JP2001046097A5 - - Google Patents

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【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼはデオキシヌクレオシドの酵素合成に有用な酵素であるものの、ラクトバシラス属に属する乳酸菌体由来の無細胞抽出液などを酵素源としてそのまま使用する従来法では以下のような問題点が指摘されていた。
(1)乳酸菌は一般に生育が悪く、大量の菌体を調製することが困難である。
(2)ヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼは菌体内酵素であるため、乳酸菌を破砕する必要がある。しかし、乳酸菌の細胞壁は硬く、しかも菌体内でのヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼの発現量も低く、結果としてヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼの抽出効率は非常に低い。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記問題点を解決すべく、遺伝子工学的手法でヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼを大量に生産させ、これをデオキシヌクレオシドの合成に使用することにより上記問題を解決できるのではないかと考え、ヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼの組換えDNA手法による生産を試みた。しかし、従来、ヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼ遺伝子に関する報告はなされておらず、試行錯誤を繰り返した結果、ヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼII活性を有する酵素タンパク質をコードする遺伝子のクローニングに成功し、この遺伝子を用いて発現させた特定のヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼII活性を有する酵素タンパク質を用いることにより、上記従来法の欠点を克服し、効率的にデオキシヌクレオシドを合成できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、ヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼIIを用いて塩基受容体とデオキシ糖残基供与体とからデオキシヌクレオシドを製造する方法において、組換えDNA手法にて調製されたヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼIIとして、(a)配列番号1で示されるアミノ酸配列からなる酵素タンパク質、または(b)配列番号1に示されるアミノ酸配列において、1個もしくは複数個のアミノ酸が欠失、置換、修飾または付加されたアミノ酸配列からなり、ヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼII活性を有する酵素タンパク質を使用することを特徴とする、デオキシヌクレオシドの製造法に関するものである。
また、本発明は、ヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼIIを用いて塩基受容体とデオキシ糖残基供与体とからデオキシヌクレオシドを製造する方法において、ヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼIIとして、以下の(c)〜(g)に記載のいずれかのDNA断片の塩基配列によりコードされるヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼII活性を有する酵素タンパク質を使用することを特徴とする、デオキシヌクレオシドの製造法に関するものである。
(c)配列番号1で示されるアミノ酸配列からなる酵素タンパク質をコードするDNA断片、
(d)配列番号2で示される塩基配列からなるDNA断片
(e)配列番号2で示される塩基配列において、1個もしくは複数個の塩基が欠失、置換、挿入または付加された塩基配列からなるDNA断片
(f)上記(d)に記載のDNA断片にストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA断片
(g)上記(d)、(e)または(f)記載のDNA断片の上流にさらにSD配列を含んでなるDNA断片
さらに、本発明は、ヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼIIを用いて塩基受容体とデオキシ糖残基供与体とからデオキシヌクレオシドを製造する方法において、ヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼIIとして、組換えDNA手法にて得られたヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼII活性を有する菌体から調製した粗酵素液を使用することを特徴とする、デオキシヌクレオシドの製造法に関するものである。
