タイトル: | 特許公報(B2)_酵母染色体に外来遺伝子を挿入する方法 |
出願番号: | 2000356617 |
年次: | 2005 |
IPC分類: | 7,C12N15/09 |
山本 歩 JP 3612559 特許公報(B2) 20041105 2000356617 20001122 酵母染色体に外来遺伝子を挿入する方法 独立行政法人情報通信研究機構 301022471 芳村 武彦 100102299 山本 歩 20050119 7 C12N15/09 C12N15/09 C12R1:645 JP C12N15/00 A C12N15/00 A C12R1:645 7 C12N 15/09 BIOSIS/WPI(DIALOG) JSTPlus(JOIS) 日本農芸化学会誌,1994, Vol.68, No.7, p.1126-1129 6 2002153273 20020528 28 20001122 七條 里美 【0001】【発明の属する技術分野】本発明は、医学、生物学における基礎研究に有用な、酵母染色体の任意の位置に外来遺伝子を挿入する方法に関する。【0002】【従来の技術】酵母は遺伝子工学を用いた解析が容易であり、しかもその細胞内の構造、機能などが人間などの高等真核生物と類似点が多く、真核生物のあらゆる研究のモデル生物として、医学、あるいは生物学の分野で広く利用されている。酵母染色体に外来遺伝子を挿入して染色体を改変する従来の方法は、挿入したいDNA断片の両端に挿入したい染色体部位と同じ配列を持つDNA断片を作製し、この断片を細胞内に導入し、細胞内の相同組み換えを利用して任意の部位に挿入するというものである。そして、染色体と同じ配列を両端に持つDNA断片を作製するには(1)酵素処理によって染色体と同じ配列を持つ断片を結合させてプラスミドベクターに挿入し、大腸菌等の宿主を用いて増やす、あるいは(2)PCR法のプライマーとして染色体と同じ配列を持つものを用いて挿入断片の両端に染色体の配列を持つものをPCR法を用いて増やし、それを酵母内に形質転換によって導入し、相同組み換えによって染色体の任意の部位に挿入する方法が使用されている。(図15参照)【0003】しかしながら、(1)の場合、外来遺伝子を染色体のいろいろな部位に挿入したい場合にはその都度、酵素処理を行ったあと、宿主で増やさなければならない。このとき挿入断片が大きい、あるいは宿主内で組み換えが起りやすく操作しづらい場合には、目的とする外来遺伝子が挿入された染色体を得ることは非常に困難である。また(2)の場合、挿入しようとするDNA断片のサイズが大きかったり、反復配列を持つ断片ではPCR法で増やすことは非常に難しい。【0004】【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技術の問題点を解消して、酵母染色体の任意の位置に、所望の外来遺伝子を簡単な操作で効率良く挿入することのできる方法を提供することを目的とする。【0005】【課題を解決するための手段】本発明では、上記課題を解決するために、次のような構成をとるものである。1.以下の工程を含むことを特徴とする酵母染色体に外来遺伝子を挿入する方法:(1)ターゲット配列となるDNA断片の両側に、酵母染色体の外来遺伝子を挿入する部位と相同な配列を有するDNA断片を作製する工程、(2)該DNA断片と酵母染色体の相同組み換えによって、ターゲット配列を導入した酵母染色体を得る工程、(3)ターゲット配列と相同組み換え可能なDNA断片とマルチクローニングサイトを有するプラスミドに、外来遺伝子を挿入する工程、(4)ターゲット配列を導入した酵母染色体と外来遺伝子を挿入したプラスミドの相同組み換えによって、外来遺伝子を挿入した酵母染色体を得る工程。2.ターゲット配列として、第1のマーカー遺伝子の部分断片及び第2のマーカー遺伝子を使用し、第2のマーカー遺伝子によってターゲット配列を導入した酵母染色体を選別することを特徴とする1に記載の方法。3.ターゲット配列と相同組み換え可能なDNA断片として、第1のマーカー遺伝子を使用することを特徴とする2に記載の方法。4.