSF) を加えた。細胞を遠心ボトルに分配し、5orvalSS−340−ターで15 分間15.000にて遠心した(2℃)。得られた上清を画分Iと呼ぶ。
洗浄剤NP40及びTween20は、酵素を暴露させるすべてのボトル及び溶 液にて常に0.01%から0,5%(通常は0.1%)で存在させた。特に明記 しない限り、すべての緩衝液は、以下の保存緩衝液について記載しているように トリス−HCl及びDTTも含有している。
画分IをNaC1中、0.25Mにした後、10%ポリミンーP [Polym in−Pコ(ポリエチレン−イミン)を沈殿した核酸に滴加した。加えた適切な ボリミンーPを決定し、それを必要量少量以上には添加しないよう、ボリミンー Pの滴を加えることにより遠心抽出物0.5tlを定期的に試験し、過剰の沈殿 物が形成された場合にのみ、より多くのポリミンーPをバルク抽出物に加えるよ うにした。次いで、抽出物を遠心し、核酸を殆ど取り出した。
Bio−Rex 70によるクロマトグラフィー [Joyce及びGrind leyのProc、 Natl、Acad、 5ci8. U、 S、 A、  80 :1830.1983にて使用されている]は成功しなかった。ポリメラ ーゼ活性は、酵素を塩濃度領 IMに希釈した場合でも全(結合しなかった。
このBio−Rex 70への結合性の欠如の理由は、この時点ではさらに調査 しなかった。そうでなく、Bio−Rex 70からの流出物を別のクロマトグ ラフィー媒質に適用した。
次に、ヘパリンアガロースを用いたクロマトグラフィーを成功裏に行った。ここ で1リツトルにまで希釈することにより、抽出物をヘパリンアガロース50厘l と共に撹拌し、次いでそのアガロースをカラム中に軽く充填した。このカラムを O,IM NaC1で洗浄し、IMNaCIによって酵素を溶出させた。次いで 、ポリメラーゼ活性のピーク(12ml)を50%グリセリン保存緩衝液(50 %グリセリン(v/v)、100mM KCI、2(hM トリス−HCfpH 3,55,0゜1mM EDTA、1mM DTT、0.5%Tveen及び2 0、領 5%N P 40 )に対して透析した。酵素の最終的収量は1i当た り300.000単位の濃度で6iであった(下記参照)。酵素の部分量を保存 緩衝液中に10倍で希釈し、この作動強度酵素をKT5と命名した。
酵素1単位は、74℃、30分間で酸不溶性物質に10nmolのデオキシ三リ ン酸を導入する酵素の量と定義される。実際の検定時間は5分又は10分であっ た(従って、30分に適切に外挿する)。力価測定した完全長のTaqDNAポ リメラーゼ(AmpljTaq : 5商業単位/μlで市販されている: l 商業単位は本明細書で定義した単位1と同等と考えられる)を標品として使用し た。検定緩衝液は20mM トリス−HCfpH7,8,8μIM MgC/2 .0.1++g/翼nBsA、5mM DTT、4%グリセリン、各100/z M dATP、dTTP、及びdCTP、 25 uM [3H] d TT  P(400cmp/pmole)、及び160zgkl活性化子牛胸腺DNA( 市販品:ファルマシア)である。
配列決定法 上記のΔTaqによるノブオキシ配列決定を以下にまとめる。これは、基本的に I nn1sらEProc、 N5tl、Acad、 Sci、 USA 85 : 9436 (198g)]が開示した方法に従う。反応は微量滴定ウェル中 で行なった。
標識延長反応において、Lg混合物[14μmの水、3μlの10xΔTaq緩 衝液[20mM1−リス−HCI(pH8,5,25℃)、10 mM Mg  C12,2mM MnC1,,10+aMイソクエン酸および16+sM硫酸ア ンモニウム(この硫酸アンモニウムは50mMKClまたは水で置き換えてもよ い)]、3μmの10mM dTTP、1μlの10mM dGTP、および3 μmの10mM dCTP](24μm)を、鋳型(3μm;0.5〜1.0ピ コモル)およびプライマー(2μm:2ピコモル)に加えた。
これらの溶液を渦巻撹拌し、回転下降させ、そして70℃に加熱および45℃に 冷却することによってアニールさせた。”P dATP[400mci/μモル :1ffiCi/mlは2.5μMに等しい]を乾燥させ、上記DNA溶液中に 再懸濁し、ΔTaq(1μI;5単位)を加えた。この溶液を45秒間37℃ま で暖め、氷上で冷却した。この反応混合物から4つの反応液を取り、4x dX TP(2μm)および4種の4xddストツク溶液のうちの1種(2μl)を含 む溶液(4μm)を入れた微量滴定ウェルに加えた。4xdXTPは、4種すべ てのdNTP(120μm)、0.2%ツイーン(Tveen) 20、および 0.2%ノニデット(Nonidet) P−40からなる。4xddストツク 溶液のそれぞれは、720gM ddA、360MMddC。
