JP2002306178A - Decarbamilase complex - Google Patents

Decarbamilase complex

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JP2002306178A
JP2002306178A JP2001115964A JP2001115964A JP2002306178A JP 2002306178 A JP2002306178 A JP 2002306178A JP 2001115964 A JP2001115964 A JP 2001115964A JP 2001115964 A JP2001115964 A JP 2001115964A JP 2002306178 A JP2002306178 A JP 2002306178A
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JP
Japan
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carbamoyl
amino acid
decarbamylase
complex
mutant
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Application number
JP2001115964A
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Japanese (ja)
Inventor
Takanao Nakai
孝尚 中井
Hironori Nanba
弘憲 難波
Soichi Morikawa
壮一 守川
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Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a 3D-structural coordinates by obtaining a monocrystal of a complex of decarbamilase and a D-N-carbamoyl-α-amino acid, which is a substrate of the decarbamilase, followed by crystal structure analysis with X-ray, and to provide an excellent decarbamilase isomer which is more advantageous for industrial purpose than the natural decarbamilase by designing a molecule with aims of improving the reactivity against a D-N-carbamoyl-α-amino acid, which is a substrate, optimizing the reactive pH, modifying substrate specificity and others by using the 3D-structural coordinates. SOLUTION: The steric structure of the complex of the decarbamilase and a D-N-carbamoyl-α-amino acid, which is a substrate of the decarbamilase, determined by crystal structure analysis with X-ray. The molecular design technique using the steric structure. A method for obtaining a decarbamilase isomer using the technique. Further, a decarbamilase isomer obtained by the technique.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、D−N−カルバモ
イル−α−アミノ酸を基質として認識、結合する活性お
よび/または、そのアミノ酸を修飾しているカルバモイ
ル基を除去してD−α−アミノ酸に変換する活性を有す
る酵素(以下、デカルバミラーゼという)の変異体、お
よびデカルバミラーゼ変異体とD−N−カルバモイル−
α−アミノ酸との複合体の結晶および3次元構造座標に
関する。また、本発明は、該3次元構造座標の利用、特
に、該3次元構造座標を利用したデカルバミラーゼの耐
熱性、有機溶剤耐性、空気酸化に対する耐性等の安定
性、酵素反応のpH活性プロフィール、pH活性至適性
の変更および触媒活性向上に関するアミノ酸の変異を設
計する方法に関する。さらに、本発明は、上記3次元構
造座標を利用してデカルバミラーゼ変異体を製造する方
法、得られたデカルバミラーゼ変異体、および、その利
用に関する。
[0001] The present invention relates to a D-α-amino acid by removing the activity of recognizing and binding to DN-carbamoyl-α-amino acid as a substrate and / or removing the carbamoyl group modifying the amino acid. A mutant of an enzyme having an activity of converting to a carbamoylase (hereinafter, referred to as decarbamylase), and a mutant of decarbamylase and DN-carbamoyl-
It relates to the crystal and three-dimensional structural coordinates of a complex with an α-amino acid. In addition, the present invention relates to the use of the three-dimensional structure coordinates, in particular, the stability of decarbamylase using the three-dimensional structure coordinates, such as heat resistance, organic solvent resistance, resistance to air oxidation, pH activity profile of enzyme reaction, pH The present invention relates to a method for designing an amino acid mutation for altering the activity optimality and improving the catalytic activity. Further, the present invention relates to a method for producing a decarbamylase mutant using the above three-dimensional structural coordinates, the obtained decarbamylase mutant, and use thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】酵素の工業的利用が限定されるのは、そ
れらの製造および精製コストが高いためだけではなく、
一般的に、一連の因子、例えば熱による変性、有機溶剤
による変性、空気酸化による変性および酵素分子の疎水
性に起因する凝集に基づくそれらの不安定性によって、
酵素の有する触媒活性を有効に利用できないためでもあ
る。また、酵素が好ましい耐熱性、溶剤耐性、基質特異
性、補因子特異性および至適pH範囲等の機能、物性を
有していても、その触媒活性が工業利用に供するに十分
な程度に高くない場合が多いためでもある。
BACKGROUND OF THE INVENTION Industrial applications of enzymes are limited not only by their high production and purification costs, but also by
In general, due to a series of factors such as denaturation by heat, denaturation by organic solvents, denaturation by air oxidation and their instability due to aggregation due to the hydrophobicity of enzyme molecules,
This is also because the catalytic activity of the enzyme cannot be used effectively. In addition, even if the enzyme has functions and physical properties such as preferable heat resistance, solvent resistance, substrate specificity, cofactor specificity and optimum pH range, its catalytic activity is high enough for industrial use. This is because there are many cases where there is no such information.

【0003】したがって、酵素の不安定性の原因、触媒
活性発現の機構を突きとめることが、酵素を利用した工
業プロセスを改善して、それをさらに有用なものにする
解決策を見出す上で極めて重要な課題である。一方、
(I)不安定性の原因、(II)酵素の触媒活性を変化
させずに、不安定性を解消または減少させることが可能
な方策、(III)触媒活性発現の機構、(IV)酵素
の耐熱性、溶剤耐性、基質特異性、補因子特異性および
至適pH範囲等の好ましい機能および/または物性を変
化させずに、触媒活性を向上させることが可能な方策を
正確に提示することは、しばしば困難を伴う。
[0003] Therefore, it is extremely important to find out the cause of enzyme instability and the mechanism of the manifestation of catalytic activity in order to find a solution for improving an industrial process using an enzyme and making it more useful. Is an important task. on the other hand,
(I) Causes of instability, (II) Measures that can eliminate or reduce instability without changing the catalytic activity of the enzyme, (III) Mechanism of expression of catalytic activity, (IV) Heat resistance of enzyme It is often necessary to accurately present measures that can improve catalytic activity without changing desirable functions and / or physical properties such as solvent resistance, substrate specificity, cofactor specificity and optimal pH range. With difficulty.

