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JPWO2006109751A1 - Protein production method using cell-free protein synthesis system - Google Patents

Protein production method using cell-free protein synthesis system Download PDF

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JPWO2006109751A1
JPWO2006109751A1 JP2007512989A JP2007512989A JPWO2006109751A1 JP WO2006109751 A1 JPWO2006109751 A1 JP WO2006109751A1 JP 2007512989 A JP2007512989 A JP 2007512989A JP 2007512989 A JP2007512989 A JP 2007512989A JP WO2006109751 A1 JPWO2006109751 A1 JP WO2006109751A1
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protein
chiaδ4
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忠行 今中
忠行 今中
保 金井
保 金井
晴幸 跡見
晴幸 跡見
太志 遠藤
太志 遠藤
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Kyoto University
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Kyoto University
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P21/00Preparation of peptides or proteins
    • C12P21/02Preparation of peptides or proteins having a known sequence of two or more amino acids, e.g. glutathione

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Abstract

【課題】 超好熱菌由来の細胞抽出液を含む無細胞タンパク質翻訳系中または無細胞タンパク質転写・翻訳系中で、高温条件下でタンパク質を製造する方法を提供すること。【解決手段】 超好熱菌由来の細胞抽出液を含む無細胞タンパク質翻訳系中で、目的タンパク質をコードするmRNAの翻訳を高温条件下で行なわせてタンパク質を製造する。超好熱菌由来の細胞抽出液を含む無細胞タンパク質転写・翻訳系中で、目的タンパク質をコードするプラスミドの転写および翻訳を高温条件下で行なわせてタンパク質を製造する。【選択図】 なしPROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a protein under a high temperature condition in a cell-free protein translation system containing a cell extract derived from a hyperthermophilic bacterium or a cell-free protein transcription / translation system. In a cell-free protein translation system containing a cell extract derived from a hyperthermophilic bacterium, translation of mRNA encoding the target protein is carried out under high temperature conditions to produce the protein. In a cell-free protein transcription / translation system containing a cell extract derived from a hyperthermophilic bacterium, transcription and translation of a plasmid encoding the target protein is performed under high temperature conditions to produce the protein. [Selection figure] None

Description

本発明は、高温条件下で、無細胞タンパク質翻訳系または無細胞タンパク質転写・翻訳系によりタンパク質を製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a protein using a cell-free protein translation system or a cell-free protein transcription / translation system under high temperature conditions.

無細胞タンパク質合成系は、細胞抽出液を用いてタンパク質を合成する系であり、大腸菌などの生細胞を用いる系に比べ、タンパク質の合成および精製の操作が非常に簡便であることから、近年その需要が高まっている。この系を用いれば、系を容易に改変することができるので、産業上有用な細胞由来のタンパク質が得られるだけでなく、例えば、細胞にとって毒性の高いタンパク質、目的の変異を導入したタンパク質、非天然アミノ酸を導入したタンパク質なども得られる利点がある。   The cell-free protein synthesis system is a system that synthesizes proteins using cell extracts. Compared to systems that use living cells such as E. coli, protein synthesis and purification procedures are much simpler. Demand is increasing. By using this system, the system can be easily modified, so that not only industrially useful cell-derived proteins can be obtained, but, for example, proteins highly toxic to cells, There is an advantage that a protein introduced with a natural amino acid can also be obtained.

細胞抽出液としては、主として大腸菌、小麦胚およびウサギ網赤血球由来のものが使用されている。従来から、これらの細胞抽出液を用いた無細胞タンパク質合成系は、タンパク質の合成量が少ないという問題点が指摘されており、かかる問題点を解消するため、例えば、濃縮した細胞抽出液を使用する(特許文献1)、合成反応液中にタンパク質合成の鋳型にならない直鎖状核酸を特定の濃度で添加する(特許文献2)、などの技術が開示されている。   As the cell extract, those derived from Escherichia coli, wheat embryo and rabbit reticulocyte are mainly used. Conventionally, it has been pointed out that the cell-free protein synthesis system using these cell extracts has a low protein synthesis amount. To solve such problems, for example, a concentrated cell extract is used. (Patent Document 1), and a technique of adding a linear nucleic acid that does not serve as a template for protein synthesis to a synthesis reaction solution at a specific concentration (Patent Document 2) is disclosed.

また、上述した無細胞タンパク質合成系は常温でタンパク質の合成を行なうものであるが、例えば、鋳型DNAを分解するヌクレアーゼなど常温で合成困難なタンパク質を合成するため、低温で増殖可能なシュードモナス属微生物抽出液またはロドコッカス属微生物抽出液を用いて、低温条件下においてタンパク質を合成する無細胞タンパク質合成系が開示されている(特許文献3)。   The cell-free protein synthesis system described above synthesizes proteins at room temperature. For example, Pseudomonas microorganisms that can be grown at low temperatures to synthesize proteins that are difficult to synthesize at room temperature, such as nucleases that degrade template DNA. A cell-free protein synthesis system that synthesizes proteins under low temperature conditions using an extract or a Rhodococcus microorganism extract is disclosed (Patent Document 3).

特開2000−175695号公報JP 2000-175695 A 特開2001−136971号公報JP 2001-136971 A 特開2004−290181号公報JP 2004-290181 A

上述のように、大腸菌、小麦胚およびウサギ網赤血球由来の細胞抽出液を用いる常温での無細胞タンパク質合成系、前記大腸菌の近縁種由来の細胞抽出液を用いる低温での無細胞タンパク質合成系が開発されている。しかしながら、これまでに高温条件での無細胞タンパク質合成系は開示されていない。   As described above, a cell-free protein synthesis system at room temperature using cell extracts derived from Escherichia coli, wheat embryos and rabbit reticulocytes, and a cell-free protein synthesis system at low temperatures using cell extracts derived from the related species of E. coli Has been developed. However, no cell-free protein synthesis system under high temperature conditions has been disclosed so far.

仮に高温条件での無細胞タンパク質合成系が確立できれば、従来の無細胞タンパク質合成系に比べてタンパク質の生成速度が向上する、常温で反応が起こりにくいため操作性が向上する、反応中に微生物が混入してもその影響が小さい、高温耐性のあるタンパク質の合成が可能となる、変異DNAライブラリーを導入することで高温耐性のあるタンパク質のスクリーニングが可能となる、などの効果が期待できる。   If a cell-free protein synthesis system can be established under high temperature conditions, the protein production rate will be improved compared to conventional cell-free protein synthesis systems, and the reaction will be less likely to occur at room temperature. Even if it is mixed, it can be expected to produce such effects that the effect is small, that it is possible to synthesize a protein resistant to high temperature, and that it is possible to screen a protein resistant to high temperature by introducing a mutant DNA library.

そこで、本発明者らは、高温条件での無細胞タンパク質合成系を確立するために、超好熱菌の一種であるThermococcus kodakaraensis KOD1株に着目し、該菌株由来の細胞抽出液を含む反応液を用いて、タンパク質合成に適した反応条件を鋭意検討した結果、本発明を完成させるに至った。   Therefore, in order to establish a cell-free protein synthesis system under high-temperature conditions, the present inventors have focused on Thermococcus kodakaraensis KOD1 strain, which is a kind of hyperthermophilic bacterium, and a reaction solution containing a cell extract derived from the strain. As a result of intensive investigations on reaction conditions suitable for protein synthesis using the present invention, the present invention has been completed.

すなわち、本発明の要旨は以下のとおりである。
〔1〕 無細胞タンパク質翻訳系によりタンパク質を製造する方法であって、超好熱菌由来の細胞抽出液を含む無細胞タンパク質翻訳系中で、目的タンパク質をコードするmRNAの翻訳を高温条件下で行なわせてタンパク質を製造する方法、
〔2〕 無細胞タンパク質翻訳系中に、目的タンパク質をコードするmRNA、Mg2+およびアミノ酸が含有されている、〔1〕に記載の方法、
〔3〕 さらにNH 、K、ポリエチレングリコール、ATP再生系およびエネルギー源のうち、少なくとも1種以上の成分が含有されている、〔2〕に記載の方法、
〔4〕 細胞抽出液がThermococcus kodakaraensis KOD1株または該KOD1株より派生する株由来のものである、〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の方法、
〔5〕 目的タンパク質をコードするmRNAが、目的タンパク質をコードする塩基配列の上流に配列番号4に示すリボソーム結合配列を有する、〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の方法、
〔6〕 無細胞タンパク質翻訳系によりタンパク質を製造するためのキットであって、無細胞タンパク質翻訳系として、超好熱菌由来の細胞抽出液、目的タンパク質をコードするmRNA、Mg2+およびアミノ酸が含有されている、前記mRNAの翻訳を高温条件下で行なわせてタンパク質を製造するためのキット、
〔7〕 無細胞タンパク質翻訳系中に、さらにNH 、K、ポリエチレングリコール、ATP再生系およびエネルギー源のうち、少なくとも1種以上の成分が含有されている、〔6〕に記載のキット、
〔8〕 細胞抽出液がThermococcus kodakaraensis KOD1株または該KOD1株より派生する株由来のものである、〔6〕または〔7〕に記載のキット、
〔9〕 目的タンパク質をコードするmRNAが、目的タンパク質をコードする塩基配列の上流に配列番号4に示すリボソーム結合配列を有する、〔6〕〜〔8〕のいずれかに記載のキット、
〔10〕 無細胞タンパク質転写・翻訳系によりタンパク質を製造する方法であって、超好熱菌由来の細胞抽出液を含む無細胞タンパク質転写・翻訳系中で、目的タンパク質をコードするプラスミドの転写および翻訳を高温条件下で行なわせてタンパク質を製造する方法、
〔11〕 無細胞タンパク質転写・翻訳系中に、目的タンパク質をコードするプラスミド、RNAポリメラーゼ、Mg2+およびアミノ酸が含有されている、〔10〕に記載の方法、
〔12〕 RNAポリメラーゼが高温条件下で至適温度を有するものである、〔11〕に記載の方法、
〔13〕 細胞抽出液がThermococcus kodakaraensis KOD1株または該KOD1株より派生する株由来のものである、〔10〕〜〔12〕のいずれかに記載の方法、
〔14〕 目的タンパク質をコードするプラスミドが、上流から順にプロモーター、配列番号4に示すリボソーム結合配列および目的タンパク質をコードする塩基配列を含む、〔10〕〜〔13〕のいずれかに記載の方法、
〔15〕 目的タンパク質をコードするプラスミドの転写および翻訳を高温条件下で行なわせるにあたり、転写温度を前記RNAポリメラーゼの至適温度に設定するとともに、翻訳温度を〔1〕〜〔9〕のいずれかに記載の無細胞タンパク質翻訳系の至適温度に設定することを特徴とする、〔11〕〜〔14〕のいずれかに記載の方法、
〔16〕 無細胞タンパク質転写・翻訳系によりタンパク質を製造するためのキットであって、無細胞タンパク質転写・翻訳系として、超好熱菌由来の細胞抽出液、目的タンパク質をコードするプラスミド、RNAポリメラーゼ、Mg2+およびアミノ酸を含有する、前記プラスミドの転写および翻訳を高温条件下で行なわせてタンパク質を製造するためのキット、
〔17〕 RNAポリメラーゼが高温条件下で至適温度を有するものである、〔16〕に記載のキット、
〔18〕 細胞抽出液がThermococcus kodakaraensis KOD1株または該KOD1株より派生する株由来のものである、〔16〕または〔17〕に記載のキット、
〔19〕 目的タンパク質をコードするプラスミドが、上流から順にプロモーター、配列番号4に示すリボソーム結合配列及び目的タンパク質をコードする塩基配列を含む、〔16〕〜〔18〕のいずれかに記載のキット。
That is, the gist of the present invention is as follows.
[1] A method for producing a protein using a cell-free protein translation system, wherein the mRNA encoding the target protein is translated under high temperature conditions in a cell-free protein translation system containing a cell extract derived from a hyperthermophilic bacterium. A method for producing proteins by
[2] The method according to [1], wherein the cell-free protein translation system contains mRNA, Mg 2+ and an amino acid encoding the target protein,
[3] The method according to [2], further comprising at least one component of NH 4 + , K + , polyethylene glycol, ATP regeneration system and energy source,
[4] The method according to any one of [1] to [3], wherein the cell extract is derived from Thermococcus kodakaraensis KOD1 strain or a strain derived from the KOD1 strain,
[5] The method according to any one of [1] to [4], wherein the mRNA encoding the target protein has the ribosome binding sequence shown in SEQ ID NO: 4 upstream of the base sequence encoding the target protein;
[6] A kit for producing a protein by a cell-free protein translation system, which contains a cell extract derived from a hyperthermophilic bacterium, mRNA encoding the target protein, Mg 2+ and amino acids as a cell-free protein translation system A kit for producing a protein by translating the mRNA under high temperature conditions,
[7] The kit according to [6], wherein the cell-free protein translation system further contains at least one component of NH 4 + , K + , polyethylene glycol, ATP regeneration system and energy source. ,
[8] The kit according to [6] or [7], wherein the cell extract is derived from Thermococcus kodakaraensis KOD1 strain or a strain derived from the KOD1 strain,
[9] The kit according to any one of [6] to [8], wherein the mRNA encoding the target protein has the ribosome binding sequence shown in SEQ ID NO: 4 upstream of the base sequence encoding the target protein;
[10] A method for producing a protein using a cell-free protein transcription / translation system, wherein a plasmid encoding a target protein is transferred in a cell-free protein transcription / translation system containing a cell extract derived from a hyperthermophilic bacterium. A method for producing a protein by performing translation under high temperature conditions;
[11] The method according to [10], wherein the cell-free protein transcription / translation system contains a plasmid encoding the target protein, RNA polymerase, Mg 2+ and an amino acid,
[12] The method according to [11], wherein the RNA polymerase has an optimum temperature under high temperature conditions,
[13] The method according to any one of [10] to [12], wherein the cell extract is derived from Thermococcus kodakaraensis KOD1 strain or a strain derived from the KOD1 strain,
[14] The method according to any one of [10] to [13], wherein the plasmid encoding the target protein comprises a promoter, a ribosome binding sequence shown in SEQ ID NO: 4 and a base sequence encoding the target protein in order from upstream.
[15] In performing transcription and translation of a plasmid encoding the target protein under high temperature conditions, the transcription temperature is set to the optimum temperature of the RNA polymerase, and the translation temperature is any one of [1] to [9] The method according to any one of [11] to [14], wherein the temperature is set to an optimum temperature of the cell-free protein translation system according to
[16] A kit for producing a protein by a cell-free protein transcription / translation system, wherein the cell-free protein transcription / translation system includes a cell extract derived from a hyperthermophilic bacterium, a plasmid encoding a target protein, an RNA polymerase A kit for producing a protein containing Mg 2+ and an amino acid, wherein transcription and translation of the plasmid are performed under high temperature conditions;
[17] The kit according to [16], wherein the RNA polymerase has an optimum temperature under high temperature conditions,
[18] The kit according to [16] or [17], wherein the cell extract is derived from Thermococcus kodakaraensis KOD1 strain or a strain derived from the KOD1 strain,
[19] The kit according to any one of [16] to [18], wherein the plasmid encoding the target protein includes a promoter, a ribosome binding sequence shown in SEQ ID NO: 4 and a base sequence encoding the target protein in order from upstream.

本発明によれば、超好熱菌由来の細胞抽出液を含む無細胞タンパク質翻訳系中で、高温条件下でタンパク質を製造することができる。また、本発明によれば、超好熱菌由来の細胞抽出液を含む無細胞タンパク質転写・翻訳系中で、高温条件下でタンパク質を製造することができる。   According to the present invention, a protein can be produced under a high temperature condition in a cell-free protein translation system containing a cell extract derived from a hyperthermophilic bacterium. Moreover, according to the present invention, a protein can be produced under high temperature conditions in a cell-free protein transcription / translation system containing a cell extract derived from a hyperthermophilic bacterium.

pTRC1の概略図およびChiAΔ4mRNAの調製方法の概要を示す図である。FIG. 2 is a schematic diagram of pTRC1 and an outline of a method for preparing ChiAΔ4 mRNA. 表2に示す試料を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。It is the result of performing a synthesis reaction of ChiAΔ4 using the sample shown in Table 2, performing polyacrylamide gel electrophoresis, and analyzing by Western blotting. 表3の試料1,3,4および9を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。The results are shown in Table 3. Samples 1, 3, 4 and 9 in Table 3 were used for ChiAΔ4 synthesis, subjected to polyacrylamide gel electrophoresis and analyzed by Western blotting. 表3の試料1および5〜9を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。It is the result of performing a synthesis reaction of ChiAΔ4 using samples 1 and 5 to 9 in Table 3, performing polyacrylamide gel electrophoresis, and analyzing by Western blotting. 表4の試料1と2を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。It is the result of performing a synthesis reaction of ChiAΔ4 using samples 1 and 2 in Table 4, performing polyacrylamide gel electrophoresis, and analyzing by Western blotting. 表4の試料1および3〜5を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。It is the result of performing a synthesis reaction of ChiAΔ4 using samples 1 and 3 to 5 in Table 4, performing polyacrylamide gel electrophoresis, and analyzing by Western blotting. 表4の試料2および6〜8を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。It is the result of performing a synthesis reaction of ChiAΔ4 using samples 2 and 6 to 8 in Table 4, performing polyacrylamide gel electrophoresis, and analyzing by Western blotting. 表5の試料1〜9を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。It is the result of performing a synthesis reaction of ChiAΔ4 using samples 1 to 9 in Table 5, performing polyacrylamide gel electrophoresis, and analyzing by Western blotting. 表5の試料2〜9を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、合成反応終了後におけるChiAΔ4の合成量を示す図である。It is a figure which shows the synthetic | combination amount of ChiA (DELTA) 4 after the synthesis reaction was performed using the samples 2-9 of Table 5, and the synthesis reaction was complete | finished. 表5の試料5,7および9を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、該ChiAΔ4の合成量の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the synthesis amount of ChiAΔ4 when the synthesis reaction of ChiAΔ4 was performed using samples 5, 7 and 9 in Table 5. 表6の試料1〜3を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。It is the result of performing a synthesis reaction of ChiAΔ4 using samples 1 to 3 in Table 6, performing polyacrylamide gel electrophoresis, and analyzing by Western blotting. 表6の試料4〜6を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。It is the result of performing a synthesis reaction of ChiAΔ4 using samples 4 to 6 in Table 6, performing polyacrylamide gel electrophoresis, and analyzing by Western blotting. 表7の試料1〜3および9を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。The results are shown in Table 7. Samples 1-3 and 9 in Table 7 were used for ChiAΔ4 synthesis reaction, subjected to polyacrylamide gel electrophoresis and analyzed by Western blotting. 表7の試料4〜9を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。It is the result of performing a synthesis reaction of ChiAΔ4 using samples 4 to 9 in Table 7, performing polyacrylamide gel electrophoresis, and analyzing by Western blotting. 表8の試料1と9を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。The results are shown in Table 8. Samples 1 and 9 in Table 8 were used for ChiAΔ4 synthesis reaction, subjected to polyacrylamide gel electrophoresis and analyzed by Western blotting. 表8の試料2,3および9を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。The results are shown in Table 8. Samples 2, 3 and 9 in Table 8 were used for ChiAΔ4 synthesis reaction, subjected to polyacrylamide gel electrophoresis and analyzed by Western blotting. 表8の試料4,5および9を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。The results are shown in Table 8. Samples 4, 5 and 9 in Table 8 were used for ChiAΔ4 synthesis reaction, subjected to polyacrylamide gel electrophoresis and analyzed by Western blotting. 表8の試料6および9を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。The results are shown in Table 8. Samples 6 and 9 in Table 8 were used for ChiAΔ4 synthesis reaction, subjected to polyacrylamide gel electrophoresis and analyzed by Western blotting. 表9の試料1〜7を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。It is the result of performing a synthesis reaction of ChiAΔ4 using samples 1 to 7 in Table 9, performing polyacrylamide gel electrophoresis, and analyzing by Western blotting. 表10の試料8と9を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。The results are shown in Table 10. Samples 8 and 9 in Table 10 were used for ChiAΔ4 synthesis reaction, subjected to polyacrylamide gel electrophoresis and analyzed by Western blotting. 表11の試料8を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。It is the result of performing a synthesis reaction of ChiAΔ4 using Sample 8 in Table 11, performing polyacrylamide gel electrophoresis, and analyzing by Western blotting. 表12の試料8を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。The results of ChiAΔ4 synthesis reaction using sample 8 in Table 12, polyacrylamide gel electrophoresis, and analysis by Western blotting. 表13の試料1〜4を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。It is the result of performing a synthesis reaction of ChiAΔ4 using samples 1 to 4 in Table 13, performing polyacrylamide gel electrophoresis, and analyzing by Western blotting. 「2.細胞抽出液の調製」に記載した各手順のうち、KOD1株の培養以後の各手順を番号付けしてまとめたプロトコールである。Among the procedures described in “2. Preparation of cell extract”, the protocol is a protocol summarizing each procedure after culturing the KOD1 strain. 表14の試料1〜5を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。It is the result of performing a synthetic reaction of ChiAΔ4 using samples 1 to 5 in Table 14, performing polyacrylamide gel electrophoresis, and analyzing by Western blotting. 表15の試料1〜4を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。It is the result of performing a synthesis reaction of ChiAΔ4 using samples 1 to 4 in Table 15, performing polyacrylamide gel electrophoresis, and analyzing by Western blotting. 表18の試料1〜4を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。It is the result of performing a synthesis reaction of ChiAΔ4 using samples 1 to 4 in Table 18, performing polyacrylamide gel electrophoresis, and analyzing by Western blotting. 表20の試料1,2を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。It is the result of performing a synthesis reaction of ChiAΔ4 using samples 1 and 2 in Table 20, performing polyacrylamide gel electrophoresis, and analyzing by Western blotting. S30FP-1G の調製用プロトコールである。This is a protocol for the preparation of S30FP-1G. 表21の試料1〜5を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。It is the result of performing a synthetic reaction of ChiAΔ4 using samples 1 to 5 in Table 21, performing polyacrylamide gel electrophoresis, and analyzing by Western blotting. 表22の試料6〜10を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。It is the result of performing a synthesis reaction of ChiAΔ4 using samples 6 to 10 in Table 22, performing polyacrylamide gel electrophoresis, and analyzing by Western blotting. 表23の試料1〜5を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。It is the result of performing a synthesis reaction of ChiAΔ4 using samples 1 to 5 in Table 23, performing polyacrylamide gel electrophoresis, and analyzing by Western blotting. 表24の試料1〜4を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。It is the result of performing a synthesis reaction of ChiAΔ4 using samples 1 to 4 in Table 24, performing polyacrylamide gel electrophoresis, and analyzing by Western blotting. 表25の試料1〜6を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。It is the result of performing a synthesis reaction of ChiAΔ4 using samples 1 to 6 in Table 25, polyacrylamide gel electrophoresis, and analyzing by Western blotting. 表27の試料1〜4を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。It is the result of performing a synthesis reaction of ChiAΔ4 using samples 1 to 4 in Table 27, performing polyacrylamide gel electrophoresis, and analyzing by Western blotting. 反応液中のPEP濃度と合成されたChiAΔ4 濃度との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the PEP density | concentration in a reaction liquid, and the synthesis | combination ChiA (DELTA) 4 density | concentration. 表28の試料1〜11を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。It is the result of performing a synthetic reaction of ChiAΔ4 using samples 1 to 11 in Table 28, performing polyacrylamide gel electrophoresis, and analyzing by Western blotting. 反応液中のMg2+濃度と合成されたChiAΔ4 濃度との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between Mg2 + density | concentration in a reaction liquid, and the density | concentration of ChiA (DELTA) 4 synthesize | combined. 表29の試料1〜6を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。It is the result of performing a synthesis reaction of ChiAΔ4 using samples 1 to 6 in Table 29, performing polyacrylamide gel electrophoresis, and analyzing by Western blotting. 反応液中のNH 濃度と合成されたChiAΔ4 濃度との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between NH4 + density | concentration in a reaction liquid and the density | concentration of ChiA (DELTA) 4 synthesize | combined. 表30の試料1〜8を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。It is the result of performing a synthesis reaction of ChiAΔ4 using samples 1 to 8 in Table 30, performing polyacrylamide gel electrophoresis, and analyzing by Western blotting. 反応液中のアミノ酸濃度と合成されたChiAΔ4 濃度との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the amino acid density | concentration in a reaction liquid, and the synthesis | combination ChiA (DELTA) 4 density | concentration. 表31の試料1〜7を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。It is the result of performing a synthesis reaction of ChiAΔ4 using samples 1 to 7 in Table 31, performing polyacrylamide gel electrophoresis, and analyzing by Western blotting. 反応液中のポリエチレングリコール濃度と合成されたChiAΔ4 濃度との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the polyethyleneglycol density | concentration in a reaction liquid, and the synthesis | combination ChiA (DELTA) 4 density | concentration. 表32の試料1〜11を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、ウェスタンブロット法により分析した結果である。It is the result of performing a synthesis reaction of ChiAΔ4 using samples 1 to 11 in Table 32, polyacrylamide gel electrophoresis, and analyzing by Western blotting. 反応液中のK濃度と合成されたChiAΔ4 濃度との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between K + density | concentration in a reaction liquid, and the density | concentration of ChiA (DELTA) 4 synthesized. 表34の試料1〜5を用いてChiAΔ4の合成反応を行ない、合成反応終了後におけるChiAΔ4の合成量を示す図である。It is a figure which performs the synthetic reaction of ChiA (DELTA) 4 using the samples 1-5 of Table 34, and shows the synthetic | combination amount of ChiA (DELTA) 4 after completion | finish of a synthetic reaction.

