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WO2000023604A1 - Expression vectors containing regulative sequences of stylonychia lemnae for heterologous protein expression in eukaryotic protists and a method for identifying regulative sequences of this type - Google Patents

Expression vectors containing regulative sequences of stylonychia lemnae for heterologous protein expression in eukaryotic protists and a method for identifying regulative sequences of this type Download PDF

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Publication number
WO2000023604A1
WO2000023604A1 PCT/EP1999/007958 EP9907958W WO0023604A1 WO 2000023604 A1 WO2000023604 A1 WO 2000023604A1 EP 9907958 W EP9907958 W EP 9907958W WO 0023604 A1 WO0023604 A1 WO 0023604A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
expression vector
gene
eukaryotic
nucleic acid
vector according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP1999/007958
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Karl-Christian Gallert
Christoph Hüls
Stefan Müllner
Günther STEINBRÜCK
Naduparambil Korah Jacob
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aventis Research and Technologies GmbH and Co KG
Celanese Ventures GmbH
Original Assignee
Aventis Research and Technologies GmbH and Co KG
Celanese Ventures GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aventis Research and Technologies GmbH and Co KG, Celanese Ventures GmbH filed Critical Aventis Research and Technologies GmbH and Co KG
Publication of WO2000023604A1 publication Critical patent/WO2000023604A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07KPEPTIDES
    • C07K14/00Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • C07K14/435Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans
    • C07K14/44Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans from protozoa
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/79Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07KPEPTIDES
    • C07K2319/00Fusion polypeptide

Definitions

  • the present invention relates to expression vectors for the production of proteins in the context of heterologous protein expression in eukaryotic protists, preferably in ciliates, in particular in the hypotrich ciliate Stylonychia lemnae. Furthermore, the invention relates to a method for identifying regulatory sequences with defined properties from eukaryotic protists.
  • biotechnologically usable microorganisms e.g. E.coli, S.cerevisiae, P.pastoris, B.subtilis, etc.
  • heterologous protein expression i.e. the synthesis of proteins in a non-native environment.
  • Such recombinant proteins are essentially produced via three
  • Procedural steps It starts with the cloning of the nucleic acid (DNA) of the desired protein into suitable expression vectors and the amplification of these constructs in an intermediate organism (e.g. E. coli). After transfer of this DNA into the desired host organism (so-called DNA transformation), the transformants are selected and the expression level of the desired protein is determined.
  • DNA nucleic acid
  • a functional expression vector must be able to be replicated stably in the foreign organism. For this either a functional starting point of replication together with control sequences for the segregation is necessary, which allows a stable genetic transfer in addition to the genomic DNA, or an integration of the expression construct into the genomic DNA by means of homologous DNA
  • indicator genes ie genes whose gene products can easily be determined qualitatively or quantitatively using spectroscopic methods.
  • protists especially in ciliates, in sufficient quantities in a functionally heterologous manner.
  • Sequences such as promoters, terminators etc. are not available or are not designed for optimal gene dose / protein expression rates (e.g. efficiency of the origin of replication).
  • the use of vectors that include Carrying fragments derived from rDNA can also lead to undesired gene dose effects. This is because the rate of mRNA for the encoded
  • Protein due to the amplification at the DNA level can only be modified to a limited extent.
  • Gaertig et al. (NAR 22, 1994) a more efficient transformation method for protists.
  • no data on expression level and promoter selection are shown here either. Therefore, no qualitative statement is possible.
  • Patent application DE19626564 describes the basic feasibility of heterologous protein expression in Stylonychia lemnae using the method of gene bombardment to transform protists.
  • Eukaryotic protists have functional and structural features that are not only in the interest of basic cell biological research but are also suitable for biotechnological use on an industrial scale.
  • Protists are mostly unicellular eukaryotes that can be grown in clonal cultures analogously to prokaryotic microorganisms in high cell density with relatively short generation times and can therefore also be used economically and cost-effectively in the industrial process. They are also easily accessible for fermentation.
  • protists, enzymes, structural and membrane proteins and metabolic pathways are very similar to the corresponding processes and structures in multicellular eukaryotes (e.g. humans, animals, plants, and much more) than is the case for prokaryotes, provided that corresponding elements are present in prokaryotes at all.
  • Protists have almost all eukaryotic ones
  • prokaryotes lack, e.g. in the field of DNA replication, transcription and processing, translation, cytoskeleton and membrane structures, endo- and exocytosis processes and much more.
  • inclusion bodies in which the expressed foreign protein is mostly present in the host cell in denatured form.
  • the occurrence of such inclusion bodies depends on the choice of an expression vector.
  • the object of the present invention is therefore to provide an expression vector for eukaryotic protists, which enables the production of proteins in eukaryotic protists, preferably ciliates, particularly preferably Stylonychia lemnae, in large quantities.
  • an expression vector for eukaryotic protists which for this purpose has an optimized genetic control sequence for its function, containing regulatory sequences with the functions promoter, operator, ribosomal binding site and marker gene for selection, origin of replication, termination of transcription, etc. (hereinafter the expression vector according to the invention) ).
  • Another object is to provide a promoter test system for
  • Protists in the sense of this invention are eukaryotic protists.
  • eukaryotic protists come from the realms of algae, fungi and protozoa - despite the fact that some strains within the algae and fungi are organized in multiple cells.
  • eukaryotic protists originate from the Protozoa realm, and here essential features of the eukaryotic protists are particularly pronounced for the invention.
  • the invention makes use of the following essential characteristic features in eukaryotic protists: these have a cell nucleus (in contrast to prokaryotic protists, the bacteria and cyanobacteria); they live most of their development cycle as single cells (in contrast to plants and animals) and they have "unstiffened” cell walls (in contrast to fungi and algae). These characteristics are particularly pronounced for Protozoa. Ciliophora (Ciliata) and in particular Stylonychia lemnae are particularly suitable for the invention.
  • Percolozoa Parabasalia, Euglenozoa, Mycetozoa, Entamoebia, Opalozoa, Dinozoa, Apicomplexa, Ciliophora, Haplosporidia, Paramyxia, Rhizopoda, Reticulosa, Heliozoa, Radiozoa, Amoebozoa, Choanozoa
  • Chytridiomycota Zygomycota, Ascomycota, Basidiomycota
  • Chlorophyta Charophyta, Glaucophyta, Rhodophyta
  • Ciliates which have a so-called core dimorphism, can be seen as a particularly advantageous host cell.
  • the micronucleus mainly has generative functions.
  • meiosis creates haploid gamete nuclei.
  • the gamete nuclei of two conjugation partners can fuse to form zygote nuclei and create a new cell generation with genetically recombined micronucleus genomes.
  • the new generation of zygote cores creates new macronuclei by division.
  • the natural amplification of the DNA macronucleus causes a gene dose effect which advantageously determines the choice of the time of a transformation and favors efficiency.
  • an expression vector is a specially constructed “cloning vector” which, after introduction into a suitable host cell - preferably a eukaryotic protist, preferably a ciliate, particularly preferably Stylonychia lemnae, allows the transcription and translation of the foreign gene cloned into the expression vector and thus allows the stable Passing on to descendants.
  • the expression vector according to the invention contains the control signals required for the expression of genes in cells of eukaryotic protists. These control signals - or synonymously regulatory sequences - are essential for expression vectors, because - as is known - for example bacterial genes mostly cannot be expressed in eukaryotic host cells. Likewise, eukaryotic yeast promoters, for example, are not recognized by mammalian eukaryotic cells. In the sense of this invention, an expression cassette for controlling the (foreign) gene expression is spoken synonymously with regulatory sequences.
  • An object of the present invention is therefore an expression vector (or: vector, plasmid) for eukaryotic protists containing a nucleic acid coding for a desired protein with 5 ' and 3 ' regulative sequences (control sequences).
  • This nucleic acid can code for a human, animal, vegetable or bacterial protein.
  • the capacity of the expression vector is up to approx. 20 kBp, preferably 300-5000 nucleotides.
  • the expression vector according to the invention additionally contains, at the 3'-end of the coding region of the coding nucleic acid for a desired protein, a native 3'-non-coding region (regulative sequence with control signals) which in preferred embodiments is at least approximately 50, preferably approximately 150 to is approximately 500, in particular approximately 200 to approximately 300 nucleotides long. A length of 215 nucleotides according to SEQ ID No. is particularly preferred. 1.
  • the 3 ' -flanking region of the expression vector according to the invention consists of a 3 ' non-coding sequence, including the trailer sequence mentioned, with terminal telomeric sequences.
  • the telomeric sequence is: G4T4G4T4G4
  • This 3 ' flanking region is particularly preferably obtainable from Stylonychia lemnae or those organisms which have "genesized pieces (GSP)" in part or as a whole in the genomic DNA.
  • the expression vector according to the invention additionally contains, at the 5 end of the coding region of the coding nucleic acid for a desired protein, a native 5 'non-coding region (regulative sequence with control signals), which in preferred or preferred ones Embodiments is at least about 50, preferably about 150 to about 500, in particular about 200 to about 300 nucleotides long. A length of 259 nucleotides according to SEQ ID No. is particularly preferred. Second
  • the 5 ' flanking region of the expression vector according to the invention consists of a 5 ' non-coding sequence, including the leader sequence mentioned, with terminal telomeric sequences.
  • the telomeric sequence is: C4A4C4A4C4
  • This 5 ' flanking region according to the invention is particularly preferably obtainable from Stylonychia lemnae or organisms such as these in part or as a whole
  • GSP Gene-sized-pieces
  • nucleic acid is preferably understood to mean single- or double-stranded DNA or RNA, in particular double-stranded DNA.
  • Functional heterologous protein expression in the sense of the present invention means the expression of proteins according to the information of the foreign gene in the expression vector, whereby not only the same amino acid sequence of the native protein is obtained, but also defined by means of eukaryotic post-translational modification (for example phosphorylation, attachment of sugar or fatty acid residues or other derivatization) Amino acid side chains) the activity (eg binding to target molecules, eg metabolites, substrates, proteins, nucleic acids, enzymatic function, etc.) corresponds to the native protein.
  • eukaryotic post-translational modification for example phosphorylation, attachment of sugar or fatty acid residues or other derivatization
  • Amino acid side chains eg binding to target molecules, eg metabolites, substrates, proteins, nucleic acids, enzymatic function, etc.
  • the expression vector according to the invention allows the expression of a protein encoded by the foreign gene as an authentic, biologically active enzyme.
  • the expression vector according to the invention carries the 5 ' and 3 ' control signals according to the invention.
  • the expression of a protein encoded by the cloned-in foreign gene is preferably carried out in the sense of a translation fusion.
  • a hybrid protein or fusion protein is obtained which can be easily detected.
  • detectable fusion proteins are obtained within the scope of this invention, for example by means of "green fluorescence protein (GFP)" or “beta-glucuronidase (GUS)".
  • the desired protein is obtained by cleavage from the fusion protein in a manner known to those skilled in the art.
  • the 5 ' and 3 ' control signals necessary for expression are integrated in the expression vector according to the invention.
  • Expression vector have suitable selective marker genes (Zeocin and / or Neomycin), which gives the transformed host cell a growth advantage. These can be expressed with the desired protein as a fusion protein.
  • GSP gene-sized-pieces
  • the 3 ' flanking region of the gene for terminating the transcription with further information for translation is at the 3 ' end of an mRNA and inclusive a 3 ' untranslated region / sequence (untranslated 3 ' region; "3 ' -UTR") or trailer of the cloned (foreign) gene.
  • the trailer region according to the invention is decisive for the stability of the mRNA and the associated translation processes.
  • the native 3 'and 5' are - flanking regions from the alpha tubulin gene of Stylonychia lemnae after
  • codons base triplets
  • a specific codon-amino acid frequency results in the individual species, with respect to these codons preferably amino acids are obtained (one speaks of codon preference of a species or synonymously "codon usage ").
  • flanking regions according to the invention support the codon preference in eukaryotic protists, preferably ciliates, particularly preferably Stylonychia lemnae, in relation to the cloned-in foreign gene, that is to say the nucleic acid mentioned, which codes for a protein.
  • a eukaryotic protist preferably a ciliate, particularly preferably Stylonychia lemnae.
  • the coding nucleic acid (hereinafter: CDS) of the desired protein is preferably converted into an E. coli using the "two-step PCR" method described in the examples (see also FIG. 1) compatible vector (eg vector pSE1; puC 18 or other vectors or plasmids known to the person skilled in the art).
  • CDS coding nucleic acid
  • FIG. 1 the description in the exemplary embodiments for the amplification of the CDS of the desired protein, PCR primers are used which have a 16 to 21 bp overlap with the 5 ' and 3 ' regulatory sequences according to SEQ ID No. 1 and
  • SEQ ID No. 2 have.
  • telomer primers which are obtained from ciliates, preferably Stylonychia lemnae
  • a DNA fragment can be obtained in this way which has ends with recognition sites for the restriction endonucleases Xbal and Apal and is compatible in Smal linearized forms of E. coli Vector can be incorporated as part of a DNA ligation reaction.
  • the modified compatible vector obtained is preferably introduced into the host organism as part of a co-transformation reaction with the vector pST-neo (SEQ ID No. 5).
  • the vector pST-neo allows by functional
  • neomycin resistance gene in protists, especially Stylonychia lemnae, the selection of successful transformants. Due to the high co-transformation rates (> 75%), the clones are also represented which contain the modified compatible vector parallel to pST-neo. The co-transformations are carried out as described above, with an emphasis on optimized
  • Transformation conditions must be observed in order to keep the number of transformants as high as possible.
  • the successfully transformed cells are then used for protein expression.
  • the co-transformation is carried out instead of the (co) vector pST-neo with the (co) vector pSt-tracer (SEQ ID No. 6).
  • the functional fusion protein of GFP and Zeocin is under the control of the alphal tubulin promoter from Stylonychia lemnae. This enables the selection of successful cotransformants to be determined both by zeocin selection and by determining the GFP fluorescence yield.
  • both the GFP-Zeocin fusion protein and the desired protein are under the control of the alphal - Tubulin promoter are, an optimization of the expression level of the desired protein can be carried out in a rapid process indirectly by optimizing the GFP fluorescence.
  • Eukaryotic protists have the ability to reproduce "sexually". This process, which the Protists call conjugation, requires organisms with different mating types. Sexual reproduction occurs in suitable culture conditions. With the possibility of crossing eukaryotic protists of the same kind but different mating types, the exchange of genetic information and the maintenance of strains that are homozygous in certain characteristics are possible.
  • the coding nucleic acid for a desired protein between the ATG translation initiation start site and the region coding for the desired protein contains a nucleic acid coding for an oligopeptide of at least about 4, preferably of about 6, histidines.
  • a fusion protein is obtained from the desired protein and an N-terminally fused peptide which contains the histidines mentioned.
  • the protein can be purified in a particularly simple and effective manner, for example via a chromatography column containing metal ions, such as, for example, a chromatography column containing nickel, such as a chromatography column containing Ni-NTA resin.
  • NTA stands for the chelator “nitrilotriacetic acid” (Qiagen GmbH, Hilden). Instead of or in addition to the nucleic acid coding for the histidines mentioned, it is also possible to use a nucleic acid which codes for the glutathione S-transferase (Smith, DB & Johnson, KS (1988) Gene, 67, 31-40).
  • the fusion proteins obtained in this way can also be easily purified using affinity chromatography and detected using a colorimetric test or an immunoassay.
  • nucleic acid codes for a protease interface.
  • Proteases are, for example, thrombin or factor Xa.
  • the thrombin cleavage site contains, for example, the amino acid sequence Leu-Val-Pro-Arg-Gly-Ser.
  • the factor Xa cleavage site contains, for example, the amino acid sequence Ile-Glu-Gly-Arg.
  • Another object of the present invention therefore also relates to a method for producing a desired protein, in which an expression vector according to the invention is introduced into eukaryotic protists, the eukaryotic protists being cultivated under suitable conditions and the expressed protein being isolated. Eukaryotic protists are preferably transformed with recombinant vectors. A desired protein is produced in eukaryotic protists by the methods which are generally known to those skilled in the art.
  • eukaryotic protist cells preferably ciliates, particularly preferably Stylonychia lemnae
  • ciliates particularly preferably Stylonychia lemnae
  • Expression vector has the characteristic of overexpression in eukaryotic protists. Overexpression in the sense of this invention means that 7-40%. preferably 7-15% of the expressed foreign protein is present in the host cell.
  • Another object of the present invention therefore relates to the
  • an expression vector according to the invention for the production of a desired protein.
  • the expression vector used is suitable for any incorporated foreign gene or heterologous nucleic acid from human, animal, plant or bacterial origin.
  • the first step in heterologous protein expression is the introduction of the expression vector according to the invention into the desired organism.
  • the expression level of the desired protein is determined.
  • the focus is on a high protein production rate.
  • An often decisive factor here is the selection of a suitable promoter.
  • this can also allow the induction of protein expression under the most favorable cellular conditions.
  • Another object of the invention relates to the identification of regulatory elements
  • Inductor in defined concentrations change of physical parameters such as Temperature, pH or salinity, changes in the C or N source or in general in the food supply, and much more) can be specifically activated.
  • Metabolism engineering This means the targeted influencing of metabolic pathways or regulatory networks of an organism. This is e.g. very useful when the biosynthetic pathway for an interesting metabolite is limited by a step or a preliminary step. If there is a regulatory bottleneck or prepress limitation targeted
  • Biological production processes can be optimized by manipulating the exchange of the native for a suitable foreign promoter.
  • biological organisms are expanded in their properties and characteristics (e.g. resistance to one
  • Range of stressors such as heat, cold, fluctuating humidity, pests, and much more or certain desired ingredients, such as vitamins, essential fatty acids, and much more).
  • the methods of recombination technologies also make it essential to place the missing or existing genes under the control of regulatory sequences, which provide an optimal "supply" for the biological organisms (eg crop) with the appropriate hnRNA / mRNA guarantee.
  • GSP Gene Sized Pieces
  • the invention therefore also relates to a promoter test system with the method steps:
  • a regulatory sequence is preferably seen as a promoter.
  • a promoter denotes an enhancer region, that is to say a nucleic acid with promoter activity (regulative activity), which controls the transcription of a gene as a cis-acting regulative sequence of approx. 100 nucleotides.
  • This promoter can also be split within the non-coding region (eg within the leader) or be part of an operon or an internal control region.
  • the strength of the promoter there is generally between strong and weak
  • Promoters distinguished. Some promoters can be regulated in strength, while others, the so-called constitutive promoters, cannot are adjustable.
  • nucleic acids with regulatory activity from eukaryotic protists are identified and isolated, which are characterized by defined properties.
  • the eukaryotic protists are treated with the help of agents / protocols of abiotic (heavy metals etc.) and biotic nature. Agents are primarily to be understood as bioactive substances with a sensitive effect for eukaryotic protists. The protocols are varied accordingly until there are reproducible changes in the mRNA spectrum (control: Northern blot, see there) (e.g. cold shock program etc.).
  • the promoter activity of unknown nucleic acid is tested in the context of known promoter test vectors. These vectors carry a promoterless gene whose gene product is easily detectable, but is not expressed due to the lack of a promoter. By inserting a nucleic acid with promoter properties in front of the coding region of the reporter gene (indicator gene), that reporter gene is expressed and, depending on the level of expression, the promoter strength is inferred.
  • the determination of regulatory properties, in particular promoter properties, essentially comprises three steps. It starts with
  • Step 1
  • Eukaryotic protists are treated with agents / protocols.
  • the mRNA pattern of treated cells is compared with that of the untreated control cells by differential gel electrophoretic analysis (differential display of a Northern blot).
  • differential gel electrophoretic analysis differential display of a Northern blot.
  • nucleic acids whose mRNA signal is either weakened or amplified after "treatment” and which consequently correlate with the defined properties.
  • the following steps serve to identify and characterize the potentially associated 5 ' and 3 ' flanking areas.
  • the cDNA (production, see Maniatis, supra) of the identified mRNA signals is cloned into E. coli-compatible vectors (e.g. pUC18). These clones are sequenced and correlated by means of DNA probes with the corresponding GSP in the Southern blot, as is known to the person skilled in the art (Maniatis, supra).
  • Step 5 DNA sequencing takes place, the 5 ' and 3 ' flanking regions of the identified GSP. As a result, the PCR primers according to the invention can be generated (see step 5). Step 5:
  • the identified 5 ' or 3 ' flanking regions are amplified using a PCR reaction.
  • further PCR primers contain as hybrid primers an overlap to the 5 ' or 3 ' end of the indicator gene used (GFP or GUS in the examples).
  • the telomer primers With the help of the telomer primers, the nucleic acid fragment obtained is amplified in a second PCR step, which has ends with recognition sites for the restriction endonucleases Xbal and Apal and is easily integrated in Smal linearized form into a compatible E. coli vector by means of a DNA ligation reaction can be.
  • This construct is then transformed into E. coli for amplification and obtained in large quantities by isolating the plasmid DNA (pUC 18 or others known to the person skilled in the art for this purpose can be used as an E. coli compatible vector
  • Vectors or plasmids can be used).
  • the expression construct is transformed into protists using the known methods. Analysis of the regulatory strength and properties, preferably
  • Promoter strength and properties are based on the spectroscopic properties of the selected indicator protein.
  • Figure 1 describes the principle of the two-step PCR, which is explained in the following text.
  • SEQ ID No.1 Nucleic acid relating to the 5 ' flanking region (leader region and telomer sequence) consisting of 215 nucleotides.
  • SEQ ID No.2 nucleic acid relating to the 5 ' flanking region (trailer region and telomer sequence) consisting of 261 nucleotides.
  • SEQ ID No.3 "St-gfp": Expression vector consisting of 5 ' and 3 ' flanking region, including nucleic acid coding for GFP, 2-13 Xbal and Apa I, 13-228 leader from alpha I Tubulin S. lemnae + Telomer , 229-946 CDS GFP, 946 - 1204Trailer made of alpha I Tubulin S. lemnae + Telomer, 1205 - 1216 Xbal and Apa I.
  • SEQ ID No.4 "St-gus": Expression vector consisting of 5 ' and 3 ' flanking region, including nucleic acid coding for GUS, 2-13 Xbal and Apa I, 13-228 leader from alpha I Tubulin S. lemnae + Telomer , 229-2037 CDS GUS, 2038 - 2297 Trailer made of alpha I Tubulin S. lemnae + Telomer, 2298 - 2308 Xbal and Apa I.
  • SEQ ID No.5 "St-neo": Expression vector consisting of 5 ' and 3 ' flanking region, including nucleic acid coding for neomycin, 2-13 Xbal and Apa I, 13-228 leader from alpha I Tubulin S. lemnae + Telomer , 229-1023 CDS neomycin gene, 1024 - 1283 trailer from alpha I tubulin S. lemnae + Telomer, 1284 - 1294
  • SEQ ID No.6 Expression vector consisting of 5 ' and 3 ' flanking region, including nucleic acid coding for Zeocin / GFP fusion protein, 2-13 Xbal and Apa I, 13-228 leader from alpha I Tubulin S. lemnae + Telomer, 229- 933 CDS superGFP, 934-1305 CDS Zeocin, 1306 - 1565 Trailer made of alpha I Tubulin S. lemnae + Telomer, 1566 - 1570 Xbal and Apa I.
  • SEQ ID No.7 Expression vector consisting of 5 ' and 3 ' flanking region, including nucleic acid coding for alpha 1 tubulin from S.
  • Expression cassettes are used to transform Stylonychia lemnae, in which the genes for the indicator proteins "GUS” and “GFP” or the genes for the resistance markers neomycin and zeocin are under the control of 5 ' - and
  • the 3 ' located regulatory sequences of the alphal tubulin gene from Stylonychia lemnae are shown in FIG. 3.
  • the expression cassettes, which consist of the resistance marker or indicator gene and the 5 ' and 3 ' located regulatory sequences, were analyzed using a two-step PCR Strategy and then in commercially available pTRACE vectors (Invitrogen) via a
  • step I there were three DNA fragments (alphal tubulin leader, indicator or resistance gene, alpha tubulin
  • step I the DNA fragments are amplified, which are fused in the subsequent PCR reaction (step II).
  • step II the DNA fragments are amplified, which are fused in the subsequent PCR reaction (step II).
  • the three DNA fragments used for the fusion reaction in step II) were obtained in independent PCR reactions in which the DNA templates and primers described below were used under the conditions listed for
  • the first 17 bases stand for the correspondence of the PCR product obtained with the 5 ' end of the GFP ORF.
  • the last 17 bases act as antisense primers to amplify the leader of the alpha tubulin gene.
  • Plasmid pTW54 which was developed by Prof. S. Subramiani (University of California)
  • the first 17 bases are for match with the 3 ' end of the tubulin
  • the first 16 bases are for match with the 5 ' end of the tubulin
  • the first 20 bases are for the overlap with the 3 ' end of the GFP ORF, the last 16 bases are used to amplify the trailer sequence of the tubulin gene
  • step II) the PCR fragments obtained in step I) were fused in a PCR approach and the DNA sequence thus formed by using PCR primers, each of which had the recognition sequence at the ends carry for restriction enzymes, provided at the 5 ' and 3 ' ends with restriction sites.
  • dNTPs 50 ⁇ M in each case After 5 min denaturation, a unit expand high fidelity PCR system was added and subjected to 10 cycles (1 min each 94 ° C., 55 ° C. and 72 ° C.).
  • the constructs were purified by separation in an agarose gel and isolated using a gel extraction kit (Qiagen). Using T4 polynucleotide kinase (Pharmacia), the PCR fragments were then blunt-ended together with the vector pUC18 linearized and dephosphorylated at the Smal interface using the T4 DNA ligase (Pharmacia). This reaction was carried out according to the manufacturer's instructions. The cloning and propagation in E. coli was carried out according to standard protocols (Sambrook et al.). The construction of the rest, used in the description and drawing,
  • PCR primer Forward: 5 ' -C4A4C4A4C4-3 ' (telomeric)
  • the first 17 bases are matched to the 5 ' end of the GFP ORF, the last 17 bases act as a reverse primer to amplify the leader sequence and ORF of tubulin.
  • Plasmid pTW54 provided by Prof. S. Subramani (University of California).
  • PCR primer Forward: 5 ' AAG AAG AAG GTA TGG AAA TGA GTA AAG GAG AAG A-3 '
  • the first 17 bases are for agreement with the 3 ' end of the tubulin
  • the first 16 bases are to match the 5 ' end of the tubulin trailer, the last 20 bases act as a reverse primer to amplify the GFP ORF.
  • Plasmid pTW54 provided by Prof. S. Subramiani (University of California).
  • conjugation two strains of different mating types were put under starvation stress and mixed. The cells were then synchronized by adding a strictly limited amount of nutrients, so that they were synchronized after about five hours. The actual conjugation then started another six hours later. The yield of conjugants was approximately 90%. A further enrichment of the conjugants was possible by filtration through a 70 ⁇ m nylon matrix gauze, which is only permeable to single cells but not to conjugant pairs.
  • the meiotic division of the micronuclei is initiated, the haploid micronuclei are then exchanged between the conjugation partners, and the micronuclei of the partner cells fuse. Then the cells separate again, the newly formed diploid micronuclei share mitotically without simultaneous cell division.
  • One of the daughter cores goes through a series of DNA replications, which eventually lead to the formation of a new macronucleus.
  • the DNA used was obtained either in the course of a PCR reaction with the telomer primer (5 ' -C4A4C4A4C4-3 ' ) (PCR reaction with a primer, since the gene sized pieces from Stylonychia lemnae on both the 5 ' and the Wear 3 ' end telomer sequences !).
  • the PCR products were then applied to the gel
  • Extraction kit (Qiagen) cleaned and used for gene bombardment.
  • the DNA samples were obtained from the plasmids produced according to the described methods by restriction digestion with the restriction endonuclease Apal and subsequent isolation from the gel (see above).
  • the transformed cells Upon completion of macronucleus development (one to two days after bombardment), the transformed cells were exposed to selective conditions. To do this, they were treated with 50 - 100 ⁇ g / ml G418 for 3 to 10 days or for 2 - 4
  • the stably transformed clones were isolated and by detecting the newly introduced foreign information on the DNA (Southern blot, PCR), RNA (Northern blot, primer extension) and protein level (more spectroscopic