【0004】有用な反応を触媒する酵素を工業利用に供
するための、物性または機能を改良した酵素を取得する
方法としては、酵素をコードする遺伝子に化学処理また
は酵素処理などにより人為的にランダムな変異を加え、
変異を含んだ組換え体DNAを宿主細胞に導入して、目
的の機能および/または物性を有する酵素をスクリーニ
ングするいわゆるランダムスクリーニング法がよく知ら
れている。しかしながら、この方法は、酵素の不安定性
の原因、触媒活性発現の機構は不明なまま膨大な数のス
クリーニングが行われるため、目的の改良酵素を取得す
る効率が極めて悪いという欠点がある。
[0004] As a method for obtaining an enzyme having improved physical properties or functions for industrial use of an enzyme that catalyzes a useful reaction, a method of chemically or enzymatically treating a gene encoding the enzyme with an artificially random method is used. Add a mutation,
A so-called random screening method for introducing a recombinant DNA containing a mutation into a host cell and screening for an enzyme having a desired function and / or physical property is well known. However, this method has a drawback that the efficiency of obtaining the desired improved enzyme is extremely low because a large number of screenings are performed without knowing the cause of enzyme instability and the mechanism of expression of catalytic activity.

【0005】一方、構造生物学の進展に伴い、酵素など
の数多くの蛋白質の立体構造が明らかにされてきてお
り、その立体構造に基づいた合理的な分子設計手法を用
いる蛋白質の物性および/または機能改変も盛んに行わ
れるようになっている。この手法は、改良酵素取得に至
る過程において、ランダムスクリーニング法に比べ遙か
に効率的であるという利点があるが、分子設計手法に供
する精度の高い蛋白質の立体構造を決定する必要があ
り、また、その精度不足から、しばしば目的の改良酵素
の取得が困難になることもある。
On the other hand, with the progress of structural biology, the tertiary structures of many proteins such as enzymes have been clarified. Functional changes are also being made actively. This method has the advantage that it is much more efficient than the random screening method in the process of obtaining the improved enzyme, but it is necessary to determine a highly accurate protein three-dimensional structure to be subjected to the molecular design method, and Due to the lack of precision, it is often difficult to obtain the desired improved enzyme.

【0006】ここで、「蛋白質の立体構造」とは、ある
アミノ酸配列を有する蛋白質がある条件下で折り畳まれ
て形成される、ある条件およびそのアミノ酸配列によっ
て規定される蛋白質の3次元構造のことをいう。蛋白質
の立体構造は、例えば、X線結晶構造解析または核磁気
共鳴(NMR)によって決定され、3次元構造座標によ
って記述され得る。「3次元構造座標」とは、蛋白質、
核酸、有機化合物などの分子の3次元構造を記述する座
標であって、例えばデカルト座標系、二面角座標系、球
面座標系などで記述し得る。
As used herein, the term “protein three-dimensional structure” refers to a three-dimensional structure of a protein having a certain amino acid sequence, which is formed by folding under a certain condition and which is defined by the certain condition and the amino acid sequence. Say. The three-dimensional structure of a protein is determined by, for example, X-ray crystal structure analysis or nuclear magnetic resonance (NMR), and can be described by three-dimensional structural coordinates. “Three-dimensional structural coordinates” refers to proteins,
Coordinates that describe the three-dimensional structure of molecules such as nucleic acids and organic compounds, and can be described in, for example, a Cartesian coordinate system, a dihedral angle coordinate system, a spherical coordinate system, and the like.

【0007】光学活性なD−α−アミノ酸類は医薬中間
体として重要な化合物であり、特に半合成ペニシリン類
または半合成セファロスポリン類の製造中間体であるD
−フェニルグリシン、D−パラヒドロキシフェニルグリ
シンなどが工業的に有用な化合物例として挙げられる。
このようなD−α−アミノ酸類の製造法としては、対応
するD−N−カルバモイル−α−アミノ酸類のカルバモ
イル基を除去してこれらを得る方法が公知であり、この
際のカルバモイル基の除去は化学的方法または微生物の
酵素反応を利用する方法によって行われる。カルバモイ
ル基の除去に、デカルバミラーゼと呼ばれる酵素が用い
られる。
[0007] Optically active D-α-amino acids are important compounds as pharmaceutical intermediates, and in particular, D is an intermediate for producing semisynthetic penicillins or semisynthetic cephalosporins.
-Phenylglycine, D-parahydroxyphenylglycine and the like are exemplified as industrially useful compounds.
As a method for producing such D-α-amino acids, a method is known in which the carbamoyl group of the corresponding DN-carbamoyl-α-amino acids is removed to obtain them. Is carried out by a chemical method or a method utilizing an enzymatic reaction of a microorganism. An enzyme called decarbamylase is used to remove the carbamoyl group.

【0008】デカルバミラーゼの物性の改変について
は、ランダムスクリーニング法により耐熱性の向上した
酵素生産株(E.coli JM109)をスクリーニ
ングすることに成功し、工業利用に有利なデカルバミラ
ーゼ変異体が取得されている(国際公開WO94/03
613号パンフレット)。また、部位特異的変異誘発に
より、安定性の向上した変異体(特開平9−17306
8号公報)が取得されている。しかし、これらの例は、
アミノ酸の一次配列のみに基づいて変異体を作製したも
のであって、酵素の立体構造を利用した合理的な分子設
計手法を活用したものではない。
Regarding the modification of the physical properties of decarbamylase, an enzyme-producing strain (E. coli JM109) having improved heat resistance was successfully screened by a random screening method, and a decarbamylase mutant advantageous for industrial use was obtained. (International publication WO94 / 03
No. 613). In addition, a mutant having improved stability by site-directed mutagenesis (Japanese Patent Laid-Open No. 9-17306)
No. 8) has been acquired. However, these examples
Mutants were prepared based only on the primary sequence of amino acids, and did not utilize rational molecular design techniques utilizing the three-dimensional structure of the enzyme.