以下、本発明について詳細に説明する。本発明は、無細胞タンパク質翻訳系によりタンパク質を製造する方法であって、超好熱菌由来の細胞抽出液を含む無細胞タンパク質翻訳系中で、目的タンパク質をコードするmRNAの翻訳を高温条件下で行なわせてタンパク質を製造する方法である。また、本発明は、無細胞タンパク質転写・翻訳系によりタンパク質を製造する方法であって、超好熱菌由来の細胞抽出液を含む無細胞タンパク質転写・翻訳系中で、目的タンパク質をコードするDNA(プラスミド)の転写および翻訳を高温条件下で行なわせてタンパク質を製造する方法である。   Hereinafter, the present invention will be described in detail. The present invention relates to a method for producing a protein using a cell-free protein translation system, and in a cell-free protein translation system containing a cell extract derived from a hyperthermophilic bacterium, translation of mRNA encoding the target protein is performed under high temperature conditions. To produce a protein. The present invention also relates to a method for producing a protein using a cell-free protein transcription / translation system, which comprises a DNA encoding a target protein in a cell-free protein transcription / translation system containing a cell extract derived from a hyperthermophilic bacterium. This is a method for producing a protein by performing transcription and translation of (plasmid) under high temperature conditions.

本発明において「高温条件」とは、通常の微生物の至適増殖温度よりも高い温度をいい、無細胞タンパク質翻訳系によりタンパク質を製造する場合には、40〜85℃、好ましくは55〜80℃、より好ましくは57〜78℃の温度範囲をいい、無細胞タンパク質転写・翻訳系によりタンパク質を製造する場合には、40〜85℃、好ましくは40〜80℃、より好ましくは40〜75℃の温度範囲をいう。   In the present invention, the “high temperature condition” means a temperature higher than the optimum growth temperature of a normal microorganism, and 40 to 85 ° C., preferably 55 to 80 ° C. when producing a protein by a cell-free protein translation system. More preferably, it refers to a temperature range of 57-78 ° C. When a protein is produced by a cell-free protein transcription / translation system, it is 40-85 ° C, preferably 40-80 ° C, more preferably 40-75 ° C. Refers to the temperature range.

「無細胞タンパク質翻訳系」とは、生細胞由来の細胞抽出液と、目的タンパク質をコードするmRNA(該mRNAは前記細胞抽出液由来のものではなく、別途作製したもの)との共存下で、該mRNAの翻訳を介して該タンパク質を合成する系をいう。「無細胞タンパク質転写・翻訳系」とは、生細胞由来の細胞抽出液と、目的タンパク質をコードするDNA(該DNAは前記細胞抽出液由来のものではなく、別途作製したもの)との共存下で、該DNAを鋳型として転写および翻訳を介して、該タンパク質を合成する系をいう。以下の説明では、無細胞タンパク質翻訳系と無細胞タンパク質転写・翻訳系を特に区別しない場合、まとめて「無細胞タンパク質合成系」という。   The “cell-free protein translation system” means a coexistence of a cell extract derived from a living cell and an mRNA encoding the target protein (the mRNA is not derived from the cell extract but separately prepared) A system that synthesizes the protein through translation of the mRNA. “Cell-free protein transcription / translation system” refers to the coexistence of a cell extract derived from a living cell and a DNA encoding the target protein (the DNA is not derived from the cell extract but prepared separately). A system for synthesizing the protein through transcription and translation using the DNA as a template. In the following description, a cell-free protein translation system and a cell-free protein transcription / translation system are collectively referred to as a “cell-free protein synthesis system” unless otherwise distinguished.

本発明において使用される「超好熱菌」とは、60℃以上、好ましくは90℃以上で生育する好熱細菌または好熱始原菌をいう。本発明に適用可能な超好熱菌は前記定義に該当する限り特に限定されない。現在100種類以上の超好熱菌が分離・同定されており、これらはいずれも本発明に適用することができる。かかる超好熱菌としては、例えば、Aquifex pyrophilus,Geothermobacterium ferrireducens,Thermotoga maritima,Thermotoga neopolitana,Thermotoga petrophila,Thermotoga naphtophila,Acidianus infernus,Aeropyrum pernix,Archaeoglobus fulgidus,Archaeoglobus profundus,Caldivirga maquilingensis,Desulfurococcus amylolyticus,Desulfurococcus mobilis,Desulfurococcus mucosus,Ferroglobus placidus,Geoglobus ahangari,Hyperthermus butylicus,Ignicoccus islandicus,Ignicoccus pacificus,Methanococcus jannaschii,Methanococcus fervens,Methanococcus igneus,Methanococcus infernus,Methanopyrus kandleri,Methanothermus fervidus,Methanothermus sociabilis,Palaeococcus ferrophilus,Pyrobaculum aerophilum,Pyrobaculum calidifontis,Pyrobaculum islandicum,Pyrobaculum oguniense,Pyrococcus furiosus,Pyrococcus abyssi,Pyrococcus horikoshii,Pyrococcus woesei,Pyrodictium abyssi,Pyrodictium brockii,Pyrodictium occultum,Pyrolobus fumarii,Staphylothermus marinus,Stetteria hydrogenophila,Sulfolobus solfataricus,Sulfolobus shibatae,Sulfolobus tokodaii,Sulfophobococcus zilligii,Sulfurisphaera ohwakuensis,Thermococcus kodakaraensis,Thermococcus celer,Thermococcus litoralis,Thermodiscus maritimus,Thermofilum pendens,Thermoproteus tenax,Thermoproteus neutrophilus,Thermosphaera aggregans,Vulcanisaeta distributa,Vulcanisaeta souniana,Acidianus ambivalens,Acidianus brierleyi,Acidianus convivator,Acidianus manzaensis,Acidianus pozzuoliensis,Acidianus tengchongenses,Metallosphaera hakonensis,Metallosphaera prunae,Metallosphaera sedula,Stygiolobus azoricus,Sulfolobus acidocaldarius,Sulfolobus islandicus,Sulfolobus metallicus,Sulfolobus neozealandicus,Sulfolobus tengchongensis,Sulfolobus thuringiensis,Sulfolobus yangmingensis,Sulfurisphaera ohwakuensis,Caldisphaera lagunensis,Acidilobus aceticus,Caldivirga maquilingensis,Thermocladium modestius,Methanothermobacter thermautotrophicus,Methanothermobacter defluvii,Methanothermobacter marburgensis,Methanothermobacter thermoflexus,Methanothermobacter thermophilus,Methanothermobacter wolfeii,Methanothermococcus okinawensis,Methanothermococcus thermolithotrophicus,Picrophilus oshimae,Picrophilus torridus,Thermoplasma acidophilum,Thermoplasma volcanium,Halobacterium salinarium,Chlorobium tepidum,Chloroflexus aurantiacus,Heliothrix oregonensis,Thermomicrobium roseum,Ammonifex degensii,Anaerobranca gottschalkii,Bacillus thermooleovorans,Bacillus caldevelox,Bacillus thermoglucosidasius,Bacillus thermantarcticus,Bacillus thermoalkalophilus,Bacillus thermoamyloliquefaciens,Bacillus thermoamylovorans,Bacillus thermocloaceae,Bacillus thermoproteolyticus,Bacillus thermoterrestris,Bacillus thermozeamaize,Caldicellulosiruptor saccharolyticus,Carboxydothermus hydrogenoformans,Clostridium acetobutylicum,Clostridium caminithermale,Clostridium cellulose,Clostridium isatidis,Clostridium stercorarium,Clostridium straminisolvens,Clostridium thermoalcaliphilum,Clostridium thermobutyricum,Clostridium thermocellum,Clostridium thermopalmarium,Clostridium thermosuccinogenes,Coprothermobacter proteolyticus,Geobacillus kaustophilus,Geobacillus thermocatenulatus,Geobacillus thermodenitrificans,Geobacillus thermoglucosidasius,Geobacillus stearothermophilus,Geobacillus thermoleovorans,Heliobacterium modesticaldum,Moorella thermoacetica,Thermoanaerobacter acetoethylicus,Thermoanaerobacter brockii,Thermoanaerobacter ethanolicus,Thermoanaerobacter italicus,Thermoanaerobacter keratinophilus,Thermoanaerobacter kivui,Thermoanaerobacter mathranii,Thermoanaerobacter siderophilus,Thermoanaerobacter subterraneus,Thermoanaerobacter sulfurigignens,Thermoanaerobacter sulfurophilus,Thermoanaerobacter tengcongensis,Thermoanaerobacter thermocopriae,Thermoanaerobacter thermohydrosulfuricus,Thermoanaerobacter wiegelii,Thermoanaerobacter yonseiensis,Thermoanaerobacterium aotearoense,Thermoanaerobacterium bryantii,Thermoanaerobacterium polysaccharolyticum,Thermoanaerobacterium saccharolyticum,Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum,Thermoanaerobacterium thermosulfurigenes,Thermoanaerobacterium xylanolyticum,Thermoanaerobacterium zeae,Thermovenabulum ferriorganovorum,Methylococcus capsulatus,Symbiobacterium thermophilum,Acidothermus cellulolyticus,Rubrobacter xylanophilus,Rubrobacter radiotolerans,Thermobifida fusca,Thermosynechococcus elongatus,Thermus antranikianii,Thermus aquaticus,Thermus brockianus,Thermus caldophilus,Thermus filiformis,Thermus igniterrae,Thermus kawarayensis,Thermus nonproteolyticus,Thermus oshimai,Thermus rehai,Thermus scotoductus,Thermus thermophilus,Deinococcus geothermalis,Persephonella marina,Sulfurihydrogenibium azorense,Dictyoglomus thermophilum,Thermodesulfobacterium commune,Thermodesulfovibrio yellowstoniiなどが挙げられる(例えば、跡見晴幸ら,生化学,第75巻,第7号,pp.561-575,2003を参照)。   The term “hyperthermophilic bacterium” used in the present invention refers to a thermophilic bacterium or thermophilic progenitor that grows at 60 ° C. or higher, preferably 90 ° C. or higher. The hyperthermophilic bacterium applicable to the present invention is not particularly limited as long as it meets the above definition. Currently, more than 100 types of hyperthermophilic bacteria have been isolated and identified, and any of these can be applied to the present invention. Such hyperthermophilic bacteria include, for example, Aquifex pyrophilus, Geothermobacterium ferrireducens, Thermotoga maritima, Thermotoga neopolitana, Thermotoga petrophila, Thermotoga naphtophila, Acidianus infernus, Aeropyrum pernix, Archaeoglous lucidus, Archaeoglousus mucosus, Ferroglobus placidus, Geoglobus ahangari, Hyperthermus butylicus, Ignicoccus islandicus, Ignicoccus pacificus, Methanococcus jannaschii, Methanococcus fervens, Methanococcus igneus, Methanococcus infernus, Methanopyrus kandleri, Methanothermus fervidus, Methanothermus sociabilis, Palaeococcus ferrophilus, Pyrobaculum aerophilum, Pyrobaculum calidifontis, Pyrobaculum islandicum, Pyrobaculum oguniense, Pyrococcus furiosus, Pyrococcus abyssi, Pyrococcus horikoshii, Pyrococcus woesei, Pyrodictium abyssi, Pyrodictium brockii, Pyrodictium occultum, Pyrolobus fumarii, Staph ylothermus marinus, Stetteria hydrogenophila, Sulfolobus solfataricus, Sulfolobus shibatae, Sulfolobus tokodaii, Sulfophobococcus zilligii, Sulfurisphaera ohwakuensis, Thermococcus kodakaraensis, Thermococcus celer, Thermococcus litoralis, Thermodiscus maritimus, Thermofilum pendens, Thermoproteus tenax, Thermoproteus neutrophilus, Thermosphaera aggregans, Vulcanisaeta distributa, Vulcanisaeta souniana , Acidianus ambivalens, Acidianus brierleyi, Acidianus convivator, Acidianus manzaensis, Acidianus pozzuoliensis, Acidianus tengchongenses, Metallosphaera hakonensis, Metallosphaera prunae, Metallosphaera sedula, Stygiolobus azoricus, Sulfolobus acidocaldarius, Sulfolobus islandicus, Sulfolobus metallicus, Sulfolobus neozealandicus, Sulfolobus tengchongensis, Sulfolobus thuringiensis, Sulfolobus yangmingensis, Sulfurisphaera ohwakuensis, Caldisphaera lagunensis, Acidilobus aceticus, Caldivirga maquilingensis, Thermocoladium modestius, Methanothermobac ter thermautotrophicus, Methanothermobacter defluvii, Methanothermobacter marburgensis, Methanothermobacter thermoflexus, Methanothermobacter thermophilus, Methanothermobacter wolfeii, Methanothermococcus okinawensis, Methanothermococcus thermolithotrophicus, Picrophilus oshimae, Picrophilus torridus, Thermoplasma acidophilum, Thermoplasma volcanium, Halobacterium salinarium, Chlorobium tepidum, Chloroflexus aurantiacus, Heliothrix oregonensis, Thermomicrobium roseum , Ammonifex degensii, Anaerobranca gottschalkii, Bacillus thermooleovorans, Bacillus caldevelox, Bacillus thermoglucosidasius, Bacillus thermantarcticus, Bacillus thermoalkalophilus, Bacillus thermoamyloliquefaciens, Bacillus thermoamylovorans, Bacillus thermocloaceae, Bacillus thermoproteolyticus, Bacillus thermoterrestris, Bacillus thermozeamaize, Caldicellulosiruptor saccharolyticus, Carboxydothermus hydrogenoformans, Clostridium acetobutylicum, Clostridium caminithermale, Clostridium ce llulose, Clostridium isatidis, Clostridium stercorarium, Clostridium straminisolvens, Clostridium thermoalcaliphilum, Clostridium thermobutyricum, Clostridium thermocellum, Clostridium thermopalmarium, Clostridium thermosuccinogenes, Coprothermobacter proteolyticus, Geobacillus kaustophilus, Geobacillus thermocatenulatus, Geobacillus thermodenitrificans, Geobacillus thermoglucosidasius, Geobacillus stearothermophilus, Geobacillus thermoleovorans, Heliobacterium modesticaldum, Moorella thermoacetica, Thermoanaerobacter acetoethylicus, Thermoanaerobacter brockii, Thermoanaerobacter ethanolicus, Thermoanaerobacter italicus, Thermoanaerobacter keratinophilus, Thermoanaerobacter kivui, Thermoanaerobacter mathranii, Thermoanaerobacter siderophilus, Thermoanaerobacter subterraneus, Thermoanaerobacter sulfurigignens, Thermoanaerobacter sulfurophilus, Thermoanaerobacter tengcongensis, Thermoanaerobacter thermocopriae, Thermoanaerobacter thermohydrosulfuricus, The rmoanaerobacter wiegelii, Thermoanaerobacter yonseiensis, Thermoanaerobacterium aotearoense, Thermoanaerobacterium bryantii, Thermoanaerobacterium polysaccharolyticum, Thermoanaerobacterium saccharolyticum, Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum, Thermoanaerobacterium thermosulfurigenes, Thermoanaerobacterium xylanolyticum, Thermoanaerobacterium zeae, Thermovenabulum ferriorganovorum, Methylococcus capsulatus, Symbiobacterium thermophilum, Acidothermus cellulolyticus, Rubrobacter xylanophilus, Rubrobacter radiotolerans, Thermobifida fusca , Thermosynechococcus elongatus, Thermus antranikianii, Thermus aquaticus, Thermus brockianus, Thermus caldophilus, Thermus filiformis, Thermus igniterrae, Thermus kawarayensis, Thermus nonproteolyticus, Thermus oshimai, Themusus reoshir, Thermus reoshir thermophilum 、 Thermodesulfobacterium commune Such Thermodesulfovibrio yellowstonii the like (e.g., Atomi HareMiyukira, Biochemistry, Chapter 75, pp. No. 7, see pp.561-575,2003).

本発明では、上記の超好熱菌のうち、実施例においてThermococcus kodakaraensis KOD1 株(以下、必要に応じて「KOD1株」という)とAeropyrum pernix K1株が使用されている。KOD1株は、独立行政法人理化学研究所バイオリソースセンターに寄託されており、その受託番号は、JCM 12380である。また、Aeropyrum pernix K1株も独立行政法人理化学研究所バイオリソースセンターに寄託されており、その受託番号は、JCM 9820である。   In the present invention, among the hyperthermophilic bacteria described above, Thermococcus kodakaraensis KOD1 strain (hereinafter referred to as “KOD1 strain” as necessary) and Aeropyrum pernix K1 strain are used in the Examples. KOD1 stock has been deposited at the RIKEN BioResource Center, and its deposit number is JCM 12380. Aeropyrum pernix K1 strain is also deposited at the RIKEN BioResource Center, and its deposit number is JCM 9820.

本発明において製造し得るタンパク質は、超好熱菌に由来するタンパク質の他、非天然アミノ酸を導入したタンパク質、目的の変異を導入したタンパク質、複数のアミノ酸残基から構成される任意の分子量のペプチドも含む。超好熱菌由来のタンパク質は一般に耐熱性が高く、例えば、工業上の利用の点から、超好熱菌由来の耐熱性酵素などは本発明の目的に適したものといえる。   The protein that can be produced in the present invention is a protein derived from a hyperthermophilic bacterium, a protein introduced with an unnatural amino acid, a protein introduced with a target mutation, or a peptide having an arbitrary molecular weight composed of a plurality of amino acid residues. Including. Proteins derived from hyperthermophilic bacteria generally have high heat resistance. For example, from the viewpoint of industrial use, heat-resistant enzymes derived from hyperthermophilic bacteria are suitable for the purpose of the present invention.

細胞抽出液とは、リボソーム、tRNAなどのタンパク質合成に必要な成分を含む超好熱菌の抽出液をいう。この細胞抽出液は、Prattらの方法により調製することができる(Pratt,Transcription and Translation− a practical approach,Henes,B.D. and Higgins,S.J.ed.,pp.179-209,IRL Press,Oxford.,pp.179-209(1984))。具体的には、フレンチプレスによる破砕またはグラスビーズを用いた破砕などによって調製することができる。   The cell extract refers to a hyperthermophile extract containing components necessary for protein synthesis such as ribosome and tRNA. This cell extract can be prepared by the method of Pratt et al. (Pratt, Transcription and Translation-a practical approach, Henes, BD and Higgins, SJ ed., Pp.179-209, IRL. Press, Oxford., Pp.179-209 (1984)). Specifically, it can be prepared by crushing using a French press or crushing using glass beads.

無細胞タンパク質翻訳系には、上述した細胞抽出液の他に、目的タンパク質をコードするmRNA、ATP再生系、ATP,GTP,CTP,UTPなどのエネルギー源、緩衝液、塩類、アミノ酸、RNアーゼ阻害剤、tRNA、ジチオスレイトール(DTT),スペルミン,スペルミジン,ポリエチレングリコール(例えば、PEG8000など)などの安定剤、抗菌剤などを含むことができる。無細胞タンパク質転写・翻訳系には、上述した成分をベースとして、目的タンパク質をコードするmRNAに代えて目的タンパク質をコードするプラスミドを含み、さらにRNAポリメラーゼを含むことができる。ここで、本発明において目的タンパク質をコードするmRNAおよび目的タンパク質をコードするプラスミドは、前記細胞抽出液由来のものではなく、別途作製したものをいう。   For cell-free protein translation systems, in addition to the cell extract described above, mRNA encoding the target protein, ATP regeneration system, ATP, GTP, CTP, UTP and other energy sources, buffers, salts, amino acids, RNase inhibition Agents, tRNA, dithiothreitol (DTT), spermine, spermidine, stabilizers such as polyethylene glycol (eg, PEG8000), antibacterial agents and the like. The cell-free protein transcription / translation system includes a plasmid encoding the target protein instead of the mRNA encoding the target protein based on the above-described components, and can further include an RNA polymerase. Here, in the present invention, the mRNA encoding the target protein and the plasmid encoding the target protein are not derived from the cell extract but separately prepared.

ATP再生系は特に限定されず、公知のリン酸ドナーおよびキナーゼの組合わせを用いることができる。この組合わせとしては、例えば、ホスホエノールピルビン酸(PEP)とピルビン酸キナーゼ(PK)の組合わせ、クレアチンリン酸(CP)とクレアチンキナーゼ(CK)の組合わせ、アセチルリン酸(AP)とアセテートキナーゼ(AK)の組合わせなどが挙げられる。これらの組合わせからなるATP再生系を無細胞タンパク質合成系に添加すればよい。また、上記のキナーゼが細胞抽出液に内在する場合、上記のリン酸ドナーだけを無細胞タンパク質合成系に添加することもできる。   The ATP regeneration system is not particularly limited, and a known combination of a phosphate donor and a kinase can be used. Examples of this combination include phosphoenolpyruvate (PEP) and pyruvate kinase (PK), creatine phosphate (CP) and creatine kinase (CK), acetyl phosphate (AP) and acetate. A combination of kinase (AK) and the like can be mentioned. An ATP regeneration system comprising these combinations may be added to the cell-free protein synthesis system. In addition, when the above kinase is endogenous to the cell extract, only the above phosphate donor can be added to the cell-free protein synthesis system.