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Abstract

The invention relates to expression vectors with regulative sequences of Stylonychia lemnae for heterologous protein expression in eukaryotic protists and to the optimisation of the same for transforming these vectors, preferably into ciliates, especially into Stylonychia lemnae. The invention also relates to a method for identifying suitable regulative sequences of eukaryotic protists.

Description

Expressionsvektoren enthaltend regulative Sequenzen aus Stylonychia lemnae zur heterologen Proteinexpression in eukaryontischen Protisten und ein Verfahren zur Identifizierung solcher regulativen SequenzenExpression vectors containing regulatory sequences from Stylonychia lemnae for heterologous protein expression in eukaryotic protists and a method for identifying such regulatory sequences

Beschreibungdescription

Die vorliegende Erfindung betrifft Expressionsvektoren zur Herstellung von Proteinen im Rahmen einer heterologer Proteinexpression in eukaryontischen Protisten, vorzugsweise in Ciliaten, insbesondere in dem hypotrichen Ciliaten Stylonychia lemnae. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Identifizierung regulativer Sequenzen mit definierten Eigenschaften aus eukaryontischen Protisten.The present invention relates to expression vectors for the production of proteins in the context of heterologous protein expression in eukaryotic protists, preferably in ciliates, in particular in the hypotrich ciliate Stylonychia lemnae. Furthermore, the invention relates to a method for identifying regulatory sequences with defined properties from eukaryotic protists.

Eine Vielzahl biotechnologisch verwendbarer Mikroorganismen (z.B. E.coli, S.cerevisiae, P.pastoris, B.subtilis, u.v.m.) werden für die sogenannte heterologe Proteinexpression, d.h. die Synthese von Proteinen in nicht-nativer Umgebung, genutzt.A variety of biotechnologically usable microorganisms (e.g. E.coli, S.cerevisiae, P.pastoris, B.subtilis, etc.) are used for so-called heterologous protein expression, i.e. the synthesis of proteins in a non-native environment.

Die Herstellung solcher rekombinanter Proteine erfolgt im wesentlichen über dreiSuch recombinant proteins are essentially produced via three

Verfahrensschritte. Am Anfang steht die Klonierung der Nukleinsäure (DNA) des gewünschten Proteins in geeignete Expressionsvektoren sowie die Amplifikation dieser Konstrukte in einem Zwischenorganismus (z.B. E. Coli). Nach Transfer dieser DNA in den gewünschten Wirtsorganismus (sogenannte DNA-Transformation) erfolgt die Selektion der Transformanten und Bestimmung der Expressionshöhe des gewünschten Proteins.Procedural steps. It starts with the cloning of the nucleic acid (DNA) of the desired protein into suitable expression vectors and the amplification of these constructs in an intermediate organism (e.g. E. coli). After transfer of this DNA into the desired host organism (so-called DNA transformation), the transformants are selected and the expression level of the desired protein is determined.

Ein funktionsfähiger Expressionsvektor muß stabil im Fremdorganismus repliziert werden können. Hierzu ist entweder ein funktionsfähiger Replikationsstartpunkt samt Steuersequenzen für die Seggregation notwendig, der eine stabile genetische Weitergabe neben der genomischen DNA erlaubt, oder es muß eine Integration des Expressionskonstrukts in die genomische DNA mittels homologer DNA-A functional expression vector must be able to be replicated stably in the foreign organism. For this either a functional starting point of replication together with control sequences for the segregation is necessary, which allows a stable genetic transfer in addition to the genomic DNA, or an integration of the expression construct into the genomic DNA by means of homologous DNA

Rekombination erfolgen. Zur Selektion der Transformanten wird häufig die Selektion über chemische Agenzien, zumeist Antibiotika, gewählt. Zur Bestimmung der Expressionshöhen bedient man sich sogenannter Indikatorgene, d.h. Gene, deren Genprodukte leicht über spektroskopische Methoden qualitativ oder quantitativ bestimmbar sind.Recombination. For the selection of the transformants, the selection via chemical agents, mostly antibiotics, is often chosen. To determine the Expression levels are used so-called indicator genes, ie genes whose gene products can easily be determined qualitatively or quantitatively using spectroscopic methods.

Interessanterweise ist es bis heute nicht gelungen, Proteine in eukaryontischenInterestingly, so far it has not been possible to find proteins in eukaryotic

Protisten, insbesondere in Ciliaten, in ausreichenden Mengen funktioneil heterolog zu exprimieren.To express protists, especially in ciliates, in sufficient quantities in a functionally heterologous manner.

Yao, M.C. et al., WO97/40060 beschreibt ribosomale Vektoren für den Einsatz von antisense-Strategien in Tetrahymena thermophila. Diese Arbeiten sollen zelluläre mRNA von Tetrahymena durch Hybridisierung heraustitrieren und somit im Rahmen einer Antisense-Strategie definierte Gene "ausschalten". Hierdurch wird gezeigt, daß in vitro DNA in Tetrahymena transformiert werden kann. Die dort verwendeten Vektoren sind nicht darauf konzipiert, die Umsetzung der DNA in Proteine zu unterstützen, da die notwendigen Steuerelemente (sogenannte regulativeYao, M.C. et al., WO97 / 40060 describes ribosomal vectors for the use of antisense strategies in Tetrahymena thermophila. This work is intended to titrate out cellular mRNA from Tetrahymena by hybridization and thus "switch off" genes defined within the framework of an antisense strategy. This shows that in vitro DNA can be transformed into Tetrahymena. The vectors used there are not designed to support the conversion of DNA into proteins, since the necessary control elements (so-called regulative

Sequenzen wie Promotoren, Terminatoren etc.) nicht vorhanden, oder nicht auf optimale Gendosis / Proteinexpressionsraten (z.B. Effizienz der Replikationsursprünge) ausgelegt sind. Die Verwendung von Vektoren, die u.a. von rDNA abgeleitete Fragmente tragen, kann außerdem zu ungewollten Gendosis- Effekten führen. Dies liegt darin begründet, daß die Rate an mRNA für das kodierteSequences such as promoters, terminators etc.) are not available or are not designed for optimal gene dose / protein expression rates (e.g. efficiency of the origin of replication). The use of vectors that include Carrying fragments derived from rDNA can also lead to undesired gene dose effects. This is because the rate of mRNA for the encoded

Protein aufgrund der Amplifikation auf DNA-Ebene (vermittelt durch die ribosomalen Replikationsursprünge) nur in eng begrenztem Rahmen modifiziert werden kann.Protein due to the amplification at the DNA level (mediated by the ribosomal origin of replication) can only be modified to a limited extent.

Die Möglichkeit, DNA in vitro in Protozoae einzubringen, wurde außerdem durch Arbeiten von Ascenzioni und Lipps (Gene 46, S. 123-126, 1986) gezeigt. Plasmide mit rDNA-Abschnitten aus Tetrahymena pyriformis wurden hierbei mit DNA aus E.coli, Saccharomyces cerevisiae bzw. Dictyostelium discoideum kombiniert und mittels Mikroinjektion in Stylonychia lemnae eingebracht. Da außerdem nicht mit Indikatorproteinen gearbeitet wurde, ist keine Aussage zur Expressionshöhe der heterologen Proteinexpression möglich. Arbeiten zur Transformation von Protozoae der Spezies Stylonychia mytiius wurden daneben auch von Wünning, I.U. und Lipps, HJ. (EMBO J. 2, 1983) durchgeführt, wobei der in vitro DNA-Transfer ebenfalls über Mikroinjektion erfolgte. Allerdings fehlen hier ebenfalls Daten zur Expressionshöhe, optimierten Steuersequenzen und Replikationselementen.The possibility of introducing DNA into Protozoae in vitro has also been shown by the work of Ascenzioni and Lipps (Gene 46, pp. 123-126, 1986). Plasmids with rDNA sections from Tetrahymena pyriformis were combined with DNA from E. coli, Saccharomyces cerevisiae or Dictyostelium discoideum and introduced into Stylonychia lemnae by means of microinjection. Since indicator proteins have not been used, it is not possible to make any statements about the level of expression of heterologous protein expression. Work on the transformation of Protozoae of the species Stylonychia mytiius was also carried out by Wünning, IU and Lipps, HJ. (EMBO J. 2, 1983), the in vitro DNA transfer also taking place via microinjection. However, data on expression level, optimized control sequences and replication elements are also missing here.

Yu, G.L. und Blackbum, E.H. beschreiben die Transformation von Tetrahymena mit mutierten, zirkulären ribosomalen Vektoren (Mol.Cell.Biol.10, S.2070-2080, 1990). Neben den oben beschriebenen Nachteilen der Verwendung von Vektoren, die rDNA-Abschnitte zur Replkiationsunterstützung tragen, liegt die Problematik darin, daß keine effiziente Selektion über Resistenzmarker möglich ist. Außerdem fehlen Daten über Steuerelemente der Transkription, die Verwendung von Indikatorproteinen, die Expressionshöhen sowie die Durchführbarkeit der heterologen Proteinexpression an sich.Yu, G.L. and Blackbum, E.H. describe the transformation of Tetrahymena with mutated, circular ribosomal vectors (Mol.Cell.Biol.10, S.2070-2080, 1990). In addition to the disadvantages described above of using vectors which carry rDNA sections for replication support, the problem lies in the fact that efficient selection via resistance markers is not possible. In addition, data on controls of transcription, the use of indicator proteins, the expression levels and the feasibility of heterologous protein expression per se are missing.

Kahn et al. (PNAS 90, 1993) beschreiben ebenfalls, daß die DNA-Transformation in Protozoae über Mikroinjektion möglich ist. Allerdings ist diese Methode der DNA- Transformation sehr ineffizient. Die Autoren beschreiben zirkuläre Vektoren, die rDNA-Abschnitte aus Tetrahymena enthalten. Parallel dazu durchgeführte Arbeiten mit Konstrukten, die einen direkten Einbau in das Genom über homologeKahn et al. (PNAS 90, 1993) also describe that DNA transformation in Protozoae is possible via microinjection. However, this method of DNA transformation is very inefficient. The authors describe circular vectors that contain rDNA sections from Tetrahymena. Work carried out in parallel with constructs that allow direct incorporation into the genome via homologous

Rekombination bewirkten, führten im Vergleich dazu zu erhöhten Transformationsraten. Allerdings birgt der Einbau von Fremd-DNA in das Genom des Zielorganismus die Gefahr, daß die Expression wirtseigener Gene verändert oder gänzlich ausgeschaltet wird.Recombination caused increased transformation rates in comparison. However, the incorporation of foreign DNA into the genome of the target organism runs the risk that the expression of host genes is changed or completely switched off.