酵母染色体が分裂酵母の染色体であることを特徴とする1〜3にいずれかに記載の方法。5.第1のマーカー遺伝子が分裂酵母のura4遺伝子であり、第2のマーカー遺伝子がkanamycine耐性遺伝子であることを特徴とする4に記載の方法。6.工程(1)の酵母染色体の外来遺伝子を挿入する部位と相同な配列を有するDNA断片を、PCR法によって作製することを特徴とする1〜5にいずれかに記載の方法。【0006】【発明の実施の形態】本発明では、はじめにターゲット配列となるDNA断片の両端に、外来遺伝子を挿入する部位の染色体配列を持たせ、相同組み換えによって酵母染色体にターゲット配列を導入する。つぎに、得られた酵母染色体のターゲット配列に、所望の外来遺伝子の挿入を行なうものである。すなわち、酵母染色体に挿入可能なDNA断片を得るための大腸菌等の宿主での操作、或いはPCR法による操作は、その操作が簡単なターゲット配列に対して行うものである。そして、目的とする外来遺伝子は、単にプラスミドのマルチクローニングサイトに組み込むことによって、相同組み換えによってターゲット配列を導入した酵母染色体に挿入することが可能となる。したがって、本発明の方法によれば、ターゲット配列の両側に設ける酵母染色体と相同な配列を選択することによって、酵母染色体の任意の部位に外来遺伝子を挿入することが可能となり、またその際に、従来技術で生じる種々の問題点を解消することができる。【0007】つぎに、図に基づいて、本発明をさらに説明するが、以下の具体例は本発明を限定するものではない。図1は、本発明の方法における工程の概略を示す模式図である。本発明では、2種類のプラスミドベクターを使用する。プラスミド1は、酵母染色体に導入するターゲット配列を含むプラスミドであり、プラスミド2は、ターゲット配列を導入した酵母染色体に目的とする外来遺伝子を組み込むためのプラスミドである。この例では、プラスミド1のターゲット配列として、第1のマーカー遺伝子(図1のマーカー遺伝子B)の部分断片と、これに接続する第2のマーカー遺伝子(図1のマーカー遺伝子A)を使用する。そして、例えばPCR法によって、このプラスミド1のターゲット配列の両側に、酵母染色体の外来遺伝子を挿入する部位と相同な配列を有するDNA断片を作製する。つぎに、得られたDNA断片と酵母染色体の相同組み換えによって、ターゲット配列を導入した酵母染色体を得る。その際に、目的とする酵母染色体はマーカー遺伝子Aによって選別する。【0008】一方、プラスミド2は、マルチクローニングサイトと第1のマーカー遺伝子Bを有するものであり、マルチクローニングサイトに酵母染色体に挿入する外来遺伝子を挿入する。この外来遺伝子を挿入したプラスミド2を、上記のターゲット配列を導入した酵母染色体と、第1のマーカー遺伝子Bの部位で相同組み換えすることによって、目的とする外来遺伝子を挿入した酵母染色体を得る。上記の工程をとることによって、酵母染色体に挿入する外来遺伝子は、プラスミド2のマルチクローニングサイトに単にクローニングするだけで、それ以上操作する必要はない。また、酵母染色体に導入可能なターゲット配列を有するDNA断片を得るための、PCR法や大腸菌等の宿主による操作は、小型のプラスミド1に対して行なえばよく、操作が容易になる。したがって、本発明の方法では、従来技術の問題点を解消し、酵母染色体の任意の部位に、任意の外来遺伝子を挿入することが可能となる。【0009】【実施例】(実施例1)分裂酵母のade8遺伝子座へ外来遺伝子としてlac operator反復配列を組み込む例について、以下に説明する。(pCT33−6の構築、およびその構造)分裂酵母のura4遺伝子を持つpREP2ベクター(Maundrell, K. 1993. Thiamine−repressible expression vectors pREP and pRIP for fission yeast. Gene. 123:127−130)を鋳型とし、プライマー1:CGCGGATCCGAATTGTTGGCTTTGATGGAAG(配列番号1)及びプライマー2:CGCGGATCCTTAGTCGCTACATAAAATTTTACC(配列番号2)をそれぞれ使用しura4遺伝子のC末側、242アミノ酸を含み、両端にBamHIサイト(プライマー中の下線部)を有するDNA断片を増幅、取得する。