本発明においては、ヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼII活性を有する酵素タンパク質を生産することができる限りにおいて、配列番号2で示される塩基配列中の1個もしくは複数個の塩基が欠失、置換、挿入または付加された遺伝子、またはそれらの遺伝子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする遺伝子も利用することができる。なお、ここでいうストリンジェントな条件下とは、5×SSC(1×SSCは塩化ナトリウム8.76g、クエン酸ナトリウム4.41gを1リットルの水に溶かしたもの)、0.1%w/v N−ラウロイルザルコシン・ナトリウム塩、0.02% w/v SDS、0.5% w/vブロッキング試薬を含む溶液を用い、60℃で20時間程度反応温度条件下でハイブリダイゼーション反応を行なうことを意味する。
ヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼII活性を有するタンパク質を異種微生物内で大量生産させるために使用する発現制御シグナルとしては、人為的制御が可能で、ヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼII活性を有するタンパク質の生産量を飛躍的に上昇させるような強力な転写開始並びに翻訳開始シグナルを用いることが望ましい。このような転写開始シグナルとしては、宿主として大腸菌を用いる場合には、lacプロモーター、trpプロモーター、tacプロモーター(Proc.Natl.Acad.Sci.USA.,80,21(1983)、Gene,20,231(1982))、trcプロモーター(J.Biol.Chem.,260,3539(1985))などを、酵母を宿主とする場合にはグリセルアルデヒド-3-ホスフェート・デヒドロゲナーゼ(J.Biol.Chem.,254,2078(1980))や抑制性酸性ホスファターゼ(Nucl.Acids Res.,11,1657(1983))などの遺伝子の発現制シグナルを例示することができる。
得られた形質転換体は、当該微生物が増殖可能な培地中で増殖させ、さらにクローン化したヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼII活性を有するタンパク質の産生を誘導して菌体内に当該酵素タンパク質が大量に蓄積するまで培養を行う。形質転換体の培養は、炭素源、窒素源などの当該微生物の増殖に必要な栄養源を含有する培地を用いて常法に従って行えばよい。例えば、大腸菌を宿主として使用する場合、培地として2xYT培地(Methods in Enzymology,100,20(1983))、LB培地、M9CA培地(Molecular Cloning、前述)などの大腸菌の培養に常用されている培地を用い、20〜40℃の培養温度で必要により通気攪拌しながら培養することができる。また、ベクターとしてプラスミドを用いた場合には、培養中におけるプラスミドの脱落を防ぐために適当な抗生物質(プラスミドの薬剤耐性マーカーに応じ、アンピシリン、カナマイシンなど)の薬剤を適当量培養液に加えて培養する。
培養中にヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼII活性を有する酵素タンパク質の産生を誘導する必要がある場合には、用いたプロモーターで常用されている方法で該遺伝の発現を誘導する。例えば、lacプロモーターやtacプロモーターを使用した場合には、培養中期に発現誘導剤であるイソプロピル−β−D−チオガラクトピラノシド(以下、IPTGと略称する)を適当量添加する。また、使用するプロモーターが構成的に転写活性を有する場合には、特に発現誘導剤を添加する必要はない。
このようにして調製した培養物から膜分離あるいは遠心分離処理などにより菌体を回収する。
回収した菌体は、菌体それ自体をヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼII活性を有する酵素タンパク質として利用することも可能であるが、回収した菌体を適当な緩衝液に懸濁し、超音波処理、フレンチプレス処理などにより物理的に菌体を破砕するか、あるいはリゾチーム処理など酵素的に溶菌させ、菌体残さを遠心分離により除去して無細胞抽出液を調製し、この無細胞抽出液をヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼII活性を有する酵素タンパク質として利用する方が好適である。この細胞抽出液内にはヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼII活性を有する酵素タンパク質が過剰に存在しているため、特に精製処理を施さなくとも酵素源として利用可能である。さらに、熱処理、硫安塩析処理、透析処理、エタノールなどの溶媒処理、各種クロマトグラフィー処理などの酵素精製に通常使用されている処理を単独で、または数種組み合わせて得られる粗精製物または精製物をヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼII活性を有する酵素タンパク質として利用してもかまわない。
【0029】
【発明の効果】
