Exon Shufflingによるタンパク質の指向的な進化

真核生物の進化は、親のゲノムの性的再結合によって媒介されます。クロスオーバーは、DNAの長さに依存する周波数でランダムであるが相同で発生します。エクソンはヒトゲノムとイントロンの1％しか占有していないため、ほとんどのクロスオーバーは内部ではなくエクソン間で発生します。イントロン組換えによるエクソンの新しい組み合わせを作成する自然なプロセスは、エクソンシャッフルと呼ばれます。私たちのグループは、エクソンシャッフルのためのin vitro形式を開発し、これらをタンパク質の方向性進化に適用しています。スプライスフレームジャンクションに基づいて、9つのクラスのエクソンと3つのクラスのイントロンを区別できます。天然遺伝子のスプライスフレーム図は、スプライスフレームルールがエクソンシャッフルをどのように支配するかを示しています。ここでは、エクソンシャッフル遺伝子のライブラリを構築するためのさまざまなアプローチを確認します。たとえば、人間の医薬品タンパク質のエクソンシャッフルは、免疫原性に関する懸念を引き起こすポイント変異なしに、すべての配列が完全に人間であるライブラリを生成できます。

Evolution of eukaryotes is mediated by sexual recombination of parental genomes. Crossovers occur in random, but homologous, positions at a frequency that depends on DNA length. As exons occupy only 1% of the human genome and introns about 24%, by far most of the crossovers occur between exons, rather than inside. The natural process of creating new combinations of exons by intronic recombination is called exon shuffling. Our group is developing in vitro formats for exon shuffling and applying these to the directed evolution of proteins. Based on the splice frame junctions, nine classes of exons and three classes of introns can be distinguished. Splice frame diagrams of natural genes show how the splice frame rules govern exon shuffling. Here, we review various approaches to constructing libraries of exon-shuffled genes. For example, exon shuffling of human pharmaceutical proteins can generate libraries in which all of the sequences are fully human, without the point mutations that raise concerns about immunogenicity.