Gene Cloning and Expression of Thermostable DNA Polymerase from Thermus thermophilus HJ6

The gene encoding Thermus thermophilus HJ6 DNA polymerase (Tod) was cloned and sequenced. The open reading frame (ORF) of the Tod gene was composed of 2,505 nucleotides and encoded a protein (843 amino acids) with a predicted molecular weight of 93,795 Da. The deduced amino acid sequence of Tod showed 98% and 86% identities to the Thermus thermophilus HB8 DNA pol and Thermus aquaticus DNA pol, respectively, The Tod gene was expressed under the control of the bacteriophage $\lambda$ promoters PR and PL on the expression vector pJLA503 in Escherichia coli strain BL21 (DE3) codon plus. The expressed enzyme was purified by heat treatment, $HiTrap^{TM}$ Q column, and $HiPrep^{TM}$ Sephacryl S-200 HR 26/60 column chromatographies. The optimal temperature and pH for DNA polymerase activity were found to be $75{\sim}80^{\circ}C$ and 9.0, respectively. The optimal concentrations of $Mg^{2+}$ and $Mn^{2+}$ were 2.5 mM and 1 mM, respectively. The enzyme activity was activated by divalent cations, and was inhibited by monovalent cations. The result of the PCR experiment with Tod DNA polymerase indicates that this enzyme might be useful in DNA amplification and PCR-based applications.

Thermus thermophilus HJ6 유래 내열성 DNA Polymerase의 유전자 클로닝 및 발현

PCR법을 이용하여 Thermus thermophilus HJ6 유래 DNA polymerase(Tod) 유전자를 클로닝하고 염기서열을 분석한 결과, ORF는 2,505개의 뉴클레오타이드로 구성되고 834개의 아미노산을 암호화하였다. 아마노산 서열을 바탕으로 상동성을 분석한 결과, Thermus thermophilus HB8 유래 DNA polymerase와 98%, Thermus aquaticus 유래 DNA polymorase와 86%의 identity를 나타내었다. 이 유전자를 박테리오파지 $\lambda$ 유래 온도감수성 프로모터(PR, PL)를 포함하는 pJLA503 벡터를 이용하여 대장균에서 발현하였다. 발현된 효소는 열처리, $HiTrap^{TM}$ Q column과 $HiPrep^{TM}$ Sephacryl S-200 HR 26/60 columun으로 정제하여 94 kDa의 단백질을 얻을 수 있었다. 정제된 효소의 DNA 중합 활성에 대한 최적온도는 $75{\sim}80^{\circ}C$이고 최적 pH가 9.0이었다. $Mg^{2+}$ and $Mn^{2+}$에 대한 최적 농도는 각각 2.5mM과 1mM이었고 효소활성은 2가 양이온의 존재 하에서는 활성화 되지만 1가양이온에서는 저 해되었다. Tod DNA 중합효소를 이용한 PCR 실험결과, Tod DNA 중합효소는 DNA 증폭 및 PCR 관련 기술에 응용 가능할 것으로 생각된다.