その後この断片をBamHIで切断し、BamHI断片を得る。また、pFA6a−kanMX6ベクター(Wach, et al. 1994. New heterologous modules for classical or PCR−based gene disruptions in Saccharomyces cerevisiae. Yeast. 10:1793−1808)をBglI(図2中、枠囲い)で切断する。その後、このBamHI断片とpFA6a−kanMX6ベクターをライゲーションしてpCT33−6を取得する。pCT33−6を取得する手順を図2に、また得られたpCT33−6の制限酵素地図を図3に示す。図中、AmpRはアンピシリン耐性遺伝子、ura4−partialはura4代謝系遺伝子部分断片、kanRはカナマイシン耐性遺伝子、PtefはA.gosypiiTEF遺伝子プロモーター、そしてTtefはA.gosypiiTEF遺伝子ターミネーターを表す。また、挿入されたura4遺伝子断片のDNA配列を図4及び配列番号3に示す。【0010】(pCT30の構築およびその構造)pBluescriptKS+ベクター(STRATAGENE社)をNaeIで(図5中、枠囲い)消化後、BglIIリンカー(宝酒造製)を挿入する。その後BglIIで切断する。また、分裂酵母のura4遺伝子を持つpREP2ベクターを鋳型とし、プライマー3:CGGGATCCAAGCTTAGCTACAAATCCCACTG(配列番号4)プライマー4:CGGGATCCAAACGCAAACAAGGCATCGAC(配列番号5)をそれぞれ使用し、PCR法によりura4遺伝子を含み、両端にBamHIサイト(プライマー中の下線部)を有するDNA断片を増幅、取得する。その後この断片をBamHIで切断し、このBamHI断片をBglIIで切断したベクターとライゲーションを行ってpCT30を取得する。pCT30を取得する手順を図5に、そして、得られたpCT30の制限酵素地図を図6に示す。また、挿入されたura4遺伝子を含む断片のDNA配列を図7及び配列番号6に示す。【0011】(pCT31の構築およびその構造)pSV2dhfr8.32プラスミド(Robinett, C.C. et al. 1996. In vivo localization of DNA sequences and visualization of large−scale chromatin organization using lac operator/repressor recognition. J. Cell Biol. 135:1685−1700.)より制限酵素XhoIおよびSalIでlac operator配列が256コピーつながったDNA配列を持つ断片を切り出す。pCT30をXhoI(図8中、枠囲い)で切断後、この断片をライゲーションによって挿入し、pCT31を構築する。プラスミドpCT31の構築手順を図8に示す。図8において、ura4はウラシル代謝系遺伝子、MCSはマルチクローニングサイト、そしてlac operator repeaterはlacオペレータ反復配列を表す。【0012】(分裂酵母のade8遺伝子座への組み込み)分裂酵母のade8遺伝子領域と相同な配列を有する以下の二つのプライマー5(配列番号7)及びプライマー6(配列番号8)を用い、pCT33−6を鋳型としてPCR法によって増幅する。これによって両端にade8遺伝子領域と相同な配列を持ち、kanamycine耐性遺伝子とura4遺伝子断片を有するDNA断片を取得する。以下のプライマーの下線部はade8領域と相同な配列を示し、下線のない配列はpCT33−6と相同な領域である。また、ade8領域のDNA配列を図9及び配列番号9に示し、図9中の下線部はプライマー5、6に使用した配列を示す。