【0009】デカルバミラーゼの立体構造に関しては、
Agrobacterium sp.由来の天然型デカ
ルバミラーゼの立体構造が、本発明者らによって決定さ
れている(T.Nakaiら、(2000)、Stru
cture、8、729−737。特願平11−246
797号)。なお、上記立体構造の具体的な3次元構造
座標に関しては、プロテインデータバンク(PDB、P
rotein Data Bank、The Rese
arch Collaboratory For St
ructual Bioinformatics(RC
SB)が運営)に登録されており(登録番号:1ER
Z)、本明細書中では、このデータを援用する。ここ
で、「天然型デカルバミラーゼ」とは、Agrobac
teriumsp. KNK712株から単離された酵
素(H.Nanbaら、(1998)、Biosci.
Biotechnol.Biochem.、62、87
5−881)と同一のアミノ酸配列を有するデカルバミ
ラーゼをいう。
Regarding the three-dimensional structure of decarbamylase,
Agrobacterium sp. The three-dimensional structure of the native decarbamylase of interest has been determined by the present inventors (T. Nakai et al., (2000), Stru.
cture, 8, 729-737. Japanese Patent Application No. 11-246
797). In addition, regarding the specific three-dimensional structure coordinates of the three-dimensional structure, the protein data bank (PDB, PDB
protein Data Bank, The Rese
arch Collaboratory For St
structural bioinformatics (RC
(SB) is registered) (registration number: 1ER)
Z), this data is incorporated herein. Here, “natural decarbamylase” refers to Agrobac
teriumsp. Enzymes isolated from strain KNK712 (H. Nanba et al., (1998) Biosci.
Biotechnol. Biochem. , 62, 87
5-881).

【0010】酵素の熱による変性、有機溶剤による変
性、空気酸化による変性および酵素分子の疎水性に起因
する凝集など、酵素の物性に関わる不安定性化因子は、
酵素単独の立体構造のみから推定でき得るものも多い。
一方、酵素の触媒活性向上、基質特異性の変更、補因子
特異性の変更およびpH活性プロフィール、pH活性至
適性の変更等においては、酵素単独の立体構造からはこ
れらを解決する因子の解明、方策を正確に提示すること
は困難である。これら問題を解決するための方策の1つ
として、酵素と基質、阻害剤あるいは補因子等との酵素
複合体の立体構造からを明らかにし、酵素とのその基質
である化合物との結合様式を解析することによって、触
媒活性の発現機構を突き止めることが最も重要である。
[0010] Instability factors relating to the physical properties of enzymes, such as denaturation of enzymes by heat, denaturation by organic solvents, denaturation by air oxidation, and aggregation due to the hydrophobicity of enzyme molecules, are as follows:
Many can be deduced from only the three-dimensional structure of the enzyme alone.
On the other hand, in improving the catalytic activity of the enzyme, changing the substrate specificity, changing the cofactor specificity and the pH activity profile, and changing the pH activity optimum, etc., elucidation of factors that solve these from the three-dimensional structure of the enzyme alone, It is difficult to accurately present strategies. One of the measures to solve these problems is to clarify the three-dimensional structure of the enzyme complex between the enzyme and the substrate, inhibitor or cofactor, and analyze the binding mode between the enzyme and the compound that is the substrate. In doing so, it is most important to determine the mechanism of manifestation of catalytic activity.

【0011】酵素複合体の立体構造は、酵素単独の立体
構造と基質、阻害剤あるいは補因子等の分子構造からプ
ログラムDOCK(T.J.A.Ewingら、(19
97)、J.Comput.Chem.18、1175
−1189)やAUTODOCK(G.M.Morri
sら、(1998)、J.Comput.Chem.1
9、1639−1662)などのドッキングプログラム
を利用することによって、予測することは可能である
が、これら技術を用いても、合理的な分子設計手法を適
用するために十分な精度をもって複合体の立体構造モデ
ルを予測することは難しい。特に、基質特異性の変更、
触媒活性向上を目指した分子設計を行う場合には、酵素
複合体の3次元構造座標の精度によって、設計の精度が
大きく左右されることがしばしばである。
The three-dimensional structure of the enzyme complex can be determined from the three-dimensional structure of the enzyme alone and the molecular structure of the substrate, inhibitor or cofactor, etc. by using the program DOCK (TJA Ewing et al., (19)
97); Comput. Chem. 18, 1175
-1189) and AUTODOCK (GM Morri)
s et al., (1998). Comput. Chem. 1
9, 1639-1662), it is possible to make predictions using such a docking program. However, even if these techniques are used, the complex can be predicted with sufficient accuracy to apply a rational molecular design method. It is difficult to predict the three-dimensional structure model. In particular, changes in substrate specificity,
In the case of molecular design aiming at improving catalytic activity, the accuracy of the design often depends greatly on the accuracy of the three-dimensional structural coordinates of the enzyme complex.

【0012】一方、酵素複合体の立体構造を決定するた
めには、まず酵素−基質複合体を形成させる必要があ
る。例えば、補因子として金属イオンを要求する酵素の
場合、金属イオンを除去した条件を用いる、酵素の立体
構造を壊すことなく酵素活性が著しく低下するpH、緩
衝液条件を用いるなど、特殊な条件を見出すことによっ
て、酵素−基質複合体を形成させることが可能な場合が
ある。しかしながら、一般的には触媒活性を有する酵素
と基質との複合体を形成させることは容易でないため、
多くの酵素複合体の立体構造解析では、酵素とその阻害
剤との複合体の立体構造が決定されている。酵素の触媒
反応機構を理解する上では、阻害剤ではなく、本来の基
質との複合体の立体構造を知ることが極めて重要であ
る。
On the other hand, in order to determine the three-dimensional structure of the enzyme complex, it is necessary to first form an enzyme-substrate complex. For example, in the case of an enzyme that requires a metal ion as a cofactor, special conditions such as using conditions from which the metal ion has been removed, pH, and buffer conditions under which the enzyme activity is significantly reduced without destroying the steric structure of the enzyme are used. Upon finding, it may be possible to form an enzyme-substrate complex. However, since it is generally not easy to form a complex between an enzyme having catalytic activity and a substrate,
In the three-dimensional structure analysis of many enzyme complexes, the three-dimensional structure of the complex between the enzyme and its inhibitor has been determined. In order to understand the catalytic reaction mechanism of an enzyme, it is extremely important to know the three-dimensional structure of the complex with the original substrate, not with the inhibitor.

