이 논문에서는 대사공학에의 응용에 필수적이며 또한 그 자체의 기술이 학문적으로 상당히 관심을 끄는 C. acetobutylicum에서의 primary metabolic gene cloning에 대하여 정리해 보고자 한다. 우선 C. acetobutylicum의 primary metabolism과 일반적인 대사 조절에 대하여 간략히 살펴보고 이에 관여한 효소들과 gene cloning에 대하여 기술하고자 한다.
Clostridium thermocellum의 cellulase 유전자를 pBR322를 이용하여 Escherichia coli에 cloning하였다. 삽입된 Hind III 분해 DNA 단편의 크기는 약 1. 8kb였으며 이미 알려진 C. themocellum의 cellulase gene과는 다른 제한효소 분해위치를 가진 새로운 cellulase gene으로서 E, coli에서 CMCase와 FPase 활성을 나타내었다. 이 유전자는 생육의 전시기를 통해 표현되었고 고온성 cellulase의 구조적, 기능적 특성이 그대로 유지되었을 뿐만 아니라 상당량이 세포밖으로 분비되었다.
고온 호알카리성 Bacillus K-17의 Protease gene의 구조해명과 성질을 알기 위해서, E. coli HB101에 pER 322를 Vector로 하여 Protease gene을 Cloning하여 형질전환 된 균주를 선정하였다. 선정균주의 pretense activity를 Bacillus K-17의 상대활성도와 매우 유사하였으며 균체외에 보다 많은 효소 활성도를 지니고 있었다. 제한효소 Hind III로 절단하면 약 1.8kb와 0.4kb의 2개의 fragments 가 생성되었으며 Southern hybridization 결과 Cloning 된 gene이 Bacillus K-17에서 유래된 것임이 확인되었다.
In this study, we report the cloning of the porcine UPII genomic DNA, which contains a putative full-length open reading frame encoding the UPII protein. A comparison of the porcine UPII gene coding sequence with the previously published mouse UPII sequence demonstrates that only the exon sequences are partially conserved. Northern and immunohistochemical analyses show that the porcine UPII gene is expressed only in the urothelium and that the protein specifically localizes to urothelial superficial cells. (omitted)
The Salmonella typhimurium cdd gene encoding cytidine deaminase (cyti-dine/2'-deoxycytidine aminohydrolase; EC 3.5.4.5.) was isolated through shotgun clon-ing by complementation of the E. coli odd mutation. By subsequent deletion and sub-cloning from the original 3.7 Kb of EcoRI insert (pSAMI), the precise region of the cdd structural gene is located around the BglII site in the middle part of 1.7 Kb of NruI/PvuI segment. The 1.7 Kb containing odd gene wag subcloned to the pUC18 vector and the nucleotide sequence of the cdd gene was determined. When the putative ribosorne-binding site (Shine-Dalgarno sequence) and initiation codon were predicted to be GAGG at the position 459 and ATG at the position 470, respectively, there was an open reading frame of 885 nucleotides, encoding an 294 amino acid protein. The cdd gene expression in E. coli JF611/pSAMI was amplified about 50 fold compared to that of the wild type. The cdd gene expression was maintained in the stationary phase after rea-ching the peak in the late logarithmic phase.
Positional cloning (map-based cloning) of mutations or genetic variations has been served as an invaluable tool to understand in-vivo functions of genes and to identify molecular components underlying phenotypes of interest. Mice homozygous for the cerebellar deficient folia (cdf) mutation are ataxic, with cerebellar hypoplasia and abnormal lobulation of the cerebellum. In the cdf mutant cerebellum approximately 40% of Purkinje cells are ectopically located within the white matter and the inner granule cell layer (IGL). To identify the cdf gene, a high-resolution genetic map for the cdf-gene-encompassing region was constructed using 1997 F2 mice generated from C3H/HeSnJ-cdf/cdf and CAST/Ei intercross. The cdf gene showed complete linkage disequilibrium with three tightly linked markers D6Mit208, D6Mit359, and D6Mit225. A contig using YAC, BAC, and P1 clones was constructed for the cdf critical region to identify the gene. A deletion in the cdf critical region on chromosome 6 that removes approximately 150kb of DNA was identified. A gene associated with this deletion was identified using cDNA selection. cdf mutant mice with the transgenic copy of the identified gene restored the brain abnormalities of the mutant mice. The positional cloning of cdf gene provides a good example showing the identification of a gene could lead to finding a new component of important molecular pathways.