primer5(配列番号7):CAAATAATAAATCTGATGGTCTTCTCAAGGTGGAGCATTTGTAGAGCACTACTTAGTGTTGGTTCCTCACTGTCCATTCACCACAACAGGTAG CGGATCCCCGGGTTAATTAAprimer6(配列番号8):TCTTCCTTGACTACTCGGCCAGCTTGATGAGACAAGACACGAATCTGCTCGTGACACTCATGACGACTAGCACCGTGCTTAGTCATAGCC GAATTCGAGCTCGTTTAA【0013】得られたDNA断片をura4−D18というura4遺伝子を欠失した変異をもつ分裂酵母の株に、リチウムクロライド法(Moreno, S, et. al. 1991. Molecular genetic analysis of fission yeast Schizosaccharomyces pombe. Methods Enzymol. 194: 793−823.)による形質転換によって導入した。kanamycineにより選別して得られたkanamycine耐性形質転換株のうち、〜30%がade8領域に正しくDNA断片が挿入されたものであった。次にプラスミドpCT31をura4遺伝子内に存在するStuIで切断し、直鎖状とした。この直鎖プラスミドをリチウムクロライド法により、ade8遺伝子座にura4遺伝子断片とkanamycine耐性遺伝子が組み込まれた分裂酵母の株に導入した。相同組換えにより得られたura+形質転換株の〜100%が、ade8遺伝子座にlac operator反復配列をもつpCT31が正しく組み込まれたものであった。【0014】(実施例2)つぎに、分裂酵母のade6遺伝子座へ外来遺伝子としてlac operator反復配列を組み込む例について説明する。ade6遺伝子座への組み込みにはまず、kanamycine耐性遺伝子+ura4遺伝子断片の両側にade6領域と相同なDNA配列をもつプラスミドpCT34を作製し、そこからその断片を切り出して細胞へ導入することによって行った。以下にpCT34の作製法、および組み込み法を示す。【0015】(pCT34の作製)ade6−469の変異のあるade6遺伝子(Szanski, P, et. al. 1988. DNA sequence analysis of the ade6 gene of Scizosaccharomyces pombe wild−type and mutant alleles including the recombination hot spot allele ade6−M26. J. Mol. Biol. 204:917−925.)を持つプラスミド、pade6−469より、ade6遺伝子領域をPvuII−SpeIで切り出す。切り出したDNAの配列を図10、11及び配列番号10に示す。図10、11において、白四角はPvuIIあるいはSpeIサイトを示し、*は停止コドンを示す。また、括弧内は変異のないade6のDNA及びアミノ酸配列を示す。切り出した断片をpRS306(Sikorski, R. S. and Hieter, P. 1989. System of shyttle vectors and yeast host strains desingned for efficient manipulation of DNA in Saccharomyces cerevisiae. Genetics. 122: 19−27.)のEcl136II−SpeIサイトにライゲーションによって挿入し、プラスミドpCT32を得た。(図12)。得られたプラスミド、pCT32よりade6蛋白質のコード領域の約4分の3にあたるBamHI−EcoRI断片を切り出して除く。(図13)。そしてpCT33−6より切り出したura4遺伝子断片とkanamycine耐性遺伝子を含むBanHI−EcoRI断片をこの部分にライゲーションによって挿入し、プラスミドpCT34を作製した。pCT34を作製する手順を図12及び図13に示す。【0016】(ade6遺伝子座への組み込み)pCT34よりade6の領域と相同な配列を両端に持ち、しかもura4遺伝子断片とkanamycine耐性遺伝子を持つDNA断片をXhoIによって切り出す。