【0013】デカルバミラーゼの場合、複合体形成に必
要十分な結合能を有する阻害剤が知られていないこと、
補因子として金属イオンを要求しない酵素であること、
変性を伴うことなく酵素活性が著しく低下するpH、緩
衝液条件が見いだせないなどの制約で、これまでX線結
晶構造解析に適した複合体結晶は得られていなかった。
これら課題を解決し、デカルバミラーゼ−基質複合体の
単結晶を取得し、複合体の立体構造を高精度で決定する
ことができれば、精密な基質結合様式の解析、およびそ
れに基づく基質特異性の変更、触媒活性向上を目指した
合理的な分子設計手法を適用することが可能となり、ひ
いては工業利用に有利な改変酵素を迅速かつ効率的に取
得することも可能となる。
In the case of decarbamylase, there is no known inhibitor having sufficient and sufficient binding ability for complex formation.
Be an enzyme that does not require metal ions as cofactors,
Until now, complex crystals suitable for X-ray crystal structure analysis have not been obtained due to restrictions such as the pH and buffer conditions under which the enzyme activity is significantly reduced without denaturation.
If these problems can be solved and a single crystal of the decarbamylase-substrate complex can be obtained and the three-dimensional structure of the complex can be determined with high accuracy, precise analysis of the substrate binding mode, and change of the substrate specificity based thereon, It is possible to apply a rational molecular design method aimed at improving the catalytic activity, and it is also possible to quickly and efficiently obtain a modified enzyme that is advantageous for industrial use.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
課題を解決すべく、デカルバミラーゼとその基質である
D−N−カルバモイル−α−アミノ酸類との複合体の単
結晶を取得し、X線結晶構造解析によりその3次元構造
座標を明らかにすることを目的とする。本発明はまた、
デカルバミラーゼ複合体の3次元構造座標を利用して、
基質であるD−N−カルバモイル−α−アミノ酸類に対
する反応性の向上、反応pHの最適化、基質特異性の変
更等を目指した分子設計を行うことにより、工業利用に
より有利な優れたデカルバミラーゼ変異体を提供するこ
と、および得られたデカルバミラーゼ変異体を利用した
D−α−アミノ酸の製造方法を提供することを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve such problems, the present invention provides a single crystal of a complex of decarbamylase and its substrate, DN-carbamoyl-α-amino acid, and The purpose is to clarify the three-dimensional structural coordinates by line crystal structure analysis. The present invention also provides
Using the three-dimensional structural coordinates of the decarbamylase complex,
An excellent decarbamylase mutation that is more advantageous for industrial use by performing molecular design with the aim of improving the reactivity with respect to the substrate DN-carbamoyl-α-amino acids, optimizing the reaction pH, changing the substrate specificity, etc. It is an object of the present invention to provide a derivative and a method for producing a D-α-amino acid using the obtained decarbamylase mutant.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために鋭意検討を行った結果、デカルバミラ
ーゼの触媒残基と推定された位置171のシステインを
アラニンに置換した変異体、すなわちD−N−カルバモ
イル−α−アミノ酸を認識、結合する活性を保持してい
るが、そのアミノ酸を修飾しているカルバモイル基を除
去してD−α−アミノ酸に変換する活性を有しない変異
体を作製することによって、基質であるD−N−カルバ
モイル−α−アミノ酸類との複合体の形成、単結晶の取
得にに成功し、該結晶の分子置換法を用いたX線結晶構
造解析によりデカルバミラーゼ複合体の精密な立体構造
を決定し、本発明を完成するに至った。
Means for Solving the Problems The present inventors have conducted intensive studies in order to solve the above problems, and as a result, a mutant in which cysteine at position 171 estimated to be a catalytic residue of decarbamylase was substituted with alanine, That is, a mutant that retains the activity of recognizing and binding to DN-carbamoyl-α-amino acid, but does not have the activity of removing the carbamoyl group modifying the amino acid to convert it to D-α-amino acid. To successfully form a complex with a substrate, DN-carbamoyl-α-amino acid, and obtain a single crystal. The precise three-dimensional structure of the decarbamylase complex was determined, and the present invention was completed.

【0016】本発明は、配列番号1に示されるアミノ酸
配列を有する、または配列番号2に示されるアミノ酸配
列を有する、D−N−カルバモイル−α−アミノ酸を結
合する部分を有するデカルバミラーゼ、またはその変異
体の結晶に関する。一つの実施態様において、上記結晶
は、結晶学的対称が空間群P2112である直方体形状
の単位格子を有し得、そして単位格子定数:a=67±
5Å、b=136±10Å、c=68±5Åを有し得
る。
The present invention relates to a decarbamylase having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 or having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, and having a portion binding to DN-carbamoyl-α-amino acid, or a mutant thereof. For body crystals. In one embodiment, the crystal is obtained crystallographic symmetry has a unit lattice of the rectangular parallelepiped is a space group P2 1 2 1 2 and the unit lattice constants,: a = 67 ±
5 °, b = 136 ± 10 °, c = 68 ± 5 °.

【0017】1つの局面において、本発明はD−N−カ
ルバモイル−α−アミノ酸を結合する部分を有するデカ
ルバミラーゼ、またはその変異体の3次元構造座標に関
する。一つの実施態様において、配列番号1に示される
アミノ酸配列を有するデカルバミラーゼ変異体の立体構
造を表1に示す3次元構造座標によって提供し得る。別
の実施態様において、配列番号2に示されるアミノ酸配
列を有するデカルバミラーゼ変異体の立体構造を表2に
示す3次元構造座標によって提供し得る。
In one aspect, the present invention relates to three-dimensional structural coordinates of a decarbamylase having a moiety that binds DN-carbamoyl-α-amino acid, or a variant thereof. In one embodiment, the three-dimensional structure of the decarbamylase variant having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 can be provided by the three-dimensional structure coordinates shown in Table 1. In another embodiment, the three-dimensional structure of the decarbamylase variant having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 may be provided by the three-dimensional structure coordinates shown in Table 2.