Schwanniomyces castellii의 제놈 DNA로 제조된 유전자 은행으로부터 cloning된 ${\alpha}$-amylase 유전자가 Sacchromyces cerevisiae에서 발현되었다. Cloning된 삽입 DNA 절편의 크기는 약 5.0 kb이었고, Southern 및 immunoblot 분석 결과 cloning된 ${\alpha}$-amylase 유전자가 Sch. Castellii로부터 유래되었음이 확인되었다. S. cerevisiae SHY3 형질전환체에서 Sch. Castellii ${\alpha}$-amylase 유전자발현은 모균주에 비해 낮았으나, 단백질의 분자량 및 효소의 성질은 Sch. Castellii에서 분리한 ${\alpha}$-amylase의 그것과 차이가 없었다.
TAR(Transformation-Associated Recombination) cloning 법은 복잡한 고등생물의 게놈으로부터 유전자나 특정 염색체 부위를 선별적 분리를 가능하게 한다. 이 방법은 목적으로 하는 염색체 부위의 주변에 존재하는 비교적 짧은 게놈 염기서열에 대한 정보를 필요로 하며, spheroplast 형질전환 과정에서 게놈 DNA와 5'-와 3'-표적배열을 지닌 TAR vector 사이에서 일어나는 상동성 재조합과정에 의해 이루어진다. 본 연구에서는 single-copy 유전자의 클론닝에 필요한 specific hook의 최소 크기를 조사하였고, 서로 다른 TAR vector(radial과 unique vector)의 유용성을 조사하기 위해 동일한 single-copy 유전자의 클론닝을 통해 비교하였다. 그 결과, hHPRT 유전자에 대한 TAR cloning의 빈도는 hook의 길이가 750 bp∼63 bp의 범위에서 동일하게 나타났다. radial hook을 사용한 경우보다 unique hook을 사용하였을 경우 형질전환체의 수는 약 20배정도의 감소를 보였으나 목적으로 하는 재조합체의 분리 빈도는 두 배 이상 증가하였다. 그러므로 본 연구에서 two-unique TAR vector는 선별력이 높으므로 일반적 TAR cloning에 사용할 수 있으며, radial TAR vector의 경우는 병리학적 표본과 같이 제한된 게놈 DNA를 사용하는 경우에 더 적합하다고 볼 수 있다. 또한, single-copy 유전자의 분리에 필요로 하는 specific hoot의 최소 길이는 약 60 bp로도 가능하다는 것을 확인하였다.
산업적으로 lysine 발효 산업에 이용되고 있는 B. lactofermentum으로부터 lysine 생합성에 관여하는 tetrahyrodipicolinate N-succinyl transferase를 지령하는 dapD 유전자를 E. coli의 dapD 결손변이주와의 complementation test를 통하여 cloning하였다. 재조합 plamid는 3.6 kb의 DNA 단편을 함유하고 있었으며 Southern blot hybridization을 통하여 dapD 유전자는 B. lactofermentum으로부터 유래하였으며 염색체 DNA내에 single copy로 존재함을 알 수 있었다. 또한 lysine 생성량 분석을 통하여 E. coli에서 B. lactofermentum dapD 유전자의 발현을 확인하였다.
미생물중 urease생성능이 아주 강한 B. pasteurii의 Hind III partial digest 된 chromosomal DNA를 E. coli-B. subtilis bifunctional plasmid vector pGR 71으로 E. coli RR1 균주에 cloning 하므로써 그 urease gene을 expression시킬 수 있었다. 그러나 B. subtilis에서는 insertion DNA fragment의 deletion으로 expression되지 않았다. Cloning된 E.coli RR1 균주로부터 분리 정제한 urease gene함유 Plasmid(pGU66)의 restriction map을 작성하여 본 결과 7.1 Mdal의 insertion fragment가 삽입된 12.6Mdal의 plasmid에 Hind III, Bgl II, Xba I, Sal I등 몇 개의 cleavage site 위치를 찾을 수 있었다. Cloning된 E. coli의 urease는 periplasmic space에 많은 비율로 축적되며, 그 효소학적 성질은 donor인 B.pasteurii의 그것과 매우 유사하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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