Mit der Methode der Elektroporation beschreiben Gaertig et al. (NAR 22, 1994) eine effizientere Transformationsmethode für Protisten. Jedoch werden auch hier keine Daten über Expressionshöhe und Promotorwahl gezeigt. Daher ist keine qualitative Aussage möglich.Using the electroporation method, Gaertig et al. (NAR 22, 1994) a more efficient transformation method for protists. However, no data on expression level and promoter selection are shown here either. Therefore, no qualitative statement is possible.

US 5,665,565 (Mann, D.B., et al.) beschreibt die Expression fremder Proteine in Entamoeba histolytica. Bei diesen Arbeiten wurde die Fremd-DNA, flankiert von Kontrollelementen eines Gens aus Entamoeba histolytica, mit Vektoren in den Organismus eingebracht, die Abschnitte von rDNA enthielten. Der DNA-Transfer erfolgte über Elektroporation, eine Methode, die zwar effizienter als eine Mikroinjektion arbeitet, aber nicht so erfolgreich wie das Gene Bombardement ist. Als humanparasitärer, anaerober Protozoa eignet sich Entamoeba histolytica aufgrund seiner biologischen Charakteristika allerdings nicht für die Proteingewinnung in größerem, industriellen Maßstab. Daneben weist der u.a. auf rDNA-Sequenzen beruhende Expressionsvektor die bereits oben beschriebenen Nachteile ribosomaler Expressionsvektoren auf. Inwieweit eine funktioneile Übertragbarkeit der Arbeiten in andere Protozoae möglich ist, ist ebenfalls unklar.US 5,665,565 (Mann, DB, et al.) Describes the expression of foreign proteins in Entamoeba histolytica. During this work, the foreign DNA was flanked by Control elements of a gene from Entamoeba histolytica, introduced into the organism with vectors which contained sections of rDNA. DNA transfer was via electroporation, a method that works more efficiently than microinjection, but is not as successful as gene bombardment. As a human-parasitic, anaerobic protozoa, Entamoeba histolytica, due to its biological characteristics, is not suitable for protein extraction on a larger, industrial scale. In addition, the expression vector based, among other things, on rDNA sequences has the disadvantages of ribosomal expression vectors already described above. The extent to which the work can be transferred to other Protozoae is also unclear.

Patentanmeldung DE19626564 beschreibt die prinzipielle Ausführbarkeit einer heterologen Proteinexpression in Stylonychia lemnae mittels der Methode des Gene Bombardements zur Transformation von Protisten.Patent application DE19626564 describes the basic feasibility of heterologous protein expression in Stylonychia lemnae using the method of gene bombardment to transform protists.

Haddad, A. und Turkewitz, A.P. beschreiben Experimente, bei denen ein ribosomales Plasmid eingesetzt wird, um anhand von GFP die Expressionscharakterisitik der regulatorischen Sequenz des GRL1 -Genlokus in Tetrahymena thermophila zu untersuchen (PNAS 94, 1997). Diese Arbeiten verwenden weder optimierte Steuersequenzen zur Genexpression noch optimierteHaddad, A. and Turkewitz, A.P. describe experiments in which a ribosomal plasmid is used in order to use GFP to investigate the expression characteristics of the regulatory sequence of the GRL1 gene locus in Tetrahymena thermophila (PNAS 94, 1997). This work uses neither optimized control sequences for gene expression nor optimized ones

Replikationssequenzen (nur ribosomale Replikationselemente).Replication sequences (ribosomal replication elements only).

Eukaryontische Protisten besitzen funktioneile und strukturelle Besonderheiten, die nicht nur im Interesse der zellbiologischen Grundlagenforschung stehen sondern ebenfalls für eine biotechnologische Verwendung im industriellen Maßstab geeignet sind.Eukaryotic protists have functional and structural features that are not only in the interest of basic cell biological research but are also suitable for biotechnological use on an industrial scale.

Protisten sind zumeist einzellige Eukaryonten, die sich in klonalen Kulturen analog zu prokaryontischen Mikroorganismen in hoher Zelldichte bei relativ kurzen Generationszeiten heranziehen lassen und daher ebenfalls wirtschaftlich und kostengünstig im industriellen Prozeß eingesetzt werden können. Zudem sind sie einer Fermentation leicht zugänglich. Zumeist weisen Protisten Enzyme, Struktur- und Membranproteine und Stoffwechselwege eine hohe Ähnlichkeit mit den entsprechenden Vorgängen und Strukturen bei vielzelligen Eukaryonten (z.B. Menschen, Tiere, Pflanzen, u.v.m.) auf, als dies für Prokaryonten zutrifft, sofern entsprechende Elemente in Prokaryonten überhaupt vorhanden sind. Protisten verfügen über fast alle eukaryontischeProtists are mostly unicellular eukaryotes that can be grown in clonal cultures analogously to prokaryotic microorganisms in high cell density with relatively short generation times and can therefore also be used economically and cost-effectively in the industrial process. They are also easily accessible for fermentation. Mostly, protists, enzymes, structural and membrane proteins and metabolic pathways are very similar to the corresponding processes and structures in multicellular eukaryotes (e.g. humans, animals, plants, and much more) than is the case for prokaryotes, provided that corresponding elements are present in prokaryotes at all. Protists have almost all eukaryotic ones

Eigenschaften, die Prokaryonten fehlen, z.B. im Bereich der DNA-Replikation, der Transkription und des Processings, der Translation, der Zytoskelett- und Membranstrukturen, der Endo- und Exocytosevorgänge u.v.m.Properties that prokaryotes lack, e.g. in the field of DNA replication, transcription and processing, translation, cytoskeleton and membrane structures, endo- and exocytosis processes and much more.

In den somatischen Makronukleusgenomen der meisten eukaryontischen Protisten liegen alle Gene mehr oder weniger amplifiziert vor. Dies führt u.a. zu einer hohen Expressionsrate dieser Gene schon unter normalen Bedingungen. Bei einigen Arten werden bis zu 98% des Mikronukleusgenoms eliminiert, intervenierende Sequenzen werden aus Genen herausgeschnitten und kodierende Regionen können völlig neu rearrangiert werden (sogenanntes "gene scrambling"; vgl. D.C. Hoffmann; D.M.In the somatic macronucleus genomes of most eukaryotic protists, all genes are more or less amplified. This leads among other things to a high expression rate of these genes even under normal conditions. In some species, up to 98% of the micronucleus genome is eliminated, intervening sequences are cut out of genes and coding regions can be rearranged completely (so-called "gene scrambling"; see D.C. Hoffmann; D.M.

Prescott (1997), NAR 25 (10), 1883).Prescott (1997), NAR 25 (10), 1883).

Die Verwendung eukaryontischer Protisten als Systeme zur Herstellung rekombinanter Proteine stößt jedoch bisher auf eine Reihe von Schwierigkeiten.However, the use of eukaryotic protists as systems for the production of recombinant proteins has so far encountered a number of difficulties.

Zum einen führen die im Stand der Technik bekannten Methoden, die zur Transformation von Eukaryonten zur Verfügung stehen, bei eukaryontischen Protisten nur in wenigen Ausnahmefällen zu ausreichend hohen , Transformationsraten. Dies gilt besonders für Ciliaten und vor allem für Stylonychia lemnae.On the one hand, the methods known in the prior art, which are available for the transformation of eukaryotes, lead to sufficiently high, transformation rates in eukaryotic protists only in a few exceptional cases. This is especially true for ciliates and especially for Stylonychia lemnae.

Im Stand der Technik wird für eukaryontische Protisten eine unzureichende heterologe Expressionshöhe im Wirtsorganismus erhalten. Außerdem stehen bisher kaum geeignete Selektionsmarker für Transformationsversuche mit Protisten zur Verfügung, da einige Selektionssysteme, die allgemein für Eukaryontentransformationen erfolgreich eingesetzt werden, sich bei Protisten nicht verwenden lassen. Zudem verfügen die eukaryontische Protisten über eine Codon-usage (auch Codon- Präferenz), die von der bei den übrigen Eukaryonten signifikant abweicht.In the prior art, an insufficient heterologous expression level in the host organism is obtained for eukaryotic protists. In addition, there have so far been hardly any suitable selection markers for transformation attempts with protists, since some selection systems which are generally used successfully for eukaryote transformations cannot be used with protists. In addition, the eukaryotic protists have a codon usage (also codon preference) that differs significantly from that of the other eukaryotes.

Bekannt ist ebenfalls das Vorkommen von "Inclusion bodies (Zelleinschlußkörper)" in denen das exprimierte Fremdprotein in der Wirtszelle zumeist in denaturierter Form vorliegt. Eine Abhängigkeit des Auftretens solcher Inclusion Bodies von der Wahl eines Expressionsvektors ist gegeben.The occurrence of "inclusion bodies" is also known, in which the expressed foreign protein is mostly present in the host cell in denatured form. The occurrence of such inclusion bodies depends on the choice of an expression vector.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß die heterologe Proteinexpression in Gegenwart des erfindungsgemäßen Expressionsvektors in eukaryontischenIt has now surprisingly been found that the heterologous protein expression in the presence of the expression vector according to the invention in eukaryotic

Protisten unter Behebung der genannten Nachteile gelingt.Protists succeed while eliminating the disadvantages mentioned.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Expressionsvektor für eukaryontische Protisten bereitzustellen, welcher die Herstellung von Proteinen in eukaryontischen Protisten, vorzugsweise Ciliaten, besonders bevorzugt Stylonychia lemnae, in großen Mengen ermöglicht.The object of the present invention is therefore to provide an expression vector for eukaryotic protists, which enables the production of proteins in eukaryotic protists, preferably ciliates, particularly preferably Stylonychia lemnae, in large quantities.

Die Aufgabe wird durch einen Expressionsvektor für eukaryontische Protisten gelöst, welcher hierzu für seine Funktion eine optimierte genetische Kontrollsequenz aufweist, enthaltend regulative Sequenzen mit den Funktionen Promotor, Operator, ribosomale Bindestelle sowie Markergen für Selektion, Replikationsursprung, Termination der Tanskription etc. (nachstehend erfindungsgemäßer Expressionsvektor).The object is achieved by an expression vector for eukaryotic protists, which for this purpose has an optimized genetic control sequence for its function, containing regulatory sequences with the functions promoter, operator, ribosomal binding site and marker gene for selection, origin of replication, termination of transcription, etc. (hereinafter the expression vector according to the invention) ).

Des weiteren ist eine Aufgabe ein Promotortestsystem bereitzustellen zurAnother object is to provide a promoter test system for

Identifizierung geeigneter regulativer Sequenzen.Identification of suitable regulatory sequences.

"Protisten" im Sinne dieser Erfindung sind eukaryontische Protisten. Im weitesten Sinne stammen eukaryontische Protisten aus den Reichen Algen, Pilzen und Protozoen - ungeachtet dessen, daß einige Stämme innerhalb der Algen und Pilze vielzellig organisiert sind. Im engeren Sinne stammen eukaryontische Protisten aus dem Reich der Protozoa, hierbei sind für die Erfindung wesentliche Merkmale der eukaryontischen Protisten besonders ausgeprägt.“Protists” in the sense of this invention are eukaryotic protists. In the broadest sense, eukaryotic protists come from the realms of algae, fungi and protozoa - despite the fact that some strains within the algae and fungi are organized in multiple cells. In the narrower sense, eukaryotic protists originate from the Protozoa realm, and here essential features of the eukaryotic protists are particularly pronounced for the invention.

Die Erfindung macht von den folgenden wesentlichen charakteristischen Merkmalen in eukaryontischen Protisten Gebrauch: Diese besitzen einen Zellkern (im Gegensatz zu prokaryontischen Protisten, den Bakterien und Cyanobakterien); sie leben den größten Teil ihres Entwicklungscyclus als Einzelzellen (im Gegensatz zu Pflanzen und Tieren) und sie besitzen "ungesteifte" Zellwände (im Gegensatz zu Pilzen und Algen). Diese Merkmale sind für Protozoa besonders deutlich ausgeprägt. Für die Erfindung besonders geeignet sind Ciliophora (Ciliata) und insbesondere Stylonychia lemnae.The invention makes use of the following essential characteristic features in eukaryotic protists: these have a cell nucleus (in contrast to prokaryotic protists, the bacteria and cyanobacteria); they live most of their development cycle as single cells (in contrast to plants and animals) and they have "unstiffened" cell walls (in contrast to fungi and algae). These characteristics are particularly pronounced for Protozoa. Ciliophora (Ciliata) and in particular Stylonychia lemnae are particularly suitable for the invention.

Innerhalb des Reiches der Protisten, insbesondere Protozoa, werden Details der Klassifizierung nach wie vor diskutiert und systematisiert (Honigberg et al. (1964): A revised ciassification of the phylum Protozoa; J. Protozool. 11 ; 7; Levine et al. (1980): A newly revised ciassification of the Protozoa; J. Protozool., 27; 37). Die gängige Einteilung der eukaryontischen Protisten erfolgt nach Cavalier-Smith (Cavalier-Smith, T., 1995; Cell cycles, diplokaryosis and the archezoan origin of sex; Arch. Protistenk., 145 (3-4), 189-207) in 6 kingdoms und 33 phyla:Within the realm of the Protists, especially Protozoa, details of the classification are still discussed and systematized (Honigberg et al. (1964): A revised ciassification of the phylum Protozoa; J. Protozool. 11; 7; Levine et al. (1980 ): A newly revised ciassification of the Protozoa; J. Protozool., 27; 37). The common classification of eukaryotic protists is according to Cavalier-Smith (Cavalier-Smith, T., 1995; Cell cycles, diplokaryosis and the archezoan origin of sex; Arch. Protistenk., 145 (3-4), 189-207) into 6 kingdoms and 33 phyla:

Kingdom Archezoa:Kingdom Archezoa:

Archamoebae, Metamonada, MicrosporidiaArchamoebae, Metamonada, Microsporidia

Kingdom Protozoa:Kingdom Protozoa:

Percolozoa, Parabasalia, Euglenozoa, Mycetozoa, Entamoebia, Opalozoa, Dinozoa, Apicomplexa, Ciliophora, Haplosporidia, Paramyxia, Rhizopoda, Reticulosa, Heliozoa, Radiozoa, Amoebozoa, ChoanozoaPercolozoa, Parabasalia, Euglenozoa, Mycetozoa, Entamoebia, Opalozoa, Dinozoa, Apicomplexa, Ciliophora, Haplosporidia, Paramyxia, Rhizopoda, Reticulosa, Heliozoa, Radiozoa, Amoebozoa, Choanozoa

Kingdom Chromista:Kingdom Chromista:

Cryptista, Heterokonta, Haptophyta Kingdom Fungi:Cryptista, Heterokonta, Haptophyta Kingdom Fungi:

Chytridiomycota, Zygomycota, Ascomycota, BasidiomycotaChytridiomycota, Zygomycota, Ascomycota, Basidiomycota

Kingdom Animalia: Myxozoa, MesozoaKingdom Animalia: Myxozoa, Mesozoa

Kingdom Plantae:Kingdom Plantae:

Chlorophyta, Charophyta, Glaucophyta, RhodophytaChlorophyta, Charophyta, Glaucophyta, Rhodophyta

Als besonders vorteilhafte Wirtszelle sind Ciliaten (synonym Ciliophora, Ciliata) zu sehen, welche über einen sogenannten Kerndimorphismus verfügen. Dies bedeutet, daß die DNA in zwei unterschiedlich differenzierten Zellkernen vorliegt. Neben dem kleinen, transkriptionsinaktiven, meist diploiden Mikronukleus, existiert der DNA- reiche, transkriptionsaktive Makronukleus. Der Mikronukleus hat hauptsächlich generative Funktionen. Im Laufe der Konjugation entstehen aus ihm durch Meiose haploide Gametenkeme. Die Gametenkeme zweier Konjugationspartner können zu Zygotenkernen verschmelzen und eine neue Zellgeneration mit genetisch rekombinierten Mikronukleusgenomen entstehen lassen. Aus den Zygotenkernen der neuen Generation gehen durch Teilung neue Makronuklei hervor. Die natürliche Amplifikation des DNA-Makronukleus bewirkt einen Gen Dosis Effekt welcher vorteilhaft die Wahl des Zeitpunktes einer Transformation bestimmt und die Effizienz begünstigt.Ciliates (synonym Ciliophora, Ciliata), which have a so-called core dimorphism, can be seen as a particularly advantageous host cell. This means that the DNA is present in two differentiated cell nuclei. In addition to the small, transcriptionally inactive, mostly diploid micronucleus, there is the DNA-rich, transcriptionally active macronucleus. The micronucleus mainly has generative functions. In the course of conjugation, meiosis creates haploid gamete nuclei. The gamete nuclei of two conjugation partners can fuse to form zygote nuclei and create a new cell generation with genetically recombined micronucleus genomes. The new generation of zygote cores creates new macronuclei by division. The natural amplification of the DNA macronucleus causes a gene dose effect which advantageously determines the choice of the time of a transformation and favors efficiency.

Im Sinne dieser Erfindung ist ein Expressionsvektor ein speziell konstruierter "Klonierungsvektor", der nach Einbringen in eine geeignete Wirtszelle - vorzugsweise einem eukaryontischen Protist, bevorzugt einem Ciliaten, besonders bevorzugt Stylonychia lemnae die Transkription und Translation des in den Expressionsvektor einklonierten Fremdgens erlauben und somit die stabile Weitergabe an Nachkommen ermöglicht. Der erfindungsgemäße Expressionsvektor enthält die für die Expression von Genen in Zellen von eukaryontischen Protisten erforderliche Kontrollsignale. Diese Kontrollsignale - oder synonym regulative Sequenzen - sind für Expressionsvektoren wesentlich, da - wie bekannt - z.B. bakterielle Gene zumeist nicht in eukaryontische Wirtszellen exprimiert werden können. Ebenfalls werden z.B. eukaryontische Hefe-Promotoren nicht von eukaryontischen Säugerzellen erkannt. Im Sinne dieser Erfindung wird synonym zu regulativen Sequenzen von einer Expressionskassette zur Steuerung der (Fremd-) Genexpression gesprochen.For the purposes of this invention, an expression vector is a specially constructed “cloning vector” which, after introduction into a suitable host cell - preferably a eukaryotic protist, preferably a ciliate, particularly preferably Stylonychia lemnae, allows the transcription and translation of the foreign gene cloned into the expression vector and thus allows the stable Passing on to descendants. The expression vector according to the invention contains the control signals required for the expression of genes in cells of eukaryotic protists. These control signals - or synonymously regulatory sequences - are essential for expression vectors, because - as is known - for example bacterial genes mostly cannot be expressed in eukaryotic host cells. Likewise, eukaryotic yeast promoters, for example, are not recognized by mammalian eukaryotic cells. In the sense of this invention, an expression cassette for controlling the (foreign) gene expression is spoken synonymously with regulatory sequences.

Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Expressionsvektor (oder: Vektor, Plasmid) für eukaryontische Protisten enthaltend eine Nukleinsäure kodierend für ein gewünschtes Protein mit 5'und 3'- regulative Sequenzen (Kontrollsequenzen). Diese Nukleinsäure kann für ein humanes, tierisches, pflanzliches oder bakterielles Protein kodieren. Die Kapazität des Expressionsvektors beträgt bis zu ca. 20 kBp, vorzugsweise 300-5000 Nukleotide.An object of the present invention is therefore an expression vector (or: vector, plasmid) for eukaryotic protists containing a nucleic acid coding for a desired protein with 5 ' and 3 ' regulative sequences (control sequences). This nucleic acid can code for a human, animal, vegetable or bacterial protein. The capacity of the expression vector is up to approx. 20 kBp, preferably 300-5000 nucleotides.