緩衝液としては、当該技術分野で公知の緩衝液を用いればよく、例えば、Tris−酢酸緩衝液、Tris−塩酸緩衝液、Hepes−KOHなどが挙げられる。塩類としては、当該技術分野で公知の塩類を用いればよく、例えば、酢酸塩(酢酸マグネシウム、酢酸アンモニウム、酢酸カリウムなど)、グルタミン酸塩などが挙げられる。抗菌剤としては、例えば、アジ化ナトリウム、アンピシリンなどが挙げられる。   As the buffer, a buffer known in the art may be used, and examples thereof include Tris-acetate buffer, Tris-hydrochloric acid buffer, Hepes-KOH, and the like. As salts, salts known in the art may be used, and examples thereof include acetates (magnesium acetate, ammonium acetate, potassium acetate, etc.), glutamates and the like. Examples of the antibacterial agent include sodium azide and ampicillin.

目的タンパク質をコードするプラスミドとしては、上流から順に、プロモーター、リボソーム結合配列(RBS)および目的タンパク質をコードする塩基配列を含むプラスミドが好適である。また、目的タンパク質をコードする塩基配列の下流には、転写反応を終結させるため、適当なターミネーターを導入してもよい。また、ターミネーターを導入しない場合は、あらかじめ適当な制限酵素で処理して切断断片としたものを用いてもよい(run off法)。本発明において使用し得るプラスミドは特に限定されず、公知のものが用いられ、公知の遺伝子工学的手法により、適当なプロモーターやRBS、その他必要に応じてターミネーターなどを適宜導入して用いることができる。 As the plasmid encoding the target protein, a plasmid containing a promoter, a ribosome binding sequence (RBS) and a base sequence encoding the target protein in order from the upstream is preferable. In addition, an appropriate terminator may be introduced downstream of the base sequence encoding the target protein in order to terminate the transcription reaction. When a terminator is not introduced, a fragment obtained by treating with a suitable restriction enzyme in advance may be used (run off method). The plasmid that can be used in the present invention is not particularly limited, and known plasmids can be used, and appropriate promoters, RBS, and other terminators can be appropriately introduced and used by known genetic engineering techniques. .

プロモーターとしては、上述した細胞抽出液の調製の際に用いる超好熱菌が有する内在性のプロモーターを用いてもよいし、外来性のプロモーターを用いてもよい。内在性のプロモーターとしては、用いる超好熱菌の染色体DNAにコードされる遺伝子産物が大量生産され得る強力なプロモーターを適宜選択すればよく特に限定されない。超好熱菌としてKOD1株を用いる場合は、例えば、耐熱性グルタミン酸デヒドロゲナーゼ(GDH)遺伝子の転写を制御するGDHプロモーターを用いることができる(R.N.Z.A.Rahman et al.,Mol Gen Genet.257.pp.338-449,(1998),特開2000-41680)。また、外来性のプロモーターを用いる場合は、上述した高温条件下で作用し得ることが必要とされるが、かかる条件を満たすプロモーターとしては、例えば、T7プロモーターが挙げられる。   As the promoter, an endogenous promoter possessed by the hyperthermophilic bacterium used in the preparation of the cell extract described above may be used, or an exogenous promoter may be used. The endogenous promoter is not particularly limited as long as a strong promoter capable of mass-producing the gene product encoded by the chromosomal DNA of the hyperthermophilic bacterium to be used is appropriately selected. When the KOD1 strain is used as a hyperthermophilic bacterium, for example, a GDH promoter that controls transcription of a thermostable glutamate dehydrogenase (GDH) gene can be used (RNZARahman et al., Mol Gen Genet. 257. pp.338). -449, (1998), JP 2000-41680). In addition, when an exogenous promoter is used, it is necessary to be able to act under the high temperature conditions described above. As a promoter satisfying such conditions, for example, the T7 promoter can be mentioned.

RBSとしては、上述した細胞抽出液の調製の際に用いる超好熱菌が有する内在性のRBSを適宜選択して用いることができる。本発明者らは、従来から、KOD1株に由来する数多くの遺伝子の単離および機能解析を行なっており、該遺伝子の開始コドンの上流配列を数多く比較した結果、KOD1株のRBSのコンセンサス配列は、5’−GG(T/A)G(A/G)(T/G)−3’(配列番号4)であると推定している。したがって、超好熱菌としてKOD1株を用いる場合は、配列番号4の塩基配列に基づいてRBSを適宜選択することができる。
後述する実施例では、上述した耐熱性グルタミン酸デヒドロゲナーゼ(GDH)遺伝子のRBS(5’−GGTGGT−3’,配列番号5)を使用している。
As RBS, endogenous RBS possessed by the hyperthermophilic bacterium used in the preparation of the cell extract described above can be appropriately selected and used. The inventors of the present invention have conventionally isolated and functionally analyzed many genes derived from the KOD1 strain, and as a result of comparing many upstream sequences of the start codon of the gene, the consensus sequence of the RBS of the KOD1 strain is , 5′-GG (T / A) G (A / G) (T / G) -3 ′ (SEQ ID NO: 4). Therefore, when using the KOD1 strain as a hyperthermophilic bacterium, RBS can be appropriately selected based on the base sequence of SEQ ID NO: 4.
In Examples described later, RBS (5′-GGTGGT-3 ′, SEQ ID NO: 5) of the above-mentioned thermostable glutamate dehydrogenase (GDH) gene is used.

目的タンパク質は、上述したように特に限定されないが、本発明における無細胞タンパク質合成系の挙動を知るためには、その特性が理解されているタンパク質をコードするレポーター遺伝子を標的遺伝子として発現させて、当該系の効率などを評価する必要がある。そこで、本発明者らは、後述する実施例において説明するように、KOD1株由来のキチナーゼ(配列番号1)に着目し、その部分欠失断片(ChiAΔ4,配列番号2)をコードする遺伝子をレポーター遺伝子として用いることにした。本発明者らは、従来から、KOD1株由来の数多くのタンパク質を単離してその機能解析を行なっており、そのうちキチナーゼについても単離および機能解析を行なっている(特開平11−313688号)。そして、本発明者らの検討によれば、配列番号1の910番目のGlyをMetに置換し、これをN末端として、その下流の911〜1215番目のアミノ酸残基からなる部分欠失断片(ChiAΔ4,配列番号2)は、100℃で3時間の熱処理後においても70%以上の残存活性を示すなど極めて高い熱安定性を有する。そこで、本発明では、上述した高温条件下でタンパク質の合成を行なうことを考慮して、レポーター遺伝子としてChiAΔ4をコードする遺伝子を選択して、合成されたChiAΔ4の分析を通じて無細胞タンパク質合成系の効率を検討することにした。   The target protein is not particularly limited as described above, but in order to know the behavior of the cell-free protein synthesis system in the present invention, a reporter gene encoding a protein whose characteristics are understood is expressed as a target gene, It is necessary to evaluate the efficiency of the system. Accordingly, as described in the Examples described later, the present inventors focused on chitinase derived from the KOD1 strain (SEQ ID NO: 1) and reported the gene encoding the partially deleted fragment (ChiAΔ4, SEQ ID NO: 2) as a reporter. I decided to use it as a gene. The inventors of the present invention have conventionally isolated a large number of proteins derived from the KOD1 strain and analyzed their functions, of which chitinase has also been isolated and analyzed (Japanese Patent Laid-Open No. 11-313688). According to the study by the present inventors, the 910th Gly of SEQ ID NO: 1 is substituted with Met, and this is used as the N-terminus, and a partial deletion fragment consisting of the 911-1115th amino acid residues downstream thereof ( ChiAΔ4, SEQ ID NO: 2) has extremely high thermal stability, such as a residual activity of 70% or more even after heat treatment at 100 ° C. for 3 hours. Therefore, in the present invention, in consideration of performing protein synthesis under the high-temperature conditions described above, a gene encoding ChiAΔ4 is selected as a reporter gene, and the efficiency of the cell-free protein synthesis system is analyzed through analysis of the synthesized ChiAΔ4. Decided to consider.

ターミネーターとしては、上述した細胞抽出液の調製の際に用いる超好熱菌が有する内在性のターミネーターを用いてもよいし、外来性の公知のターミネーターを用いてもよい。外来性のターミネーターを用いる場合は、使用するプロモーターとの組合わせを考慮して適宜選択することができる。例えば、外来性のプロモーターとしてT7プロモーターを用いる場合、外来性のターミネーターとしてT7ターミネーターを選択することができる。   As the terminator, an endogenous terminator possessed by the hyperthermophilic bacterium used in the preparation of the cell extract described above may be used, or an exogenous known terminator may be used. When an exogenous terminator is used, it can be appropriately selected in consideration of the combination with the promoter used. For example, when a T7 promoter is used as an exogenous promoter, a T7 terminator can be selected as an exogenous terminator.

目的タンパク質をコードするmRNAとしては、目的タンパク質をコードする塩基配列の上流にリボソーム結合配列(RBS)を有するmRNAが好適である。ここで、目的タンパク質をコードする塩基配列およびリボソーム結合配列については、上述した目的タンパク質をコードするプラスミドと同様の基準で適宜選択することができる。本発明で用いるmRNAは、例えば、まず、上述したプラスミドを作製し、その後該プラスミドを転写させることにより容易に作製することができる。   As the mRNA encoding the target protein, mRNA having a ribosome binding sequence (RBS) upstream of the base sequence encoding the target protein is suitable. Here, the base sequence encoding the target protein and the ribosome binding sequence can be appropriately selected according to the same criteria as the plasmid encoding the target protein described above. The mRNA used in the present invention can be easily prepared, for example, by first preparing the plasmid described above and then transcribe the plasmid.

RNAポリメラーゼとしては、高温条件下で至適温度を有するものが好適である。ここで、「高温条件」とは、40℃以上、好ましくは50℃以上、更に好ましくは60℃以上をいう。上記特性を示すRNAポリメラーゼとしては、上述した細胞抽出液の調製の際に用いる超好熱菌由来のRNAポリメラーゼを用いてもよいし、外来性のRNAポリメラーゼを用いてもよい。RNAポリメラーゼは、上述したプロモーターとの組合わせを考慮して適宜選択すればよく、例えば、プロモーターとしてT7プロモーターを用いる場合は、RNAポリメラーゼとしてT7RNAポリメラーゼ(例えば、Thermo T7 RNA Polymerase,東洋紡績社)を選択することができる。   As the RNA polymerase, those having an optimum temperature under high temperature conditions are suitable. Here, “high temperature condition” means 40 ° C. or higher, preferably 50 ° C. or higher, more preferably 60 ° C. or higher. As the RNA polymerase exhibiting the above characteristics, an RNA polymerase derived from a hyperthermophile used in the preparation of the cell extract described above may be used, or an exogenous RNA polymerase may be used. The RNA polymerase may be appropriately selected in consideration of the combination with the promoter described above. For example, when a T7 promoter is used as the promoter, T7 RNA polymerase (for example, Thermo T7 RNA Polymerase, Toyobo Co., Ltd.) is used as the RNA polymerase. You can choose.

無細胞タンパク質翻訳系によりタンパク質を製造する場合、超好熱菌由来の細胞抽出液の他に上述したように種々の成分を添加して反応液を調製することができる。そして、該成分のうち、細胞抽出液、目的タンパク質をコードするmRNA、Mg2+および20種のアミノ酸が反応液中に含まれていれば目的タンパク質を製造することができる。また、上記成分に加えてNH 、K、ポリエチレングリコール、ATP再生系およびエネルギー源のうち、少なくとも1種以上の成分が反応液中に含まれていれば、目的タンパク質の発現量を増加させることができる。上記各成分の濃度は、用いる細胞抽出液、反応温度、反応時間、反応スケールなどに応じて適宜設定することができる。When a protein is produced by a cell-free protein translation system, a reaction solution can be prepared by adding various components as described above in addition to a cell extract derived from a hyperthermophilic bacterium. If the cell extract, mRNA encoding the target protein, Mg 2+ and 20 kinds of amino acids are contained in the reaction solution, the target protein can be produced. In addition to the above components, if the reaction solution contains at least one of NH 4 + , K + , polyethylene glycol, ATP regeneration system and energy source, the expression level of the target protein is increased. Can be made. The concentration of each component can be appropriately set according to the cell extract to be used, reaction temperature, reaction time, reaction scale, and the like.

また、無細胞タンパク質翻訳系を用いて目的タンパク質の発現量を増加させるには、それに適した細胞抽出液を調製することが好ましい。ここで、超好熱菌由来の細胞抽出液は、菌体を培養する工程、培養した菌体を人工海水に懸濁する工程、該菌体懸濁液の破砕工程、破砕後のライセートに表1に記載のPre-incubation mixを添加してインキュベーションを行なう工程(以下、該工程を「プレインキュベーション」という場合がある)及びその後の透析工程等を含み、大腸菌由来の細胞抽出液と概ね同様の方法で調製することができる。本発明では、上記の工程のうち、菌体の破砕手段としてフレンチプレスを用いる場合、菌体の破砕が効率よく行なわれる限りにおいては、プレス時の圧力をできるだけ小さくすること、プレス回数をできるだけ少なくすること、または菌体の懸濁液としてできるだけ浸透圧の低い低張液を用いることが好ましい。また、破砕後のライセートにはプレインキュベーションおよび透析をしない方が好ましい。本発明では、上記好ましいとされる工程のうち、1ないし複数の工程を採用することにより、目的タンパク質の発現量を増加させるのに適した細胞抽出液を調製することができる。   Moreover, in order to increase the expression level of the target protein using a cell-free protein translation system, it is preferable to prepare a cell extract suitable for it. Here, the cell extract derived from hyperthermophilic bacteria is displayed in the step of culturing the cells, the step of suspending the cultured cells in artificial seawater, the step of crushing the cell suspension, and the lysate after crushing. Including the step of adding the pre-incubation mix according to 1 (hereinafter referred to as “preincubation”) and the subsequent dialysis step, etc., and substantially the same as the cell extract derived from E. coli. Can be prepared by the method. In the present invention, among the above steps, when a French press is used as a means for crushing bacterial cells, as long as the bacterial cells are efficiently disrupted, the pressure during pressing is minimized and the number of times of pressing is minimized. It is preferable to use a hypotonic solution having a osmotic pressure as low as possible as a suspension of bacterial cells. Moreover, it is preferable not to preincubate or dialyze the lysate after crushing. In the present invention, a cell extract suitable for increasing the expression level of the target protein can be prepared by adopting one or more of the preferred steps.

具体的には、例えば、KOD1株由来の細胞抽出液を調製するにあたり培養後の菌体の破砕手段としてフレンチプレスを用いる場合、プレス時の圧力は7,000〜8,000p.s.iが好ましく、プレス回数は1回が好ましく、菌体の懸濁液は後記「2.細胞抽出液の調製」に記載のS30バッファーが好ましく、破砕後のライセートにはプレインキュベーションおよび透析をしない方が好ましい。そして、上記好ましい実施態様でKOD1株由来の細胞抽出液を調製した場合、目的タンパク質をバッチ式で6μg/ml以上製造することができる。   Specifically, for example, when a French press is used as a means for disrupting cells after culturing in preparing a cell extract derived from the KOD1 strain, the pressure during pressing is preferably 7,000 to 8,000 p.si, The number of presses is preferably 1, and the cell suspension is preferably the S30 buffer described later in “2. Preparation of cell extract”, and the pre-incubation and dialysis are preferably not performed on the lysate after disruption. When the cell extract derived from the KOD1 strain is prepared in the preferred embodiment, the target protein can be produced in a batch of 6 μg / ml or more.

さらに、本発明では上述した各種の添加成分のうち、1ないし複数の成分濃度を好適化した反応液を用いることにより、目的タンパク質の発現量をさらに増加させることができる。具体的には、Mg2+の好適濃度は0.5〜6mMであり、さらに好ましくは2〜4mMである。Kの好適濃度は100〜450mMであり、さらに好ましくは170〜350mMである。NH4+の好適濃度は50〜120mMであり、さらに好ましくは65〜100mMである。20種のアミノ酸の好適濃度は1〜7mMであり、さらに好ましくは2〜7mMである。ホスホエノールピルビン酸の好適濃度は2.5〜25mMであり、さらに好ましくは5〜20mMである。ポリエチレングリコールの好適濃度は0〜2.5%(w/v)である。なお、上記各成分の濃度は反応液中の最終濃度である。Furthermore, in the present invention, the expression level of the target protein can be further increased by using a reaction solution in which one to a plurality of component concentrations are optimized among the various additive components described above. Specifically, a suitable concentration of Mg 2+ is 0.5 to 6 mM, and more preferably 2 to 4 mM. A suitable concentration of K + is 100 to 450 mM, more preferably 170 to 350 mM. A suitable concentration of NH 4+ is 50 to 120 mM, more preferably 65 to 100 mM. The preferred concentration of the 20 amino acids is 1-7 mM, more preferably 2-7 mM. The preferred concentration of phosphoenolpyruvate is 2.5-25 mM, more preferably 5-20 mM. The preferred concentration of polyethylene glycol is 0-2.5% (w / v). In addition, the density | concentration of each said component is a final density | concentration in a reaction liquid.

そして、本発明では、上述したように、目的タンパク質の発現量を増加させるのに好ましい実施態様でKOD1株由来の細胞抽出液を調製し、かつ上記各成分を好適濃度に設定した場合、目的タンパク質を60μg/ml以上製造することができる。   In the present invention, as described above, when a cell extract derived from the KOD1 strain is prepared in a preferred embodiment for increasing the expression level of the target protein, and the above components are set to suitable concentrations, the target protein 60 μg / ml or more can be produced.

無細胞タンパク質転写・翻訳系によりタンパク質を製造する場合、超好熱菌由来の細胞抽出液の他に上述したように種々の成分を添加して反応液を調製することができる。そして、該成分のうち、細胞抽出液、目的タンパク質をコードするプラスミド、RNAポリメラーゼ、Mg2+および20種のアミノ酸が反応液中に含まれていれば目的タンパク質を製造することができる。また、上記成分に加えてNH 、K、ポリエチレングリコール、ATP再生系およびエネルギー源のうち、少なくとも1種以上の成分が反応液中に含まれていれば、目的タンパク質の発現量を増加させることができる。上記各成分の濃度は、用いる細胞抽出液、反応温度、反応時間、反応スケールなどに応じて適宜設定することができる。When a protein is produced by a cell-free protein transcription / translation system, a reaction solution can be prepared by adding various components as described above in addition to a cell extract derived from a hyperthermophilic bacterium. If the cell extract, plasmid encoding the target protein, RNA polymerase, Mg 2+ and 20 kinds of amino acids are contained in the reaction solution, the target protein can be produced. In addition to the above components, if the reaction solution contains at least one of NH 4 + , K + , polyethylene glycol, ATP regeneration system and energy source, the expression level of the target protein is increased. Can be made. The concentration of each component can be appropriately set according to the cell extract to be used, reaction temperature, reaction time, reaction scale, and the like.

無細胞タンパク質転写・翻訳系は、転写と翻訳を組合わせた反応であるので、目的タンパク質を効率的に発現させるには、転写反応と翻訳反応とで反応温度を分けて考え、各反応において当該反応に適した温度を設定することができる(以下、「第1の温度設定基準」という)。転写反応の温度設定は、反応液中のRNAポリメラーゼの至適温度に合わせて設定され得る。また、翻訳反応の温度設定は、翻訳反応が効率よく進行する温度、すなわち、上述した無細胞タンパク質翻訳系により目的タンパク質をコードするmRNAを用いてタンパク質を発現させたときに、該タンパク質が効率的に発現し得る温度(以下、かかる温度を「翻訳反応の至適温度」という)に合わせて設定され得る。ここで、転写反応と翻訳反応のそれぞれの至適温度は、目的タンパク質を最も効率的に発現し得る温度(以下、かかる温度を「最適温度」という)を含めて、ともに通常5〜15℃程度の温度幅を有する。したがって、転写反応と翻訳反応のそれぞれの至適温度が部分的に重複する場合には、転写反応と翻訳反応とで反応温度を同一に設定にして(すなわち、前記重複温度に設定して)目的タンパク質を発現させることもできる。   The cell-free protein transcription / translation system is a reaction that combines transcription and translation. Therefore, in order to efficiently express the target protein, consider the reaction temperature separately for the transcription reaction and the translation reaction. A temperature suitable for the reaction can be set (hereinafter referred to as “first temperature setting standard”). The temperature setting of the transcription reaction can be set according to the optimum temperature of the RNA polymerase in the reaction solution. In addition, the temperature of the translation reaction is set so that the protein is efficiently expressed by using the mRNA encoding the target protein by the above-described cell-free protein translation system. (Hereinafter, this temperature is referred to as “the optimum temperature for translation reaction”). Here, the optimum temperature for each of the transcription reaction and the translation reaction is usually about 5 to 15 ° C., including the temperature at which the target protein can be expressed most efficiently (hereinafter referred to as “optimum temperature”) Temperature range. Therefore, when the optimum temperatures of the transcription reaction and the translation reaction partially overlap, the reaction temperature is set to be the same between the transcription reaction and the translation reaction (that is, set to the overlap temperature). Proteins can also be expressed.

また、転写反応と翻訳反応とで反応温度を分けて考えることなく、転写反応と翻訳反応とで反応温度を同一に設定して目的タンパク質を発現させることもできる(以下、「第2の温度設定基準」という)。すなわち、各反応において当該反応に適した至適温度があり、かつ各反応の至適温度が重ならないときでも、各反応の至適温度の略中間温度を設定すれば、該温度で転写反応と翻訳反応を行なわせて目的タンパク質を発現させることができる。   In addition, the target protein can be expressed by setting the reaction temperature in the transcription reaction and the translation reaction to be the same without considering the reaction temperature separately in the transcription reaction and the translation reaction (hereinafter referred to as “second temperature setting”). Standard ”). That is, even when there is an optimum temperature suitable for the reaction in each reaction and the optimum temperature of each reaction does not overlap, if the intermediate temperature of the optimum temperature of each reaction is set, the transcription reaction can be performed at that temperature. The target protein can be expressed by performing a translation reaction.

現状入手し得る耐熱性のRNAポリメラーゼの至適温度は45〜50℃であり、超好熱菌(例えば、KOD1株)由来の細胞抽出液を用いた場合の無細胞タンパク質翻訳系の至適温度は60〜70℃である。このことから、本発明において無細胞タンパク質転写・翻訳系におけるタンパク質合成を効率よく進めるには、第1の温度設定基準に基づけば、転写温度を45〜50℃に設定するとともに、翻訳温度を60〜70℃に設定すればよい。また、第2の温度設定基準に基づけば、転写温度と翻訳温度をともに約50℃に設定すればよい。   The optimum temperature of thermostable RNA polymerase available at present is 45 to 50 ° C., and the optimum temperature of the cell-free protein translation system when using a cell extract derived from a hyperthermophilic bacterium (for example, KOD1 strain). Is 60-70 ° C. Therefore, in order to efficiently promote protein synthesis in the cell-free protein transcription / translation system in the present invention, the transcription temperature is set to 45 to 50 ° C. and the translation temperature is set to 60 based on the first temperature setting standard. What is necessary is just to set to -70 degreeC. Further, based on the second temperature setting standard, both the transfer temperature and the translation temperature may be set to about 50 ° C.