(図14、枠囲い)。このXhoI断片をリチウムクロライド法によってura4−D18の変異を持つ分裂酵母の株に導入する。kanamycineにより選別して得られたkanamycine耐性形質転換株のうち、〜90%がade6領域に正しくDNA断片が挿入されたものであった。次にade8への組み込みの時と同様に、プラスミドpCT31をStuIで切断し、直鎖状とし、ade6遺伝子座にura4遺伝子断片とkanamycine耐性遺伝子が組み込まれた分裂酵母の株に導入した。相同組換えにより得られたura+形質転換株の〜100%が、ade6遺伝子座にlac operator反復配列をもつpCT31が正しく組み込まれたものであった。【0017】上記の実施例では、本発明を分裂酵母の染色体に適用した例について説明したが、本発明は出芽酵母の染色体にも適用することができるものである。【0018】【発明の効果】本発明では、酵母染色体への外来遺伝子の組み込みを2段階で行うものであり、酵母染色体に挿入可能なDNA断片を得るための大腸菌等の宿主での操作、或いはPCR法による操作は、その操作が簡単なターゲット配列に対して行う。そして、目的とする外来遺伝子は、単にプラスミドのマルチクローニングサイトに組み込むことによって、相同組み換えによってターゲット配列を導入した酵母染色体に挿入するものである。したがって、本発明の方法によれば、ターゲット配列の両側に設ける酵母染色体と相同な配列を選択することによって、酵母染色体の任意の部位に外来遺伝子を挿入することが可能となり、またその際に、従来技術で生じる種々の問題点を解消することができる。【配列表】【図面の簡単な説明】【図1】本発明の工程の概略を示す模式図である。【図2】プラスミドpCT33−6を取得する手順を示す図である。【図3】プラスミドpCT33−6の制限酵素地図を示す図である。【図4】ura4遺伝子断片のDNA配列を示す図である。【図5】プラスミドpCT30を取得する手順を示す図である。【図6】プラスミドpTC30の制限酵素地図を示す図である。【図7】ura4遺伝子を含む断片のDNA配列を示す図である。【図8】プラスミドpCT31を取得する手順を示す図である。【図9】ade8領域のDNA配列を示す図である。【図10】ade6領域のDNA配列を示す図である。【図11】ade6領域(図10の配列の続き)のDNA配列を示す図である。【図12】プラスミドpCT32を取得する手順を示す図である。【図13】プラスミドpCT34を取得する手順を示す図である。【図14】ade6遺伝子座へ外来遺伝子を組み込む手順を示す図である。【図15】染色体に外来遺伝子を挿入する従来の方法を示す図である。 以下の工程を含むことを特徴とする酵母染色体に外来遺伝子を挿入する方法:(1)ターゲット配列となるDNA断片の両側に、酵母染色体の外来遺伝子を挿入する部位と相同な配列を有するDNA断片を作製する工程、(2)該DNA断片と酵母染色体の相同組み換えによって、ターゲット配列を導入した酵母染色体を得る工程、(3)ターゲット配列と相同組み換え可能なDNA断片とマルチクローニングサイトを有するプラスミドに、外来遺伝子を挿入する工程、(4)ターゲット配列を導入した酵母染色体と外来遺伝子を挿入したプラスミドの相同組み換えによって、外来遺伝子を挿入した酵母染色体を得る工程。 ターゲット配列として、第1のマーカー遺伝子の部分断片及び第2のマーカー遺伝子を使用し、第2のマーカー遺伝子によってターゲット配列を導入した酵母染色体を選別することを特徴とする請求項1に記載の方法。 ターゲット配列と相同組み換え可能なDNA断片として、第1のマーカー遺伝子を使用することを特徴とする請求項2に記載の方法。 酵母染色体が分裂酵母の染色体であることを特徴とする請求項1〜3にいずれかに記載の方法。 第1のマーカー遺伝子が分裂酵母のura4遺伝子であり、第2のマーカー遺伝子がkanamycine耐性遺伝子であることを特徴とする請求項4に記載の方法。 工程(1)の酵母染色体の外来遺伝子を挿入する部位と相同な配列を有するDNA断片を、PCR法によって作製することを特徴とする請求項1〜5にいずれかに記載の方法。