Der erfindungsgemäße Expressionsvektor enthält am 3'-Ende des kodierenden Bereiches der kodierenden Nukleinsäure für ein gewünschtes Protein zusätzlich einen nativen 3'-nicht-kodierenden Bereich (regulative Sequenz mit Kontrollsignalen), welcher in bevorzugten Ausführungsformen mindestens ca. 50, vorzugsweise ca. 150 bis ca. 500, insbesondere ca. 200 bis ca. 300 Nukleotide lang ist. Besonders bevorzugt ist eine Länge von 215 Nukleotiden gemäß SEQ ID No. 1.The expression vector according to the invention additionally contains, at the 3'-end of the coding region of the coding nucleic acid for a desired protein, a native 3'-non-coding region (regulative sequence with control signals) which in preferred embodiments is at least approximately 50, preferably approximately 150 to is approximately 500, in particular approximately 200 to approximately 300 nucleotides long. A length of 215 nucleotides according to SEQ ID No. is particularly preferred. 1.

Im Sinne dieser Erfindung besteht der erfindungsgemäße 3'- flankierende Bereich des Expressionsvektors aus einer 3 'nicht kodierenden Sequenz, beinhaltend die genannte Trailer Sequenz, mit endständigen telomeren Sequenzen. Die telomere Sequenz lautet: G4T4G4T4G4 Dieser 3' flankierende Bereich ist besonders bevorzugt erhältlich aus Stylonychia lemnae oder solche Organismen die in Teilen oder im Ganzen "Gene-sized-pieces (GSP)" in der genomischen DNA aufweisen.For the purposes of this invention, the 3 ' -flanking region of the expression vector according to the invention consists of a 3 ' non-coding sequence, including the trailer sequence mentioned, with terminal telomeric sequences. The telomeric sequence is: G4T4G4T4G4 This 3 ' flanking region is particularly preferably obtainable from Stylonychia lemnae or those organisms which have "genesized pieces (GSP)" in part or as a whole in the genomic DNA.

Der erfindungsgemäße Expressionsvektor enthält am 5 -Ende des kodierenden Bereiches der kodierenden Nukleinsäure für ein gewünschtes Protein zusätzlich einen nativen 5'-nicht-kodierenden Bereich (regulative Sequenz mit Kontrollsignalen), welcher in bevorzugten welcher in bevorzugten Ausführungsformen mindestens ca. 50, vorzugsweise ca. 150 bis ca. 500, insbesondere ca. 200 bis ca. 300 Nukleotide lang ist. Besonders bevorzugt ist eine Länge von 259 Nukleotiden gemäß SEQ ID No. 2.The expression vector according to the invention additionally contains, at the 5 end of the coding region of the coding nucleic acid for a desired protein, a native 5 'non-coding region (regulative sequence with control signals), which in preferred or preferred ones Embodiments is at least about 50, preferably about 150 to about 500, in particular about 200 to about 300 nucleotides long. A length of 259 nucleotides according to SEQ ID No. is particularly preferred. Second

Im Sinne dieser Erfindung besteht der erfindungsgemäße 5'- flankierende Bereich des Expressionsvektors aus einer 5 'nicht kodierenden Sequenz, beinhaltend die genannte Leader Sequenz, mit endständigen telomeren Sequenzen. Die telomere Sequenz lautet: C4A4C4A4C4For the purposes of this invention, the 5 ' flanking region of the expression vector according to the invention consists of a 5 ' non-coding sequence, including the leader sequence mentioned, with terminal telomeric sequences. The telomeric sequence is: C4A4C4A4C4

Dieser erfindungsgemäße 5' flankierende Bereich ist besonders bevorzugt erhältlich aus Stylonychia lemnae oder solche Organismen die in Teilen oder im GanzenThis 5 ' flanking region according to the invention is particularly preferably obtainable from Stylonychia lemnae or organisms such as these in part or as a whole

"Gene-sized-pieces (GSP)" in der genomischen DNA aufweisen."Gene-sized-pieces (GSP)" in the genomic DNA.

Unter dem Begriff "Nukleinsäure" versteht man gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise einzel- oder doppelsträngige DNA oder RNA, insbesondere doppelsträngige DNA.According to the present invention, the term “nucleic acid” is preferably understood to mean single- or double-stranded DNA or RNA, in particular double-stranded DNA.

Funktionelle heterologe Proteinexpression im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet die Expression von Proteinen entsprechend der Information des Fremdgens im Expressionsvektor, wobei nicht nur die gleiche Aminosäuresequenz des nativen Protein erhalten wird, sondern mittels eukaryontischer posttranslationaler Modifikation (z.B. Phosphorylierung, Anhängung von Zuckeroder Fettsäurerestem oder sonstige Derivatisierung definierter Aminosäureseitenketten) die Aktivität (z.B. Bindung an Zielmoleküle, z.B. Metaboliten, Substrate, Proteine, Nukleinsäuren, enzymatische Funktion, u.v.m.) dem nativen Protein entspricht.Functional heterologous protein expression in the sense of the present invention means the expression of proteins according to the information of the foreign gene in the expression vector, whereby not only the same amino acid sequence of the native protein is obtained, but also defined by means of eukaryotic post-translational modification (for example phosphorylation, attachment of sugar or fatty acid residues or other derivatization) Amino acid side chains) the activity (eg binding to target molecules, eg metabolites, substrates, proteins, nucleic acids, enzymatic function, etc.) corresponds to the native protein.

Der erfindungsgemäße Expressionsvektor erlaubt im Sinne einer Transkriptionsfusion die Expression eines vom Fremdgen codierten Proteins als authenthisches biologisch aktives Enzym. Der erfindungsgemäße Expressionsvektor trägt hierzu die erfindungsgemäßen 5'und 3'Kontrollsignale. Bevorzugt wird die Expression eines vom einklonierten Fremdgen codierten Proteins im Sinne einer Translationsfusion ausgeführt. Hierbei wird ein Hybridprotein oder Fusionsprotein erhalten, welches sich leicht nachweisen läßt. Insbesondere wird im Rahmen dieser Erfindung nachweisbare Fusionsproteine zm Beispiel mittels "green- fluorescence-protein (GFP)" oder "Beta-Glucuronidase (GUS)" erhalten. Das gewünschte Protein wird in für den Fachmann bekannter Weise mittels Spaltung aus dem Fusionsprotein erhalten. Die zur Expression notwendigen 5'und 3'Kontrollsignale sind im erfindungsgemäßen Expressionsvektor integriert.In the sense of a transcription fusion, the expression vector according to the invention allows the expression of a protein encoded by the foreign gene as an authentic, biologically active enzyme. For this purpose, the expression vector according to the invention carries the 5 ' and 3 ' control signals according to the invention. The expression of a protein encoded by the cloned-in foreign gene is preferably carried out in the sense of a translation fusion. A hybrid protein or fusion protein is obtained which can be easily detected. In particular, detectable fusion proteins are obtained within the scope of this invention, for example by means of "green fluorescence protein (GFP)" or "beta-glucuronidase (GUS)". The desired protein is obtained by cleavage from the fusion protein in a manner known to those skilled in the art. The 5 ' and 3 ' control signals necessary for expression are integrated in the expression vector according to the invention.

In einer besonderen Ausführungsform verfügt der erfindungsgemäßeIn a special embodiment, the invention

Expressionsvektor über geeignete selektive Markergene (Zeocin und/oder Neomycin) verfügen, die der transformierten Wirtszelle einen Wachstumsvorteil verschafft. Diese können mit dem gewünschten Protein als Fusionsprotein exprimiert werden.Expression vector have suitable selective marker genes (Zeocin and / or Neomycin), which gives the transformed host cell a growth advantage. These can be expressed with the desired protein as a fusion protein.

In Ciliaten, insbesondere Stylonychia lemnae, liegt die genomische DNA in Form von "gene-sized-pieces (GSP)" vor. Hierbei handelt es sich um selbständige replikationsfähige Einheiten, die neben den genannten 5'- und 3'- flankierenden Bereichen endständige spezifische Telomersequenzen aufweisen. Die erfindungsgemäße Verwendung dieser Telomersequenzen ermöglicht eine weitere vorteilhafte Expressionssteigerung in eukaryontischen Protisten. Der erfindungsgemäße Expressionsvektor stellt eine solche GSP-Einheit dar.In ciliates, especially Stylonychia lemnae, the genomic DNA is in the form of "gene-sized-pieces (GSP)". These are independent units capable of replication which, in addition to the 5 ' and 3 ' flanking regions mentioned, have terminal specific telomer sequences. The use of these telomer sequences according to the invention enables a further advantageous increase in expression in eukaryotic protists. The expression vector according to the invention represents such a GSP unit.

In Transkriptionsrichtung (5'nach 3') vor der für ein Protein codierenden Region / Sequenz eines eukaryontischen Gens, welches mit dem ATG Startcodon beginnt, befindet sich der erfindungswesentliche 5'- flankierende Bereich des Gens, der nicht transkribiert wird. Hierbei handelt es sich um die im Rahmen dieser Erfindung erfindungsgemäße Promotor/Enhancerregion. Innerhalb diesem 5'- flankierenden Bereich liegt der sogenannte Leader oder 5'untranslatierte Region (synonym 5'- untranslated region, "5'-UTR"). Der Leader Bereich, welcher mit dem ATGIn the direction of transcription (5 ' to 3 ' ) before the region / sequence of a eukaryotic gene coding for a protein, which begins with the ATG start codon, is the 5 ' flanking region of the gene which is essential to the invention and which is not transcribed. This is the promoter / enhancer region according to the invention in the context of this invention. Within this 5 - untranslated region 'flanking region of the so-called leader or 5' lies (synonym 5 '- untranslated region, "5' UTR"). The leader area, which with the ATG

Startcodon endet, spielt eine Rolle bei der mRNA Translation mit Wirkung für die Cap-Struktur. In Transkriptionsrichtung (5'nach 3') hinter der für ein Protein codierenden Region / Sequenz eines eukaryontischen Gens, liegt der 3'- flankierende Bereich des Gens zur Termination der Transkription mit weiterer Information für die Translation am 3'- Ende einer mRNA und inklusive einer 3'untranslatierte Region / Sequenz (untranslated 3'- Region; "3'-UTR") oder Trailer des einklonierten (Fremd-) Gens.Start codon ends, plays a role in mRNA translation with effect for the cap structure. In the direction of transcription (5 ' to 3 ' ) behind the region / sequence coding for a protein of a eukaryotic gene, the 3 ' flanking region of the gene for terminating the transcription with further information for translation is at the 3 ' end of an mRNA and inclusive a 3 ' untranslated region / sequence (untranslated 3 ' region; "3 ' -UTR") or trailer of the cloned (foreign) gene.

Die erfindungsgemäße Trailer-Region ist für die Stabilität der mRNA und der zugehörigen Translationsvorgänge maßgebend.The trailer region according to the invention is decisive for the stability of the mRNA and the associated translation processes.

Im Rahmen dieser Erfindung werden die nativen 3'- und 5'- flankierende Bereiche aus dem alpha Tubulin Gen von Stylonychia lemnae nach demIn the context of this invention, the native 3 'and 5' are - flanking regions from the alpha tubulin gene of Stylonychia lemnae after

Durchschnittsfachmann bekannten Methoden gewonnen, besonders bevorzugt sind jedoch die ausgewählten Sequenzen SEQ ID No. 1 und SEQ ID No. 2.Methods known to those skilled in the art, but the selected sequences SEQ ID No. are particularly preferred. 1 and SEQ ID No. Second

Aufgrund der redundanten Information der Codons (Basentripletts), die für eine Aminosäure codieren ergibt sich eine spezifische Codon-Aminosäure-Häufigkeit in den einzelnen Species, bezüglich dieser Codons bevorzugt Aminosäuren erhalten werden (man spricht von Codon-Präferenz einer Species oder synonym "Codon- usage").Due to the redundant information of the codons (base triplets) which code for an amino acid, a specific codon-amino acid frequency results in the individual species, with respect to these codons preferably amino acids are obtained (one speaks of codon preference of a species or synonymously "codon usage ").

Die erfindungsgemäßen flankierenden Bereiche unterstützen die Codon-Präferenz in eukaryontischen Protisten, vorzugsweise Ciliaten, besonders bevorzugt Stylonychia lemnae in Bezug auf das einklonierte Fremdgen, also der genannten Nukleinsäure, die für ein Protein kodiert.The flanking regions according to the invention support the codon preference in eukaryotic protists, preferably ciliates, particularly preferably Stylonychia lemnae, in relation to the cloned-in foreign gene, that is to say the nucleic acid mentioned, which codes for a protein.

"Nativ" im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet man 3'-nicht-kodierende und"Native" in the sense of the present invention is referred to as 3'-non-coding and

5'-nicht-kodierende Nukleinsäurebereiche, die aus dem Wirtsorganismus, einem eukaryontischen Protist, vorzugsweise einem Ciliaten, besonders bevorzugt Stylonychia lemnae stammen.5 'non-coding nucleic acid regions which originate from the host organism, a eukaryotic protist, preferably a ciliate, particularly preferably Stylonychia lemnae.

Zur Ausführung der Erfindung wird die kodierende Nukleinsäure (im folgenden: CDS) des gewünschten Proteins über das in den Beispielen beschriebene Verfahren der "Zweischritt-PCR" (siehe ebenfalls Figur 1 ) vorzugsweise in einen E. coli kompatiblen Vektor (z.B. Vektor pSE1 ; puC 18 oder andere dem Fachmann hierzu bekannte Vektoren oder Plasmide) integriert. Hierzu werden entsprechend der Beschreibung in den Ausführungsbeispielen zur Amplifikation der CDS des gewünschten Proteins PCR-Primer eingesetzt, die eine 16 bis 21 bp lange Überlappung mit den 5'- und 3'- regulativen Sequenzen gemäß SEQ ID No. 1 undTo carry out the invention, the coding nucleic acid (hereinafter: CDS) of the desired protein is preferably converted into an E. coli using the "two-step PCR" method described in the examples (see also FIG. 1) compatible vector (eg vector pSE1; puC 18 or other vectors or plasmids known to the person skilled in the art). For this purpose, according to the description in the exemplary embodiments for the amplification of the CDS of the desired protein, PCR primers are used which have a 16 to 21 bp overlap with the 5 ' and 3 ' regulatory sequences according to SEQ ID No. 1 and

SEQ ID No. 2 aufweisen. Bei Verwendung der Telomer-Primer, welche aus Ciliaten, vorzugsweise Stylonychia lemnae erhalten werden, läßt sich auf diese Weise ein DNA-Fragment gewinnen, das über Enden mit Erkennungsstellen für die Restriktionsendonukleasen Xbal und Apal verfügt und in Smal linearisierte Formen des E. coli kompatiblen Vektors im Rahmen einer DNA-Ligationsreaktion eingebaut werden kann.SEQ ID No. 2 have. When using the telomer primers, which are obtained from ciliates, preferably Stylonychia lemnae, a DNA fragment can be obtained in this way which has ends with recognition sites for the restriction endonucleases Xbal and Apal and is compatible in Smal linearized forms of E. coli Vector can be incorporated as part of a DNA ligation reaction.

Der gewonnene modifizierte kompatible Vektor wird vorzugsweise im Rahmen einer Kotransformationsreaktionen mit dem Vektor pST-neo (SEQ ID No. 5) in den Wirtsorganismus eingebracht. Der Vektor pST-neo erlaubt durch funktioneileThe modified compatible vector obtained is preferably introduced into the host organism as part of a co-transformation reaction with the vector pST-neo (SEQ ID No. 5). The vector pST-neo allows by functional

Expression des Neomycin-Resistenzgens in Protisten, speziell Stylonychia lemnae, die Selektion erfolgreicher Transformanten. Aufgrund der hohen Kotransformationsraten (> 75%) sind damit auch die Klone repräsentiert, die parallel zu pST-neo den modifizierten kompatiblen Vektor enthalten. Die Kotransformationen werden wie oben beschrieben durchgeführt, wobei auf optimierteExpression of the neomycin resistance gene in protists, especially Stylonychia lemnae, the selection of successful transformants. Due to the high co-transformation rates (> 75%), the clones are also represented which contain the modified compatible vector parallel to pST-neo. The co-transformations are carried out as described above, with an emphasis on optimized

Transformationsbedingungen geachtet werden muß, um die Zahl der Transformanten möglichst hoch zu halten. Die erfolgreich transformierten Zellen werden dann für die Proteinexpression eingesetzt.Transformation conditions must be observed in order to keep the number of transformants as high as possible. The successfully transformed cells are then used for protein expression.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird die Kotransformation anstelle des (Ko)Vektors pST-neo mit dem (Ko)Vektor pSt-tracer (SEQ ID No. 6) durchgeführt. Bei diesem Vektor steht das funktionale Fusionsprotein von GFP und Zeocin unter der Kontrolle des alphal-Tubulin-Promotors aus Stylonychia lemnae. Dadurch läßt sich die Selektion erfolgreicher Kotransformanten sowohl durch Zeocin-Selektion als auch durch Bestimmung der GFP-Fluoreszenzausbeute bestimmen. Da im Falle der Kotransformation sowohl das GFP-Zeocin- Fusionsprotein als auch das gewünschte Protein unter der Kontrolle des alphal - Tubulin-Promotors stehen, läßt sich eine Optimierung der Expressionshöhe des gewünschten Proteins in einem Schnellverfahren indirekt über Optimierung der GFP- Fluoreszenz durchführen.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the co-transformation is carried out instead of the (co) vector pST-neo with the (co) vector pSt-tracer (SEQ ID No. 6). In this vector, the functional fusion protein of GFP and Zeocin is under the control of the alphal tubulin promoter from Stylonychia lemnae. This enables the selection of successful cotransformants to be determined both by zeocin selection and by determining the GFP fluorescence yield. In the case of co-transformation, both the GFP-Zeocin fusion protein and the desired protein are under the control of the alphal - Tubulin promoter are, an optimization of the expression level of the desired protein can be carried out in a rapid process indirectly by optimizing the GFP fluorescence.

Die prinzipielle Anwendbarkeit einer Transformationsmethode für Protisten im Rahmen des Microcarrier-Bombardement mit DNA-beladenen Goldpartikeln ist in US 5,036,006 oder WO 98/01572 beschrieben und kann entsprechend durchgeführt werden. Denkbar ist auch das Einbringen des erfindungsgemäßen Expressionsvektors mittels dem Fachmann bekannter Elektroporation.The basic applicability of a transformation method for protists in the context of microcarrier bombardment with DNA-loaded gold particles is described in US Pat. No. 5,036,006 or WO 98/01572 and can be carried out accordingly. It is also conceivable to introduce the expression vector according to the invention by means of electroporation known to the person skilled in the art.