なお、無細胞タンパク質合成系によるタンパク質の合成は、上述した反応液を一つの容器中に混合して行なう公知のバッチ法を用いることができる。また、タンパク質の発現量を増やすには、前記無細胞タンパク質合成系に、アミノ酸、ATP、GTPなどの反応基質を限外ろ過膜を介して連続的に供給することによって反応を行なわせるなどの公知の連続法を用いてもよいし、あるいは濃縮した細胞抽出液を用いることもできる。   In addition, the synthesis | combination of the protein by a cell-free protein synthesis system can use the well-known batch method performed by mixing the reaction liquid mentioned above in one container. Further, in order to increase the expression level of the protein, a known method such as allowing the cell-free protein synthesis system to carry out the reaction by continuously supplying reaction substrates such as amino acids, ATP, and GTP through an ultrafiltration membrane, etc. The continuous method may be used, or a concentrated cell extract may be used.

本発明は、上述した本発明の方法により目的タンパク質を製造するためのキットをも包含する。該キットとしては、無細胞タンパク質翻訳系によりタンパク質を製造するためのキットおよび無細胞タンパク質転写・翻訳系によりタンパク質を製造するためのキットが含まれる。前者のキットは、少なくとも超好熱菌由来の細胞抽出液、目的タンパク質をコードするmRNA、Mg2+およびアミノ酸を含有する。後者のキットは、少なくとも超好熱菌由来の細胞抽出液、目的タンパク質をコードするプラスミド、RNAポリメラーゼ、Mg2+およびアミノ酸を含有する。さらに、これらの試薬はそれぞれ独立した形態で供してもよいし、あるいは2種以上組合わせた形態で供することもできる。The present invention also includes a kit for producing a target protein by the above-described method of the present invention. The kit includes a kit for producing a protein by a cell-free protein translation system and a kit for producing a protein by a cell-free protein transcription / translation system. The former kit contains at least a cell extract derived from a hyperthermophilic bacterium, mRNA encoding the target protein, Mg 2+ and an amino acid. The latter kit contains at least a cell extract derived from hyperthermophilic bacteria, a plasmid encoding a target protein, RNA polymerase, Mg 2+ and amino acids. Furthermore, these reagents may be provided in an independent form, or may be provided in a combined form of two or more.

本発明の方法により製造されたタンパク質の精製は、生細胞からの分離と比べて混在する汚染物質の量および種類が格段に少ないため、比較的容易に行なうことができる。精製法としては、例えば、ゲルろ過、イオン交換クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー、HPLC、電気泳動など従来公知のものを単独でまたは適宜組合わせて用いることができる。   Purification of the protein produced by the method of the present invention can be performed relatively easily because the amount and type of contaminants mixed in is significantly smaller than that of separation from living cells. As the purification method, for example, conventionally known methods such as gel filtration, ion exchange chromatography, affinity chromatography, HPLC, and electrophoresis can be used alone or in appropriate combination.

以下、本発明の実施例として、KOD1株由来の超耐熱性キチナーゼ(配列番号1)のうち、910番目のGlyをMetに置換し、これをN末端として、その下流の911〜1215番目のアミノ酸残基からなる部分欠失断片(ChiAΔ4,配列番号2)を目的タンパク質として、本発明の方法について検討した結果を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。   Hereinafter, as an example of the present invention, in the super thermostable chitinase (SEQ ID NO: 1) derived from the KOD1 strain, the 910th Gly is substituted with Met, and this is used as the N-terminal, and the 911 to 1115th amino acids downstream thereof The results of studying the method of the present invention using a partially deleted fragment consisting of residues (ChiAΔ4, SEQ ID NO: 2) as the target protein will be described in detail, but the present invention is not limited to these examples. .

1.ChiAΔ4をコードするプラスミドとmRNAの作製
無細胞タンパク質転写・翻訳系によりChiAΔ4を合成するため、ChiAΔ4をコードする遺伝子の上流にT7プロモーターとグルタミン酸脱水素酵素(GDH)のリボソーム結合配列(RBS)を組み込んだプラスミド(pTRC1)を作製した。また、無細胞タンパク質翻訳系によりChiAΔ4を合成するため、上記で得られた無細胞タンパク質転写・翻訳用プラスミド(pTRC1)を転写させて無細胞タンパク質翻訳用mRNA(ChiAΔ4mRNA )を作製した。
1. Construction of plasmid and mRNA encoding ChiAΔ4 In order to synthesize ChiAΔ4 using a cell-free protein transcription / translation system, the T7 promoter and glutamate dehydrogenase (GDH) ribosome binding sequence (RBS) are incorporated upstream of the gene encoding ChiAΔ4. A plasmid (pTRC1) was prepared. In addition, in order to synthesize ChiAΔ4 using a cell-free protein translation system, the cell-free protein transcription / translation plasmid (pTRC1) obtained above was transcribed to produce a cell-free protein translation mRNA (ChiAΔ4 mRNA).

1.1 T7プロモーターを組み込んだプラスミドの作製
プラスミドpUC118内に存在する制限酵素認識配列XbaIを除去した。具体的には、まずpUC118をXbaIで処理し、次いでBlunting Highキット(東洋紡績社)を用いて、使用説明書にしたがってXbaI切断断片を平滑化し、その後得られた平滑末端を結合させた。
1.1 Preparation of plasmid incorporating T7 promoter The restriction enzyme recognition sequence XbaI present in the plasmid pUC118 was removed. Specifically, pUC118 was first treated with XbaI, and then the XbaI-cleaved fragment was blunted using a Blunting High kit (Toyobo Co., Ltd.) according to the instruction manual, and then the blunt ends obtained were ligated.

つぎに、プラスミドpET-21a(Novagen社)をBglIIおよびEcoRIで二重消化して、T7プロモーターを含むDNA断片(配列番号3)を切り出した。そして、XbaIの認識配列が除去された前記pUC118をBamHIおよびEcoRIで二重消化し、T7プロモーターを含む前記DNA断片と結合させた。以下、得られたプラスミドを「pT」という。   Next, plasmid pET-21a (Novagen) was double-digested with BglII and EcoRI to excise a DNA fragment containing the T7 promoter (SEQ ID NO: 3). Then, the pUC118 from which the XbaI recognition sequence was removed was double-digested with BamHI and EcoRI and ligated with the DNA fragment containing the T7 promoter. Hereinafter, the obtained plasmid is referred to as “pT”.

1.2 RBSを含むDNA断片の作製
グルタミン酸脱水素酵素(GDH)のリボソーム結合配列(RBS)(配列番号5)を含むDNA断片を作製するため、以下のことを行なった。すなわち、XbaIの認識配列を含むオリゴDNA(5’−AAAATCTAGACGCAGATTACCGAAATGAGGT−3’,配列番号6)とNdeIの認識配列を含むオリゴDNA(5’−AAAACATATGTACCACCTCATTTCGGTAATCTGCG−3’,配列番号7)を合成して、それぞれのオリゴDNAをアニーリングし、前記RBSを含むDNA断片(配列番号8)を作製した。その後、このDNA断片をPCRにより増幅し、得られた増幅断片をXbaIおよびNdeIで二重消化した。以下、得られた切断断片(配列番号9)を「RBS断片」という。
1.2 Preparation of DNA fragment containing RBS To prepare a DNA fragment containing the ribosome binding sequence (RBS) (SEQ ID NO: 5) of glutamate dehydrogenase (GDH), the following was performed. That is, oligo DNA containing the recognition sequence for XbaI (5'-AAAA TCTAGA CGCAGATTACCGAAATGAGGT- 3 ', SEQ ID NO: 6) and oligo DNA comprising a recognition sequence for NdeI (5'-AAAA CATATG TACCACCTCATTTCGGTAATCTGCG- 3', SEQ ID NO: 7) Each oligo DNA was synthesized and annealed to prepare a DNA fragment (SEQ ID NO: 8) containing the RBS. Thereafter, this DNA fragment was amplified by PCR, and the obtained amplified fragment was double-digested with XbaI and NdeI. Hereinafter, the obtained cleaved fragment (SEQ ID NO: 9) is referred to as “RBS fragment”.

1.3 ChiAΔ4を含むDNA断片の作製
ChiAΔ4を含むDNA断片は、KOD1株の染色体DNAを鋳型として、後述する2種類のプライマーを用いてChiAΔ4遺伝子をPCRにより増幅させることにより作製した。以下では、まずKOD1株の染色体DNAの調製方法について説明する。
1.3 Preparation of DNA fragment containing ChiAΔ4
A DNA fragment containing ChiAΔ4 was prepared by amplifying the ChiAΔ4 gene by PCR using the chromosomal DNA of the KOD1 strain as a template and using two kinds of primers described later. Below, the preparation method of the chromosomal DNA of KOD1 strain is demonstrated first.

(KOD1株の染色体DNAの調製)
人工海水(1.6%NaCl、0.24%MgCl・6H0、0.48%MgSO・7H0、0.48%(NHSO、0.08%NaHCO、0.016%CaCl・2H0、0.04%KCl、0.0336%KHPO、0.004%NaBr、0.0016%SrCl・6H0、0.0008%Fe(NHH(C)、0.5%酵母エキス及び0.5%トリプトンからなる培地を2リットル容の培養ボトルに入れ、オートクレーブ(121℃、2atom、20分間)で滅菌処理を行なった。滅菌処理された前記培地に対して硫黄を0.1%添加し、この培地100mlにKOD1株を接種して培養を行なった。培養は85℃で約16時間嫌気的に行なった。培養終了後、培養液を8,000rpmで10分間遠心分離することにより菌体を回収した。回収した菌体から上清を除去した後、該菌体を前記人工海水に懸濁し、8,000rpmで10分間遠心分離する操作を2回繰り返して菌体を洗浄した。
(Preparation of chromosomal DNA of KOD1 strain)
Artificial seawater (1.6% NaCl, 0.24% MgCl 2 .6H 2 0, 0.48% MgSO 4 .7H 2 0, 0.48% (NH 4 ) 2 SO 4 , 0.08% NaHCO 3 , 0.016% CaCl 2 · 2H 2 0, 0.04% KCl, 0.0336% KH 2 PO 4 , 0.004% NaBr, 0.0016% SrCl 2 · 6H 2 0, 0.0008% Fe (NH 4 ) 2 H (C 6 H 5 0 7 ) 2 ), a medium consisting of 0.5% yeast extract and 0.5% tryptone is placed in a 2 liter culture bottle and autoclaved (121 ° C., 2 atoms, 20 minutes) And sterilized. 0.1% sulfur was added to the sterilized medium, and 100 ml of this medium was inoculated with the KOD1 strain and cultured. The culture was anaerobically performed at 85 ° C. for about 16 hours. After completion of the culture, the cells were collected by centrifuging the culture at 8,000 rpm for 10 minutes. After removing the supernatant from the collected cells, the cells were suspended in the artificial seawater and centrifuged at 8,000 rpm for 10 minutes twice to wash the cells.

洗浄後の菌体5gをTE緩衝液A(100mM Tris−HCl(pH8.0),10mM EDTA)1.6mlに懸濁し、この懸濁液に10%ドデシル硫酸ナトリウム20μlとプロテイナーゼK 20μlを添加し、55℃で1時間反応させた。次に、前記懸濁液に中性フェノールを1ml添加して10分間混合した。得られた混合液を20,000×gで10分間遠心分離した後、上層にある水層部分を取り出した。取り出した水層と等量(約1.5ml)のPCI(フェノール/クロロホルム/イソプロピルアルコール)(50:48:2 %(v/v))を添加して10分間混合し、得られた混合液を20,000×gで10分間遠心分離し、次いで上層にある水層部分を取り出した。取り出した水層にエタノール約3mlと3M 酢酸ナトリウム溶液150μlを添加し、−20℃で30分間静置した。そして、静置後の混合液を20,000×gで10分間遠心分離することにより核酸の沈殿を得た。 5 g of the washed cells are suspended in 1.6 ml of TE buffer A (100 mM Tris-HCl (pH 8.0), 10 mM EDTA), and 20 μl of 10% sodium dodecyl sulfate and 20 μl of proteinase K are added to the suspension. , Reacted at 55 ° C. for 1 hour. Next, 1 ml of neutral phenol was added to the suspension and mixed for 10 minutes. The obtained mixed solution was centrifuged at 20,000 × g for 10 minutes, and then the aqueous layer portion in the upper layer was taken out. An equivalent amount (about 1.5 ml) of PCI (phenol / chloroform / isopropyl alcohol) (50: 48: 2% (v / v)) was added to the extracted aqueous layer and mixed for 10 minutes, and the resulting mixture was obtained. Was centrifuged at 20,000 × g for 10 minutes, and then the aqueous layer portion in the upper layer was taken out. About 3 ml of ethanol and 150 μl of 3M sodium acetate solution were added to the removed aqueous layer, and the mixture was allowed to stand at −20 ° C. for 30 minutes. Then, the mixture after standing was centrifuged at 20,000 × g for 10 minutes to obtain a nucleic acid precipitate.

この沈殿に70%エタノールを5ml添加し、20,000×gで10分間遠心分離を行って核酸をリンスした。上清を除去後、沈殿を乾燥させ、該乾燥した沈殿にTE緩衝液B(10mM Tris−HCl(pH8.0),1mM EDTA)を400μl添加して核酸を溶解した。次に、得られた核酸溶液400μlにリボヌクレアーゼ(1mg/ml)を4μl添加し、37℃で1時間反応させた。反応終了後の核酸溶液に前記PCIを400μl添加して5分間混合した。この混合液を20,000×gで10分間遠心分離し、水層部分を取り出した。そして、前記PCIの添加、遠心分離、水層部分の取り出し操作を再度行なった。取り出した水層部分(約400μl)にエタノール約3mlと3M 酢酸ナトリウム溶液40μlを添加し、−20℃で30分間静置した。   To this precipitate, 5 ml of 70% ethanol was added, and the nucleic acid was rinsed by centrifuging at 20,000 × g for 10 minutes. After removing the supernatant, the precipitate was dried, and 400 μl of TE buffer B (10 mM Tris-HCl (pH 8.0), 1 mM EDTA) was added to the dried precipitate to dissolve the nucleic acid. Next, 4 μl of ribonuclease (1 mg / ml) was added to 400 μl of the obtained nucleic acid solution and reacted at 37 ° C. for 1 hour. 400 μl of the PCI was added to the nucleic acid solution after completion of the reaction and mixed for 5 minutes. This mixed solution was centrifuged at 20,000 × g for 10 minutes, and the aqueous layer portion was taken out. Then, the addition of PCI, centrifugation, and the operation of taking out the aqueous layer portion were performed again. About 3 ml of ethanol and 40 μl of 3M sodium acetate solution were added to the removed aqueous layer (about 400 μl), and the mixture was allowed to stand at −20 ° C. for 30 minutes.

静置処理した溶液を20,000×gで10分間遠心分離してDNAの沈殿を得た。この沈殿に70%エタノールを0.5ml添加し、次いで20,000×gで10分間遠心分離を行った。上清を除去した後、沈殿を乾燥させ、TE緩衝液B(10mM Tris−HCl(pH8.0),1mM EDTA)を200μl添加することにより染色体DNAを得た。   The solution subjected to the stationary treatment was centrifuged at 20,000 × g for 10 minutes to obtain a DNA precipitate. To this precipitate, 0.5 ml of 70% ethanol was added, followed by centrifugation at 20,000 × g for 10 minutes. After removing the supernatant, the precipitate was dried, and chromosomal DNA was obtained by adding 200 μl of TE buffer B (10 mM Tris-HCl (pH 8.0), 1 mM EDTA).

(ChiAΔ4 遺伝子の増幅)
NdeIの認識配列を含むプライマーChiA-Nd(5’−AAAACATATGCTTCCCGAGCACTTCTTCGCCC−3’,配列番号10)およびEcoRIの認識配列を含むプライマーChiA-T1(5’−AAAAGAATTCTCCAATTTCATTATGGAC−3’,配列番号11)を使用して、上記で得られた染色体DNAを鋳型としてPCRを行ない、ChiAΔ4遺伝子のDNA断片を増幅した。PCRは、上記で調製した染色体DNA(400ng)、各プライマー20pmol及びKOD-plus-DNAポリメラーゼ(東洋紡績社製)を含む50μlの反応液中で、まず94℃で180秒間反応させ、94℃で15秒間、63℃で30秒間および72℃で60秒間のサイクルを25回繰り返し、最後に72℃で300秒間反応させた。続いて、得られた増幅断片をNdeIおよびEcoRIで二重消化した。以下、得られた切断断片を「ChiAΔ4 断片」という。
(Amplification of ChiAΔ4 gene)
Primer ChiA-Nd (5′-AAAA CATATG CTTCCCGAGCACTTCTTCGCCC-3 ′, SEQ ID NO: 10) containing the recognition sequence of NdeI and primer ChiA-T1 (5′-AAAA GAATTC TCCAATTTCATTATGGAC-3 ′, SEQ ID NO: 11 containing the recognition sequence of EcoRI ), PCR was performed using the chromosomal DNA obtained above as a template to amplify the DNA fragment of the ChiAΔ4 gene. PCR was first reacted at 94 ° C. for 180 seconds in a 50 μl reaction solution containing the chromosomal DNA (400 ng) prepared above, 20 pmol of each primer and KOD-plus-DNA polymerase (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) at 94 ° C. The cycle of 15 seconds, 63 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 60 seconds was repeated 25 times, and finally the reaction was performed at 72 ° C. for 300 seconds. Subsequently, the obtained amplified fragment was double-digested with NdeI and EcoRI. Hereinafter, the obtained cleaved fragment is referred to as “ChiAΔ4 fragment”.

1.4 ChiAΔ4 をコードするプラスミド(pTRC1)の作製
上記で得られたプラスミドpTをXbaIおよびEcoRIで二重消化した。そして、得られた切断断片、上述したRBS断片およびChiAΔ4 断片をそれぞれ混合し、それぞれのDNA断片を結合することにより、ChiAΔ4 をコードするプラスミドpTRC1を作製した。得られたpTRC1の概略図を図1に示す。
1.4 Preparation of plasmid (pTRC1) encoding ChiAΔ4 The plasmid pT obtained above was double-digested with XbaI and EcoRI. Then, the obtained cleaved fragment, the above-described RBS fragment and ChiAΔ4 fragment were mixed, and the respective DNA fragments were combined to prepare plasmid pTRC1 encoding ChiAΔ4. A schematic diagram of the obtained pTRC1 is shown in FIG.

1.5 ChiAΔ4 をコードするmRNA(ChiAΔ4mRNA)の作製
上述したpTRC1をEcoRIで処理して、得られたEcoRI処理断片を鋳型としてT7 RNA合成キット(T7 RiboMAXTMExpress Large Scale RNA Production System(Promega社))を使用して、付属のプロトコールにしたがってpTRC1の転写産物であるChiAΔ4mRNA を作製した。ChiAΔmRNAの調製方法の概要を図1に示す。
The pTRC1 that produced the above-mentioned mRNA (ChiAΔ4mRNA) encoding 1.5 ChiAderuta4 was treated with EcoRI, T7 RNA synthesis kit obtained EcoRI-digested fragment as a template (T7 RiboMAX TM Express Large Scale RNA Production System (Promega Corp.)) and In use, ChiAΔ4 mRNA, a transcription product of pTRC1, was prepared according to the attached protocol. An outline of the preparation method of ChiAΔmRNA is shown in FIG.

2.細胞抽出液の調製
細胞抽出液は、KOD1株を培養し、得られた菌体を回収・洗浄し、Pre-incubation Mixを添加すること等により調製した。具体的には、前記の人工海水に0.5%ピルビン酸ナトリウムを添加した培地を3リットル容の培養ボトルに入れ、オートクレーブ(121℃、2atom、20分間)で滅菌処理を行なった。滅菌処理された前記培地に対してKOD1株を接種して培養を行なった。培養は85℃で約16時間嫌気的に行なった。
2. Preparation of cell extract The cell extract was prepared by culturing the KOD1 strain, collecting and washing the resulting cells, and adding Pre-incubation Mix. Specifically, a medium in which 0.5% sodium pyruvate was added to the artificial seawater was placed in a 3 liter culture bottle and sterilized by autoclaving (121 ° C., 2 atoms, 20 minutes). The sterilized medium was inoculated with KOD1 strain and cultured. The culture was anaerobically performed at 85 ° C. for about 16 hours.

培養終了後、得られた培養物を、4℃、6,000×gで10分間遠心分離を行なうことで菌体を集菌した。つぎに、集菌した菌体を上述した人工海水に懸濁し、4℃、6,000×gで5分間遠心分離を行なうことで菌体を洗浄した。そして、洗浄した菌体を人工海水に再度懸濁し、あらかじめ重量を測定しておいた遠沈管に移し、4℃、6,000×gで10分間遠心分離を行ない、上清を除去した後の菌体の重量を測定した(菌体量4.78g)。これ以降の操作は全てRNase-freeの条件で行なった。得られた菌体を1.27ml/gの人工海水で懸濁し、vortexで緩やかに混合した。そして、この懸濁液をフレンチプレスに移し、10,000p.s.i,3回の条件でプレスした。得られたライセートを遠心チューブに移し、該ライセート10mlあたり0.1MのDTTを100ml加えてから、4℃、30,000×gで30分間遠心分離した。上清を分取し、該分取した上清を4℃、30,000×gで30分間遠心分離した。そして、上清の80%を分取し、該分取した上清1mlあたり表1に示すPre-incubation Mixを0.3ml添加した。この混合物を37℃で80分間インキュベーションし、進行中のmRNAの翻訳を終了させた。インキュベーション終了後、前記混合物をS30バッファー(10mM Tris−酢酸(pH7.4),1.0mM DTT,14mM 酢酸マグネシウム,60mM 酢酸カリウム)で透析した(45分間、3回)。透析後の混合物を4,000×gで10分間遠心分離し、上清を分取し、これを本発明に使用する細胞抽出液とした(タンパク濃度:34mg/ml)。   After completion of the culture, the cells were collected by centrifuging the obtained culture at 4 ° C. and 6,000 × g for 10 minutes. Next, the collected cells were suspended in the artificial seawater described above, and the cells were washed by centrifuging at 4 ° C. and 6,000 × g for 5 minutes. The washed cells are resuspended in artificial seawater, transferred to a centrifuge tube whose weight has been measured in advance, centrifuged at 4 ° C., 6,000 × g for 10 minutes, and the supernatant is removed. The weight of the microbial cells was measured (the amount of microbial cells 4.78 g). All subsequent operations were performed under RNase-free conditions. The obtained cells were suspended in 1.27 ml / g artificial seawater and gently mixed with vortex. The suspension was transferred to a French press and pressed under 10,000 p.s.i, 3 conditions. The obtained lysate was transferred to a centrifuge tube, 100 ml of 0.1 M DTT was added per 10 ml of the lysate, and then centrifuged at 30,000 × g for 30 minutes at 4 ° C. The supernatant was collected, and the collected supernatant was centrifuged at 4 ° C. and 30,000 × g for 30 minutes. Then, 80% of the supernatant was collected, and 0.3 ml of Pre-incubation Mix shown in Table 1 was added per 1 ml of the collected supernatant. This mixture was incubated at 37 ° C. for 80 minutes to terminate ongoing mRNA translation. After incubation, the mixture was dialyzed against S30 buffer (10 mM Tris-acetic acid (pH 7.4), 1.0 mM DTT, 14 mM magnesium acetate, 60 mM potassium acetate) (3 times for 45 minutes). The mixture after dialysis was centrifuged at 4,000 × g for 10 minutes, and the supernatant was collected to obtain a cell extract used in the present invention (protein concentration: 34 mg / ml).