【0018】別の局面において、本発明は、D−N−カ
ルバモイル−α−アミノ酸を結合する部分を有するデカ
ルバミラーゼ、またはその変異体と、D−N−カルバモ
イル−α−アミノ酸との複合体の結晶に関する。一つの
実施態様において、上記D−N−カルバモイル−α−ア
ミノ酸は、D−N−カルバモイル−フェニルグリシン、
D−N−カルバモイル−パラヒドロキシフェニルグリシ
ン、D−N−カルバモイル−アラニン、D−N−カルバ
モイル−システイン、D−N−カルバモイル−アスパラ
ギン酸、D−N−カルバモイル−グルタミン酸、D−N
−カルバモイル−フェニルアラニン、D−N−カルバモ
イル−グリシン、D−N−カルバモイル−ヒスチジン、
D−N−カルバモイル−イソロイシン、D−N−カルバ
モイル−リジン、D−N−カルバモイル−ロイシン、D
−N−カルバモイル−メチオニン、D−N−カルバモイ
ル−アスパラギン、D−N−カルバモイル−プロリン、
D−N−カルバモイル−グルタミン、D−N−カルバモ
イル−アルギニン、D−N−カルバモイル−セリン、D
−N−カルバモイル−スレオニン、D−N−カルバモイ
ル−バリン、D−N−カルバモイル−トリプトファン、
およびD−N−カルバモイル−チロシンからなる群から
選択される。
In another aspect, the present invention relates to a crystal of a complex of a decarbamylase having a portion that binds DN-carbamoyl-α-amino acid, or a mutant thereof, and DN-carbamoyl-α-amino acid. About. In one embodiment, the DN-carbamoyl-α-amino acid is DN-carbamoyl-phenylglycine,
DN-carbamoyl-parahydroxyphenylglycine, DN-carbamoyl-alanine, DN-carbamoyl-cysteine, DN-carbamoyl-aspartic acid, DN-carbamoyl-glutamic acid, DN
Carbamoyl-phenylalanine, DN-carbamoyl-glycine, DN-carbamoyl-histidine,
DN-carbamoyl-isoleucine, DN-carbamoyl-lysine, DN-carbamoyl-leucine, D
-N-carbamoyl-methionine, DN-carbamoyl-asparagine, DN-carbamoyl-proline,
DN-carbamoyl-glutamine, DN-carbamoyl-arginine, DN-carbamoyl-serine, D
-N-carbamoyl-threonine, DN-carbamoyl-valine, DN-carbamoyl-tryptophan,
And DN-carbamoyl-tyrosine.

【0019】別の実施態様において、本発明は配列番号
1に示されるアミノ酸配列を有する、D−N−カルバモ
イル−α−アミノ酸を結合する部分を有するデカルバミ
ラーゼ、変異体とD−N−カルバモイル−メチオニン、
D−N−カルバモイル−バリン、D−N−カルバモイル
−フェニルアラニン、D−N−カルバモイル−アラニ
ン、D−N−カルバモイル−パラヒドロキシフェニルグ
リシン、D−N−カルバモイル−フェニルグリシンとの
複合体の結晶を提供し得る。さらに別の実施態様におい
て、上記結晶は、結晶学的対称が空間群P2112であ
る直方体形状の単位格子を有し得、そして単位格子定
数:a=67±5Å、b=136±10Å、c=68±
5Åを有し得る。
In another embodiment, the present invention relates to a decarbamylase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 and having a moiety for binding DN-carbamoyl-α-amino acid, a variant thereof and DN-carbamoyl-methionine. ,
Crystals of a complex with DN-carbamoyl-valine, DN-carbamoyl-phenylalanine, DN-carbamoyl-alanine, DN-carbamoyl-parahydroxyphenylglycine, DN-carbamoyl-phenylglycine were prepared. Can provide. In yet another embodiment, the crystal is obtained crystallographic symmetry has a unit lattice of the rectangular parallelepiped is a space group P2 1 2 1 2 and the unit lattice constants,: a = 67 ± 5Å, b = 136 ± 10 °, c = 68 ±
5 °.

【0020】さらに別の局面において、本発明は、配列
番号1に示されるアミノ酸配列を有する、D−N−カル
バモイル−α−アミノ酸を結合する部分を有するデカル
バミラーゼまたはその変異体と、D−N−カルバモイル
−α−アミノ酸との複合体の3次元構造座標に関する。
一つの実施態様において、上記D−N−カルバモイル−
α−アミノ酸が、D−N−カルバモイル−メチオニン、
D−N−カルバモイル−バリン、D−N−カルバモイル
−フェニルアラニンである複合体の立体構造を表3から
5に示す3次元構造座標によって提供し得る。別の実施
態様において、上記D−N−カルバモイル−α−アミノ
酸が、D−N−カルバモイル−アラニン、D−N−カル
バモイル−パラヒドロキシフェニルグリシン、D−N−
カルバモイル−フェニルグリシンである複合体の立体構
造を表6から8に示す3次元構造座標によって提供し得
る。さらに、別の実施態様において、上記複合体の3次
元構造座標と配列番号3に示されるアミノ酸配列を有す
る天然型デカルバミラーゼおよび配列番号2に示される
アミノ酸配列を有するデカルバミラーゼ変異体の3次元
構造座標から、分子設計により構築した複合体の3次元
構造座標もまた提供し得る。
In still another aspect, the present invention provides a decarbamylase having a amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 and having a moiety that binds DN-carbamoyl-α-amino acid or a mutant thereof, and DN-carbamoyl-α-amino acid. It relates to the three-dimensional structural coordinates of a complex with carbamoyl-α-amino acid.
In one embodiment, the above DN-carbamoyl-
the α-amino acid is DN-carbamoyl-methionine,
The three-dimensional structure of the complex of DN-carbamoyl-valine, DN-carbamoyl-phenylalanine can be provided by the three-dimensional structural coordinates shown in Tables 3-5. In another embodiment, the DN-carbamoyl-α-amino acid is DN-carbamoyl-alanine, DN-carbamoyl-parahydroxyphenylglycine, DN-
The three-dimensional structure of the carbamoyl-phenylglycine conjugate may be provided by the three-dimensional structure coordinates shown in Tables 6-8. Further, in another embodiment, the three-dimensional structural coordinates of the complex and the natural decarbamylase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 and the three-dimensional structural coordinates of the decarbamylase mutant having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 The three-dimensional structural coordinates of the complex constructed by molecular design can also be provided.