Eukaryontische Protisten verfügen über die Fähigkeit sich "sexuell" zu vermehren. Dieser bei den Protisten als Konjugation bezeichnete Vorgang, setzt Organismen mit unterschiedlichem Paarungstyp voraus. In geeigneten Kulturbedingungen kommt es zur sexuellen Fortpflanzung. Mit der Möglichkeit zur Kreuzung von eukaryontischen Protisten gleicher Art aber unterschiedlichen Paarungstyps ist der Austausch genetischer Information sowie der Erhalt von Stämmen, die in bestimmten Merkmalen homozygot sind, möglich.Eukaryotic protists have the ability to reproduce "sexually". This process, which the Protists call conjugation, requires organisms with different mating types. Sexual reproduction occurs in suitable culture conditions. With the possibility of crossing eukaryotic protists of the same kind but different mating types, the exchange of genetic information and the maintenance of strains that are homozygous in certain characteristics are possible.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die kodierende Nukleinsäure für ein gewünschtes Protein zwischen der ATG-Translations-Initiations-Startstelle und dem für das gewünschte Protein kodierenden Bereich eine Nukleinsäure kodierend für ein Oligopeptid aus mindestens ca. 4, vorzugsweise aus ca. 6 Histidinen. Nach Expression der bezeichneten Nukleinsäure erhält man ein Fusionsprotein aus dem gewünschten Protein aus und einem N-terminal fusionierten Peptid, das die genannten Histidine enthält. Hierdurch läßt sich das Protein auf besonders einfache und effektive Weise beispielsweise über eine metallionhaltige Chromatographiesäule, wie z.B. eine nickelhaltige Chromatographiesäule, wie Ni- NTA-Harz-haltige Chromatographiesäule, reinigen. "NTA" steht für den Chelator "nitrilotriacetic acid" (Qiagen GmbH, Hilden). Anstelle oder zusätzlich zur Nukleinsäure kodierend für die genannten Histidine kann auch eine Nukleinsäure verwendet werden, die für die Glutathion-S-transferase (Smith, D.B. & Johnson, K.S. (1988) Gene, 67, 31-40) kodiert. Die so erhaltenen Fusionsproteine können ebenfalls auf einfache Weise über Affinitätschromatographie gereinigt und über einen kolorimetrischen Test oder über einen Immunoassay nachgewiesen werden.In a further preferred embodiment, the coding nucleic acid for a desired protein between the ATG translation initiation start site and the region coding for the desired protein contains a nucleic acid coding for an oligopeptide of at least about 4, preferably of about 6, histidines. After expression of the designated nucleic acid, a fusion protein is obtained from the desired protein and an N-terminally fused peptide which contains the histidines mentioned. As a result, the protein can be purified in a particularly simple and effective manner, for example via a chromatography column containing metal ions, such as, for example, a chromatography column containing nickel, such as a chromatography column containing Ni-NTA resin. "NTA" stands for the chelator "nitrilotriacetic acid" (Qiagen GmbH, Hilden). Instead of or in addition to the nucleic acid coding for the histidines mentioned, it is also possible to use a nucleic acid which codes for the glutathione S-transferase (Smith, DB & Johnson, KS (1988) Gene, 67, 31-40). The fusion proteins obtained in this way can can also be easily purified using affinity chromatography and detected using a colorimetric test or an immunoassay.

Zur Abspaltung des Fremdproteinanteils aus dem genannten Fusionsprotein ist es vorteilhaft, wenn die Nukleinsäure für eine Protease-Schnittstelle kodiert. GeeigneteTo split off the foreign protein portion from the fusion protein mentioned, it is advantageous if the nucleic acid codes for a protease interface. suitable

Proteasen sind beispielsweise Thrombin, oder Faktor Xa. Die Thrombinspaltstelle enthält beispielsweise die Aminosäuresequenz Leu-Val-Pro-Arg-Gly-Ser. Die Faktor Xa-Spaltstelle enthält beispielsweise die Aminosäuresequenz Ile-Glu-Gly-Arg.Proteases are, for example, thrombin or factor Xa. The thrombin cleavage site contains, for example, the amino acid sequence Leu-Val-Pro-Arg-Gly-Ser. The factor Xa cleavage site contains, for example, the amino acid sequence Ile-Glu-Gly-Arg.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung bezieht sich daher ebenfalls auf ein Verfahren zur Herstellung eines gewünschten Proteins, bei dem ein erfindungsgemäßer Expressionsvektor in eukaryontische Protisten eingebracht wird, wobei die eukaryontischen Protisten unter geeigneten Bedingungen kultiviert werden und das exprimierte Protein isoliert wird. Vorzugsweise werden eukaryontische Protisten mit rekombinanten Vektoren transformiert. Die Herstellung eines gewünschten Proteins in eukaryontische Protisten erfolgt nach den für den Fachmann allgemein bekannten Verfahren.Another object of the present invention therefore also relates to a method for producing a desired protein, in which an expression vector according to the invention is introduced into eukaryotic protists, the eukaryotic protists being cultivated under suitable conditions and the expressed protein being isolated. Eukaryotic protists are preferably transformed with recombinant vectors. A desired protein is produced in eukaryotic protists by the methods which are generally known to those skilled in the art.

In einer besonderen Ausführungsform können eukaryontische Protistenzellen, vorzugsweise Ciliaten, besonders bevorzugt Stylonychia lemnae, transformiert werden, die sich zum Zeitpunkt der Konjugation mit entsprechendem Konjugationspartner in der Phase der Anlagenbildung bzw. Makronukleusreifung befinden und somit besonders effizient transformiert werden können.In a particular embodiment, eukaryotic protist cells, preferably ciliates, particularly preferably Stylonychia lemnae, can be transformed which are at the time of conjugation with the corresponding conjugation partner in the phase of plant formation or macronucleus maturation and can thus be transformed particularly efficiently.

In diesem Zusammenhang ist es wesentlich, daß der erfindungsgemäßeIn this context, it is essential that the invention

Expressionsvektor das Merkmal der Überexpression in eukaryontischen Protisten aufweist. Überexpression im Sinne dieser Erfindung bedeutet, das 7-40%. vorzugsweise 7-15% des exprimierten Fremdproteins in der Wirtszelle vorliegen.Expression vector has the characteristic of overexpression in eukaryotic protists. Overexpression in the sense of this invention means that 7-40%. preferably 7-15% of the expressed foreign protein is present in the host cell.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung bezieht sich daher auf dieAnother object of the present invention therefore relates to the

Verwendung eines erfindungsgemäßen Expressionsvektors zur Herstellung eines gewünschten Proteins. Insofern ist der verwendete Expressionsvektor geeignet für jedes eingebautes Fremdgen oder heterologer Nukleinsäure aus menschlichem, tierischem, pflanzlichem oder bakteriellem Ursprung.Use of an expression vector according to the invention for the production of a desired protein. In this respect, the expression vector used is suitable for any incorporated foreign gene or heterologous nucleic acid from human, animal, plant or bacterial origin.

Der erste Schritt in der heterologen Proteinexpression ist das Einbringen des erfindungsgemäßen Expressionsvektors in den gewünschten Organismus. ImThe first step in heterologous protein expression is the introduction of the expression vector according to the invention into the desired organism. in the

Anschluß an diesen - als DNA-Transformation bezeichneten - Vorgang müssen die Organismen selektioniert werden, die das Expressionskonstrukt aufgenommen haben. Dazu bedient man sich einer Reihe sogenannter Resistenzmarker, die das Wachstum in Gegenwart selektionierender Agenzien - meist Antibiotika oder verwandte Substanzen - ermöglichen. Wichtige Voraussetzung für die direkteFollowing this process - known as DNA transformation - the organisms that have taken up the expression construct must be selected. To do this, a number of so-called resistance markers are used, which enable growth in the presence of selective agents - mostly antibiotics or related substances. Important prerequisite for direct

Selektion über Resistenzmarker ist die funktioneile Expression des zugrundeliegenden Resistenzprinzips. Überraschend zeigte sich in den vorliegenden Arbeiten, daß die Selektionsmarker Zeocin und Neomycin, die aus Anwendungen bei bestimmten Säugerzellinien, Bakterien oder Hefen bekannt waren, sich unter geeigneten Reaktionsbedingungen erfolgreich zur Isolierung von Transformanten inSelection via resistance markers is the functional expression of the underlying resistance principle. Surprisingly, it was shown in the present work that the selection markers Zeocin and Neomycin, which were known from applications in certain mammalian cell lines, bacteria or yeasts, successfully isolated under suitable reaction conditions for isolating transformants in

Stylonychia lemnae einsetzen lassen.Have Stylonychia lemnae inserted.

Im Anschluß an die Selektion der Transformanten erfolgt die Bestimmung der Expressionshöhe des gewünschten Proteins. Bei der heterologen Proteinexpression steht eine hohe Protein-Produktionsrate im Vordergrund. Ein hierbei oft entscheidender Faktor ist die Auswahl eines geeigneten Promotors. Dieser kann neben einem hohen Level an mRNA des Zielproteins auch die Induktion der Proteinexpression unter den günstigsten zellulären Bedingungen zulassen.Following the selection of the transformants, the expression level of the desired protein is determined. In heterologous protein expression, the focus is on a high protein production rate. An often decisive factor here is the selection of a suitable promoter. In addition to a high level of mRNA of the target protein, this can also allow the induction of protein expression under the most favorable cellular conditions.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft die Identifizierung regulativerAnother object of the invention relates to the identification of regulatory

Sequenzen in eukaryotischen Protisten, vorzugsweise S. lemnae, mit dem Ziel promotorstarke regulative Sequenzen in den erfindungsgemäßen Expressionsvektor zu integrieren, neben den bereitgestellten erfindungsgemäßen Sequenzen SEQ ID Nö. 1 und SEQ ID No. 2.Sequences in eukaryotic protists, preferably S. lemnae, with the aim of integrating promoter-strong regulative sequences into the expression vector according to the invention, in addition to the sequences SEQ ID No provided. 1 and SEQ ID No. Second

Viele Gene werden fast ausschließlich auf der Ebenen der Transkription reguliert. Dies bedeutet, daß die Entscheidung darüber, ob und in welcher Konzentration ein Protein zu einem definierten Zeitpunkt in der Zelle vorkommt, in vielen Fällen fast ausschließlich durch regulative Sequenzen, insbesondere mittels Promotoren, bestimmt werden.Many genes are regulated almost exclusively at the level of transcription. This means that the decision about whether and in what concentration Protein occurs in the cell at a defined point in time, in many cases it can be determined almost exclusively by regulatory sequences, in particular by means of promoters.

Die Ausbeute an funktionalen hetroiogen Proteinprodukt steht im Vordergrund, welcher entscheidend durch den eingesetzten Promotor festgelegt wird. Neben der maßgeblichen Promotorstärke ist häufig die Wachstumsphase, in der das gewünschte Fremdprotein hergestellt wird, von Interesse. Hierzu benötigt man sogenannte induzierbare Promotoren. Dabei handelt es sich um regulative Sequenzen, die unter bestimmten Bedingungen (Zugabe eines sogenanntenThe focus is on the yield of functional hetroiogenic protein product, which is determined decisively by the promoter used. In addition to the relevant promoter strength, the growth phase in which the desired foreign protein is produced is often of interest. This requires so-called inducible promoters. These are regulatory sequences that, under certain conditions (addition of a so-called

Induktors in definierten Konzentrationen, Änderung physikalischer Parameter wie z.B. Temperatur, pH-Wert oder Salinität, Änderungen in der C- bzw. N-Quelle oder allgemein im Nahrungsangebot, u.v.m.) gezielt aktiviert werden.Inductor in defined concentrations, change of physical parameters such as Temperature, pH or salinity, changes in the C or N source or in general in the food supply, and much more) can be specifically activated.

Eine weitere, häufig genutzte Verwendung von Promotoren liegt im sogenanntenAnother frequently used promoter is the so-called

Metabolie Engineering. Darunter versteht man die gezielte Beeinflussung von Stoffwechselwegen oder regulativen Netzwerken eines Organismus. Dies ist z.B. dann sehr nützlich, wenn der Biosyntheseweg für ein interessantes Stoffwechselprodukt durch einen Schritt oder eine Vorstufe limitiert ist. Gelingt es, einen regulatorischen Engpaß bzw. eine Vorstufenlimitierung gezielt durchMetabolism engineering. This means the targeted influencing of metabolic pathways or regulatory networks of an organism. This is e.g. very useful when the biosynthetic pathway for an interesting metabolite is limited by a step or a preliminary step. If there is a regulatory bottleneck or prepress limitation targeted

Austausch des nativen gegen einen geeigneten Fremd-Promotor zu manipulieren, können biologische Produktionsverfahren optimiert werden.Biological production processes can be optimized by manipulating the exchange of the native for a suitable foreign promoter.

Mit Hilfe der bekannten Rekombinationstechnologie werden biologische Organismen in ihren Eigenschaften und Merkmalen erweitert (wie z.B. Resistenz gegen eineWith the help of the well-known recombination technology, biological organisms are expanded in their properties and characteristics (e.g. resistance to one

Reihe von Stressoren wie Hitze, Kälte, schwankende Humidität, Schädlinge, u.v.m. oder bestimmte, erwünschte Inhaltsstoffe, wie Vitamine, essentielle Fettsäuren, u.v.m.).Range of stressors such as heat, cold, fluctuating humidity, pests, and much more or certain desired ingredients, such as vitamins, essential fatty acids, and much more).

Insofern ist ebenfalls mit den Methoden der Rekombinationstechnologien wesentlich die fehlenden oder vorhandenen Gene unter die Kontrolle von regulativen Sequenzen zu stellen, die eine optimale "Versorgung" der biologischen Organismen (z.B. Nutzpflanze) mit den entsprechenden hnRNA/mRNA garantieren.In this respect, the methods of recombination technologies also make it essential to place the missing or existing genes under the control of regulatory sequences, which provide an optimal "supply" for the biological organisms (eg crop) with the appropriate hnRNA / mRNA guarantee.

Insbesondere eukaryontische Protisten, die über "Gene Sized Pieces (GSP)" verfügen, sind als Promotor-Testsystem für regulative Sequenzen besonders geeignet.Eukaryotic protists, in particular, which have "Gene Sized Pieces (GSP)" are particularly suitable as promoter test systems for regulatory sequences.

Daher betrifft die Erfindung ebenfalls ein Promotor-Test-System mit den Verfahrensschritten:The invention therefore also relates to a promoter test system with the method steps:

(a) Identifizierung von Nukleinsäure mit definierten Eigenschaften in eukaryontischen Protisten;(a) Identification of nucleic acid with defined properties in eukaryotic protists;

(b) Sequenzierung der 5'- und 3'- flankierenden Bereiche;(b) sequencing the 5 ' and 3 ' flanking regions;

(c) PCR-Amplifikation der in (b) genannten Bereiche mittels telomerer Primer und Hybridprimer (lndikatorgen/5'- und 3'- flankierender Bereich) und im zweiten Schritt des erhaltenenen Nukieinsäure-Fragments (Vgl.(c) PCR amplification of the regions mentioned in (b) using telomeric primers and hybrid primers (indicator gene / 5 ' and 3 ' flanking region) and in the second step of the nucleic acid fragment obtained (cf.

Ausführungen zur 2 Schritt PCR);Comments on the 2 step PCR);

(d) E. coli kompatibler Testvektor, der das in (c) genannte Nukleinsäure- Fragment enthält;(d) E. coli compatible test vector containing the nucleic acid fragment mentioned in (c);

(e) Transformation in eukaryontische Protisten und Bestimmung der regulativen Stärke, vorzugsweise Promotorstärke.(e) Transformation into eukaryotic protists and determination of the regulatory strength, preferably promoter strength.

Unter einer regulativen Sequenz wird im Sinne dieses Erfindungsgegenstandes vorzugsweise ein Promotor gesehen. Ein Promotor bezeichnet eine Enhancerregion, also eine Nukleinsäure mit Promotoraktivität (regulative Aktivität), welche als cis- wirkende regulative Sequenz von ca. 100 Nukleotiden die Transkription eines Gens steuert. Dies bedeutet, daß die Promotorstärke sich unmittelbar auf in 3'- Richtung hinter dem Promotor liegende Nukleinsäure auswirkt. Dieser Promotor kann ebenfalls gesplittet innerhalb des nicht-kodierenden Bereiches (z.B. innerhalb des Leaders) vorliegen oder Teil eines Operons oder einer internen Kontrollregion sein. Hinsichtlich der Promotorstärke wird im allgemeinen zwischen starke und schwacheFor the purposes of this subject matter of the invention, a regulatory sequence is preferably seen as a promoter. A promoter denotes an enhancer region, that is to say a nucleic acid with promoter activity (regulative activity), which controls the transcription of a gene as a cis-acting regulative sequence of approx. 100 nucleotides. This means that the promoter strength has an immediate effect on nucleic acid lying in the 3 ' direction behind the promoter. This promoter can also be split within the non-coding region (eg within the leader) or be part of an operon or an internal control region. Regarding the strength of the promoter there is generally between strong and weak

Promotoren unterschieden. Manche Promotoren lassen sich in ihrer Stärke regulieren, während andere, die sogenannten konstitutiven Promotoren, nicht regulierbar sind.Promoters distinguished. Some promoters can be regulated in strength, while others, the so-called constitutive promoters, cannot are adjustable.

Im Sinne dieser Erfindung werden Nukleinsäuren mit regulativer Aktivität aus eukaryontischen Protisten identifiziert und isoliert, welche durch definierte Eigenschaften charakterisiert sind.For the purposes of this invention, nucleic acids with regulatory activity from eukaryotic protists are identified and isolated, which are characterized by defined properties.

Solche definierte Eigenschaften sind beispielsweise, ohne abschließenden Charakter:Such defined properties are, for example, without concluding character:

Resistenzen für Hitze, Kälte, Schädlinge und anderen funktioneilen Motive. Mit Hilfe von Agenzien/Protokolle abiotischer (Schwermetalle etc.) und biotischer Natur werden die eukaryontischen Protisten behandelt. Als Agenzien sind vor allem bioaktive Stoffe zu verstehen mit einer sensitiven Wirkung für eukaryontische Protisten. Die Protokolle werden entsprechend variiert, bis sich reproduzierbare Änderungen im mRNA Spektrum (Kontrolle: Northern Blot, siehe dort) ergeben (z.B. Kälteschockprogramm etc.).Resistance to heat, cold, pests and other functional motives. The eukaryotic protists are treated with the help of agents / protocols of abiotic (heavy metals etc.) and biotic nature. Agents are primarily to be understood as bioactive substances with a sensitive effect for eukaryotic protists. The protocols are varied accordingly until there are reproducible changes in the mRNA spectrum (control: Northern blot, see there) (e.g. cold shock program etc.).

Im Rahmen sogenannter bekannter Promotor-Testvektoren wird die Promotoraktivität unbekannter Nukleinsäure getestet. Diese Vektoren tragen ein promotorloses Gen, dessen Genprodukt leicht nachweisbar ist, jedoch wegen des fehlenden Promotors nicht exprimiert wird. Durch Insertion einer Nukleinsäure mit Promotoreigenschaften vor die kodierende Region des Reportergens (Indikatorgen) wird jenes Reportergen exprimiert und je nach Expressionshöhe wird auf die Promotorstärke geschlossen.The promoter activity of unknown nucleic acid is tested in the context of known promoter test vectors. These vectors carry a promoterless gene whose gene product is easily detectable, but is not expressed due to the lack of a promoter. By inserting a nucleic acid with promoter properties in front of the coding region of the reporter gene (indicator gene), that reporter gene is expressed and, depending on the level of expression, the promoter strength is inferred.