3.無細胞タンパク質合成反応およびその解析
後述する無細胞タンパク質合成反応は、上記細胞抽出液と後述する各種試薬を氷上にて混合して反応液を調製し、PCR装置を用いて反応温度を一定に保持することにより行なった。そして、所定時間経過後、反応液を氷上にて静置することにより合成反応を終了させ、反応結果を次に示すウェスタンブロット法により解析した。まず、無細胞タンパク質合成反応終了後の溶液をミリQ水を用いて30倍に希釈した。希釈後の溶液について、常法にしたがってSDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動を行なった(アクリルアミド濃度12.5%)。泳動終了後、ホライズブロット(アトー社)を用いてゲル中の試料をPVDF膜(Hybond−P、Amersham Biosciences社)に転写した。次に、このPVDF膜に、一次抗体として抗ウサギChiAΔ4抗体を加え、室温で1時間インキュベートした。ついで二次抗体としてHRP−rec−ProteinG(Zymed社)を加え、室温で1時間インキュベートした。そして、二次抗体をインキュベートしたPVDF膜に、ECL Advance Western Blot Detection Kit(Amersham Biosciences社)を使用して、使用説明書に記載の反応条件にしたがって化学発光を行なわせた。目的バンドはHyperfilm ECL(Amersham Biosciences社)を使用して検出した。なお、前記抗ウサギChiAΔ4抗体は、特開平11−313688号公報に記載の方法にしたがって得られた精製ChiAΔ4を抗原とし、ウサギを免疫動物として常法にしたがって作製したポリクローナル抗体である。
3. Cell-free protein synthesis reaction and its analysis The cell-free protein synthesis reaction described later is prepared by mixing the above cell extract and various reagents described later on ice to maintain a constant reaction temperature using a PCR device. It was done by doing. Then, after a predetermined time, the reaction solution was allowed to stand on ice to complete the synthesis reaction, and the reaction result was analyzed by the Western blot method shown below. First, the solution after completion of the cell-free protein synthesis reaction was diluted 30-fold with milliQ water. The diluted solution was subjected to SDS-polyacrylamide gel electrophoresis according to a conventional method (acrylamide concentration: 12.5%). After completion of the electrophoresis, the sample in the gel was transferred to a PVDF membrane (Hybond-P, Amersham Biosciences) using horizon blot (Ato). Next, an anti-rabbit ChiAΔ4 antibody was added as a primary antibody to the PVDF membrane and incubated at room temperature for 1 hour. Subsequently, HRP-rec-ProteinG (Zymed) was added as a secondary antibody and incubated at room temperature for 1 hour. Then, the PVDF membrane in which the secondary antibody was incubated was subjected to chemiluminescence according to the reaction conditions described in the instruction manual using ECL Advance Western Blot Detection Kit (Amersham Biosciences). The target band was detected using Hyperfilm ECL (Amersham Biosciences). The anti-rabbit ChiAΔ4 antibody is a polyclonal antibody prepared according to a conventional method using purified ChiAΔ4 obtained according to the method described in JP-A-11-313688 as an antigen and rabbit as an immunized animal.

4.無細胞タンパク質翻訳系
4.1 ChiAΔ4mRNAの影響
ChiAΔ4mRNAを用いたタンパク質翻訳反応は、表2に示す試薬,組成および終濃度の試料を用いて、反応液の全量を30μlとして、48℃で90分間行なった。なお、表2のT.kodakaraensis tRNAは、まずKOD1株を上述した方法で培養し、得られた培養液から回収した菌体を、Nucleobond AX(Macherey-Nagel社)を使用して、付属のプロトコールにしたがって単離したものである。また、T.kodakaraensis tRNAは以後の実験でも同じものを使用した。結果を図2に示す。図2においてレーン1〜4およびC(対照試料)は表2の各試料番号に対応している。図2において矢印で示した33.8kDaのバンドはChiAΔ4であり、レーン1〜4のすべてにChiAΔ4のバンドが確認されたが、レーンCにはChiAΔ4のバンドが認められなかった。このことから、ChiAΔ4mRNAはChiAΔ4を合成するための必須成分であることがわかり、レーン2,3および4の比較から、ChiAΔ4mRNAの濃度を増やすことによりChiAΔ4の合成量が増加することがわかった。
4). Cell-free protein translation system
4.1 Effect of ChiAΔ4 mRNA
The protein translation reaction using ChiAΔ4 mRNA was carried out at 48 ° C. for 90 minutes using a reagent, composition and final concentration sample shown in Table 2 in a total volume of 30 μl. As for T. kodakaraensis tRNA in Table 2, the KOD1 strain was first cultured by the method described above, and the cells recovered from the obtained culture broth were used with Nucleobond AX (Macherey-Nagel) and the attached protocol. According to the above. The same T.kodakaraensis tRNA was used in subsequent experiments. The results are shown in FIG. In FIG. 2, lanes 1 to 4 and C (control sample) correspond to the respective sample numbers in Table 2. The band of 33.8 kDa indicated by the arrow in FIG. 2 is ChiAΔ4, and the band of ChiAΔ4 was confirmed in all of lanes 1 to 4, but the band of ChiAΔ4 was not observed in lane C. From this, it was found that ChiAΔ4 mRNA is an essential component for synthesizing ChiAΔ4. From comparison of lanes 2, 3 and 4, it was found that the amount of ChiAΔ4 synthesized increased by increasing the concentration of ChiAΔ4 mRNA.

4.2 反応温度の影響
ChiAΔ4の合成反応における反応温度の影響を検討するため、表3の試料1,3,4に示す試薬,組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、48℃または68℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。なお、試料9は、ChiAΔ4mRNAを添加していない対照試料である。結果を図3に示す。図3においてレーン1,3,4およびレーン9は表3の各試料番号に対応しており、レーンCは分子量マーカーとしてのEscherichia coli由来のChiAΔ4を示す。なお、このE.coli由来のChiAΔ4は、特開平11?313688号公報に記載されているように、ChiAΔ4発現ベクターを有する大腸菌を培養・集菌・破砕・熱処理して粗酵素液を取得し、次いで該粗酵素液を陰イオン交換カラムおよびゲル濾過カラムにかけるとともに、SDS-PAGEで単一バンドとして観察されるまで精製したものである。また、E.coli由来のChiAΔ4は以後の実験でも同じものを使用した。図3においてレーン1,3,4のすべてにChiAΔ4のバンドが確認され、各レーンの比較から、反応温度が高くなるほど、具体的には48℃よりも68℃の方がChiAΔ4の合成量が増加することがわかった。また、レーン1においてChiAΔ4の合成が確認されたこと、さらに、レーン3とレーン4のChiAΔ4のバンド量が同等であることから、tRNA(本実験では、T.kodakaraensis tRNA)はChiAΔ4の翻訳反応に影響を及ぼさないといえる。
4.2 Effect of reaction temperature
In order to investigate the effect of reaction temperature in the synthesis reaction of ChiAΔ4, the reaction was performed at 48 ° C. or 68 ° C. for 90 minutes with the reagent, composition and final concentration shown in Table 3, samples and the final concentration of 30 μl. A cellular protein translation reaction was performed. Sample 9 is a control sample to which no ChiAΔ4 mRNA was added. The results are shown in FIG. In FIG. 3, lanes 1, 3, 4 and lane 9 correspond to the respective sample numbers in Table 3, and lane C shows ChiAΔ4 derived from Escherichia coli as a molecular weight marker. As described in JP-A-11-313688, this E. coli-derived ChiAΔ4 is obtained by culturing, collecting, crushing, and heat-treating Escherichia coli having a ChiAΔ4 expression vector, Next, the crude enzyme solution was applied to an anion exchange column and a gel filtration column and purified until it was observed as a single band by SDS-PAGE. The same ChiAΔ4 derived from E. coli was used in subsequent experiments. In FIG. 3, a band of ChiAΔ4 was confirmed in all of lanes 1, 3 and 4. From comparison of each lane, the synthetic amount of ChiAΔ4 increased more specifically at 68 ° C. than 48 ° C. as the reaction temperature increased. I found out that In addition, since the synthesis of ChiAΔ4 was confirmed in lane 1, and the amount of ChiAΔ4 band in lane 3 and lane 4 was equivalent, tRNA (T.kodakaraensis tRNA in this experiment) was used in the translation reaction of ChiAΔ4. It can be said that it has no effect.

4.3 マグネシウムイオンの影響
ChiAΔ4の合成反応におけるマグネシウムイオン濃度の影響を検討するため、表3の試料1および5〜8に示す試薬,組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、48℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。なお、試料9はChiAΔ4mRNAを添加していない対照試料である。結果を図4に示す。図4においてレーン1,5〜8は表3の各試料番号に対応しており、レーンCは分子量マーカーとしてのE.coli由来のChiAΔ4を示す。図4においてレーン1,5〜7にはChiAΔ4のバンドが確認されたが、レーン8にはChiAΔ4のバンドが確認されなかった。このことから、マグネシウムイオン濃度が増加するとChiAΔ4の合成量が増加すること、その好適な濃度は5〜10mMであるが、25mMを超えると翻訳反応が阻害されChiAΔ4が合成されないことがわかった。
4.3 Influence of magnesium ions
In order to examine the influence of magnesium ion concentration in the synthesis reaction of ChiAΔ4, the total amount of the reaction solution was 30 μl with the reagents, compositions and final concentrations shown in Samples 1 and 5 to 8 in Table 3, and cell-free protein at 48 ° C. for 90 minutes. A translation reaction was performed. Sample 9 is a control sample to which no ChiAΔ4 mRNA was added. The results are shown in FIG. In FIG. 4, lanes 1, 5 to 8 correspond to the sample numbers in Table 3, and lane C shows ChiAΔ4 derived from E. coli as a molecular weight marker. In FIG. 4, a band of ChiAΔ4 was confirmed in lanes 1 and 5 to 7, but a band of ChiAΔ4 was not confirmed in lane 8. From this, it was found that as the magnesium ion concentration increased, the amount of ChiAΔ4 synthesized increased, and the preferred concentration was 5 to 10 mM. However, when it exceeded 25 mM, the translation reaction was inhibited and ChiAΔ4 was not synthesized.

4.4 ポリエチレングリコールの影響1
ChiAΔ4の合成反応におけるポリエチレングリコールの影響を検討するため、表4の試料1,2に示す試薬,組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、68℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。結果を図5に示す。図5においてレーン1とレーン2は表4の各試料番号に対応しており、レーンCは分子量マーカーとしてのE.coli由来のChiAΔ4を示す。図5においてレーン1(PEG8000:0%)に比べてレーン2(PEG8000:2%)の方がChiAΔ4の合成量が増えていることから、ポリエチレングリコールを添加すると、ChiAΔ4の合成量が増加することがわかった。
4.4 Effects of polyethylene glycol 1
In order to examine the influence of polyethylene glycol in the synthesis reaction of ChiAΔ4, the cell-free protein translation reaction was carried out at 68 ° C. for 90 minutes with the total amount of the reaction solution being 30 μl with the reagents, composition and final concentration shown in samples 1 and 2 of Table 4. I did it. The results are shown in FIG. In FIG. 5, lanes 1 and 2 correspond to the respective sample numbers in Table 4, and lane C shows ChiAΔ4 derived from E. coli as a molecular weight marker. In FIG. 5, since the amount of ChiAΔ4 synthesized is increased in Lane 2 (PEG8000: 2%) compared to Lane 1 (PEG8000: 0%), the amount of ChiAΔ4 synthesized increases when polyethylene glycol is added. I understood.

4.5 スペルミン、スペルミジンの影響
ChiAΔ4の合成反応におけるスペルミンとスペルミジンの影響を検討するため、表4の試料1および3〜5に示す試薬、組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、68℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。結果を図6に示す。図6においてレーン1,3〜5は表4の各試料番号に対応しており、レーンCは分子量マーカーとしてのE.coli由来のChiAΔ4を示す。図6において、レーン3〜5におけるChiAΔ4のバンドに有意差が認められないことから、スペルミンまたはスペルミジンは翻訳反応に影響を及ぼさないことがわかった。
4.5 Effects of spermine and spermidine
In order to examine the effects of spermine and spermidine in the synthesis reaction of ChiAΔ4, the total volume of the reaction solution was 30 μl with the reagents, compositions and final concentrations shown in Samples 1 and 3 to 5 in Table 4, and a cell-free protein at 68 ° C. for 90 minutes. A translation reaction was performed. The results are shown in FIG. In FIG. 6, lanes 1 and 3 to 5 correspond to the sample numbers in Table 4, and lane C shows ChiAΔ4 derived from E. coli as a molecular weight marker. In FIG. 6, since no significant difference was observed in the band of ChiAΔ4 in lanes 3 to 5, it was found that spermine or spermidine did not affect the translation reaction.

4.6 ナトリウムイオンの影響
ChiAΔ4の合成反応におけるナトリウムイオンの影響を検討するため、表4の試料2および6〜8に示す試薬、組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、68℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。結果を図7に示す。図7においてレーン2,6〜8は表4の各試料番号に対応しており、レーンCは分子量マーカーとしてのE.coli由来のChiAΔ4を示す。図7においてレーン2(Na:0mM)に比べてレーン6(Na:100mM)、レーン7(Na:300mM)、レーン8(Na:500mM)の方がChiAΔ4の合成量が少ないことから、ナトリウムイオンは翻訳反応に正の影響を及ぼさないことがわかった。
4.6 Effects of sodium ions
In order to examine the influence of sodium ions in the synthesis reaction of ChiAΔ4, cell-free protein translation was performed at 68 ° C. for 90 minutes with the total volume of the reaction solution being 30 μl with the reagents, compositions and final concentrations shown in Samples 2 and 6-8 in Table 4. Reaction was performed. The results are shown in FIG. In FIG. 7, lanes 2 and 6 to 8 correspond to the respective sample numbers in Table 4, and lane C shows ChiAΔ4 derived from E. coli as a molecular weight marker. In FIG. 7, the amount of ChiAΔ4 synthesized is smaller in Lane 6 (Na + : 100 mM), Lane 7 (Na + : 300 mM), Lane 8 (Na + : 500 mM) than in Lane 2 (Na + : 0 mM). From the results, it was found that sodium ion had no positive effect on the translation reaction.

4.7 反応温度の最適化の検討
ChiAΔ4の合成反応における反応温度の影響を検討するため、表5の試料1〜9に示す試薬,組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、30〜80℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。なお、試料1は、ChiAΔ4mRNAを添加していない対照試料である。結果を図8に示す。図8においてレーン1〜9は表5の各試料番号に対応しており、レーンCは分子量マーカーとしてのE.coli由来のChiAΔ4を示す。図8においてレーン3〜8(反応温度:40〜75℃)ではChiAΔ4のバンドが明確に確認されたが、レーン2(反応温度:30℃)とレーン9(反応温度:80℃)にはChiAΔ4のバンドが確認されなかった。
4.7 Examination of optimization of reaction temperature
In order to examine the influence of reaction temperature in the synthesis reaction of ChiAΔ4, cell-free protein translation was performed at 30-80 ° C. for 90 minutes, with the total amount of the reaction solution being 30 μl, using the reagents, compositions and final concentrations shown in samples 1 to 9 of Table 5 Reaction was performed. Sample 1 is a control sample to which no ChiAΔ4 mRNA was added. The results are shown in FIG. In FIG. 8, lanes 1 to 9 correspond to the sample numbers in Table 5, and lane C shows E. coli-derived ChiAΔ4 as a molecular weight marker. In FIG. 8, a band of ChiAΔ4 was clearly confirmed in lanes 3 to 8 (reaction temperature: 40 to 75 ° C.), but in lane 2 (reaction temperature: 30 ° C.) and lane 9 (reaction temperature: 80 ° C.) The band of was not confirmed.

上記の結果を詳細に検討するため、上記の各温度で90分間反応させた合成終了時点のChiAΔ4の量を活性測定により定量した。ChiAΔ4の活性測定法を以下に述べる。0.1M酢酸緩衝液(pH5.0)に溶解した蛍光基質GlcNAc2−4−メチルウンベリフェロン(0.02mM)500μl、精製水480μl、および反応液20μlを80℃で10〜30分間反応させた。反応終了後、反応液500μlを500μlの氷冷100mMグリシン−NaOH(pH11)に添加して酵素反応を停止した。この試料の350nmにおける励起光および440nmにおける蛍光を分光蛍光光度計を使用して測定し、ChiAΔ4の比活性値を用いて、翻訳反応により合成されたChiAΔ4の量を算出した。結果を図9に示す。図9より、表5の試料2〜9のすべてについてChiAΔ4が合成され、その合成量は60〜70℃で最大となることがわかった。このことから、本実験系では60〜70℃が最適温度といえる。そこで、以後の実験では反応温度を最適温度範囲に位置する60℃に設定して、各種成分の影響を検討することにした。In order to examine the above results in detail, the amount of ChiAΔ4 at the end of synthesis after 90 minutes of reaction at each of the above temperatures was quantified by activity measurement. A method for measuring the activity of ChiAΔ4 is described below. Reaction of 500 μl of fluorescent substrate GlcNAc 2-4 -methylumbelliferone (0.02 mM) dissolved in 0.1 M acetate buffer (pH 5.0), 480 μl of purified water, and 20 μl of the reaction solution at 80 ° C. for 10 to 30 minutes. It was. After completion of the reaction, 500 μl of the reaction solution was added to 500 μl of ice-cold 100 mM glycine-NaOH (pH 11) to stop the enzyme reaction. The excitation light at 350 nm and the fluorescence at 440 nm of this sample were measured using a spectrofluorometer, and the amount of ChiAΔ4 synthesized by the translation reaction was calculated using the specific activity value of ChiAΔ4. The results are shown in FIG. From FIG. 9, it was found that ChiAΔ4 was synthesized for all the samples 2 to 9 in Table 5, and the synthesis amount was maximum at 60 to 70 ° C. From this, it can be said that 60-70 degreeC is an optimal temperature in this experiment system. Therefore, in the subsequent experiments, the reaction temperature was set to 60 ° C., which is in the optimum temperature range, and the influence of various components was examined.

また、表5の試料5,7および9のそれぞれについて、反応後5,15,30,60,90,120分でサンプリングし、上記と同様の方法により分析して、ChiAΔ4の発現量の時間依存性を検討した。結果を図10に示す。図10より、70℃では反応開始後30分程度でChiAΔ4の合成量がほぼ飽和していること、ChiAΔ4の合成量は最大で0.8μg/mlに達することが判明した。   In addition, each of samples 5, 7 and 9 in Table 5 was sampled at 5, 15, 30, 60, 90, and 120 minutes after the reaction, analyzed by the same method as above, and the expression level of ChiAΔ4 was time-dependent. The sex was examined. The results are shown in FIG. FIG. 10 shows that at 70 ° C., the synthesized amount of ChiAΔ4 is almost saturated in about 30 minutes after the start of the reaction, and the synthetic amount of ChiAΔ4 reaches 0.8 μg / ml at the maximum.

4.8 カリウムイオンの影響
ChiAΔ4の合成反応におけるカリウムイオンの影響を最適温度条件で検討するため、表6の試料1〜3に示す試薬、組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、60℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。結果を図11に示す。図11においてレーン1〜3は表6の各試料番号に対応しており、レーンCは分子量マーカーとしてのE.coli由来のChiAΔ4を示す。図11においてレーン1(K:100mM)からレーン3(K:700mM)にいくにしたがって、ChiAΔ4のバンドが小さくなっており、このことからChiAΔ4の合成量を増加させるには、カリウムイオンの濃度を低くすることが効果的といえる。
4.8 Effects of potassium ions
In order to examine the influence of potassium ions in the synthesis reaction of ChiAΔ4 under the optimum temperature conditions, the reaction solution was prepared in 30 μl for 90 minutes at 60 ° C. with the total amount of the reaction solution being 30 μl with the reagents, compositions and final concentrations shown in Samples 1 to 3 in Table 6. A protein translation reaction was performed. The results are shown in FIG. In FIG. 11, lanes 1 to 3 correspond to the sample numbers in Table 6, and lane C shows E. coli-derived ChiAΔ4 as a molecular weight marker. In FIG. 11, the band of ChiAΔ4 becomes smaller from lane 1 (K + : 100 mM) to lane 3 (K + : 700 mM). From this, the amount of potassium ion is increased to increase the amount of ChiAΔ4 synthesized. It can be said that reducing the concentration is effective.

4.9 ポリエチレングリコールの影響2
ChiAΔ4の合成反応におけるポリエチレングリコールの影響を最適温度条件で検討するため、表6の試料4〜6に示す試薬,組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、60℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。結果を図12に示す。図12においてレーン4〜6は表6の各試料番号に対応しており、レーンCは分子量マーカーとしてのE.coli由来のChiAΔ4を示す。図12においてレーン4(PEG8000:1%)からレーン6(PEG8000:5%)にいくにしたがってChiAΔ4のバンドが大きくなっており、このことからChiAΔ4の合成量を増加させるには、ポリエチレングリコールの濃度を高くすることが効果的であるといえる。
4.9 Effects of polyethylene glycol 2
In order to examine the influence of polyethylene glycol in the synthesis reaction of ChiAΔ4 under the optimum temperature condition, the total volume of the reaction solution was 30 μl with the reagents, compositions and final concentrations shown in Samples 4 to 6 in Table 6, and cell-free at 60 ° C. for 90 minutes. A protein translation reaction was performed. The results are shown in FIG. In FIG. 12, lanes 4 to 6 correspond to the sample numbers in Table 6, and lane C shows ChiAΔ4 derived from E. coli as a molecular weight marker. In FIG. 12, the band of ChiAΔ4 increases from lane 4 (PEG 8000: 1%) to lane 6 (PEG 8000: 5%). From this, the concentration of polyethylene glycol is increased to increase the amount of ChiAΔ4 synthesized. It can be said that raising the value is effective.

4.10 各種無機イオンの影響
ChiAΔ4の合成に及ぼすマグネシウムイオン、アンモニウムイオンおよびカリウムイオンの影響を最適温度条件で検討するため、表7の試料1〜3および9に示す試薬,組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、60℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。結果を図13に示す。図13においてレーン1〜3および9は表7の各試料番号に対応しており、レーンCは分子量マーカーとしてのE.coli由来のChiAΔ4を示す。図13においてレーン1(Mg2+:0mM)にはChiAΔ4のバンドが確認されなかったのに対し、レーン9(Mg2+:7.5mM)にはChiAΔ4のバンドが確認された。このことから、マグネシウムイオンはChiAΔ4を合成するための必須成分であるといえる。
4.10 Effects of various inorganic ions
In order to examine the influence of magnesium ion, ammonium ion and potassium ion on the synthesis of ChiAΔ4 under optimum temperature conditions, the total volume of the reaction solution was set to 30 μl with the reagents, compositions and final concentrations shown in samples 1 to 3 and 9 in Table 7. The cell-free protein translation reaction was performed at 60 ° C. for 90 minutes. The results are shown in FIG. In FIG. 13, lanes 1 to 3 and 9 correspond to the sample numbers in Table 7, and lane C shows E. coli-derived ChiAΔ4 as a molecular weight marker. In FIG. 13, a ChiAΔ4 band was not confirmed in Lane 1 (Mg 2+ : 0 mM), whereas a ChiAΔ4 band was confirmed in Lane 9 (Mg 2+ : 7.5 mM). From this, it can be said that magnesium ion is an essential component for synthesizing ChiAΔ4.