乳酸菌体から調製したものを酵素源としてデオキシヌクレオシドを合成する従来法の場合、菌体からのヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼの存在量が低いことに加え、抽出効率も悪いため目的とする酵素活性が極めて低く、大量の酵素量を必要とし、また基質濃度も高くできないため、結果としてデオキシヌクレオシドの合成効率が極めて低く、到底実用的な方法とはなり得ない。さらに、混在する他の酵素による副反応によりデオキシヌクレオシドの収率が低下してしまうという問題も内在していた。
しかしながら、本発明によれば、ヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼII活性を有する酵素タンパク質を効率的に生産でき、活性の高い酵素タンパク質を大量に取得することができるため、少量の酵素タンパク質量で充分であり、基質濃度も高くでき、短時間で効率よくデオキシヌクレオシド、特に2’−デオキシヌクレオシドを合成できるきわめて実用的な方法である。
また、後述実施例に示すように、無細胞抽出液などの粗精製の酵素タンパク質を用いても副反応はほとんど観察されず、従来法の問題点を克服した方法でもある。
PCRによる遺伝子の増幅は、反応液100μl中(50mM塩化カリウム、10mMトリス塩酸(pH8.3)、1.5mM塩化マグネシウム、0.001%ゼラチン、0.2mMdATP、0.2mMdGTP、0.2mMdCTP、0.2mMdTTP、乳酸菌染色体DNA 0.1μg、プライマーDNA(A)(B)各々0.2mM、AmpliTaqDNAポリメラーゼ 2.5ユニット)をPerkin−Elmer Cetus Instrument社製DNAThermal Cyclerを用いて、熱変性(94℃、30秒)、アニーリング(40℃、30秒)、伸長反応(72℃、30秒)のステップを28回繰り返すことにより行った。
サザンハイブリダイゼーション用のプローブは、上記PCR条件でdNTPにDIG標識UTPを含む混合液を使用して作製した。乳酸菌染色体DNAは種々の制限酵素で分解し電気泳動後、常法に従ってサザンハイブリダイゼーションを行った。この結果から、図1のような制限酵素地図が得られた。
図1のとおり、ヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼII遺伝子(ndt2 gene)は乳酸菌染色体DNAのSalI−EcoRIの3.2kb断片に存在することが判明した。そこで乳酸菌染色体のSalI、EcoRI消化物の2.3〜4.0kb断片を回収して、これをpUC18のSalI、EcoRI消化物とライゲーションしたものを鋳型DNAとしてPCRを行った。プライマーはプライマー(B)とシーケンス用プライマーM4(TaKaRa)を使用し、先の条件で、94℃・30秒、40℃・30秒、72℃・120秒のサイクルを30回繰り返した。得られたDNA断片はSalI、HindIII消化後、クローニングベクターpHSG398に組み込んだ。このプラスミドをp398−5SHと命名した。
(3)形質転換体の培養と酵素の調製
上記の組換えベクターを保持する大腸菌形質転換体を、100μg/mlのクロラムフェニコールまたはアンピシリンを含有する2xYT培地100mlに植菌し、37℃で振盪培養した。4×l08個/mlに達した時点で、培養液に終濃度0.05mMとなるようにIPTGを添加し、さらに37℃で4時間振盪培養を続けた。培養終了後、遠心分離(9,000×g、10分間)により培養菌体を回収し、10mlの緩衝液(10mMトリス塩酸(pH7.8)、1mM EDTA)に懸濁した。菌体懸濁液を超音波破砕機にて処理して、さらに遠心分離(12,000×g、10分間)により菌体残渣を除去した。このようにして得られた上清画分を無細胞抽出液とした。無細胞抽出液におけるヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼII活性を対照菌(pHSG398を保持する大腸菌JM109)と共に下記表に示す。なお、ヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼII活性は、5mMのデオキシアデノシンとシトシン、またはチミジンとシトシンを基質にして測定した。反応液に無細胞抽出液を加えて反応を開始し、1分間煮沸することにより酵素を失活させた。37℃におけるデオキシシチジンの生成量を高速液体クロマトグラフィーにより定量し、37℃で1分間に1μmoleのデオキシシチジンを生成する活性を1単位(ユニット)とした。
Figure 2001046097
* 1 unit = 1μmole deoxycytidine-production from deoxyuridine/min at 37℃
【0045】
【実施例2】
2’−デオキシシチジンの合成(2)
1mMの2’−デオキシアデノシンと1mMのシトシンを含む水溶液1mlに、実施例1で調製された形質転換体JM109[pTrc−T2F4]由来の無細胞抽出液を200倍希釈したものを6μ1添加(9unit/L反応液)して、37℃で12分反応させた。2’−デオキシシチジンの生成率を測定した結果、0.2mMの2’−デオキシシチジン(対2’−デオキシアデノシン比20%)が合成された。
【0046】
【実施例3】
2’−デオキシシチジンの合成(3)