Die Bestimmung von regulativen Eigenschaften, insbesondere Promotoreigenschaften, umfaßt im wesentlichen drei Schritte. Am Anfang steht dieThe determination of regulatory properties, in particular promoter properties, essentially comprises three steps. It starts with

Klonierung des zu testenden regulatorischen DNA-Abschnitts in die betreffenden Promotor-Testvektoren sowie die Amplifikation dieser Konstrukte in E.coli. Nach Transfer dieser DNA in den gewünschten Wirtsorganismus (DNA-Transformation) erfolgt die Selektion der Transformanten. Anschließend wird die Expressionshöhe der Indikatorproteine qualitativ und quantitativ, insbesondere unter Verwendung spektroskopischer Verfahren, bestimmt. Zusammenfassend werden die folgende Schritte durchgeführt:Cloning of the regulatory DNA section to be tested into the relevant promoter test vectors and the amplification of these constructs in E. coli. After transfer of this DNA into the desired host organism (DNA transformation), the transformants are selected. The level of expression of the indicator proteins is then determined qualitatively and quantitatively, in particular using spectroscopic methods. In summary, the following steps are carried out:

Schritt 1 :Step 1 :

Eukaryontische Protisten werden mit Agenzien / Protokollen behandelt. NachEukaryotic protists are treated with agents / protocols. To

Standardprotokollen (Vgl. Molecular Cloning, A laboratory Manual, Second Edition,Standard protocols (see Molecular Cloning, A laboratory Manual, Second Edition,

J. Sambrook, E.F. Fritsch and T. Maniatis, Cold Spring Harbor Laboratory Press,J. Sambrook, E.F. Fritsch and T. Maniatis, Cold Spring Harbor Laboratory Press,

1989, Cold Spring Harbor, New York, USA) wird die mRNA sowie die genomische1989, Cold Spring Harbor, New York, USA) the mRNA as well as the genomic

DNA der behandelten und unbehandelten (Kontrolle) eukaryontische Protisten gewonnen.DNA of the treated and untreated (control) eukaryotic protists was obtained.

Schritt 2:Step 2:

Zur Identifizierung vermeintlicher regulativer Sequenzen wird durch bekannte gelelektrophoretische Analyse das mRNA-Muster behandelter Zellen mit dem der unbehandelten Kontrollzellen verglichen (Differential Display eines Northern-Blots). Es interessieren die Nukleinsäuren, deren mRNA-Signal nach "Behandlung" entweder abgeschwächt oder verstärkt ist, die folglich mit den definierten Eigenschaften korrelieren.To identify putative regulatory sequences, the mRNA pattern of treated cells is compared with that of the untreated control cells by differential gel electrophoretic analysis (differential display of a Northern blot). Of interest are the nucleic acids whose mRNA signal is either weakened or amplified after "treatment" and which consequently correlate with the defined properties.

Zur Identifizierung und Charakterisierung der potentiellen zugehörigen 5 'und 3 'flankierende Bereiche dienen die folgenden Schritte.The following steps serve to identify and characterize the potentially associated 5 ' and 3 ' flanking areas.

Schritt 3:Step 3:

Zunächst wird die cDNA (Herstellung, vgl. Maniatis, supra) der identifizierten mRNA- Signale in E.coli-kompatible Vektoren (z.B. pUC18) kloniert. Diese Klone werden sequenziert und mittels DNA-Sonden mit den entsprechenden GSP im Southern Blot, wie sie dem Durchschnittsfachmann bekannt ist (Maniatis, supra), korreliert.First, the cDNA (production, see Maniatis, supra) of the identified mRNA signals is cloned into E. coli-compatible vectors (e.g. pUC18). These clones are sequenced and correlated by means of DNA probes with the corresponding GSP in the Southern blot, as is known to the person skilled in the art (Maniatis, supra).

Schritt 4:Step 4:

Es erfolgt die DNA-Sequenzierung, der 5'- und 3'- flankierende Bereiche des identifizierten GSP. Hierdurch können die erfindungsgemäßen PCR-Primer generiert werden (siehe Schritt 5). Schritt 5:DNA sequencing takes place, the 5 ' and 3 ' flanking regions of the identified GSP. As a result, the PCR primers according to the invention can be generated (see step 5). Step 5:

Die Amplifikation der identifizieren 5'- bzw. 3 '-flankierenden Bereiche wird mit Hilfe einer PCR-Reaktion durchgeführt. Neben den endständigen PCR-Telomerprimem enthalten weitere PCR-Primer als Hybridprimer eine Überlappung zum 5'- bzw. 3'- Ende des verwendeten Indikatorgens (in den Beispielen GFP oder GUS). Mit Hilfe der Telomer-Primer wird in einem zweiten PCR Schritt das erhaltene Nukleinsäure- Fragment amplifiziert, welches über Enden mit Erkennungsstellen für die Restriktionsendonukleasen Xbal und Apal verfügt und leicht in Smal linearisierter Form in einen kompatiblen E. coli Vektor mittels einer DNA-Ligationsreaktion eingebaut werden kann.The identified 5 ' or 3 ' flanking regions are amplified using a PCR reaction. In addition to the terminal PCR telomer primers, further PCR primers contain as hybrid primers an overlap to the 5 ' or 3 ' end of the indicator gene used (GFP or GUS in the examples). With the help of the telomer primers, the nucleic acid fragment obtained is amplified in a second PCR step, which has ends with recognition sites for the restriction endonucleases Xbal and Apal and is easily integrated in Smal linearized form into a compatible E. coli vector by means of a DNA ligation reaction can be.

Schritt 6:Step 6:

Anschließend wird dieses Konstrukt zur Amplifikation in E.coli transformiert und durch Isolierung der plasmidalen DNA in großen Mengen gewonnen (Als E. coli kompatibler Vektor kann pUC 18 oder andere dem Fachmann hierzu bekannteThis construct is then transformed into E. coli for amplification and obtained in large quantities by isolating the plasmid DNA (pUC 18 or others known to the person skilled in the art for this purpose can be used as an E. coli compatible vector

Vektoren oder Plasmide verwendet werden).Vectors or plasmids can be used).

Schritt 7:Step 7:

Das Expressionskonstrukt wird mit den bekannten Methoden in Protisten transformiert. Die Analyse der regulativen Stärke und Eigenschaften, vorzugsweiseThe expression construct is transformed into protists using the known methods. Analysis of the regulatory strength and properties, preferably

Promotorstärke und Eigenschaften, erfolgt anhand der spektroskopischen Eigenschaften des gewählten Indikatorproteins.Promoter strength and properties are based on the spectroscopic properties of the selected indicator protein.

Die folgenden Figuren und Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne sie darauf zu beschränken. Beschreibung der Figuren und der wichtigsten Sequenzen:The following figures and examples are intended to explain the invention in more detail without restricting it thereto. Description of the figures and the most important sequences:

Figur 1 beschreibt das Prinzip der Zweischritt PCR, welcher im nachfolgenden Text erläutert wird.Figure 1 describes the principle of the two-step PCR, which is explained in the following text.

SEQ ID No.1 : Nukleinsäure betreffend den 5 '-flankierenden Bereich (Leader-Bereich und Telomersequenz) bestehend aus 215 Nukleotiden.SEQ ID No.1: Nucleic acid relating to the 5 ' flanking region (leader region and telomer sequence) consisting of 215 nucleotides.

SEQ ID No.2: Nukleinsäure betreffend den 5 '-flankierenden Bereich (Trailer-Bereich und Telomersequenz) bestehend aus 261 Nukleotiden.SEQ ID No.2: nucleic acid relating to the 5 ' flanking region (trailer region and telomer sequence) consisting of 261 nucleotides.

SEQ ID No.3 = "St-gfp": Expressionsvektor bestehend aus 5'und 3' flankierenden Bereich, einschließlich Nukleinsäure kodierend für GFP, 2-13 Xbal und Apa I, 13- 228 Leader aus alpha I Tubulin S. lemnae +Telomer, 229-946 CDS GFP, 946 - 1204Trailer aus alpha I Tubulin S. lemnae + Telomer, 1205 - 1216 Xbal und Apa I.SEQ ID No.3 = "St-gfp": Expression vector consisting of 5 ' and 3 ' flanking region, including nucleic acid coding for GFP, 2-13 Xbal and Apa I, 13-228 leader from alpha I Tubulin S. lemnae + Telomer , 229-946 CDS GFP, 946 - 1204Trailer made of alpha I Tubulin S. lemnae + Telomer, 1205 - 1216 Xbal and Apa I.

SEQ ID No.4 = "St-gus": Expressionsvektor bestehend aus 5'und 3' flankierenden Bereich, einschließlich Nukleinsäure kodierend für GUS, 2-13 Xbal und Apa I, 13- 228 Leader aus alpha I Tubulin S. lemnae +Telomer, 229-2037 CDS GUS, 2038 - 2297 Trailer aus alpha I Tubulin S. lemnae + Telomer, 2298 - 2308 Xbal und Apa I.SEQ ID No.4 = "St-gus": Expression vector consisting of 5 ' and 3 ' flanking region, including nucleic acid coding for GUS, 2-13 Xbal and Apa I, 13-228 leader from alpha I Tubulin S. lemnae + Telomer , 229-2037 CDS GUS, 2038 - 2297 Trailer made of alpha I Tubulin S. lemnae + Telomer, 2298 - 2308 Xbal and Apa I.

SEQ ID No.5 = "St-neo": Expressionsvektor bestehend aus 5'und 3' flankierenden Bereich, einschließlich Nukleinsäure kodierend für Neomycin, 2-13 Xbal und Apa I, 13-228 Leader aus alpha I Tubulin S. lemnae +Telomer, 229-1023 CDS neomycin Gen, 1024 - 1283 Trailer aus alpha I Tubulin S. lemnae + Telomer, 1284 - 1294SEQ ID No.5 = "St-neo": Expression vector consisting of 5 ' and 3 ' flanking region, including nucleic acid coding for neomycin, 2-13 Xbal and Apa I, 13-228 leader from alpha I Tubulin S. lemnae + Telomer , 229-1023 CDS neomycin gene, 1024 - 1283 trailer from alpha I tubulin S. lemnae + Telomer, 1284 - 1294

Xbal und Apa I.Xbal and Apa I.

SEQ ID No.6: Expressionsvektor bestehend aus 5'und 3' flankierenden Bereich, einschließlich Nukleinsäure kodierend für Zeocin / GFP Fusionsprotein, 2-13 Xbal und Apa I, 13-228 Leader aus alpha I Tubulin S. lemnae +Telomer, 229-933 CDS superGFP, 934-1305 CDS Zeocin, 1306 - 1565 Trailer aus alpha I Tubulin S. lemnae + Telomer, 1566 - 1570 Xbal und Apa I. SEQ ID No.7: Expressionsvektor bestehend aus 5'und 3' flankierenden Bereich, einschließlich Nukleinsäure kodierend für alpha 1 tubulin aus S. lemnae und GFP, 2- 13 Xbal und Apa I, 13-228 Leader aus alpha I Tubulin S. lemnae +Telomer, 229- 1563 CDS alpha 1 tubulin gen aus S. lemnae, 1564-2280 CDS GFP, 2281 - 2540 Trailer aus alpha I Tubulin S. lemnae + Telomer, 2541 - 2551 Xbal und Apa I.SEQ ID No.6: Expression vector consisting of 5 ' and 3 ' flanking region, including nucleic acid coding for Zeocin / GFP fusion protein, 2-13 Xbal and Apa I, 13-228 leader from alpha I Tubulin S. lemnae + Telomer, 229- 933 CDS superGFP, 934-1305 CDS Zeocin, 1306 - 1565 Trailer made of alpha I Tubulin S. lemnae + Telomer, 1566 - 1570 Xbal and Apa I. SEQ ID No.7: Expression vector consisting of 5 ' and 3 ' flanking region, including nucleic acid coding for alpha 1 tubulin from S. lemnae and GFP, 2-13 Xbal and Apa I, 13-228 leader from alpha I tubulin S. lemnae + Telomer, 229- 1563 CDS alpha 1 tubulin gene from S. lemnae, 1564-2280 CDS GFP, 2281 - 2540 Trailer from alpha I Tubulin S. lemnae + Telomer, 2541 - 2551 Xbal and Apa I.

Beispiele:Examples:

Beispiel 1 : Konstruktion der eingesetzten erfindungsgemäßen Expressionsvektoren (Vektor,Example 1: Construction of the expression vectors used according to the invention (vector,

Plasmid):Plasmid):

Es werden Expressionskassetten zur Transformation von Stylonychia lemnae eingesetzt, bei denen die Gene für die Indikatorproteine "GUS" und "GFP" bzw. die Gene für die Resistenzmarker Neomycin und Zeocin unter der Kontrolle von 5'- undExpression cassettes are used to transform Stylonychia lemnae, in which the genes for the indicator proteins "GUS" and "GFP" or the genes for the resistance markers neomycin and zeocin are under the control of 5 ' - and

3'-gelegenen Regulationssequenzen des alphal-Tubulingens aus Stylonychia lemnae stehen gemäß Figur 3. Die Expressionskassetten, die aus dem Resistenzmarker bzw. Indikatorgen sowie den 5'- und 3'-gelegenen regulativen Sequenzen bestehen, wurden über eine Zwei-Schritt-PCR-Strategie gewonnen und anschließend in kommerziell erhältliche pTRACE Vektoren (Invitrogen) über eineThe 3 ' located regulatory sequences of the alphal tubulin gene from Stylonychia lemnae are shown in FIG. 3. The expression cassettes, which consist of the resistance marker or indicator gene and the 5 ' and 3 ' located regulatory sequences, were analyzed using a two-step PCR Strategy and then in commercially available pTRACE vectors (Invitrogen) via a

DNA-Ligationsreaktion eingebaut.DNA ligation reaction built in.

Zweischritt-PCR-StrategieTwo-step PCR strategy

Bei der Zweischritt-PCR-Strategie wurden in einem ersten Schritt die DNA- Fragmente für das Resistenz- bzw. Indikatorgen sowie die DNA-Abschnitte aus demIn the two-step PCR strategy, the DNA fragments for the resistance or indicator gene and the DNA sections from the

5'- und 3'- gelegenen Regulationssequenzen des alphal-Tubulingens über PCR amplifiziert. Die Fragmente waren jeweils so aufgebaut, daß ein 16-20 bp Überhang eingefügt wurde, der der entsprechenden Sequenz im benachbarten Fragment entsprach (siehe Figur 1 ). Am Ende von Schritt I) standen somit drei DNA- Fragmente (alphal-Tubulin-Leader, Indikator- bzw. Resistenzgen, alpha-Tubulin-5 ' - and 3 ' - located regulatory sequences of the alphal tubulin gene amplified by PCR. The fragments were each constructed in such a way that a 16-20 bp overhang was inserted which corresponded to the corresponding sequence in the neighboring fragment (see FIG. 1). At the end of step I) there were three DNA fragments (alphal tubulin leader, indicator or resistance gene, alpha tubulin

Trailer) zur Verfügung. Eine überlappende Region von 34-40 bp (jeweils 16-20 bp vom Leader bzw. Trailer und 16-20 bp vom zentral gelegenen Resistenz- bzw. Indikatorgen) sorgte in Schritt II) dann in einer nachgeschalteten PCR-Reaktion dann durch Verwendung von PCR-Primem mit terminalen, auf den Vektor abgestimmten Restriktionsschnittstellen dafür, das eine Gesamtexpressionskassette erhalten wurde, die sich leicht in den entsprechenden Vektor einbauen ließ (siehe auch Figur 1 ).Trailer). An overlapping region of 34-40 bp (16-20 bp each from the leader or trailer and 16-20 bp from the central resistance or In step II), indicator gene) then ensured, in a subsequent PCR reaction, by using PCR primers with terminal restriction sites matched to the vector, that an overall expression cassette was obtained which could be easily incorporated into the corresponding vector (see also FIG 1 ).

Im folgenden sind die Details der Zweischritt-PCR-Strategie exemplarisch für die Gewinnung der Expressionskassette "ST-gfp" beschrieben, bei der das GFP ORF unter der Kontrolle der 5'- und 3'-gelegenen Steuersequenzen des alphal- Tubulingens aus Stylonychia lemnae steht.The details of the two-step PCR strategy for the extraction of the expression cassette "ST-gfp" are described below, in which the GFP ORF is under the control of the 5 ' and 3 ' located control sequences of the alphal tubulin gene from Stylonychia lemnae .

Schritt I):Step I):

Wie oben beschrieben, werden in Schritt I) die DNA-Fragmente amplifiziert, die in der anschließenden PCR-Reaktion (Schritt II) fusioniert werden. Durch Verwendung von langen PCR-Primem, die einen 16-21 bp Überhang tragen, der zu den anderenAs described above, in step I) the DNA fragments are amplified, which are fused in the subsequent PCR reaction (step II). By using long PCR primers that carry a 16-21 bp overhang to the others

Fragmenten paßt, die in Schritt II) fusioniert werden, wird die Fusionsreaktion ausFits fragments that are fused in step II), the fusion reaction is out

Schritt II) erst möglich.Step II) only possible.

Die drei DNA-Fragmente, die für die Fusionsreakton in Schritt II) verwendet werden, wurden in unabhängigen PCR-Reaktionen gewonnen, bei denen die unten beschriebenen DNA-Matrizen und Primer unter den aufgeführten Bedingungen fürThe three DNA fragments used for the fusion reaction in step II) were obtained in independent PCR reactions in which the DNA templates and primers described below were used under the conditions listed for

PCR-Reaktionen eingesetzt wurden.PCR reactions were used.

1. Konstruktion von St-gfp1. Construction of St-gfp

1.1 Amplifikation der Leader-Sequenzen des alphal-Tubulingens aus Stylonychia lemnae mit Überlappung zum 5'-Ende des ORFs von GFP (S65T):1.1 Amplification of the leader sequences of the alphal tubulin gene from Stylonychia lemnae with overlap to the 5 ' end of the ORF of GFP (S65T):

Template:Template:

Gen-Sized Piece des alphal-Tubulingens aus Stylonychia lemnae, das in den pBluescript-Vektor kloniert ist (Helftenbein und Müller, 1988)Gen-sized piece of the alphal tubule gene from Stylonychia lemnae, which is cloned into the pBluescript vector (Helftenbein and Müller, 1988)

PCR-Primer:PCR primer:

Forward: 5'-C4A4C4A4C4-3' (telomere) Reverse: 5 '-TCT TCT CCT TTA CTC ATG ATG AAG AGT TGA TTT G-3 ' Forward: 5 ' -C4A4C4A4C4-3 ' (telomeric) Reverse: 5 ' -TCT TCT CCT TTA CTC ATG ATG AAG AGT TGA TTT G-3 '

(tugfprl )(tugfprl)

Beim Primer tugfprl stehen die ersten 17 Basen für die Übereinstimmung des erhaltenen PCR-Produkts mit dem 5 '-Ende des GFP ORFs. Die letzten 17 Basen fungieren als Antisense-Primer um den Leader des alpha-Tubulingens zu amplifizieren.With the primer tugfprl, the first 17 bases stand for the correspondence of the PCR product obtained with the 5 ' end of the GFP ORF. The last 17 bases act as antisense primers to amplify the leader of the alpha tubulin gene.