図13においてレーン2(NH :0mM)に比べてレーン9(NH :80mM)の方がChiAΔ4のバンドが大きいことが確認された。このことから、アンモニウムイオンはChiAΔ4を合成するための必須成分ではないが、ChiAΔ4の合成量を増加させるのに必要な成分であるといえる。また、レーン3(K:0mM)に比べてレーン9(K:100mM)の方がChiAΔ4のバンドが大きいことが確認された。このことから、カリウムイオンはChiAΔ4を合成するための必須成分ではないが、ChiAΔ4の合成量を増加させるのにある程度必要な成分であるといえる。In FIG. 13, it was confirmed that the band of ChiAΔ4 was larger in lane 9 (NH 4 + : 80 mM) than in lane 2 (NH 4 + : 0 mM). From this, it can be said that the ammonium ion is not an essential component for synthesizing ChiAΔ4, but is a component necessary for increasing the synthesis amount of ChiAΔ4. Further, it was confirmed that the band of ChiAΔ4 was larger in lane 9 (K + : 100 mM) than in lane 3 (K + : 0 mM). From this, it can be said that potassium ion is not an essential component for synthesizing ChiAΔ4, but is a component necessary to some extent to increase the amount of ChiAΔ4 synthesized.

4.11 ホスホエノールピルビン酸の影響
ChiAΔ4の合成反応におけるホスホエノールピルビン酸(PEP)の影響を最適温度条件で検討するため、表7の試料4〜9に示す試薬,組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、60℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。結果を図14に示す。図14においてレーン4〜9は表7の各試料番号に対応しており、レーンCは分子量マーカーとしてのE.coli由来のChiAΔ4を示す。図14においてレーン6(PEP:0mM)に比べてレーン9(PEP:33mM)の方がChiAΔ4のバンドが大きいことが確認された。ここで、本反応液には、上述したようにPre-incubation Mixに由来するピルビン酸キナーゼ(PK)が含有されている。またKOD1株自体にもPKが存在していることが判明している。これらのことを併せて考えると、PEPはATP再生系のための基質として作用し、ChiAΔ4の合成量を増加させるのに必要な成分であるといえる。また、レーン4〜8の比較から、PEPをPKの基質としてATPが再生していることが確認されるとともに、ATPの濃度を高くしすぎるとChiAΔ4の合成量が減少する傾向にあるといえる。各種エネルギー源とPEPの関係は、後記4.16で再び検討を行う。
4.11 Effects of phosphoenolpyruvate
In order to examine the influence of phosphoenolpyruvate (PEP) in the synthesis reaction of ChiAΔ4 under the optimum temperature condition, the total amount of the reaction solution was set to 30 μl at 60 ° C. with the reagents, compositions and final concentrations shown in Samples 4 to 9 of Table 7. The cell-free protein translation reaction was performed for 90 minutes. The results are shown in FIG. In FIG. 14, lanes 4 to 9 correspond to the sample numbers in Table 7, and lane C shows E. coli-derived ChiAΔ4 as a molecular weight marker. In FIG. 14, it was confirmed that the band of ChiAΔ4 was larger in lane 9 (PEP: 33 mM) than in lane 6 (PEP: 0 mM). Here, the reaction solution contains pyruvate kinase (PK) derived from Pre-incubation Mix as described above. It has also been found that PK exists in the KOD1 strain itself. Considering these matters together, it can be said that PEP acts as a substrate for the ATP regeneration system and is a necessary component for increasing the amount of ChiAΔ4 synthesized. In addition, comparison of lanes 4 to 8 confirms that ATP is regenerated using PEP as a substrate for PK, and it can be said that the amount of ChiAΔ4 synthesized tends to decrease if the concentration of ATP is too high. The relationship between various energy sources and PEP will be examined again later in 4.16.

4.12 トリス−酢酸緩衝液の影響
ChiAΔ4の合成反応におけるトリス−酢酸緩衝液の影響を最適温度条件で検討するため、表8の試料1と9に示す試薬,組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、60℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。結果を図15に示す。図15においてレーン1と9は表8の各試料番号に対応しており、レーンCは分子量マーカーとしてのE.coli由来のChiAΔ4を示す。図15においてレーン1(トリス酢酸:0mM)とレーン9(トリス酢酸:56.2mM)はほぼ同サイズのバンドを示した。このことから、トリス−酢酸緩衝液は、ChiAΔ4の合成反応において影響を及ぼさないことがわかった。
4.12 Effect of Tris-acetate buffer
In order to examine the influence of the Tris-acetate buffer in the synthesis reaction of ChiAΔ4 under the optimum temperature condition, the total amount of the reaction solution was set to 30 μl at 90 ° C. at 60 ° C. with the reagents, compositions and final concentrations shown in Samples 1 and 9 of Table 8. A cell-free protein translation reaction was performed for a minute. The results are shown in FIG. In FIG. 15, lanes 1 and 9 correspond to the sample numbers in Table 8, and lane C shows E. coli-derived ChiAΔ4 as a molecular weight marker. In FIG. 15, lane 1 (Tris acetic acid: 0 mM) and lane 9 (Tris acetic acid: 56.2 mM) showed bands of almost the same size. From this, it was found that the Tris-acetate buffer had no effect on the ChiAΔ4 synthesis reaction.

4.13 アミノ酸の影響
ChiAΔ4の合成反応における20種のアミノ酸の影響を最適温度条件で検討するため、表8の試料2,3および9に示す試薬,組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、60℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。結果を図16に示す。図16においてレーン2,3および9は表8の各試料番号に対応しており、レーンCは分子量マーカーとしてのE.coli由来のChiAΔ4を示す。図16においてレーン2(各アミノ酸:0mM)にはChiAΔ4のバンドが確認されなかったのに対し、レーン3(各アミノ酸:4mM)と9(各アミノ酸:2mM)にはChiAΔ4のバンドが確認された。このことから、20種類のアミノ酸はChiAΔ4を合成するための必須成分であるといえる。
4.13 Effects of amino acids
In order to examine the effect of 20 amino acids in the synthesis reaction of ChiAΔ4 under optimum temperature conditions, the total volume of the reaction solution was 30 μl at 60 ° C. with the reagents, compositions and final concentrations shown in samples 2, 3 and 9 of Table 8. Cell-free protein translation reaction was performed for 90 minutes. The results are shown in FIG. In FIG. 16, lanes 2, 3, and 9 correspond to the respective sample numbers in Table 8, and lane C shows ChiAΔ4 derived from E. coli as a molecular weight marker. In FIG. 16, a band of ChiAΔ4 was not confirmed in lane 2 (each amino acid: 0 mM), whereas a band of ChiAΔ4 was confirmed in lanes 3 (each amino acid: 4 mM) and 9 (each amino acid: 2 mM). . From this, it can be said that 20 kinds of amino acids are essential components for synthesizing ChiAΔ4.

4.14 スペルミジンの影響2
ChiAΔ4の合成反応におけるスペルミジンの影響を最適温度条件で検討するため、表8の試料4,5および9に示す試薬、組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、60℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。結果を図17に示す。図17においてレーン4,5および9は表8の各試料番号に対応しており、レーンCは分子量マーカーとしてのE.coli由来のChiAΔ4を示す。図17において、レーン4(スペルミジン:0.5mM),5(スペルミジン:1mM)および9(スペルミジン:0mM)におけるChiAΔ4のバンドには有意差が特に認められないことから、スペルミジンは翻訳反応に影響を及ぼさないことがわかった。
4.14 Effect of spermidine 2
In order to examine the influence of spermidine in the synthesis reaction of ChiAΔ4 under the optimum temperature conditions, the total amount of the reaction solution was 30 μl at 60 ° C. for 90 minutes with the reagents, compositions and final concentrations shown in Samples 4, 5 and 9 in Table 8. A cellular protein translation reaction was performed. The results are shown in FIG. In FIG. 17, lanes 4, 5 and 9 correspond to the respective sample numbers in Table 8, and lane C shows ChiAΔ4 derived from E. coli as a molecular weight marker. In FIG. 17, spermidine has an influence on the translation reaction since no significant difference is observed in the bands of ChiAΔ4 in lanes 4 (spermidine: 0.5 mM), 5 (spermidine: 1 mM) and 9 (spermidine: 0 mM). I found out that it would not reach.

4.15 GTP,CTPおよびUTPの影響
ChiAΔ4の合成反応におけるGTP,CTPおよびUTP(以下、「GCU混合物」という。)の影響を最適温度条件で検討するため、表8の試料6および9に示す試薬、組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、60℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。結果を図18に示す。図18においてレーン6およびレーン9は表8の各試料番号に対応しており、レーンCは分子量マーカーとしてのE.coli由来のChiAΔ4を示す。図18においてレーン6(GCU混合物:0mM)およびレーン9(GCU混合物:0.85mM each)におけるChiAΔ4のバンドには有意差が特に認められないことから、エネルギー源としてのGCU混合物は翻訳反応に影響を及ぼさないことがわかった。
4.15 Effects of GTP, CTP and UTP
In order to examine the influence of GTP, CTP and UTP (hereinafter referred to as “GCU mixture”) in the synthesis reaction of ChiAΔ4 under the optimum temperature conditions, the reaction solution was used with the reagents, compositions and final concentrations shown in Samples 6 and 9 in Table 8. Cell-free protein translation reaction was performed at 60 ° C. for 90 minutes. The results are shown in FIG. In FIG. 18, lane 6 and lane 9 correspond to the respective sample numbers in Table 8, and lane C shows ChiAΔ4 derived from E. coli as a molecular weight marker. In FIG. 18, there is no significant difference in the band of ChiAΔ4 in lane 6 (GCU mixture: 0 mM) and lane 9 (GCU mixture: 0.85 mM each), so that the GCU mixture as an energy source affects the translation reaction. It was found that it does not affect.

4.16 各種エネルギー源とPEPの関係
ChiAΔ4の合成反応におけるGCU混合物/ATPとPEPとの関係を最適温度条件で検討するため、表9の試料1〜7に示す試薬、組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、60℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。結果を図19に示す。図19においてレーン1〜7は表9の各試料番号に対応しており、レーンCは分子量マーカーとしてのE.coli由来のChiAΔ4を示す。まずATPおよびGCU混合物が共に存在していないレーン4(PEPのみ)においてもChiAΔ4のバンドが確認された。翻訳反応に必要なエネルギー物質はATPとGTPであるので、細胞抽出液にこれらの物質が存在するか、もしくはそれらの前駆体であるADPとGDPが存在しPEPにより再生され使用されていることがわかる。PEPが存在しない条件であるレーン5(ATPのみ)およびレーン6(GCU混合物のみ)ではChiAΔ4のバンドが見られない一方で、両者を混合させたレーン1(ATPおよびGCU混合物)ではバンドが確認できた。ATPとGTPは菌体内酵素(nucleoside-diphosphate kinase)により相互変換が可能であるので、この場合の相乗効果はエネルギー再生物質であるPEPが存在しない条件下でエネルギー物質を単純に増量した結果であると考えられる。またPEP存在下でATP(レーン3)またはGCU混合物(レーン2)を加えると、相乗的にChiAΔ4の合成量が増加していることから、ATPまたはGCU混合物のいずれか一方とPEPが存在すれば、ChiAΔ4の合成に必要なエネルギーを効率的に得ることが可能であるといえる。
4.16 Relationship between various energy sources and PEP
In order to examine the relationship between the GCU mixture / ATP and PEP in the synthesis reaction of ChiAΔ4 under optimum temperature conditions, the total amount of the reaction solution was set to 30 μl at 60 ° C. with the reagents, compositions and final concentrations shown in Samples 1 to 7 of Table 9. The cell-free protein translation reaction was performed for 90 minutes. The results are shown in FIG. In FIG. 19, lanes 1 to 7 correspond to the sample numbers in Table 9, and lane C shows E. coli-derived ChiAΔ4 as a molecular weight marker. First, a ChiAΔ4 band was also confirmed in Lane 4 (only PEP) in which neither ATP nor GCU mixture was present. Since the energy substances required for the translation reaction are ATP and GTP, these substances are present in the cell extract, or their precursors ADP and GDP are present and regenerated and used by PEP. Recognize. In lane 5 (ATP only) and lane 6 (GCU mixture only), where no PEP is present, the ChiAΔ4 band is not seen, while in lane 1 (ATP and GCU mixture) where both are mixed, a band can be confirmed. It was. Since ATP and GTP can be interconverted by intracellular enzymes (nucleoside-diphosphate kinase), the synergistic effect in this case is the result of simply increasing the amount of energy substance in the absence of PEP as an energy regeneration substance. it is conceivable that. In addition, when ATP (lane 3) or GCU mixture (lane 2) was added in the presence of PEP, the amount of ChiAΔ4 synthesized increased synergistically, so if either ATP or GCU mixture and PEP were present It can be said that the energy required for the synthesis of ChiAΔ4 can be obtained efficiently.

5.無細胞タンパク質転写・翻訳系
5.1 反応温度の影響1
pTRC1を用いたタンパク質合成反応は、表10の試料8および9に示す試薬、組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、40℃または60℃で90分間行なった。本試験で用いた反応液は、上述した翻訳反応系におけるChiAΔ4mRNAに代えてpTRC1を用いた点、およびT7RNAポリメラーゼ(東洋紡績社)を新たに添加した点を除き上述した翻訳反応系における反応液と基本的に同一である。なお、pTRC1は、あらかじめEcoRIで処理しておき、ChiAΔ4遺伝子の下流にあるEcoRI認識部位を切断した切断断片としたものを用いた。また、前記T7RNAポリメラーゼ(商品名:Thermo T7 RNA Polymerase)は、活性上限温度が50℃であり、高い熱安定性を有するものである。結果を図20に示す。図20においてレーン8およびレーン9は表10の各試料番号に対応しており、レーンCは分子量マーカーとしてのE.coli由来のChiAΔ4を示す。図20において、レーン8(反応温度:40℃)およびレーン9(反応温度:60℃)のいずれにもChiAΔ4のバンドは確認されなかった。このことから、本実験系では、転写反応と翻訳反応のいずれかの最適温度に設定して転写・翻訳反応を行なっても、転写反応または翻訳反応のいずれかで反応が効率的に進まず、効果が小さいことがわかった。
5. Cell-free protein transcription / translation system
5.1 Effect of reaction temperature 1
The protein synthesis reaction using pTRC1 was carried out at 40 ° C. or 60 ° C. for 90 minutes using the reagents, compositions and final concentrations shown in Samples 8 and 9 in Table 10 with a total reaction volume of 30 μl. The reaction solution used in this test was the same as the reaction solution in the translation reaction system described above except that pTRC1 was used instead of ChiAΔ4 mRNA in the translation reaction system described above, and T7 RNA polymerase (Toyobo Co., Ltd.) was newly added. Basically the same. In addition, pTRC1 used was a fragment that had been treated with EcoRI in advance and cleaved the EcoRI recognition site downstream of the ChiAΔ4 gene. The T7 RNA polymerase (trade name: Thermo T7 RNA Polymerase) has a maximum activity temperature of 50 ° C. and has high thermal stability. The results are shown in FIG. In FIG. 20, lane 8 and lane 9 correspond to the respective sample numbers in Table 10, and lane C shows ChiAΔ4 derived from E. coli as a molecular weight marker. In FIG. 20, no ChiAΔ4 band was observed in either lane 8 (reaction temperature: 40 ° C.) or lane 9 (reaction temperature: 60 ° C.). Therefore, in this experimental system, even if the transcription / translation reaction is performed at the optimal temperature for either the transcription reaction or the translation reaction, the reaction does not proceed efficiently in either the transcription reaction or the translation reaction. It turns out that the effect is small.

5.2 反応温度の影響2
ChiAΔ4の合成反応における反応温度の影響を検討するため、表11の試料8に示す試薬、組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、40℃で60分間反応させた後、60℃で90分間反応させた。結果を図21に示す。なお、図21においてレーン8は表11の試料番号に対応しており、レーンCは分子量マーカーとしてのE.coli由来のChiAΔ4を示すものである。図21においてレーン8には微量ではあるがChiAΔ4のバンドが確認された。このことから、本実験系における転写・翻訳反応を効率的に行なわせるには、転写反応時と翻訳反応時に、それぞれの反応における最適温度に温度設定することが効果的であるといえる。
5.2 Effect of reaction temperature 2
In order to examine the influence of the reaction temperature in the synthesis reaction of ChiAΔ4, the reaction was carried out at 40 ° C. for 60 minutes with the reagent, composition and final concentration shown in Sample 8 of Table 11 as 30 μl, and then reacted at 60 ° C. The reaction was performed for 90 minutes. The results are shown in FIG. In FIG. 21, lane 8 corresponds to the sample number in Table 11, and lane C shows E. coli-derived ChiAΔ4 as a molecular weight marker. In FIG. 21, a band of ChiAΔ4 was confirmed in lane 8 although it was a trace amount. From this, it can be said that it is effective to set the temperature to the optimum temperature in each reaction during the transcription reaction and the translation reaction in order to efficiently perform the transcription / translation reaction in this experimental system.

5.3 RNアーゼ阻害剤の影響
ChiAΔ4の合成反応におけるRNアーゼの影響を検討するため、表12の試料8に示す試薬、組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、40℃で60分間反応させた後、60℃で90分間反応させた。結果を図22に示す。なお、図22においてレーン8は表12の試料番号に対応しており、レーンCは分子量マーカーとしてのE.coli由来のChiAΔ4を示すものである。レーン8には、上述したRNアーゼ阻害剤を添加しない実験系(図21を参照のこと)に比べて、ChiAΔ4のバンドが明確に確認された。このことから、本実験系における転写・翻訳反応を効率的に行なわせるには、RNアーゼ阻害剤を添加することが効果的であるといえる。
5.3 Effects of RNase inhibitors
In order to examine the influence of RNase in the synthesis reaction of ChiAΔ4, the reaction was carried out at 40 ° C. for 60 minutes with the total amount of the reaction solution being 30 μl with the reagents, composition and final concentration shown in Sample 8 of Table 12, and then at 60 ° C. The reaction was performed for 90 minutes. The results are shown in FIG. In FIG. 22, lane 8 corresponds to the sample number in Table 12, and lane C shows E. coli-derived ChiAΔ4 as a molecular weight marker. In Lane 8, a band of ChiAΔ4 was clearly confirmed as compared with the experimental system in which the RNase inhibitor was not added (see FIG. 21). From this, it can be said that it is effective to add an RNase inhibitor in order to efficiently perform the transcription / translation reaction in this experimental system.

5.4 RNAポリメラーゼの影響
ChiAΔ4の合成反応におけるRNAポリメラーゼの添加量の影響を検討するため、表13の試料1〜4に示す試薬、組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、40℃で60分間反応させた後、60℃で90分間反応させた。結果を図23に示す。なお、図23においてレーン1〜4は表13の各試料番号に対応しており、レーンCは分子量マーカーとしてのE.coli由来のChiAΔ4を示すものである。図23においてレーン3からレーン1にいくにしたがって、ChiAΔ4のバンドが大きくなっている。このことから、本実験系では、T7 RNA ポリメラーゼの濃度が高すぎると、転写反応を阻害するといえる。また、レーン3とレーン4の比較から、本実験系では、RNアーゼ阻害剤が機能していることが再確認された。
5.4 Effects of RNA polymerase
In order to examine the influence of the addition amount of RNA polymerase in the synthesis reaction of ChiAΔ4, the reaction was carried out at 40 ° C. for 60 minutes with the total amount of the reaction solution being 30 μl with the reagents, compositions and final concentrations shown in samples 1 to 4 of Table 13. Then, it was made to react at 60 degreeC for 90 minutes. The results are shown in FIG. In FIG. 23, lanes 1 to 4 correspond to the sample numbers in Table 13, and lane C shows E. coli-derived ChiAΔ4 as a molecular weight marker. In FIG. 23, the band of ChiAΔ4 increases from lane 3 to lane 1. From this, it can be said that in this experimental system, if the concentration of T7 RNA polymerase is too high, the transcription reaction is inhibited. In addition, from the comparison between lane 3 and lane 4, it was reconfirmed that the RNase inhibitor was functioning in this experimental system.

6.無細胞タンパク質翻訳系2(目的タンパク質の合成量増加を目的とした細胞抽出液の好適な調製方法の検討)
6.1 フレンチプレスの回数の影響
図24は前記「2.細胞抽出液の調製」に記載した各手順のうち、KOD1株の培養以後の各手順を番号付けしてまとめたプロトコールである。図24の手順9では、フレンチプレスの回数を3回としているが、フレンチプレスの回数が増加するとタンパク質の転写・翻訳に必要な要素(例えば、RNA ポリメラーゼなど)が破壊される可能性があると考えられる。そこで、フレンチプレスの回数を少なくしてchiAΔ4の合成量に与える影響を検討した。具体的には、図24の各手順のうち、手順9におけるフレンチプレスの回数を1回、2回または3回とした以外は同じ手順で細胞抽出液を調製し、表14の試料1〜5に示す試薬,組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、60℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。表14のうち、S30画分は前記「4.無細胞タンパク質翻訳系」および「5.無細胞タンパク質転写・翻訳系」で用いた細胞抽出液を示し、S30-FP1,S30-FP2 および S30-FP3 は、それぞれフレンチプレスを1回,2回および3回行なって得られた細胞抽出液である。なお、各々の細胞抽出液の後には、該細胞抽出液のタンパク濃度をカッコ書きで示している。図25において各レーンは表14の各試料番号に対応しており、レーンCは分子量マーカーとしてのE.coli由来のChiAΔ4を示し、レーン1はChiAΔ4mRNAを添加していない対照試料である。レーン2〜5のうち、ChiAΔ4のバンドを比較すると、レーン3(フレンチプレス1回)のバンドが最も大きかった。このことから、フレンチプレスの回数を減らすことでChiAΔ4の合成量が増加することが分かるとともに、フレンチプレスの回数は1回で十分であることが分かった。
6). Cell-free protein translation system 2 (Study on a suitable method for preparing cell extract for the purpose of increasing the amount of target protein synthesis)
6.1 Influence of the number of times of French press FIG. 24 is a protocol summarizing the numbered procedures after the cultivation of the KOD1 strain among the procedures described in “2. Preparation of cell extract”. In step 9 of FIG. 24, the number of French presses is set to 3. However, if the number of French presses is increased, elements necessary for protein transcription / translation (for example, RNA polymerase) may be destroyed. Conceivable. Therefore, the effect of reducing the number of French presses on the amount of chiAΔ4 synthesized was investigated. Specifically, among the procedures in FIG. 24, a cell extract was prepared in the same procedure except that the number of French presses in procedure 9 was once, twice, or three times, and samples 1 to 5 in Table 14 were prepared. The cell-free protein translation reaction was carried out at 60 ° C. for 90 minutes with the reagent, composition and final concentration shown in the above and the total volume of the reaction solution being 30 μl. In Table 14, the S30 fraction indicates the cell extract used in “4. Cell-free protein translation system” and “5. Cell-free protein transcription / translation system”, and S30-FP1, S30-FP2 and S30- FP3 is a cell extract obtained by performing French press once, twice and three times, respectively. Note that the protein concentration of each cell extract is shown in parentheses after each cell extract. In FIG. 25, each lane corresponds to each sample number in Table 14, lane C shows E. coli-derived ChiAΔ4 as a molecular weight marker, and lane 1 is a control sample to which no ChiAΔ4 mRNA was added. Among the lanes 2 to 5, when comparing the band of ChiAΔ4, the band of lane 3 (one French press) was the largest. From this, it was found that reducing the number of French presses increased the amount of ChiAΔ4 synthesized, and that one French press was sufficient.