【0021】本発明の一つの局面において、本発明は、
デカルバミラーゼ変異体を設計する方法であって、請求
項7から10および/または23から34のいずれか1
項に記載の3次元構造座標に基づいて物性および/また
は機能を改変したデカルバミラーゼ変異体を設計する工
程、を包含する、方法に関する。別の局面において、本
発明は、デカルバミラーゼ変異体を設計する方法であっ
て、デカルバミラーゼ活性を有する酵素の結晶を生成す
る工程、該結晶のX線結晶構造解析により立体構造を決
定する工程、および決定した該結晶の立体構造に基づい
て物性および/または機能の向上したデカルバミラーゼ
変異体を設計する工程を包含する方法に関する。さらに
別の局面において、本発明は、デカルバミラーゼ変異体
を製造する方法であって、該方法が、デカルバミラーゼ
活性を有する酵素の結晶を生成する工程、該結晶のX線
結晶構造解析により該結晶の立体構造を決定する工程、
決定した該結晶の立体構造に基づいて物性および/また
は機能の向上したデカルバミラーゼ変異体を設計する工
程、および該デカルバミラーゼ変異体を産生する工程を
包含する、方法に関する。一つの実施態様において、本
発明の方法で使用される上記立体構造は、本発明のデカ
ルバミラーゼ、およびその変異体および/または複合体
の立体構造である。別の実施態様において、上記デカル
バミラーゼ変異体を設計する工程は、酵素の基質特異性
の変更、酵素触媒活性の変更、酵素の安定性向上、pH
活性プロフィール、pH活性至適性の最適化および酵素
の水溶性の変更からなる群から選択される1以上の酵素
特性の改変を目的とする。さらに別の実施態様におい
て、上記デカルバミラーゼ変異体の製造方法は、酵素比
活性の変更およびpH活性プロフィール、pH活性至適
性を目的とする。他の実施態様において、上記酵素特性
の改変は、酵素の基質特異性の変更を含む。別の局面に
おいて、本発明は、本発明の方法によって得られたデカ
ルバミラーゼ変異体に関する。
In one aspect of the present invention,
A method for designing a decarbamylase variant, wherein the method is any one of claims 7 to 10 and / or 23 to 34.
And designing a decarbamylase mutant having altered physical properties and / or function based on the three-dimensional structural coordinates described in the section. In another aspect, the present invention provides a method for designing a decarbamylase mutant, comprising the steps of: generating a crystal of an enzyme having decarbamylase activity; determining the three-dimensional structure by X-ray crystal structure analysis of the crystal; And a method for designing a decarbamylase mutant having improved physical properties and / or functions based on the three-dimensional structure of the crystal. In yet another aspect, the present invention relates to a method for producing a decarbamylase variant, comprising the steps of: producing a crystal of an enzyme having decarbamylase activity; The process of determining the structure,
A method comprising designing a decarbamylase mutant having improved physical properties and / or function based on the determined three-dimensional structure of the crystal, and producing the decarbamylase mutant. In one embodiment, the three-dimensional structure used in the method of the present invention is a three-dimensional structure of the decarbamylase of the present invention, and a mutant and / or complex thereof. In another embodiment, the step of designing the decarbamylase variant comprises altering the substrate specificity of the enzyme, altering the catalytic activity of the enzyme, improving the stability of the enzyme,
It is aimed at modifying one or more enzyme properties selected from the group consisting of optimizing activity profile, pH activity optimality and altering the water solubility of the enzyme. In yet another embodiment, the method for producing a decarbamylase variant is directed to altering the specific enzyme activity, the pH activity profile, and the pH activity optimization. In another embodiment, the altering the enzymatic properties comprises altering the substrate specificity of the enzyme. In another aspect, the present invention relates to a decarbamylase variant obtained by the method of the present invention.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本明細書において、「デカルバミラーゼ活性」とは、D
−N−カルバモイル−α−アミノ酸を基質として認識、
結合する活性および/または、そのアミノ酸を修飾して
いるカルバモイル基を除去してD−α−アミノ酸に変換
する活性をいう。「デカルバミラーゼ」とは、デカルバ
ミラーゼ活性を有する酵素をいう。デカルバミラーゼの
例としては、Agrobacterium sp. K
NK712から単離されアミノ酸配列決定されたものが
挙げられる(前出)。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail.
As used herein, “decarbamylase activity” refers to D
-N-carbamoyl-α-amino acid as a substrate,
It refers to the activity of binding and / or the activity of removing the carbamoyl group modifying the amino acid to convert it to D-α-amino acid. “Decarbamylase” refers to an enzyme having decarbamylase activity. Examples of decarbamylase include Agrobacterium sp. K
NK712 isolated and amino acid sequenced (supra).

【0023】本明細書において、アミノ酸、ペプチド、
蛋白質は下記に示すIUPAC−IUB生化学命名委員
会(CBN)で採用された略号を用いて表される。ま
た、特に明示しない限りペプチド及び蛋白質のアミノ酸
残基の配列は、左端から右端にかけてN末端からC末端
となるように、またN末端が1番になるように表され
る。
As used herein, amino acids, peptides,
Proteins are represented using abbreviations adopted by the IUPAC-IUB Biochemical Nomenclature Committee (CBN) shown below. Unless otherwise specified, the sequences of amino acid residues of peptides and proteins are expressed from the left end to the right end so as to be from the N-terminus to the C-terminus, and so that the N-terminus is the first.

【0024】A=Ala=アラニン、C=Cys=シス
テイン、D=Asp=アスパラギン酸、E=Glu=グ
ルタミン酸、F=Phe=フェニルアラニン、G=Gl
y=グリシン、H=His=ヒスチジン、I=Ile=
イソロイシン、K=Lys=リシン、L=Leu=ロイ
シン、M=Met=メチオニン、N=Asn=アスパラ
ギン、P=Pro=プロリン、Q=Gln=グルタミ
ン、R=Arg=アルギニン、S=Ser=セリン、T
=Thr=スレオニン、V=Val=バリン、W=Tr
p=トリプトファン、Y=Tyr=チロシン、B=As
x=AspまたはAsn、Z=Glx=GluまたはG
ln、X=Xaa=任意のアミノ酸。
A = Ala = alanine, C = Cys = cysteine, D = Asp = aspartic acid, E = Glu = glutamic acid, F = Phe = phenylalanine, G = Gl
y = glycine, H = His = histidine, I = Ile =
Isoleucine, K = Lys = lysine, L = Leu = leucine, M = Met = methionine, N = Asn = asparagine, P = Pro = proline, Q = Gln = glutamine, R = Arg = arginine, S = Ser = serine, T
= Thr = threonine, V = Val = valine, W = Tr
p = tryptophan, Y = Tyr = tyrosine, B = As
x = Asp or Asn, Z = Glx = Glu or G
ln, X = Xaa = any amino acid.