1.2 Amplifikation des GFP ORF (S65T) mit einer Übereinstimmung zu den Enden der Leader bzw. Trailer-Sequenzen des alpha-Tubulingens aus Stylonychia lemnae.1.2 Amplification of the GFP ORF (S65T) with a match to the ends of the leader or trailer sequences of the alpha tubulin gene from Stylonychia lemnae.

Template:Template:

Plasmid pTW54, das von Prof. S. Subramiani (Universität von Kalifornien) zurPlasmid pTW54, which was developed by Prof. S. Subramiani (University of California)

Verfügung gestellt wurde.Was made available.

PCR-Primer:PCR primer:

Forward: 5'-CAA ATC AAC TCT TCA TCA TGA GTA AAG GAG AAG A-3' Forward: 5 ' -CAA ATC AAC TCT TCA TCA TGA GTA AAG GAG AAG A-3 '

(tugfpfl )(tugfpfl)

Die ersten 17 Basen sind für die Übereinstimmung mit dem 3'-Ende des Tubulin-The first 17 bases are for match with the 3 ' end of the tubulin

Leaders, die letzten 17 Basen dienen dazu, als Forward-Primer den GFP ORF (S65T) zu amplifizieren.Leaders, the last 17 bases serve to amplify the GFP ORF (S65T) as a forward primer.

Reverse: 5'-GTG GGC GAA TGT ATG CTC ATT TGT ATA GTT CAT CCA -3' Reverse: 5 ' -GTG GGC GAA TGT ATG CTC ATT TGT ATA GTT CAT CCA -3 '

(gfptur2)(gfptur2)

Die ersten 16 Basen sind für die Übereinstimmung mit dem 5'-Ende des Tubulin-The first 16 bases are for match with the 5 ' end of the tubulin

Trailers, die letzten 20 Basen dienen als Reverse-Primer um den GFP ORF (S65T) zu amplifizieren.Trailers, the last 20 bases serve as reverse primers to amplify the GFP ORF (S65T).

1.3 Amplifizierung der Trailer-Sequenzen des alpha-Tubulingens aus Stylonychia lemnae mit Übereinstimmung zum 3'-Ende des GFP ORF1.3 Amplification of the trailer sequences of the alpha tubulin gene from Stylonychia lemnae in agreement with the 3 ' end of the GFP ORF

Template:Template:

Gene Sized Piece des alpha-Tubulingens aus Stylonychia lemnae, kloniert in den pBluescript- Vektor (Heiftenbein und Müller, 1988) PCR-Primer:Gene sized piece of the alpha tubulin gene from Stylonychia lemnae, cloned into the pBluescript vector (Heiftebein and Müller, 1988) PCR primer:

Forward : 5 '-TGG ATG AAC TAT ACA AAT GAG CAT ACA TTC GCC CAC-3 ' (gfptuß)Forward: 5 ' -TGG ATG AAC TAT ACA AAT GAG CAT ACA TTC GCC CAC-3 ' (gfptuß)

Die ersten 20 Basen sind für die Überlappung mit dem 3'-Ende des GFP ORF, die letzten 16 Basen dienen dazu, die Trailer-Sequenz des Tubulingens zu amplifizierenThe first 20 bases are for the overlap with the 3 ' end of the GFP ORF, the last 16 bases are used to amplify the trailer sequence of the tubulin gene

Reverse: 5'-C4A4C4A4C4-3' (Telomer-Primer)Reverse: 5 ' -C4A4C4A4C4-3 ' (Telomer primer)

PCR-Bedingungen bei den Reaktionen aus Schritt I):PCR conditions for the reactions from step I):

In einem 50 μl Ansatz waren (im Expand High Fidelity PCR Puffersystem) enthalten:A 50 μl mixture contained (in the Expand High Fidelity PCR buffer system):

Template DNA: 50 ngTemplate DNA: 50ng

PCR-Primer: jeweils 20 pMol dNTPs: jeweils 50 μMPCR primer: 20 pmol dNTPs in each case: 50 μM each

Expand High Fidelity PCR System: 0,5 UnitsExpand High Fidelity PCR System: 0.5 units

Temperaturprofil am Thermocycler:Temperature profile on the thermal cycler:

Denaturierung: 1 min bei 94°CDenaturation: 1 min at 94 ° C

Annealing: 1 min bei 56°C DNA-Synthese: 1 min bei 72°CAnnealing: 1 min at 56 ° C DNA synthesis: 1 min at 72 ° C

Anzahl der Reaktionszyklen: 35Number of reaction cycles: 35

Synthesezeit im letzten Zyklus: 15 min bei 72°CSynthesis time in the last cycle: 15 min at 72 ° C

Die gemäß den oben beschriebenen Ansätzen erhaltenen PCR-Produkte wurden im Gel gereinigt (Gel Extraction Kit, Qiagen) und gemäß den Beschreibungen in SchrittThe PCR products obtained according to the approaches described above were purified in the gel (Gel Extraction Kit, Qiagen) and according to the descriptions in step

II) weiterverarbeitet.II) further processed.

Schritt II):Step II):

Wie oben erläutert, wurden in Schritt II) die gemäß Schritt I) erhaltenen PCR- Fragmente in einem PCR-Ansatz fusioniert und die so gebildete DNA-Sequenz durch Einsatz von PCR-Primer, die an den Enden jeweils die Erkennungssequenz für Restriktionsenzyme tragen, am 5'- und 3'-Ende mit Restriktionsschnittstellen versehen.As explained above, in step II) the PCR fragments obtained in step I) were fused in a PCR approach and the DNA sequence thus formed by using PCR primers, each of which had the recognition sequence at the ends carry for restriction enzymes, provided at the 5 ' and 3 ' ends with restriction sites.

Für eine Reaktion im 50 μl Ansatz wurden in Expand High Fidelity PCR Puffer eingesetzt:For a reaction in a 50 μl mixture, Expand High Fidelity PCR buffers were used:

Template:Template:

50 ng einer äquimolaren Mischung der drei gemäß Schritt I) erhaltenen PCR50 ng of an equimolar mixture of the three PCR obtained in step I)

Produkte. dNTPs, jeweils 50 μM Nach 5 min Denaturierung wurde ein Unit Expand High Fidelity PCR System zugegeben und 10 Zyklen (jeweils 1 min 94°C, 55°C und 72°C) unterworfen.Products. dNTPs, 50 μM in each case After 5 min denaturation, a unit expand high fidelity PCR system was added and subjected to 10 cycles (1 min each 94 ° C., 55 ° C. and 72 ° C.).

Anschließend wurden 20 pMol der Telomerprimer (XbaApatel) mitSubsequently, 20 pmol of the telomeric primer (XbaApatel) was added

Restriktionsschnittstellen für Xbal und Apal in der 5'-Region (Sequenz: 5'-GTC TAGRestriction interfaces for Xbal and Apal in the 5 ' region (sequence: 5 ' -GTC TAG

AGG GCC CCC CAA AAC CCC AAA ACC-3') zugegeben und einer PCR mit den folgenden Einstellungen unterworfen:AGG GCC CCC CAA AAC CCC AAA ACC-3 ' ) added and subjected to a PCR with the following settings:

Denaturierung: 1 min bei 94°CDenaturation: 1 min at 94 ° C

Annealing: 1 min bei 55°CAnnealing: 1 min at 55 ° C

DNA-Synthese: 2 min bei 68°C Anzahl der Reaktionszyklen: 30DNA synthesis: 2 min at 68 ° C number of reaction cycles: 30

Synthesezeit im letzten Zyklus: 15 min bei 72°CSynthesis time in the last cycle: 15 min at 72 ° C

Die Konstrukte wurden durch Auftrennung im Agarosegel gereinigt und mittels Gel Extraction Kit (Qiagen) isoliert. Durch Verwendung von T4 Polynukleotidkinase (Pharmacia) wurden die PCR-Fragmente dann mit glatten Enden versehen zusammen mit dem an der Smal-Schnittstelle linearisierten und dephosphorylierten Vektor pUC18 ligiert unter Verwendung der T4 DNA Ligase (Pharmacia). Diese Reaktion wurde gemäß den Angaben des Herstellers durchgeführt. Die Klonierung und Propagation in E.coli erfolgte gemäß Standardprotokollen (Sambrook et al.). Die Konstruktion der übrigen, in der Beschreibung und Zeichnung verwendeten,The constructs were purified by separation in an agarose gel and isolated using a gel extraction kit (Qiagen). Using T4 polynucleotide kinase (Pharmacia), the PCR fragments were then blunt-ended together with the vector pUC18 linearized and dephosphorylated at the Smal interface using the T4 DNA ligase (Pharmacia). This reaction was carried out according to the manufacturer's instructions. The cloning and propagation in E. coli was carried out according to standard protocols (Sambrook et al.). The construction of the rest, used in the description and drawing,

Expressionskonstrukte erfolgte gemäß des oben beschriebenen Verfahrens. Im folgenden werden die jeweils verwendeten Primer wiedergegeben. 2. Konstruktion von "St-tuegfp"Expression constructs were made according to the procedure described above. The primers used in each case are shown below. 2. Construction of "St-tuegfp"

2.1 Amplifikation der Leadersequenzen und des ORF des alphal-Tubulingens von Stylonychia lemnae die mit dem 5'-GFP(S65T) ORF übereinstimmen.2.1 Amplification of the leader sequences and the ORF of the alphal tubule gene from Stylonychia lemnae which correspond to the 5 ' -GFP (S65T) ORF.

Template:Template:

Gene Sized Piece des alpha-Tubulingens aus Stylonychia lemnae, kloniert in den pBluescript- Vektor (Helftenbein und Müller, 1988 (supra))Gene sized piece of the alpha tubule gene from Stylonychia lemnae, cloned into the pBluescript vector (Helftenbein and Müller, 1988 (supra))

PCR-Primer: Forward: 5'-C4A4C4A4C4-3' (telomere)PCR primer: Forward: 5 ' -C4A4C4A4C4-3 ' (telomeric)

Reverse: 5 '-TCT TCT CCT TTA CTC ATT TCC ATA CCT TCT TCT T-3 ' Reverse: 5 ' -TCT TCT CCT TTA CTC ATT TCC ATA CCT TCT TCT T-3 '

(tuegfpr3)(tuegfpr3)

Die ersten 17 Basen sind für die Übereinstimmung zu dem 5'-Ende des GFP ORF, die letzten 17 Basen fungieren als Reverse-Primer um die Leader-Sequenz und das ORF von Tubulin zu amplifizieren.The first 17 bases are matched to the 5 ' end of the GFP ORF, the last 17 bases act as a reverse primer to amplify the leader sequence and ORF of tubulin.

2.2 Amplifikation des GFP ORF mit Übereinstimmung zum 3'-ORF des Tubulingens aus Stylonychia lemnae2.2 Amplification of the GFP ORF in agreement with the 3 ' ORF of the tubulin gene from Stylonychia lemnae

Template:Template:

Plasmid pTW54, das von Prof. S. Subramani (Universität von Kalifornien) zur Verfügung gestellt wurde.Plasmid pTW54, provided by Prof. S. Subramani (University of California).

PCR-Primer: Forward : 5 '-AAG AAG AAG GTA TGG AAA TGA GTA AAG GAG AAG A-3 ' PCR primer: Forward: 5 ' AAG AAG AAG GTA TGG AAA TGA GTA AAG GAG AAG A-3 '

(tuegfpf3)(tuegfpf3)

Die ersten 17 Basen sind für die Übereinstimmung mit dem 3'-Ende des TubulinThe first 17 bases are for agreement with the 3 ' end of the tubulin

ORF, die letzten 17 Basen dienen als Forward-Primer um den GFP ORF zu amplifizieren. Reverse: 5'-GTG GGC GAA TGT ATG CTC ATT TGT ATA GTT CAT CCA-3' ORF, the last 17 bases serve as a forward primer to amplify the GFP ORF. Reverse: 5 ' -GTG GGC GAA TGT ATG CTC ATT TGT ATA GTT CAT CCA-3 '

(gfptur2) Die ersten 16 Basen sind für die Übereinstimmung mit dem 5'-Ende des Tubulin- Trailers, die letzten 20 Basen fungieren als Reverse-Primer um den GFP ORF zu amplifizieren.(gfptur2) The first 16 bases are to match the 5 ' end of the tubulin trailer, the last 20 bases act as a reverse primer to amplify the GFP ORF.

2.3 Amplifikation der Trailer-Sequenzen des alpha-Tubulingens aus Stylonychia lemnae mit Überlappungen zum 3 '-Ende des GFP ORF2.3 Amplification of the trailer sequences of the alpha tubulin gene from Stylonychia lemnae with overlaps to the 3 ' end of the GFP ORF

Template:Template:

Gene Sized Piece des alpha-Tubuiingens aus Stylonychia lemnae, kloniert in den pBluescript- Vektor (Helftenbein und Müller, 1988 (supra))Gene sized piece of alpha tubuingen from Stylonychia lemnae, cloned into the pBluescript vector (Helftenbein and Müller, 1988 (supra))

PCR-Primer:PCR primer:

Forward : 5 '-TGG ATG AAC TAT ACA AAT GAG CAT ACA TTC GCC CAC-3 ' (gfptuß) Die ersten 20 Basen dienen zur Überlappung mit dem 3'-Ende des GFP ORF, die letzten 16 Basen fungieren als Forward-Primer, um die Trailer-Sequenz des Tubulingens zu amplifizieren. Reverse: 5'-C4A4C4A4C4-3' (telomere)Forward: 5 ' -TGG ATG AAC TAT ACA AAT GAG CAT ACA TTC GCC CAC-3 ' (gfptuß) The first 20 bases serve to overlap with the 3 ' end of the GFP ORF, the last 16 bases act as forward primers, to amplify the tubule gene trailer sequence. Reverse: 5 ' -C4A4C4A4C4-3 ' (telomeric)

3. Konstruktion von St-gus:3. Construction of St-gus:

3.1 Amplifizierung der Leader-Sequenz des alphal-Tubulingens aus Stylonychia lemnae mit Überlappung zum 5'-Ende des GUS ORF3.1 Amplification of the leader sequence of the alphal tubulin gene from Stylonychia lemnae with overlap to the 5 ' end of the GUS ORF

Template: Gene Sized Piece des alpha-Tubulingens aus Stylonychia lemnae, kloniert in den pBluescript- Vektor (Helftenbein und Müller, 1988)Template: Gene Sized Piece of the alpha tubule gene from Stylonychia lemnae, cloned into the pBluescript vector (Helftenbein and Müller, 1988)

PCR-Primer:PCR primer:

Forward: 5'-C4A4C4A4C4-3' (telomere)Forward: 5 ' -C4A4C4A4C4-3 ' (telomeric)

Reverse: 5'-GGG GTT TCT ACA GGA CGT AAC ATG ATG AAG AGT TGA TTT G-3' (tugudr1 ) 3.2 Amplifizierung des GUS ORF mit Überlappung zu den Leader- und Trailersequenzen des alphal-Tubulingens aus Stylonychia lemnaeReverse: 5 ' -GGG GTT TCT ACA GGA CGT AAC ATG ATG AAG AGT TGA TTT G-3 ' (tugudr1) 3.2 Amplification of the GUS ORF with overlap to the leader and trailer sequences of the alphal tubule gene from Stylonychia lemnae

Template: pRT103gus (freundlicherweise von Jefferson zur Verfügung gestellt)Template: pRT103gus (courtesy of Jefferson)

PCR-Primer:PCR primer:

Forward: 5'-CAA ATC AAC TCT TCA TCA TGT TAC GTC CTG TAG AAA CCC C-3' (tugusf1) Reverse: 5'-GTG TGG GCG AAT GTA TGC TCA TTG TTT GCC TCC CTGForward: 5 ' -CAA ATC AAC TCT TCA TCA TGT TAC GTC CTG TAG AAA CCC C-3 ' (tugusf1) Reverse: 5 ' -GTG TGG GCG AAT GTA TGC TCA TTG TTT GCC TCC CTG

CTG-3' (gustur2)CTG-3 ' (gustur2)

3.3 Amplifizierung der Trailer-Sequenzen des alphal-Tubulingens aus Stylonychia lemnae mit Überlappung zum 3'-Ende des GUS ORF3.3 Amplification of the trailer sequences of the alphal tubule gene from Stylonychia lemnae with overlap to the 3 ' end of the GUS ORF

Template:Template:

Gene Sized Piece des alpha-Tubulingens aus Stylonychia lemnae, kloniert in den pBluescript- Vektor (Helftenbein und Müller, 1988)Gene sized piece of the alpha tubule gene from Stylonychia lemnae, cloned into the pBluescript vector (Helftenbein and Müller, 1988)

PCR-Primer:PCR primer:

Forward: 5'-CAG CAG GGA GGC AAA CAA TGA GCA TAC ATT CGC CCAForward: 5 ' -CAG CAG GGA GGC AAA CAA TGA GCA TAC ATT CGC CCA

CAC-3' (gustuf2)CAC-3 ' (gustuf2)

Reverse: 5'-C4A4C4A4C4-3' (telomere)Reverse: 5 ' -C4A4C4A4C4-3 ' (telomeric)

4. Konstruktion von St-tracer4. Construction of St-tracer

4.1 Amplifizierung der Leader-Sequenzen des alphal-Tubulingens aus Stylonychia lemnae mit Überlappung zum 5'-GFPsuper ORF4.1 Amplification of the leader sequences of the alphal tubule gene from Stylonychia lemnae with overlap to the 5 ' -GFPsuper ORF

Template: Gene Sized Piece des alpha-Tubulingens aus Stylonychia lemnae, kloniert in den pBluescript-Vektor (Helftenbein und Müller, 1988) PCR-Primer:Template: Gene Sized Piece of the alpha tubule gene from Stylonychia lemnae, cloned into the pBluescript vector (Helftenbein and Müller, 1988) PCR primer:

Forward: 5'-C4A4C4A4C4-3' (telomere)Forward: 5 ' -C4A4C4A4C4-3 ' (telomeric)

Reverse: 5'-CTT CTC CTT TGC TAG CCA TGA TGA AGA GTT GAT TTG-3' Reverse: 5 ' -CTT CTC CTT TGC TAG CCA TGA TGA AGA GTT GAT TTG-3 '

(tutracerl )(tutracerl)

4.2 Amplifizierung des GFP/Zeocin ORF mit Überlappung zur Leader- und Trailer- Sequenz des alphal-Tubulingens von Stylonychia lemnae4.2 Amplification of the GFP / Zeocin ORF with overlap to the leader and trailer sequence of the alphal tubule gene from Stylonychia lemnae

Template: pCMV-Tracer (Invitrogen)Template: pCMV tracer (Invitrogen)

PCR-Primer:PCR primer:

Forward : 5 '-CAA ATC AAC TCT TCA TCA TGG CTA GCA AAG GAG AAG-3 ' (tutracef 1 ) Reverse: 5'-GTG GGC GAA TGT ATG CTC AGT CCT GCT CCT CGG CCA-3' Forward: 5 ' -CAA ATC AAC TCT TCA TCA TGG CTA GCA AAG GAG AAG-3 ' (tutracef 1) Reverse: 5 ' -GTG GGC GAA TGT ATG CTC AGT CCT GCT CCT CGG CCA-3 '

(tracetur2)(tracetur2)

4.3 Amplifizerung der Trailer-Sequenz des alphal-Tubulingens aus Stylonychia lemnae mit Überlappung zum 3'-Ende des Zeocin ORF4.3 Amplification of the trailer sequence of the alphal tubulin gene from Stylonychia lemnae with overlap to the 3 ' end of the Zeocin ORF

Template:Template:

Gene Sized Piece des alpha-Tubulingens aus Stylonychia lemnae, kloniert in den pBluescript-Vektor (Helftenbein und Müller, 1988)Gene sized piece of the alpha tubule gene from Stylonychia lemnae, cloned into the pBluescript vector (Helftenbein and Müller, 1988)

PCR-Primer:PCR primer:

Forward: 5'-TGG CCG AGG AGC AGG ACT GAG CAT ACA TTC GCC CAC-3' Forward: 5 ' -TGG CCG AGG AGC AGG ACT GAG CAT ACA TTC GCC CAC-3 '

(tracetuf2)(tracetuf2)

Reverse: 5'-C4A4C4A4C4-3' (Telomere)Reverse: 5 ' -C4A4C4A4C4-3 ' (telomeres)

5. Konstruktion von St-neo5. Construction of St-neo

5.1 Amplifizierung der Leader-Sequenzen des alphal-Tubulingens aus Stylonychia lemnae mit Überlappung zum 5'-Bereich des Neo ORF Template:5.1 Amplification of the leader sequences of the alphal tubule gene from Stylonychia lemnae with overlap to the 5 ' region of the Neo ORF Template:

Gene Sized Piece des alpha-Tubulingens aus Stylonychia lemnae, kloniert in den pBluescript- Vektor (Helftenbein und Müller, 1988)Gene sized piece of the alpha tubule gene from Stylonychia lemnae, cloned into the pBluescript vector (Helftenbein and Müller, 1988)

PCR-Primer:PCR primer:

Forward: 5'-C4A4C4A4C4-3' (telomere)Forward: 5 ' -C4A4C4A4C4-3 ' (telomeric)

Reverse: 5'-ATC CAT CTT GTT CAA TCA TGA TGA AGA GTT GAT TTG-3' Reverse: 5 ' ATC CAT CTT GTT CAA TCA TGA TGA AGA GTT GAT TTG-3 '

(tuneorl)(tuneorl)

5.2 Amplifizierung des Neo ORF mit Überlappung zu den Leader- und5.2 Amplification of the Neo ORF with overlap to the leader and

Trailersequenzen des alphal-Tubulingens aus Stylonychia lemnaeTrailer sequences of the alphal tubule gene from Stylonychia lemnae

Template:Template:

Plasmid pTW54, das von Prof. S. Subramiani (Universität von Kalifornien) zur Verfügung gestellt wurde.Plasmid pTW54, provided by Prof. S. Subramiani (University of California).