6.2 フレンチプレスの圧力の影響
フレンチプレスの圧力が目的タンパク質の合成量にどのように影響するか検討するため、図24の各手順のうち、手順9におけるフレンチプレスの回数を1回とし、圧力を8,400 p.s.iと低くした以外は同じ手順で細胞抽出液を調製し(この細胞抽出液を「S30FP-1A」という)、表15の試料1〜4に示す試薬,組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、65℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。なお、表15の試料1と2は、前記「6.1 フレンチプレスの回数の影響」で調製したS30FP-1を細胞抽出液として用いた試料である。図26にウェスタンブロット法による分析結果を示す。図26において各レーンは表15の各試料番号に対応しており、レーンCは分子量マーカーとしてのE.coli由来のChiAΔ4を示す。また、表15には図26の各レーンに対応する試料について、化学発光検出装置(Lumi Vision PRO 400EX,アイシン精機)を用いて求めたChiAΔ4の合成量を示した。試料3(圧力:8,400 p.s.i)と試料1(圧力:10,000 p.s.i)(または試料4(圧力:8,400 p.s.i)と試料2(圧力:10,000 p.s.i))についてChiAΔ4の合成量を比べると、試料3(または試料4)の方が約5倍多い値を示した。このことから、フレンチプレスの圧力を従来の10,000 p.s.iより低く設定することは、ChiAΔ4の合成量増加に有効であることが分かった。
6.2 Effect of French Press Pressure In order to examine how the French press pressure affects the amount of target protein synthesized, among the steps in FIG. A cell extract was prepared in the same procedure except that the pressure was lowered to 8,400 psi (this cell extract is referred to as “S30FP-1A”), and the reaction was carried out with the reagents, compositions and final concentrations shown in Samples 1 to 4 in Table 15. Cell-free protein translation reaction was performed at 65 ° C. for 90 minutes with a total volume of 30 μl. Samples 1 and 2 in Table 15 are samples using S30FP-1 prepared in “6.1 Effect of French Press” as a cell extract. FIG. 26 shows the results of Western blot analysis. In FIG. 26, each lane corresponds to each sample number in Table 15, and lane C shows ChiAΔ4 derived from E. coli as a molecular weight marker. Table 15 shows the amount of ChiAΔ4 synthesized for the samples corresponding to the lanes in FIG. 26 using a chemiluminescence detector (Lumi Vision PRO 400EX, Aisin Seiki). ChiAΔ4 synthesis for sample 3 (pressure: 8,400 psi) and sample 1 (pressure: 10,000 psi) (or sample 4 (pressure: 8,400 psi) and sample 2 (pressure: 10,000 psi)) , Sample 3 (or sample 4) showed a value about 5 times higher. From this, it was found that setting the pressure of the French press lower than the conventional 10,000 psi is effective for increasing the amount of ChiAΔ4 synthesized.

6.3 低張液の影響
上述した人工海水とS30バッファーの浸透圧を比べると、S30バッファーの方が明らかに低い。そこで、細胞破砕時に人工海水に代えてS30バッファーを分散媒としたときに目的タンパク質の合成量にどのように影響するか検討することにした。具体的には、図24の各手順のうち、手順7の人工海水をS30バッファーに代え、手順9のうち、フレンチプレスの回数を1回とし、圧力を2,500 p.s.i、5,000 p.s.iまたは7,500 p.s.iに設定するとともに、手順16のインキュベーションを60℃、40分の条件で行なうことで細胞抽出液を調製した。そして、得られた細胞抽出液のタンパク濃度を比較することで、細胞破砕時に低張液を用いた場合の効果を評価した。結果を表16に示す。なお、表16中、S30FP-1Aは前記「6.2 フレンチプレスの圧力の影響」で調製した細胞抽出液である。表16に示した各細胞抽出液のタンパク濃度から、細胞を低張液に十分な時間浸透させることによりフレンチプレスの圧力が低くても得られるタンパク量は十分なものであった。
6.3 Effect of hypotonic solution When comparing the osmotic pressure of artificial seawater and S30 buffer described above, S30 buffer is clearly lower. Therefore, it was decided to examine how the synthesis amount of the target protein is affected when S30 buffer is used as a dispersion medium instead of artificial seawater during cell disruption. Specifically, among the procedures in FIG. 24, the artificial seawater in step 7 is replaced with the S30 buffer, and in step 9, the number of French presses is set to one and the pressure is 2,500 psi, 5,000 psi or A cell extract was prepared by setting the temperature to 7,500 psi and incubating the procedure 16 at 60 ° C. for 40 minutes. And the effect at the time of using a hypotonic solution at the time of cell disruption was evaluated by comparing the protein concentration of the obtained cell extract. The results are shown in Table 16. In Table 16, S30FP-1A is the cell extract prepared in “6.2 Effect of French Press Pressure”. From the protein concentration of each cell extract shown in Table 16, the amount of protein obtained was sufficient even when the pressure of the French press was low by allowing the cells to permeate the hypotonic solution for a sufficient time.

6.4 プレインキュベーションの影響
プレインキュベーションの有無により、目的タンパク質の合成量がどのように増減するか検討した。具体的には、図24の各手順のうち、手順7の人工海水をS30バッファーに代え、手順9のうち、フレンチプレスの回数を1回とし、圧力を7,500 p.s.iに設定するとともに、手順15および手順16を表17に示す条件で行なうことで3種類の細胞抽出液を調製した。次いで、得られた細胞抽出液(S30FP-1E、S30FP-1F、S30FP-1G)を用いて、表18の試料2,3,4に示す試薬,組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、60℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。なお、表18のうち、試料1は、前記「6.2 フレンチプレスの圧力の影響」で調製したS30FP-1Aを細胞抽出液として用いた参照試料である。なお、各々の細胞抽出液の後には、該細胞抽出液のタンパク濃度をカッコ書きで示している。図27にウェスタンブロット法による分析結果を示す。図27において各レーンは表18の各試料番号に対応している。図27のレーン2〜4のうち、ChiAΔ4のバンドを比べると、レーン4はレーン2,3に比べて大きなバンドを示した。このことから、ChiAΔ4の合成量を増加させるには、Pre-Incubationを添加せず、かつプレインキュベーションをしない方が好ましいことが分かった。
6.4 Effect of pre-incubation We examined how the amount of target protein synthesized increased or decreased depending on the presence or absence of pre-incubation. Specifically, among the procedures in FIG. 24, the artificial seawater in step 7 is replaced with the S30 buffer, and in step 9, the number of French presses is set to 1 and the pressure is set to 7,500 psi. Three cell extracts were prepared by performing 15 and 16 under the conditions shown in Table 17. Next, using the obtained cell extract (S30FP-1E, S30FP-1F, S30FP-1G), the total amount of the reaction solution was 30 μl with the reagents, compositions and final concentrations shown in Samples 2, 3 and 4 of Table 18. As a result, a cell-free protein translation reaction was performed at 60 ° C. for 90 minutes. In Table 18, Sample 1 is a reference sample using S30FP-1A prepared in “6.2 Effect of French Press Pressure” as a cell extract. Note that the protein concentration of each cell extract is shown in parentheses after each cell extract. FIG. 27 shows the results of Western blot analysis. In FIG. 27, each lane corresponds to each sample number in Table 18. Of the lanes 2 to 4 in FIG. 27, when comparing the ChiAΔ4 band, the lane 4 showed a larger band than the lanes 2 and 3. From this, it was found that in order to increase the synthesis amount of ChiAΔ4, it is preferable not to add Pre-Incubation and not perform preincubation.

6.5 透析の影響
透析の有無により、目的タンパク質の合成量がどのように増減するか検討した。具体的には、図24の各手順のうち、手順7の人工海水をS30バッファーに代え、手順9のうち、フレンチプレスの回数を1回とし、圧力を7,500 p.s.iに設定するとともに、手順17の透析を行なって、または行なわずに細胞抽出液を調製した(表19参照)。次いで、得られた細胞抽出液(S30FP-1H、S30FP-1I)を用いて、表20の試料1,2に示す試薬,組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、60℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。図28にウェスタンブロット法による分析結果を示す。レーン1と2のうち、ChiAΔ4のバンドを比べると、レーン2のバンドの方がやや大きかった。このことから、ChiAΔ4の合成量を増加するためには、透析をしない方が好ましいといえる。
6.5 Effects of dialysis We examined how the amount of target protein synthesized increased or decreased depending on the presence or absence of dialysis. Specifically, among the procedures in FIG. 24, the artificial seawater in step 7 is replaced with the S30 buffer, and in step 9, the number of French presses is set to 1 and the pressure is set to 7,500 psi. Cell extracts were prepared with or without 17 dialysis (see Table 19). Next, using the obtained cell extract (S30FP-1H, S30FP-1I), the total amount of the reaction solution was set to 30 μl at 90 ° C. at 60 ° C. with the reagents, compositions and final concentrations shown in Samples 1 and 2 of Table 20. A cell-free protein translation reaction was performed for a minute. FIG. 28 shows the results of analysis by Western blotting. When comparing the band of ChiAΔ4 between lanes 1 and 2, the band of lane 2 was slightly larger. From this, it can be said that it is preferable not to dialyze in order to increase the synthesis amount of ChiAΔ4.

7.無細胞タンパク質翻訳系3(mRNAと細胞抽出液について、目的タンパク質の合成量増加に適した濃度の検討)
前記「6.無細胞タンパク質翻訳系2」では、目的タンパク質の合成量増加に適した細胞抽出液の調製方法について検討した。次に、該細胞抽出液を用いて無細胞タンパク質翻訳反応を行なうにあたり、ChiAΔ4の合成量を増加させることを目的として、反応液中のmRNAと細胞抽出液の好適濃度を検討することにした。以下の実験では、細胞抽出液として、前記「6.4 プレインキュベーションの影響」で調製した S30FP-1G (タンパク濃度:35.3μg/μl)を用いることにした。図29は S30FP-1G の調製用プロトコールである。
7). Cell-free protein translation system 3 (concentration of mRNA and cell extract suitable for increasing the amount of target protein synthesized)
In “6. Cell-free protein translation system 2”, a method for preparing a cell extract suitable for increasing the synthesis amount of the target protein was examined. Next, in carrying out a cell-free protein translation reaction using the cell extract, it was decided to study suitable concentrations of mRNA and cell extract in the reaction solution in order to increase the amount of ChiAΔ4 synthesized. In the following experiment, S30FP-1G (protein concentration: 35.3 μg / μl) prepared in “6.4 Effect of Preincubation” was used as the cell extract. FIG. 29 shows the preparation protocol for S30FP-1G.

7.1 mRNAの好適濃度
ChiAΔ4の合成反応におけるChiAΔ4mRNAの好適濃度を検討するため、表21の試料1〜5に示す試薬,組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、65℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。なお、表21の各試料中のChiAΔ4mRNA濃度は、0mg/ml(試料1)、0.33mg/ml(試料2)、0.42mg/ml(試料3)、0.50mg/ml(試料4)、0.58mg/ml(試料5)である。図30にウェスタンブロット法による分析結果を示す。図30において各レーンは表21の各試料番号に対応しており、レーンCは分子量マーカーとしてのE.coli由来のChiAΔ4を示す。図30より、レーン2(ChiAΔ4mRNA:0.33mg/ml)からレーン5(ChiAΔ4mRNA:0.58mg/ml)にいくにしたがってChiAΔ4のバンドが大きくなる傾向を示した。以上の結果から、ChiAΔ4mRNAの好適濃度は0.40〜0.60mg/mlであり、0.50mg/ml付近が最も好ましいといえる。
7.1 Preferred concentration of mRNA
In order to study the preferred concentration of ChiAΔ4 mRNA in the synthesis reaction of ChiAΔ4, the cell-free protein translation reaction was carried out at 65 ° C. for 90 minutes with the total volume of the reaction solution being 30 μl with the reagents, composition and final concentration shown in samples 1 to 5 of Table 21 I did it. The ChiAΔ4 mRNA concentration in each sample in Table 21 is 0 mg / ml (sample 1), 0.33 mg / ml (sample 2), 0.42 mg / ml (sample 3), 0.50 mg / ml (sample 4). 0.58 mg / ml (Sample 5). FIG. 30 shows the result of analysis by Western blotting. In FIG. 30, each lane corresponds to each sample number in Table 21, and lane C shows E. coli-derived ChiAΔ4 as a molecular weight marker. FIG. 30 shows that the band of ChiAΔ4 tends to increase from lane 2 (ChiAΔ4 mRNA: 0.33 mg / ml) to lane 5 (ChiAΔ4 mRNA: 0.58 mg / ml). From the above results, the preferred concentration of ChiAΔ4 mRNA is 0.40 to 0.60 mg / ml, and the vicinity of 0.50 mg / ml is most preferred.

7.2 細胞抽出液の好適濃度
ChiAΔ4の合成反応におけるS30FP-1Gの好適濃度を検討するため、表22の試料6〜10に示す試薬,組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、65℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。なお、表22の各試料中のS30FP-1G濃度は、10.0mg/ml(試料6)、12.0mg/ml(試料7)、14.0mg/ml(試料8)、16.0mg/ml(試料9)、18.0mg/ml(試料10)である。図31にウェスタンブロット法による分析結果を示す。図31において各レーンは表22の各試料番号に対応しており、レーンCは分子量マーカーとしてのE.coli由来のChiAΔ4を示す。図31より、S30FP-1Gの好適濃度は12.0〜16.0mg/mlであることが分かった。
7.2 Preferred concentration of cell extract
In order to study the preferred concentration of S30FP-1G in the synthesis reaction of ChiAΔ4, cell-free protein translation was carried out at 65 ° C. for 90 minutes with the reagent, composition and final concentration shown in Samples 6 to 10 in Table 22 and the total volume of the reaction solution being 30 μl. Reaction was performed. The S30FP-1G concentration in each sample in Table 22 is 10.0 mg / ml (sample 6), 12.0 mg / ml (sample 7), 14.0 mg / ml (sample 8), 16.0 mg / ml. (Sample 9) and 18.0 mg / ml (Sample 10). FIG. 31 shows the results of Western blot analysis. In FIG. 31, each lane corresponds to each sample number in Table 22, and lane C shows ChiAΔ4 derived from E. coli as a molecular weight marker. From FIG. 31, it was found that the preferred concentration of S30FP-1G is 12.0 to 16.0 mg / ml.

7.3 ChiAΔ4の合成量の確認
前記「7.1 mRNAの好適濃度」と「7.2 細胞抽出液の好適濃度」の結果を受けて、ChiAΔ4mRNAを0.48mg/ml、S30FP-1Gを13.0mg/mlに設定して無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。ChiAΔ4の合成量は、前記「4.7 反応温度の最適化の検討」で説明したのと同様に活性測定により定量した。その結果、ChiAΔ4の合成量は6.2μg/mlであることが確認され、これまでに上記方法で定量した最大合成量1.0μg/ml(図9参照)に比べて6倍以上の合成量が得られた。
7.3 Confirmation of ChiAΔ4 synthesis amount Based on the results of “7.1 preferred concentration of mRNA” and “7.2 preferred concentration of cell extract”, ChiAΔ4 mRNA was set to 0.48 mg / ml and S30FP-1G was set to 13.0 mg / ml. Then, cell-free protein translation reaction was performed. The amount of ChiAΔ4 synthesized was quantified by activity measurement as described in “4.7 Examination of Optimization of Reaction Temperature”. As a result, it was confirmed that the synthetic amount of ChiAΔ4 was 6.2 μg / ml, and the synthetic amount was 6 times or more compared to the maximum synthetic amount of 1.0 μg / ml (see FIG. 9) quantified by the above method. was gotten.

8.無細胞タンパク質翻訳系4(目的タンパク質の合成量増加に適した反応液各成分の好適濃度の検討)
前記「6.無細胞タンパク質翻訳系2(目的タンパク質の合成量増加を目的とした細胞抽出液の好適な調製方法)」と「7.無細胞タンパク質翻訳系3(mRNAと細胞抽出液について、目的タンパク質の合成量増加に適した濃度の検討)」で得られた結果を踏まえて、さらにChiAΔ4の合成量を増加させるため、反応液各成分の好適濃度を検討した。
8). Cell-free protein translation system 4 (Examination of suitable concentrations of each component of the reaction solution suitable for increasing the amount of target protein synthesis)
“6. Cell-free protein translation system 2 (preferred method for preparing a cell extract for the purpose of increasing the amount of target protein synthesis)” and “7. Cell-free protein translation system 3 (for mRNA and cell extract, Based on the results obtained in “Examination of Concentration Suitable for Increasing Protein Synthesis Amount”), in order to further increase the synthesis amount of ChiAΔ4, the optimum concentration of each component of the reaction solution was examined.

8.1 マグネシウムイオンの好適濃度
ChiAΔ4の合成反応におけるマグネシウムイオンの好適濃度を検討するため、表23に示す試薬,組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、65℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。なお、表23の各試料中のMg2+濃度は、1.87mM(試料1)、3.73mM(試料2)、5.60mM(試料3)、7.47mM(試料4)、9.33mM(試料5)である。図32にウェスタンブロット法による分析結果を示す。図32において各レーンは表23の各試料番号に対応している。図32より、マグネシウムイオンの好適濃度は1.87〜3.73mMであることが分かった。
8.1 Preferred concentration of magnesium ion
In order to examine a suitable concentration of magnesium ions in the synthesis reaction of ChiAΔ4, a cell-free protein translation reaction was carried out at 65 ° C. for 90 minutes using the reagents, composition and final concentration shown in Table 23 with a total reaction volume of 30 μl. The Mg 2+ concentration in each sample in Table 23 is 1.87 mM (sample 1), 3.73 mM (sample 2), 5.60 mM (sample 3), 7.47 mM (sample 4), 9.33 mM ( Sample 5). FIG. 32 shows the results of analysis by Western blotting. In FIG. 32, each lane corresponds to each sample number in Table 23. From FIG. 32, it was found that the preferred concentration of magnesium ions is 1.87 to 3.73 mM.

8.2 ホスホエノールピルビン酸の好適濃度
ChiAΔ4の合成反応におけるホスホエノールピルビン酸の好適濃度を検討するため、表24に示す試薬,組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、65℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。なお、表24の各試料中のPEP濃度は、8.33mM(試料1)、16.7mM(試料2)、25.1mM(試料3)、33.3mM(試料4)である。図33にウェスタンブロット法による分析結果を示す。図33において各レーンは表24の各試料番号に対応している。図33より、PEPの好適濃度は8.33〜25.1mMであることが分かった。
8.2 Preferred concentrations of phosphoenolpyruvate
In order to investigate the preferred concentration of phosphoenolpyruvate in the synthesis reaction of ChiAΔ4, a cell-free protein translation reaction was carried out at 65 ° C. for 90 minutes with the reagents, composition and final concentration shown in Table 24 and the total volume of the reaction solution being 30 μl. . The PEP concentration in each sample in Table 24 is 8.33 mM (sample 1), 16.7 mM (sample 2), 25.1 mM (sample 3), and 33.3 mM (sample 4). FIG. 33 shows the results of analysis by Western blotting. In FIG. 33, each lane corresponds to each sample number in Table 24. From FIG. 33, it was found that the preferred concentration of PEP was 8.33 to 25.1 mM.

8.3 アミノ酸の好適濃度
ChiAΔ4の合成反応における20種のアミノ酸の好適濃度を検討するため、表25に示す試薬,組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、65℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。なお、表25の各試料中のアミノ酸濃度は、各2.4mM(試料1)、各2.0mM(試料2)、各1.6mM(試料3)、各1.2mM(試料4)、各0.8mM(試料5)、各0.4mM(試料6)である。図34にウェスタンブロット法による分析結果を示す。図34において各レーンは表25の各試料番号に対応している。図34より、他のレーンに比べてレーン1のバンドが特に大きいことから、アミノ酸の好適濃度は約2.4mM eachであることが分かった。
8.3 Preferred concentrations of amino acids
In order to examine suitable concentrations of 20 amino acids in the synthesis reaction of ChiAΔ4, a cell-free protein translation reaction was carried out at 65 ° C. for 90 minutes with the reagents, composition and final concentrations shown in Table 25 and a total reaction volume of 30 μl. . The amino acid concentration in each sample in Table 25 is 2.4 mM (sample 1), 2.0 mM (sample 2), 1.6 mM (sample 3), 1.2 mM (sample 4), It is 0.8 mM (sample 5) and each 0.4 mM (sample 6). FIG. 34 shows the results of analysis by Western blotting. In FIG. 34, each lane corresponds to each sample number in Table 25. From FIG. 34, it was found that the preferred concentration of amino acid is about 2.4 mM each because the band of lane 1 is particularly large compared to the other lanes.

9.無細胞タンパク質翻訳系5(目的タンパク質の合成量増加を目的とした反応液各成分の好適濃度の検討)
前記「6.無細胞タンパク質翻訳系2(目的タンパク質の合成量増加を目的とした細胞抽出液の好適な調製方法)」、「7.無細胞タンパク質翻訳系3(mRNAと細胞抽出液について、目的タンパク質の合成量増加に適した濃度の検討)」および「8.無細胞タンパク質翻訳系4(目的タンパク質の合成量増加に適した反応液各成分の好適濃度の検討)」で得られた結果を踏まえて、さらにChiAΔ4の合成量を増加させるため、反応液各成分の好適濃度を検討した。具体的には、表26に示す反応液組成をベースにして、各成分濃度を変化させて無細胞タンパク質翻訳反応を行ない、ウェスタンブロット解析を行なった後、合成されたChiAΔ4を、Lumi Vision Analyzer(アイシン精機)を用いて定量化することで各成分の好適濃度を検討した。
9. Cell-free protein translation system 5 (Study on suitable concentrations of each component of the reaction solution for the purpose of increasing the synthesis amount of the target protein)
“6. Cell-free protein translation system 2 (preferred method for preparing a cell extract for the purpose of increasing the amount of target protein synthesis)”, “7. Cell-free protein translation system 3 (for mRNA and cell extract, The results obtained in “Examination of Concentration Suitable for Increasing Protein Synthesis” and “8. Cell-free Protein Translation System 4 (Examination of Optimum Concentration of Each Component of Reaction Solution Suitable for Increasing Synthesis of Target Protein)” In view of this, in order to further increase the amount of ChiAΔ4 synthesized, the preferred concentration of each component of the reaction solution was examined. Specifically, based on the reaction solution composition shown in Table 26, cell-free protein translation reaction was performed by changing the concentration of each component, Western blot analysis was performed, and then synthesized ChiAΔ4 was analyzed using Lumi Vision Analyzer ( A suitable concentration of each component was examined by quantification using Aisin Seiki.