【0025】本発明により、作製されまたは考慮される
デカルバミラーゼ変異体を記述するに際して、参照を容
易にするため、(もとのアミノ酸;位置;置換したアミ
ノ酸)の命名法を適用する。従って、位置171におけ
るシステインのアラニンへの置換はCys171Al
a、またはC171Aと示される。多重変異について
は、スラッシュ記号(“/”)により分けることで表記
する。例えば、C171A/V236Aは、位置171
におけるシステインからアラニンへ、位置236におけ
るバリンからアラニンへ置換する変異を示す。
In describing the decarbamylase variants made or contemplated according to the present invention, the nomenclature (original amino acid; position; substituted amino acid) is applied for ease of reference. Therefore, the substitution of cysteine for alanine at position 171 is equivalent to Cys171Al
a or C171A. Multiple mutations are indicated by separating them with a slash symbol ("/"). For example, C171A / V236A is located at position 171
2 shows a mutation that substitutes cysteine for alanine and valine for alanine at position 236.

【0026】本明細書において、デカルバミラーゼまた
は他の酵素の変異体の「変異体」とは、もとの酵素のア
ミノ酸配列のアミノ酸が少なくとも1つ以上置換、付
加、もしくは欠失、または修飾されたアミノ酸配列を有
し、もとの酵素の活性の少なくとも一部を保持する改変
された酵素をいう。例えば、配列番号1に示されるアミ
ノ酸配列を有するデカルバミラーゼ変異体は、天然型デ
カルバミラーゼの位置171のシステインと位置236
のバリンが、いずれもアラニンに置換された二重変異体
(C171A/V236A)であって、D−N−カルバ
モイル−α−アミノ酸を認識、結合する活性を有する
が、そのアミノ酸を修飾しているカルバモイル基を除去
してD−α−アミノ酸に変換する活性を有しない。一
方、配列番号2に示されるアミノ酸配列を有するデカル
バミラーゼは、H57Y/P203E/V236Aの三
重変異体であり、天然型デカルバミラーゼと同等のD−
N−カルバモイル−α−アミノ酸を認識、結合する活性
およびそのアミノ酸を修飾しているカルバモイル基を除
去してD−α−アミノ酸に変換する活性を有する。
As used herein, the term “variant” of a mutant of decarbamylase or another enzyme means that at least one amino acid in the amino acid sequence of the original enzyme has been substituted, added, deleted, or modified. A modified enzyme that has an amino acid sequence and retains at least part of the activity of the original enzyme. For example, a variant of decarbamylase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is composed of cysteine at position 171 and position 236 of natural type decarbamylase.
Is a double mutant (C171A / V236A) in which valine is substituted with alanine, has an activity of recognizing and binding to DN-carbamoyl-α-amino acid, but modifies the amino acid It has no activity of removing a carbamoyl group to convert to a D-α-amino acid. On the other hand, decarbamylase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 is a triple mutant of H57Y / P203E / V236A, and has a D-type equivalent to that of natural decarbamylase.
It has an activity of recognizing and binding an N-carbamoyl-α-amino acid and an activity of removing a carbamoyl group modifying the amino acid to convert it to a D-α-amino acid.

【0027】用語「活性断片」とは、ある蛋白質酵素ま
たはポリペプチド酵素のアミノ酸配列の一部を有する断
片であって、もとの酵素の活性の少なくとも一部を保持
する断片をいう。ここで、「活性の少なくとも一部」と
は、代表的には、もとの酵素の少なくとも10%の活
性、好ましくは元の酵素の少なくとも50%の活性をい
うが、所望によって、10%未満の活性をいう場合もあ
る。
The term "active fragment" refers to a fragment having a part of the amino acid sequence of a certain protein enzyme or polypeptide enzyme and retaining at least a part of the activity of the original enzyme. As used herein, “at least a portion of the activity” typically refers to at least 10% of the activity of the original enzyme, preferably at least 50% of the activity of the original enzyme, but if desired, less than 10%. In some cases.

【0028】本明細書において、「複合体」とは、D−
N−カルバモイル−α−アミノ酸を結合する部分を有す
るデカルバミラーゼ、またはその変異体の適切な部位
に、化学量論的に当量の基質であるD−N−カルバモイ
ル−α−アミノ酸または阻害剤が、非結合相互作用およ
び/または共有結合により、結合、保持された複合分子
をいう。
In the present specification, “complex” refers to D-
At an appropriate site in a decarbamylase having a moiety that binds an N-carbamoyl-α-amino acid, or a variant thereof, a stoichiometric equivalent of a substrate, a DN-carbamoyl-α-amino acid or an inhibitor, is added to the non-carbamoylase. A complex molecule that is bound and retained by binding interactions and / or covalent bonds.

【0029】本明細書において、「ネイティブ結晶」と
は、デカルバミラーゼまたはその変異体のみを硫安、ポ
リエチレングリコールなどの沈澱剤および添加塩類等を
適切な組成で含有する緩衝液中で、単結晶にまで成長さ
せたものであって、基質、阻害剤などを含有しない結晶
をいう本発明の一つの実施態様において、配列番号1ま
たは2のアミノ酸配列を有するデカルバミラーゼの結晶
は、用いる溶液の濃度およびpHを規定の範囲内(デカ
ルバミラーゼの濃度については、1〜50mg/ml、
ポリエチレングリコールの濃度については5〜30重量
%、pHについては6.0〜9.0)に細心に調節しな
がら、ポリエチレングリコール(PEG)、緩衝剤およ
び任意の添加塩類を含有する沈澱剤溶液から成長させ得
る。蛋白質の結晶成長に一般的に用いられる三種類の基
本技術のいずれか、すなわち蒸気拡散法、透析法および
バッチ法(Methods in Enzymolog
y、第114巻、Diffraction Metho
ds forBiologicalMacromole
culesPartAまたは第276巻 Macrom
olecular Crystallography
Part A)のいずれかを用い得るが、蒸気拡散法が
好ましい。
As used herein, the term "native crystal" refers to a single crystal in a buffer solution containing only decarbamylase or a variant thereof in a suitable composition containing a precipitant such as ammonium sulfate, polyethylene glycol, and added salts. In one embodiment of the present invention, which refers to crystals that have been grown and do not contain substrates, inhibitors, etc., the crystals of decarbamylase having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 or 2 are characterized by the concentration and pH of the solution used. Within the specified range (for the concentration of decarbamylase, 1 to 50 mg / ml,
While carefully adjusting the concentration of polyethylene glycol to 5 to 30% by weight and the pH to 6.0 to 9.0), a precipitant solution containing polyethylene glycol (PEG), a buffer, and any added salts was prepared. Can grow. One of three basic techniques commonly used for protein crystal growth, namely, vapor diffusion, dialysis and batch methods (Methods in Enzymology).
y, Volume 114, Diffraction Metho
ds forBiologicalMacromole
cursPartA or Volume 276 Macrom
olecular Crystalgraphy
Although any of Part A) can be used, the vapor diffusion method is preferred.