72μMddG、または360MMddT(または、対照として水)のいずれか を含有している。この4xdXTPと4xdd溶液を1=1の比で予め混合して 、得られた溶液(4μm)を4つのDNA反応液のそれぞれに添加できるように した。
これら溶液を混合し、微量滴定ウェルをテープで遮蔽し、10分間70〜75° Cに暖めた(所望により、20または30分間インキュベートを続けてもよい) 。次いで、この微量滴定ウェルを真空下に乾燥しくテープの除去後)、ブルー・ ホルムアミド緩衝液(12μm)を加えた。次いで、このウェルを30秒間90 ℃に加熱し、その115をゲルに付した。
図面はこのような配列決定反応の結果の1例である。この図面において、Amp liTaQ(野生型Taq)DNAポリメラーゼを用いて得られた結果が、ΔT aqおよびシークエナーゼ(Sequenase’)T 7 DNAポリメラー ゼによる結果と比較されている。ΔTaqはA叩1iTaq DNAポリメラー ゼと比較したときに配列決定ゲルにおいて三重のバンドを全く生じないかまたは わずかじか生じないので、非有意レベルの5゛−エキソヌクレアーゼ活性を有し ている。
上記の配列決定法は、酵素の相違、添加した酵素の単位、および図面に記したイ ンキュベート時間を除いて、すべての実験に対して同じように行なった。レーン A−Dに示した実験結果のインキュベート時間は3分であり、レーンEおよびF では10分であり、レーンGでは20分であった。S equenaseRD  N Aポリメラーゼは、TaborおよびR4chardson[Proc、N atl、Acad、Sci、USA 84: 4767 (1987)]が記載 している条件下および比較的低温で用いた。鋳型は、サソリ毒素AalTの人工 遺伝子をコードしている1本鎖DNAであった。プライマーは、「リバース(反 転)Jlacプライマーであったにれは、ベクターpBs−上のlac Zの開 始コドンをまたぐ(Bluescribe”マイナス゛、Stratagene から)]。
図面から、短時間の延長反応(3分)における5市販車位(上記定義のように、 約30単位)のAipliTaq DNAポリメラーゼは非常に劣った配列決定 データを与えるが、一方、ΔTaqの30単位は、または150単位であっても 、長時間(10または20分)の延長反応後でさえ優れたデータを与え、5eq uenase’ DNAポリメラーゼと同等であることが明らかである。
寄託 菌株pWB253/X7029は、1990年10月4日にアメリカン・タイプ −カルチャー壷コレクンヨン[^merican Type Cu1ture  Co11ection、 Maryland]に寄託されており、番号ATCC 68431を受けている。出願人は、本培養物が、本願に対して発行された特許 の期間満了前に、培養物に対する最後の要求後の5年間に、または30年間のよ り長い期間に死滅したときには、この培養物を置換する責任があること、および 該特許の発行(このときに本寄託物をだれでも入手することができるようになる )を寄託機関に通知する責任があることを承認している。このときまでは、本寄 託物は、37 C,F、R,セクション1−14および35U、S、C,セクシ ョン112の条項のもとて特許庁長官に対して入手可能である。
他の態様は後記の請求の範囲内にある。
DNAおよびアミノ酸配列のコンピューター提出(1)一般的情報: (+) 特許出願人: ハーネス、ウエーン・エム(ii) 発明の名称: 熱 安定性DNAポリメラーゼ(fi) 配列の数: 4 (捏)連絡先: (A) 名宛人ニライオン・アンド・ライオン(B) 通りニスイード3400 、ウェスト・シックスス・ストリート611番 (C) 市:ロスアンゼルス (D) 州:カリフォルニア (E) 国:アメリカ合衆国 (F) ZIP:90017 (V) コンピューター解読書式: (A) 媒体型:3.5インチディスケット、1.44Mb収容(B) コンピ ューター: IBM PS/2モデル50Zまたは55ミX(C) オペレーテ ィング・システム: IBM P、C,DO5(バージョン3.30) (D) ソフトウェア: fordPerfect (バージョン5.0)(虜 )本出願のデータ: (A) 出願番号:未 定 (B) 出願日:本 日 (C) 分類:未 定 (vi) 優先権主張出願のデータ: 以下に記載する出願を含む優先権主張出願の全体:なしくA) 出願番号: (B) 出願日: (vi) 弁理士/代理人情報: (A) 氏名 ワーバーグ、リチャード・ジエイ(B) 登録番号・32.32 7 (C) 参照/整理番号:193/240(iX) 電話連絡先情報: (A) 電話番号:(213)489−1600(B) ファックス番号:(2 13)955−0440(C) テレックス番号:67−3510リストに挙げ る配列の合計数:4 (2) 配列番号1の情報 (i) 配列の特徴: (A) 長さ680 (B) 型:核酸 (C) 鎖の数、−末鎖 (D) トポロジー:直鎖状 (E) 名称、配列番号1 (ji) 配列:配列番号1: (2) 配列番号2の情報 (i) 配列の特徴: (A) 長さ=160 (B) 型:核酸 (C) #Jlの数ニー末鎖 (D) トポロジー;直鎖状 (E) 名称:配列番号2 (11) 配列・配列番号2: TAAGCTGTCA AACATGAGAA 120T7AGCCCGCCT AATGAGCGG GCTTnTTTT AA丁TCTTGAA 160(2 ) 配列番号3の情報 (i) 配列の特徴・ (A) 長さ:27 (B) 型、核酸 (C) 鎖の数ニー末鎖 CD) トポロジー:直鎖状 (E) 名称:配列番号3 (11) 配列;配列番号3: GTGTCCATGG ACGATC丁GAA GC丁C丁CC27(2) 配 列番号4の情報 (D 配列の特徴: (A) 長さ:33 (B) 型、核酸 (C) 鎖の数、−末鎖 (D) トポロジー二直鎖状 (E) 名称、配列番号4 (ii) 配列:配列番号4: GCG^AGCTTCACTCCTTGGCGGAGAGCCAG TCC33 国際調査報告 フロントページの続き (51) Int、 C1,5識別記号 庁内整理番号C12R1:01) (C12N 1/21 C12R1:19) (C12N 9/12 C12R1:19) I

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.実質的にTaqDNAポリメラーゼのN−末端の235アミノ酸を欠くサー マス・アクアチカスのTaqDNAポリメラーゼのアミノ酸配列からなるアミノ 酸配列を有するDNAポリメラーゼをコードしている核酸を含有するベクター。
  2. 2.該核酸が、ATCCNo.68431として寄託されている宿主細胞中に存 在するプラスミドpWB253中に存在している核酸と同一である請求項1に記 載のベクター。
  3. 3.実質的にTaqDNAポリメラーゼのN−末端の235アミノ酸を欠くサー マス・アクアチカスのTaqDNAポリメラーゼのアミノ酸配列からなるアミノ 酸配列を有1するDNAポリメラーゼをコードしている核酸を含有するベクター を含有している宿主細胞。
  4. 4.ATCCNo.68431として寄託されている請求項3に記載の宿主細胞 。
  5. 5.実質的にTaqDNAポリメラーゼのN−末端の235アミノ酸を欠くサー マス・アクアチカスのTaqDNAポリメラーゼのアミノ酸配列からなるアミノ 酸配列を有する精製されたDNAポリメラーゼ。
  6. 6.該ポリメラーゼが均質調製物として得られる請求項5に記載の精製されたD NAポリメラーゼ。
JP3518348A 1990-10-05 1991-09-27 熱安定性dnaポリメラーゼ Pending JPH06502303A (ja)

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US59463790A 1990-10-05 1990-10-05
US594,637 1990-10-05
PCT/US1991/007084 WO1992006188A2 (en) 1990-10-05 1991-09-27 Thermostable dna polymerase

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US (1) US5616494A (ja)
EP (1) EP0553264A4 (ja)
JP (1) JPH06502303A (ja)
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DE (1) DE553264T1 (ja)
WO (1) WO1992006188A2 (ja)

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