PCR-Primer:PCR primer:

Forward: 5'-CAA ATC AAC TCT TCA TCA TGA TTG AAC AAG ATG GAT-3 ' (tuneofl) Reverse: 5'-GTG GGC GAA TGT ATG CTC AGA AGA ACT CGT CAA GAA-3' Forward: 5 ' -CAA ATC AAC TCT TCA TCA TGA TTG AAC AAG ATG GAT-3 ' (tuneofl) Reverse: 5 ' -GTG GGC GAA TGT ATG CTC AGA AGA ACT CGT CAA GAA-3 '

(neotur2)(neotur2)

5.3 Amplifizierung der Trailer-Sequenzen des alphal-Tubulingens aus Stylonychia lemnae mit Überlappung zum 3'-Ende des Neo ORF5.3 Amplification of the trailer sequences of the alphal tubule gene from Stylonychia lemnae with overlap to the 3 ' end of the Neo ORF

Template:Template:

Gene Sized Piece des alpha-Tubulingens aus Stylonychia lemnae, kloniert in den pBluescript- Vektor (Helftenbein und Müller, 1988) PCR-Primer: Forward: 5'-TTC TTG ACG AGT TCT TCT GAG CAT ACA TTC GCC CAC-3' Gene-sized piece of the alpha tubulin gene from Stylonychia lemnae, cloned into the pBluescript vector (Helftenbein and Müller, 1988) PCR primer: Forward: 5 ' -TTC TTG ACG AGT TCT TCT GAG CAT ACA TTC GCC CAC-3 '

(neotuf2) Reverse: 5'-C4A4C4A4C4-3' (telomere) 6. Konjugation von Stylonychia lemnae(neotuf2) Reverse: 5 ' -C4A4C4A4C4-3 ' (telomere) 6. Conjugation of Stylonychia lemnae

Zur Konjugation wurden zwei Stämme unterschiedlichen Mating-Typs unter Hungerstreß gesetzt und gemischt. Anschließend wurden die Zellen durch Zugabe einer streng limitierten Nährstoffmenge synchronisiert, so daß sie nach ca. fünf Stunden synchronisiert vorlagen. Die eigentliche Konjugation begann dann weitere ca. sechs Stunden später. Die Ausbeute an Konjuganten lag bei ca. 90%. Eine weitere Anreicherung der Konjuganten war durch Filtration über eine 70 μm Nylonmatrixgaze möglich, die nur für Einzelzellen, nicht aber Konjugantenpaare durchlässig ist.For conjugation, two strains of different mating types were put under starvation stress and mixed. The cells were then synchronized by adding a strictly limited amount of nutrients, so that they were synchronized after about five hours. The actual conjugation then started another six hours later. The yield of conjugants was approximately 90%. A further enrichment of the conjugants was possible by filtration through a 70 μm nylon matrix gauze, which is only permeable to single cells but not to conjugant pairs.

Mit der Paarung der Zellen wird die meiotische Teilung der Mikronuklei eingeleitet, die haploiden Mikronuklei werden dann zwischen den Konjugationspartnern ausgetauscht, es kommt zur Fusion der Mikronuklei der Partnerzellen. Anschließend trennen sich die Zellen wieder, die neu gebildeten diploiden Mikronuklei teilen sich mitotisch ohne gleichzeitige Zellteilung. Einer der Tochterkerne durchläuft eine Reihe von DNA-Replikationen, die schließlich in die Bildung eines neuen Makronukleus münden.When the cells are paired, the meiotic division of the micronuclei is initiated, the haploid micronuclei are then exchanged between the conjugation partners, and the micronuclei of the partner cells fuse. Then the cells separate again, the newly formed diploid micronuclei share mitotically without simultaneous cell division. One of the daughter cores goes through a series of DNA replications, which eventually lead to the formation of a new macronucleus.

Die komplette Makronukleusentwicklung dauert ca. 100 Stunden (gerechnet vom Zeitpunkt der Exkonjugantentrennung). Bei diesem Prozeß werden u.a. Gene - ebenso wie Nonsense-DNA - aus dem mikronukleären Chromosom ausgeschnitten, interne DNA-Sequenzen durch Spleißing-Schritte entfernt sowie Gene amplifiziert und telomere Repeats angehängt.The complete macronucleus development takes approx. 100 hours (calculated from the time of the exconjugant separation). In this process, i.a. Genes - like nonsense DNA - were cut out of the micronuclear chromosome, internal DNA sequences were removed by splicing steps, and genes were amplified and telomeric repeats attached.

Die Effizienz der Transformation ist dabei eng gekoppelt an das Stadium derThe efficiency of the transformation is closely linked to the stage of

Makronukleusreifung. Besonders hohe Transformatioπsraten (höher 65%) erzielt man, wenn die Transformation nach dem Auftreten der polytänen Chromosomen (ca. 50 bis 60 Stunden nach Trennung der Exkonjuganten) durchgeführt wird. 7. Transformation mittels Gene BombardementMacronucleus ripening. Particularly high transformation rates (higher than 65%) are achieved if the transformation is carried out after the appearance of the polytanic chromosomes (approx. 50 to 60 hours after separation of the exconjugants). 7. Gene bombardment transformation

Die Transformation von Stylonychia lemnae mit den in der vorliegenden Patentschrift verwendeten DNA-Fragmenten bzw. Vektoren erfolgte gemäß Patentschrift WOThe transformation of Stylonychia lemnae with the DNA fragments or vectors used in the present patent specification was carried out in accordance with patent specification WO

98/01572.98/01572.

DNA-Proben:DNA samples:

Die eingesetzte DNA wurde entweder im Zuge einer PCR-Reaktion mit dem Telomer-Primer (5'-C4A4C4A4C4-3') erhalten (PCR-Reaktion mit einem Primer, da die Gene Sized Pieces aus Stylonychia lemnae sowohl am 5'- als auch am 3'-Ende Telomersequenzen tragen !!). Anschließend wurden die PCR-Produkte über das GelThe DNA used was obtained either in the course of a PCR reaction with the telomer primer (5 ' -C4A4C4A4C4-3 ' ) (PCR reaction with a primer, since the gene sized pieces from Stylonychia lemnae on both the 5 ' and the Wear 3 ' end telomer sequences !!). The PCR products were then applied to the gel

Extraktion Kit (Qiagen) gereinigt und für das Gene Bombardement eingesetzt. Alternativ wurden die DNA-Proben aus den gemäß der beschriebenen Verfahren hergestellten Plasmiden durch Restriktionsverdau mit der Restriktionsendonuklease Apal und anschließende Isolierung aus dem Gel erhalten (siehe oben).Extraction kit (Qiagen) cleaned and used for gene bombardment. Alternatively, the DNA samples were obtained from the plasmids produced according to the described methods by restriction digestion with the restriction endonuclease Apal and subsequent isolation from the gel (see above).

DNA-Mengen:Amounts of DNA:

Für einen Transformationsansatz wurden 10 μg DNA auf 3 mg Goldpartikel (1 - 1 ,6 μm) geladen. Diese Menge reichte für vier bis fünf Beschußexperimente. Im Falle der Kotransformation wurden jeweils 5 μg der beiden Konstrukte verwendet.For a transformation approach, 10 μg DNA were loaded onto 3 mg gold particles (1-1.6 μm). This amount was enough for four to five bombardment experiments. In the case of co-transformation, 5 μg of the two constructs were used in each case.

Selektion der Transformanten mittels selektionierendem Agenz (Zeocin bzw. G418)Selection of transformants using a selective agent (Zeocin or G418)

Nach Abschluß der Makronukleusentwicklung (ein bis zwei Tage nach Beschüß) wurden die transformierten Zellen selektionierenden Bedingungen ausgesetzt. Dazu wurden sie entweder für 3 bis 10 Tage mit 50 - 100 μg/ml G418 oder für 2 - 4Upon completion of macronucleus development (one to two days after bombardment), the transformed cells were exposed to selective conditions. To do this, they were treated with 50 - 100 μg / ml G418 for 3 to 10 days or for 2 - 4

Wochen mit 500 μg/ml Zeocin behandelt, bis es zu einer vollständigen Selektion der erfolgreich transformierten Zellen kam.Treated for weeks with 500 μg / ml Zeocin until the successfully transformed cells were completely selected.

Im Anschluß an die Selektion wurden die stabil transformierten Klone isoliert und durch Nachweis der neu eingebrachten Fremd-Information auf DNA- (Southern Blot, PCR), RNA- (Northern Blot, Primer Extension) und Proteinebene (spektroskopischerFollowing the selection, the stably transformed clones were isolated and by detecting the newly introduced foreign information on the DNA (Southern blot, PCR), RNA (Northern blot, primer extension) and protein level (more spectroscopic

Nachweis, z.B. durch Fluoreszenzmikroskopie, fluorimetrische Messungen) verifiziert. Evidence, e.g. verified by fluorescence microscopy, fluorimetric measurements).

Claims

Patentansprüche claims 1. Expressionsvektor für eukaryontische Protisten enthaltend eine Nukleinsäure kodierend für ein Protein, dadurch gekennzeichnet, daß am 3'- und 5'- Ende dieser Nukleinsäure native flankierende regulative Sequenzen ausgewählt aus1. Expression vector for eukaryotic protists containing a nucleic acid coding for a protein, characterized in that native flanking regulatory sequences selected from the 3 ' and 5 ' ends of this nucleic acid Stylonichia lemnae mit endständigen telomeren Sequenzen enthalten sind.Stylonichia lemnae with terminal telomeric sequences are included. 2. Expressionsvektor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die genannten flankierenden regulative Sequenzen aus dem alpha Tubulingen von Stylonychia lemnae erhältlich ist, ausgewählt aus den Nukleinsäuren SEQ ID. No2. Expression vector according to claim 1, characterized in that said flanking regulatory sequences from the alpha tubule gene of Stylonychia lemnae is available, selected from the nucleic acids SEQ ID. No 1 und SEQ ID No. 2, wobei SEQ ID No. 1 und SEQ ID No. 2 Teil des Anspruchs ist.1 and SEQ ID No. 2, with SEQ ID No. 1 and SEQ ID No. 2 is part of the claim. 3. Expressionsvektor nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten flankierende regulative Sequenzen mindestens ca. 50, vorzugsweise3. Expression vector according to claim 1-2, characterized in that said flanking regulatory sequences at least about 50, preferably 150 bis ca. 500, besonders bevorzugt 200 bis 300 Nukleotide enthalten, ausgewählt aus regulative Sequenzen des alpha-Tubulingens von Stylonychia lemnae.Contain 150 to approx. 500, particularly preferably 200 to 300 nucleotides, selected from regulatory sequences of the alpha-tubulin gene from Stylonychia lemnae. 4. Telomere Sequenzen nach Anspruch 1 bis 3, daduch gekennzeichnet, daß die telomere Sequenz 5' C4A4C4A4C4 und 3' G4T4G4T4G4 ist4. Telomeric sequences according to claim 1 to 3, characterized in that the telomeric sequence is 5 ' C4A4C4A4C4 and 3 ' G4T4G4T4G4 5. Expressionsvektor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der eukaryontische Protist aus dem Reich der Protozoa stammt.5. Expression vector according to claim 1 to 4, characterized in that the eukaryotic protist originates from the Protozoa realm. 6. Expressionsvektor nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der eukaryontische Protist ein Ciliat ist.6. Expression vector according to claim 1 to 5, characterized in that the eukaryotic protist is a ciliate. 7. Expressionsvektor nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der eukaryontische Protist Stylonychia lemnae ist. 7. Expression vector according to claim 1 to 6, characterized in that the eukaryotic protist is Stylonychia lemnae. 8. Expressionsvektor nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nukleinsäure für ein humanes, tierisches, pflanzliches oder bakterielles Protein kodiert.8. Expression vector according to one of claims 1-7, characterized in that the nucleic acid codes for a human, animal, vegetable or bacterial protein. 9. Expressionsvektor nach Anspruch 1-8 enthaltend als Resistenzgen und/oder9. Expression vector according to claims 1-8 containing as a resistance gene and / or Indikatorgen einen DNA-Abschnitt, der für ein Fusionsprotein aus der genannten Nukleinsäure gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 und/oder Zeocin und/oder Neomycin und/oder GFP und/oder GUS kodiert.Indicator gene is a DNA segment which codes for a fusion protein from said nucleic acid according to one of Claims 1 to 4 and / or Zeocin and / or Neomycin and / or GFP and / or GUS. 10. Expressionsvektor nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche funktioneile Nukleinsäure enthalten ist, die für ein Oligopeptid aus mindestens 4 Histidinen, vorzugsweise aus ca. 6 Histidinen und/oder für die Glutathion-S-transferase und ggf. für eine Protease - Schnittstelle kodiert.10. Expression vector according to one of claims 1-9, characterized in that an additional functional nucleic acid is contained, which for an oligopeptide from at least 4 histidines, preferably from about 6 histidines and / or for the glutathione-S-transferase and optionally encodes a protease interface. 11. Eukaryonfischer Protist, erhältlich durch Transformation mittels eines Expressionsvektors nach Anspruch 1-10.11. Eukaryonic protist obtainable by transformation by means of an expression vector according to claims 1-10. 12. Verfahren zur Herstellung eukaryonfischer Protisten, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vektor gemäß einem der Ansprüche 1-1 1 zusammen mit einem Kovektor enthaltend eine Nukleinsäure gemäß SEQ ID No. 5 und SEQ ID No. 6, wobei SEQ ID No. 5 und SEQ ID No. 6 Teil des Anspruchs ist, in eukaryontische Protisten, vorzugsweise Ciliaten, insbesondere Stylonychia lemnae eingebracht oder transformiert oder konjugiert wird und die exprimierten Proteine isoliert werden.12. A method for producing eukaryotic protists, characterized in that a vector according to any one of claims 1-1 1 together with a covector containing a nucleic acid according to SEQ ID No. 5 and SEQ ID No. 6, where SEQ ID No. 5 and SEQ ID No. 6 Part of the claim is introduced or transformed or conjugated into eukaryotic protists, preferably ciliates, in particular Stylonychia lemnae, and the expressed proteins are isolated. 13. Verfahren zur Herstellung eukaryonfischer Protisten, dadurch gekennzeichnet, daß die eukaryontischen Protistenzellen sich durch vorhergehende Konjugation mit entsprechendem Konjugationspartner in der Phase der Anlagenbildung bzw. Makronukleusreifung befinden und somit besonders effizient transformiert werden können. 13. A process for the production of eukaryotic protists, characterized in that the eukaryotic protist cells are in the phase of plant formation or macronucleus maturation by previous conjugation with the corresponding conjugation partner and can thus be transformed particularly efficiently. 14. Verwendung eines Expressionsvektors gemäß einem der Ansprüche 1 - 13 zur Herstellung eines Proteins.14. Use of an expression vector according to any one of claims 1-13 for the production of a protein. 15. Verwendung eines Expressionsvektors gemäß einem der Ansprüche 1- 14 zur funktionellen heterologen Herstellung eines Proteins.15. Use of an expression vector according to any one of claims 1- 14 for the functional heterologous production of a protein. 16. Verwendung eines Expressionsvektors gemäß einem der Ansprüche 1- 15 zur Überexpression, wobei 7-40%, vorzugsweise 7-15% des exprimierten Fremdproteins in der Wirtszelle vorliegen.16. Use of an expression vector according to any one of claims 1-15 for overexpression, wherein 7-40%, preferably 7-15% of the expressed foreign protein is present in the host cell. 17. Verfahren zur Identifizierung einer regulativer Sequenz nach Anspruch 1 bis 4, mit den Schritten:17. A method for identifying a regulatory sequence according to claims 1 to 4, comprising the steps: (a) Identifizierung von Nukleinsäure mit definierten Eigenschaften; (b) Sequenzierung der 5'- und 3'- flankierenden Bereiche;(a) identification of nucleic acid with defined properties; (b) sequencing the 5 ' and 3 ' flanking regions; (c) PCR-Amplifikation der in (a) genannten Bereiche mittels telomerer(c) PCR amplification of the regions mentioned in (a) using telomeric Primer und Hybridprimer (lndikatorgen/5'- und 3'- flankierenderPrimer and hybrid primer (indicator gene / 5 ' - and 3 ' - flanking Bereich) und im zweiten Schritt des erhaltenenen Nukleinsäure-Area) and in the second step of the nucleic acid obtained Fragments; (d) E. coli kompatibler Testvektor, der das in (b) genannte Nukleinsäure-Fragments; (d) E. coli compatible test vector which contains the nucleic acid Fragment enthält; (e) Transformation in eukaryontische Protisten und Bestimmung der regulativen Stärke. Contains fragment; (e) Transformation into eukaryotic protists and determination of the regulatory strength.
PCT/EP1999/007958 1998-10-21 1999-10-20 Expression vectors containing regulative sequences of stylonychia lemnae for heterologous protein expression in eukaryotic protists and a method for identifying regulative sequences of this type Ceased WO2000023604A1 (en)

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