133mMの2’−デオキシウリジンと133mMのシトシンを含む水溶液1.5Lに、実施例1で調製された形質転換体JM109[pTrc−T2F4]由来の無細胞抽出液を0.45m1添加(9unit/L反応液)して、37℃で18時間反応させた。2’−デオキシシチジンの生成率を測定した結果、72mMの2’−デオキシシチジン(対2’−デオキシウリジン比54%)が合成されていることが確認された。
【0047】
【実施例4】
チミジンの合成
100mMの2’−デオキシウリジンと100mMのチミンを含む水溶液5mlに、実施例1で調製された形質転換体JM109[pTrc−T2F4]由来の無細胞抽出液を2.8μ1添加(0.9unit/L反応液)して、37℃で18時間反応させた。チミジンの生成率を測定した結果、48mMのチミジン(対2’−デオキシウリジン比48%)が合成された。
【0048】
【実施例5】
2’−デオキシアデノシンの合成
100mMの2’−デオキシウリジンと100mMのアデニンを含む水溶液5mLに、実施例1で調製された形質転換体JM109[pTrc−T2F4]由来の無細胞抽出液を0.05ml添加(15unit/L反応液)して、37℃で20時間反応させた。2’−デオキシアデノシンの生成率を測定した結果、対2’−デオキシウリジン比77%で2’−デオキシアデノシンが合成された。
【0049】
【実施例6】
2’−デオキシグアノシンの合成(1)
100mMの2’−デオキシウリジンと100mMのグアニンを含む水溶液5mLに、実施例1で調製された形質転換体JM109[pTrc−T2F4]由来の無細胞抽出液を0.05ml添加(15unit/L反応液)して、37℃で20時間反応させた。2’−デオキシグアノシンの生成率を測定した結果、対2’−デオキシウリジン比30%で2’−デオキシグアノシンが合成された。
【0050】
【実施例7】
2’−デオキシグアノシンの合成(2)
10mMの2’−デオキシアデノシンと10mMのグアニンを含む水溶液5mLに、実施例1で調製された形質転換体JM109[pTrc−T2F4]由来の無細胞抽出液を0.005ml添加(15unit/L反応液)して、37℃で20時間反応させた。2’−デオキシグアノシンの生成率を測定した結果、対2’−デオキシアデノシン比30%で2’−デオキシグアノシンが合成された。なお、反応液から2’−デオキシイノシンは検出されなかった。

Claims (5)

  1. ヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼIIを用いて塩基受容体とデオキシ糖残基供与体とからデオキシヌクレオシドを製造する方法において、組換えDNA手法にて調製されたヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼIIとして、(a)配列番号1で示されるアミノ酸配列からなる酵素タンパク質、または(b)配列番号1に示されるアミノ酸配列において、1個もしくは複数個のアミノ酸が欠失、置換、修飾または付加されたアミノ酸配列からなり、ヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼII活性を有する酵素タンパク質を使用することを特徴とする、デオキシヌクレオシドの製造法。
  2. ヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼIIを用いて塩基受容体とデオキシ糖残基供与体とからデオキシヌクレオシドを製造する方法において、ヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼIIとして、以下の(c)〜(g)に記載のいずれかのDNA断片の塩基配列によりコードされるヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼII活性を有する酵素タンパク質を使用することを特徴とする、デオキシヌクレオシドの製造法。
    (c)配列番号1で示されるアミノ酸配列からなる酵素タンパク質をコードするDNA断片、
    (d)配列番号2で示される塩基配列からなるDNA断片
    (e)配列番号2で示される塩基配列において、1個もしくは複数個の塩基が欠失、置換、挿入または付加された塩基配列からなるDNA断片
    (f)上記(d)に記載のDNA断片にストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA断片
    (g)上記(d)、(e)または(f)記載のDNA断片の上流にさらにSD配列を含んでなるDNA断片
  3. ヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼIIを用いて塩基受容体とデオキシ糖残基供与体とからデオキシヌクレオシドを製造する方法において、ヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼIIとして、組換えDNA手法にて得られたヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼII活性を有する菌体から調製した粗酵素液を使用することを特徴とする、デオキシヌクレオシドの製造法。
  4. デオキシヌクレオシドが2’−デオキシヌクレオシドである、請求項1〜3項いずれか1項に記載の製造法。
  5. 粗酵素液が、無細胞抽出液である、請求項3項に記載の製造法。
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