9.1 ホスホエノールピルビン酸の好適濃度
ChiAΔ4の合成反応におけるホスホエノールピルビン酸の好適濃度を検討するため、表27に示す試薬,組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、65℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。なお、表27の各試料中のPEP濃度は、0mM(試料1)、10mM(試料2)、20mM(試料3)、30mM(試料4)である。図35にウェスタンブロット法による分析結果を示す。図35において各レーンは表27の各試料番号に対応している。また、図36は、反応液中のPEP濃度と合成されたChiAΔ4濃度との関係を示した図である。図36より、PEPの好適濃度は2.5〜25mMであり、さらに好ましくは5〜20mMであり、10mM付近が最適であることが分かった。
9.1 Preferred concentration of phosphoenolpyruvate
In order to investigate the preferred concentration of phosphoenolpyruvate in the synthesis reaction of ChiAΔ4, a cell-free protein translation reaction was carried out at 65 ° C. for 90 minutes with the reagents, composition and final concentration shown in Table 27 and the total volume of the reaction solution being 30 μl. . The PEP concentrations in each sample in Table 27 are 0 mM (sample 1), 10 mM (sample 2), 20 mM (sample 3), and 30 mM (sample 4). FIG. 35 shows the results of analysis by Western blotting. In FIG. 35, each lane corresponds to each sample number in Table 27. FIG. 36 shows the relationship between the PEP concentration in the reaction solution and the synthesized ChiAΔ4 concentration. From FIG. 36, it was found that the preferable concentration of PEP is 2.5 to 25 mM, more preferably 5 to 20 mM, and the vicinity of 10 mM is optimal.

9.2 マグネシウムイオンの好適濃度
ChiAΔ4の合成反応におけるマグネシウムイオンの好適濃度を検討するため、表28に示す試薬,組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、65℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。なお、表28の各試料中のMg2+濃度は、0mM(試料1)、1.0mM(試料2)、2.0mM(試料3)、3.0mM(試料4)、4.0mM(試料5)、5.0mM(試料6)、6.0mM(試料7)、7.0mM(試料8)、8.0mM(試料9)、9.0mM(試料10)、10.0mM(試料11)である。図37にウェスタンブロット法による分析結果を示す。図37において各レーンは表28の各試料番号に対応している。また、図38は、反応液中のMg2+濃度と合成されたChiAΔ4濃度との関係を示した図である。図38より、Mg2+の好適濃度は0.5〜6mMであり、さらに好ましくは2〜4mMであり、3mM付近が最適であることが分かった。
9.2 Suitable magnesium ion concentration
In order to examine a suitable concentration of magnesium ions in the synthesis reaction of ChiAΔ4, a cell-free protein translation reaction was carried out at 65 ° C. for 90 minutes using the reagents, composition and final concentration shown in Table 28 with a total reaction volume of 30 μl. The Mg 2+ concentration in each sample in Table 28 is 0 mM (sample 1), 1.0 mM (sample 2), 2.0 mM (sample 3), 3.0 mM (sample 4), 4.0 mM (sample 5). ), 5.0 mM (sample 6), 6.0 mM (sample 7), 7.0 mM (sample 8), 8.0 mM (sample 9), 9.0 mM (sample 10), 10.0 mM (sample 11). is there. FIG. 37 shows the analysis result by Western blotting. In FIG. 37, each lane corresponds to each sample number in Table 28. FIG. 38 shows the relationship between the Mg 2+ concentration in the reaction solution and the synthesized ChiAΔ4 concentration. From FIG. 38, it was found that the preferred concentration of Mg 2+ is 0.5 to 6 mM, more preferably 2 to 4 mM, and the vicinity of 3 mM is optimal.

9.3 アンモニウムイオンの好適濃度
ChiAΔ4の合成反応におけるアンモニウムイオンの好適濃度を検討するため、表29に示す試薬,組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、65℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。なお、表29の各試料中のNH 濃度は、0mM(試料1)、25mM(試料2)、50mM(試料3)、75mM(試料4)、100mM(試料5)、125mM(試料6)である。図39にウェスタンブロット法による分析結果を示す。図39において各レーンは表29の各試料番号に対応している。また、図40は、反応液中のNH 濃度と合成されたChiAΔ4濃度との関係を示した図である。図40より、NH の好適濃度は50〜120mMであり、さらに好ましくは65〜100mMであり、75mM付近が最適であることが分かった。
9.3 Preferred concentration of ammonium ion
In order to examine the preferred concentration of ammonium ions in the synthesis reaction of ChiAΔ4, a cell-free protein translation reaction was carried out at 65 ° C. for 90 minutes with the reagents, composition and final concentration shown in Table 29 and the total volume of the reaction solution being 30 μl. Incidentally, NH 4 + concentration in each sample in Table 29, 0 mM (Sample 1), 25 mM (Sample 2), 50 mM (Sample 3), 75 mM (Sample 4), 100 mM (Sample 5), 125 mM (Sample 6) It is. FIG. 39 shows the results of analysis by Western blotting. In FIG. 39, each lane corresponds to each sample number in Table 29. FIG. 40 is a graph showing the relationship between the NH 4 + concentration in the reaction solution and the synthesized ChiAΔ4 concentration. From FIG. 40, it was found that the preferable concentration of NH 4 + is 50 to 120 mM, more preferably 65 to 100 mM, and the vicinity of 75 mM is optimal.

9.4 アミノ酸の好適濃度
ChiAΔ4の合成反応における20種のアミノ酸の好適濃度を検討するため、表30に示す試薬,組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、65℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。なお、表30の各試料中のアミノ酸濃度は、0mM(試料1)、1.0mM(試料2)、2.0mM(試料3)、3.0mM(試料4)、4.0mM(試料5)、5.0mM(試料6)、6.0mM(試料7)、7.0mM(試料8)である。図41にウェスタンブロット法による分析結果を示す。図41において各レーンは表30の各試料番号に対応している。また、図42は、反応液中のアミノ酸濃度と合成されたChiAΔ4濃度との関係を示した図である。図42より、アミノ酸の好適濃度は1〜7mMであり、さらに好ましくは2〜7mMであることが分かった。
9.4 Preferred concentration of amino acids
In order to examine suitable concentrations of 20 amino acids in the synthesis reaction of ChiAΔ4, a cell-free protein translation reaction was performed at 65 ° C. for 90 minutes with the reagents, composition and final concentrations shown in Table 30 and the total volume of the reaction solution being 30 μl. . In addition, the amino acid concentration in each sample of Table 30 is 0 mM (sample 1), 1.0 mM (sample 2), 2.0 mM (sample 3), 3.0 mM (sample 4), 4.0 mM (sample 5). , 5.0 mM (sample 6), 6.0 mM (sample 7), 7.0 mM (sample 8). FIG. 41 shows the results of Western blot analysis. In FIG. 41, each lane corresponds to each sample number in Table 30. FIG. 42 shows the relationship between the amino acid concentration in the reaction solution and the synthesized ChiAΔ4 concentration. From FIG. 42, it was found that the preferred concentration of amino acid is 1 to 7 mM, and more preferably 2 to 7 mM.

9.5 ポリエチレングリコールの好適濃度
ChiAΔ4の合成反応におけるポリエチレングリコールの好適濃度を検討するため、表31に示す試薬,組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、65℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。なお、表31の各試料中のポリエチレングリコール濃度は、0%(w/v)(試料1)、1.0%(w/v)(試料2)、2.0%(w/v)(試料3)、3.0%(w/v)(試料4)、4.0%(w/v)(試料5)、5.0%(w/v)(試料6)、6.0%(w/v)(試料7)である。図43にウェスタンブロット法による分析結果を示す。図43において各レーンは表31の各試料番号に対応している。また、図44は、反応液中のポリエチレングリコール濃度と合成されたChiAΔ4濃度との関係を示した図である。図44より、ポリエチレングリコールの好適濃度は0〜2.5%(w/v)であり、2%(w/v)付近が最適であることが分かった。
9.5 Preferred concentration of polyethylene glycol
In order to examine a suitable concentration of polyethylene glycol in the synthesis reaction of ChiAΔ4, a cell-free protein translation reaction was performed at 65 ° C. for 90 minutes with the reagent, composition and final concentration shown in Table 31 and a total reaction volume of 30 μl. The polyethylene glycol concentration in each sample in Table 31 is 0% (w / v) (sample 1), 1.0% (w / v) (sample 2), 2.0% (w / v) ( Sample 3), 3.0% (w / v) (Sample 4), 4.0% (w / v) (Sample 5), 5.0% (w / v) (Sample 6), 6.0% (W / v) (Sample 7). FIG. 43 shows the results of Western blot analysis. In FIG. 43, each lane corresponds to each sample number in Table 31. FIG. 44 is a graph showing the relationship between the polyethylene glycol concentration in the reaction solution and the synthesized ChiAΔ4 concentration. From FIG. 44, it was found that the preferred concentration of polyethylene glycol is 0 to 2.5% (w / v), and the optimum concentration is around 2% (w / v).

9.6 カリウムイオンの好適濃度
ChiAΔ4の合成反応におけるカリウムイオンの好適濃度を検討するため、表32に示す試薬,組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、65℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。なお、表32のK濃度は、0mM(試料1)、50mM(試料2)、100mM(試料3)、150mM(試料4)、200mM(試料5)、250mM(試料6)、300mM(試料7)、350mM(試料8)、400mM(試料9)、450mM(試料10)、500mM(試料11)である。図45にウェスタンブロット法による分析結果を示す。図45において各レーンは表32の各試料番号に対応している。また、図46は、反応液中のK濃度と合成されたChiAΔ4濃度との関係を示した図である。図46より、Kの好適濃度は100〜450mMであり、さらに好ましくは170〜350mMであり、特に好ましくは210〜320mMであり、250mM付近が最適であることが分かった。
9.6 Preferred concentration of potassium ion
In order to examine the preferred concentration of potassium ions in the synthesis reaction of ChiAΔ4, a cell-free protein translation reaction was carried out at 65 ° C. for 90 minutes with the reagents, composition and final concentration shown in Table 32 and the total volume of the reaction solution being 30 μl. The K + concentrations in Table 32 are 0 mM (sample 1), 50 mM (sample 2), 100 mM (sample 3), 150 mM (sample 4), 200 mM (sample 5), 250 mM (sample 6), 300 mM (sample 7). ), 350 mM (sample 8), 400 mM (sample 9), 450 mM (sample 10), and 500 mM (sample 11). FIG. 45 shows the results of analysis by Western blotting. In FIG. 45, each lane corresponds to each sample number in Table 32. FIG. 46 shows the relationship between the K + concentration in the reaction solution and the synthesized ChiAΔ4 concentration. From FIG. 46, it was found that the preferable concentration of K + is 100 to 450 mM, more preferably 170 to 350 mM, particularly preferably 210 to 320 mM, and the vicinity of 250 mM is optimal.

9.7 ChiAΔ4の最大合成量
表33は、前記「9.1 ホスホエノールピルビン酸について」〜「9.6 カリウムイオンについて」で得られた各成分の最適濃度をまとめたものである。そこで、表33に示す試薬,組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、65℃で90分間無細胞タンパク質翻訳反応を行ない、ChiAΔ4の最大合成量がどの程度になるか検討した。結果、ChiAΔ4の合成量は65.5μg/mlとなった。
9.7 Maximum Synthesis Amount of ChiAΔ4 Table 33 summarizes the optimum concentration of each component obtained in “9.1 About Phosphoenolpyruvate” to “9.6 About Potassium Ion”. Therefore, cell-free protein translation reaction was carried out at 65 ° C. for 90 minutes with the reagent, composition and final concentration shown in Table 33, and the total amount of the reaction solution was 30 μl, and the maximum synthesis amount of ChiAΔ4 was examined. As a result, the synthesized amount of ChiAΔ4 was 65.5 μg / ml.

10.A.pernix由来の細胞抽出液を用いた無細胞タンパク質翻訳系
10.1 菌体の培養と細胞抽出液の調製
人工海水(2.2%NaCl、1%MgCl・6HO、0.14%CaCl・2HO、0.37%NaSO、0.063%KCl、0.018%NaHCO、0.009%KBr、0.0036%NaB・10HO、0.0013%SrCl、0.0003%NaF、0.0001%LiCl、0.000007%KI、0.00000008%MnCl・4HO、0.00000002%CoCl・6HO、0.0000008%AlCl・6HO、0.0000005%FeCl・6HO、0.00000002%NaWO4・2HO、0.000002%(NH)6Mo24・4HO)、0.2%酵母エキス、0.4%トリプトン及びチオ硫酸ナトリウム5水和物(Na・5H0)からなる培地300mlをpH7.0に調製後、500mlの坂口フラスコに入れシリコ栓を付け、オートクレーブ(121℃、2atom、20分間)で滅菌処理を行なった。この培地にA.pernix K1株を接種し、坂口フラスコを90℃で約38時間振盪培養を行なった(振盪速度150回/分)。培養終了後の培養液の吸光度(660nm)は0.656であった。以降の細胞抽出液の調製は、図24の方法に従って行った。得られた細胞抽出液のタンパク濃度は13.5mg/mlであった。
10. Cell-free protein translation system using cell extracts derived from A. pernix
10.1 Cultivation of bacterial cells and preparation of cell extract Artificial seawater (2.2% NaCl, 1% MgCl 2 · 6H 2 O, 0.14% CaCl 2 · 2H 2 O, 0.37% NaSO 4 , 0.063 % KCl, 0.018% NaHCO 3, 0.009% KBr, 0.0036% NaB 4 O 7 · 10H 2 O, 0.0013% SrCl 2, 0.0003% NaF, 0.0001% LiCl, 0. 000007% KI, 0.00000008% MnCl 2 .4H 2 O, 0.00000002% CoCl 2 .6H 2 O, 0.0000008% AlCl 3 .6H 2 O, 0.0000005% FeCl 3 .6H 2 O, 0. 00000002% Na 2 WO4 · 2H 2 O, 0.000002% (NH 4) 6Mo 7 O 24 · 4H 2 O), 0.2% yeast extract, 0. After preparing the medium 300ml consisting of 4% tryptone and sodium thiosulfate pentahydrate (Na 2 S 2 O 3 · 5H 2 0) to pH 7.0, with a silicone stopper placed in Sakaguchi flask 500 ml, autoclaved (121 ° C. (2 atom, 20 minutes). The medium was inoculated with A.pernix K1 strain, and the Sakaguchi flask was subjected to shaking culture at 90 ° C. for about 38 hours (shaking speed 150 times / min). The absorbance (660 nm) of the culture solution after completion of the culture was 0.656. The subsequent cell extract preparation was performed according to the method of FIG. The protein concentration of the obtained cell extract was 13.5 mg / ml.

10.2 無細胞タンパク質翻訳反応
A.pernix由来の細胞抽出液を用いて、表34の試料1〜5に示す試薬、組成および終濃度で、反応液の全量を30μlとして、60〜80℃で60分間無細胞タンパク質翻訳反応を行なった。反応終了後、生成したChiΔ4の量を、蛍光基質を用いた活性測定により定量した。その結果を図47に示す。図47より、表34の試料1〜5のすべてについてChiAΔ4が合成され、その合成量は60〜65℃で最大となることがわかった(反応温度65℃の合成量:1.52mg/ml)。以上のことより、T.kodakaraensisとは別種の超好熱菌を用いた場合においても、図24と同様のプロトコールにより細胞抽出液を調製すれば、高温での無細胞タンパク質翻訳系が確立できることが判明した。
10.2 Cell-free protein translation reaction
Using a cell extract derived from A. pernix, a cell-free protein translation reaction was performed at 60 to 80 ° C. for 60 minutes with the reagent, composition and final concentration shown in Samples 1 to 5 in Table 34 as the total volume of the reaction solution being 30 μl. I did it. After completion of the reaction, the amount of ChiΔ4 produced was quantified by activity measurement using a fluorescent substrate. The result is shown in FIG. From FIG. 47, it was found that ChiAΔ4 was synthesized for all of samples 1 to 5 in Table 34, and the synthesis amount reached the maximum at 60 to 65 ° C. (synthesis amount at reaction temperature of 65 ° C .: 1.52 mg / ml). . From the above, even when a hyperthermophilic bacterium different from T. kodakaraensis is used, a cell-free protein translation system at a high temperature can be established by preparing a cell extract according to the same protocol as in FIG. found.

本発明は、超好熱菌由来の細胞抽出液を含む無細胞タンパク質合成系中で、高温条件下におけるタンパク質の製造方法として広く利用可能である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely used as a protein production method under high temperature conditions in a cell-free protein synthesis system containing a cell extract derived from a hyperthermophilic bacterium.

Claims (19)

無細胞タンパク質翻訳系によりタンパク質を製造する方法であって、超好熱菌由来の細胞抽出液を含む無細胞タンパク質翻訳系中で、目的タンパク質をコードするmRNAの翻訳を高温条件下で行なわせてタンパク質を製造する方法。   A method for producing a protein using a cell-free protein translation system, wherein the mRNA encoding the target protein is translated under high temperature conditions in a cell-free protein translation system containing a cell extract derived from a hyperthermophilic bacterium. A method for producing a protein. 無細胞タンパク質翻訳系中に、目的タンパク質をコードするmRNA、Mg2+およびアミノ酸が含有されている、請求項1に記載の方法。The method according to claim 1, wherein the cell-free protein translation system contains mRNA, Mg 2+ and an amino acid encoding the target protein. さらにNH 、K、ポリエチレングリコール、ATP再生系およびエネルギー源のうち、少なくとも1種以上の成分が含有されている、請求項2に記載の方法。The method according to claim 2, further comprising at least one component selected from NH 4 + , K + , polyethylene glycol, ATP regeneration system and energy source. 細胞抽出液がThermococcus kodakaraensis KOD1株または該KOD1株より派生する株由来のものである、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the cell extract is derived from Thermococcus kodakaraensis KOD1 strain or a strain derived from the KOD1 strain. 目的タンパク質をコードするmRNAが、目的タンパク質をコードする塩基配列の上流に配列番号4に示すリボソーム結合配列を有する、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the mRNA encoding the target protein has the ribosome binding sequence shown in SEQ ID NO: 4 upstream of the base sequence encoding the target protein. 無細胞タンパク質翻訳系によりタンパク質を製造するためのキットであって、無細胞タンパク質翻訳系として、超好熱菌由来の細胞抽出液、目的タンパク質をコードするmRNA、Mg2+およびアミノ酸が含有されている、前記mRNAの翻訳を高温条件下で行なわせてタンパク質を製造するためのキット。A kit for producing a protein using a cell-free protein translation system, which contains a cell extract derived from a hyperthermophilic bacterium, mRNA encoding the target protein, Mg 2+ and an amino acid. A kit for producing a protein by translating the mRNA under high temperature conditions. 無細胞タンパク質翻訳系中に、さらにNH 、K、ポリエチレングリコール、ATP再生系およびエネルギー源のうち、少なくとも1種以上の成分が含有されている、請求項6に記載のキット。The kit according to claim 6, wherein the cell-free protein translation system further contains at least one component selected from NH 4 + , K + , polyethylene glycol, ATP regeneration system and energy source. 細胞抽出液がThermococcus kodakaraensis KOD1株または該KOD1株より派生する株由来のものである、請求項6または7に記載のキット。   The kit according to claim 6 or 7, wherein the cell extract is derived from Thermococcus kodakaraensis KOD1 strain or a strain derived from the KOD1 strain. 目的タンパク質をコードするmRNAが、目的タンパク質をコードする塩基配列の上流に配列番号4に示すリボソーム結合配列を有する、請求項6〜8のいずれかに記載のキット。   The kit according to any one of claims 6 to 8, wherein the mRNA encoding the target protein has the ribosome binding sequence shown in SEQ ID NO: 4 upstream of the base sequence encoding the target protein. 無細胞タンパク質転写・翻訳系によりタンパク質を製造する方法であって、超好熱菌由来の細胞抽出液を含む無細胞タンパク質転写・翻訳系中で、目的タンパク質をコードするプラスミドの転写および翻訳を高温条件下で行なわせてタンパク質を製造する方法。   This is a method for producing proteins using a cell-free protein transcription / translation system. In a cell-free protein transcription / translation system containing cell extracts derived from hyperthermophilic bacteria, transcription and translation of the plasmid encoding the target protein is carried out at a high temperature. A method for producing a protein by performing under conditions. 無細胞タンパク質転写・翻訳系中に、目的タンパク質をコードするプラスミド、RNAポリメラーゼ、Mg2+およびアミノ酸が含有されている、請求項10に記載の方法。The method according to claim 10, wherein the cell-free protein transcription / translation system contains a plasmid encoding the target protein, RNA polymerase, Mg 2+ and an amino acid. RNAポリメラーゼが高温条件下で至適温度を有するものである、請求項11に記載の方法。   The method according to claim 11, wherein the RNA polymerase has an optimum temperature under high temperature conditions. 細胞抽出液がThermococcus kodakaraensis KOD1株または該KOD1株より派生する株由来のものである、請求項10〜12のいずれかに記載の方法。   The method according to any one of claims 10 to 12, wherein the cell extract is derived from Thermococcus kodakaraensis KOD1 strain or a strain derived from the KOD1 strain. 目的タンパク質をコードするプラスミドが、上流から順にプロモーター、配列番号4に示すリボソーム結合配列および目的タンパク質をコードする塩基配列を含む、請求項10〜13のいずれかに記載の方法。   The method according to any one of claims 10 to 13, wherein the plasmid encoding the target protein comprises a promoter, a ribosome binding sequence shown in SEQ ID NO: 4 and a base sequence encoding the target protein in order from the upstream. 目的タンパク質をコードするプラスミドの転写および翻訳を高温条件下で行なわせるにあたり、転写温度を前記RNAポリメラーゼの至適温度に設定するとともに、翻訳温度を請求項1〜9のいずれかに記載の無細胞タンパク質翻訳系の至適温度に設定することを特徴とする、請求項11〜14のいずれかに記載の方法。   The cell-free cell culture according to any one of claims 1 to 9, in which a transcription temperature is set to an optimum temperature of the RNA polymerase when transcription and translation of a plasmid encoding a target protein is performed under high temperature conditions. The method according to any one of claims 11 to 14, wherein the temperature is set to an optimum temperature of the protein translation system. 無細胞タンパク質転写・翻訳系によりタンパク質を製造するためのキットであって、無細胞タンパク質転写・翻訳系として、超好熱菌由来の細胞抽出液、目的タンパク質をコードするプラスミド、RNAポリメラーゼ、Mg2+およびアミノ酸を含有する、前記プラスミドの転写および翻訳を高温条件下で行なわせてタンパク質を製造するためのキット。A kit for producing a protein using a cell-free protein transcription / translation system. As a cell-free protein transcription / translation system, a cell extract derived from a hyperthermophilic bacterium, a plasmid encoding a target protein, RNA polymerase, Mg 2+ And a kit for producing a protein containing the amino acid and allowing the plasmid to be transcribed and translated under high temperature conditions. RNAポリメラーゼが高温条件下で至適温度を有するものである、請求項16に記載のキット。   The kit according to claim 16, wherein the RNA polymerase has an optimum temperature under a high temperature condition. 細胞抽出液がThermococcus kodakaraensis KOD1株または該KOD1株より派生する株由来のものである、請求項16または17に記載のキット。   The kit according to claim 16 or 17, wherein the cell extract is derived from Thermococcus kodakaraensis KOD1 strain or a strain derived from the KOD1 strain. 目的タンパク質をコードするプラスミドが、上流から順にプロモーター、配列番号4に示すリボソーム結合配列及び目的タンパク質をコードする塩基配列を含む、請求項16〜18のいずれかに記載のキット。   The kit according to any one of claims 16 to 18, wherein the plasmid encoding the target protein comprises a promoter, a ribosome binding sequence shown in SEQ ID NO: 4 and a base sequence encoding the target protein in order from the upstream.
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