【0030】蒸気拡散法は、沈澱剤を含む蛋白質溶液の
液滴を、より高濃度の沈澱剤を含む緩衝液(外液)の入
った容器中に置き、密封後静置しておく方法である。液
滴の置き方によって、懸滴(hanging−dro
p)法およびシッティングドロップ(sitting
drop)法がある。懸滴(ハンギングドロップ)法
は、蛋白質溶液の小さな液滴をカバーグラス上に配置
し、カバーグラスを溶液溜め(リザーバー)上で反転さ
せ、密封する。他方、シッティングドロップ法では、リ
ザーバー内部にに適切な液滴台を設置し、蛋白質溶液の
小滴を液滴台上に配置し、カバーグラス等でリザーバー
を密封する。リザーバー中の溶液は沈澱剤を含有し、沈
澱剤は蛋白質小滴中にも少量存在する。蒸気拡散法で使
用する沈澱剤溶液は、以下の成分を含有するように形成
させる:(a)分子量4000〜9000、好ましくは
平均分子量7500と10〜20重量%の濃度とを有す
るPEG、(b)添加塩として0.1〜0.5Mの濃度
を有する食塩、塩化リチウム、塩化マグネシウム(最良
の結果は0.2M塩化リチウムによって得られる)、お
よび(c)pH6.5〜8.0、好ましくはpH7.5
を与えるに十分な量の緩衝剤。0.05〜0.1MのH
EPES(Sigma、St Louis,MO,US
A)がこの目的に使用できる。リン酸ナトリウム、リン
酸カリウムおよびトリス(ヒドロキシメチル)アミノメ
タンマレート等の他の緩衝剤もまた用い得る。
The vapor diffusion method is a method in which droplets of a protein solution containing a precipitant are placed in a container containing a buffer solution (external solution) containing a higher concentration of the precipitant, sealed, and allowed to stand. is there. Depending on how the drops are placed, hanging-drops
p) Method and sitting drop (sitting)
drop) method. In the hanging drop method, a small droplet of a protein solution is placed on a cover glass, and the cover glass is inverted over a solution reservoir (reservoir) and sealed. On the other hand, in the sitting drop method, an appropriate droplet table is placed inside the reservoir, small droplets of the protein solution are placed on the droplet table, and the reservoir is sealed with a cover glass or the like. The solution in the reservoir contains a precipitant, which is also present in small amounts in the protein droplets. The precipitant solution used in the vapor diffusion method is formed to contain the following components: (a) PEG having a molecular weight of 4000-9000, preferably an average molecular weight of 7500 and a concentration of 10-20% by weight, (b 2.) salt, lithium chloride, magnesium chloride (the best result is obtained with 0.2 M lithium chloride) having a concentration of 0.1-0.5 M as added salt, and (c) pH 6.5-8.0, preferably Is pH 7.5
A sufficient amount of buffer to give 0.05-0.1M H
EPES (Sigma, St Louis, MO, US
A) can be used for this purpose. Other buffers such as sodium phosphate, potassium phosphate and tris (hydroxymethyl) aminomethane malate may also be used.

【0031】「バッチ法」とは、蛋白質溶液に沈澱剤溶
液を少しずつ加え、わずかに濁ったところ不溶物を遠心
分離して除去後、上清を小さな試験管に入れて密封した
後に静置しておく方法をいう。また、「透析法」とは、
蛋白質溶液を沈澱剤の入った緩衝液(外液)に対して、
半透膜を用いて透析する方法をいう(Methodsi
n Enzymology、第114巻、Diffra
ction Methods forBiologic
alMacromoleculesPartA)。
The "batch method" means that a precipitant solution is added little by little to a protein solution, and when the solution becomes slightly turbid, insoluble substances are removed by centrifugation, the supernatant is placed in a small test tube, sealed, and then left to stand. The way to keep it. The “dialysis method”
The protein solution was added to the buffer solution (external solution) containing the precipitant.
Dialysis using a semipermeable membrane (Methodsi)
n Enzymology, Vol. 114, Diffra
ction Methods for Biological
alMacromoleculesPartA).

【0032】上記のように調製したX線結晶構造解析に
適した既定の大きさを有する配列番号1および2で示さ
れるアミノ酸配列を有するデカルバミラーゼのネイティ
ブ結晶は、菱形板状の外形を有し得る。また、X線結晶
構造解析には適さないが、沈澱剤、緩衝液等の条件を適
切に選択することによって、針状あるいは柱状の外形を
有する小型あるいは微小結晶が得られる。本明細書にお
いて、「既定の大きさ」とは、X線結晶構造解析で測定
可能な最低限の大きさをいい、本発明のデカルバミラー
ゼ結晶の場合、好ましくは0.3×0.3×0.05m
m以上であり得る。
The native crystal of decarbamylase having an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 2 having a predetermined size and suitable for X-ray crystal structure analysis prepared as described above may have a rhombic plate-like outer shape. . Although not suitable for X-ray crystal structure analysis, small or fine crystals having a needle-like or columnar outer shape can be obtained by appropriately selecting conditions such as a precipitant and a buffer solution. In the present specification, the “predetermined size” refers to a minimum size that can be measured by X-ray crystal structure analysis. In the case of the decarbamylase crystal of the present invention, it is preferably 0.3 × 0.3 × 0. .05m
m or more.

【0033】本発明の1つの実施態様において、X線結
晶構造解析に有効な複合体結晶、すなわち結晶中の酵素
に基質、阻害剤等が結合した結晶が提供される。デカル
バミラーゼの複合体結晶は、ネイティブ結晶が溶解、崩
壊せず少なくとも数日以上安定に保存され得る、所要の
濃度を与える基質、阻害剤などを含有させた溶液に結晶
を浸漬する浸漬法、および/またはデカルバミラーゼを
硫安、ポリエチレングリコールなどの沈澱剤および添加
塩類等を適切な組成で含有し、さらに所要の濃度を与え
る基質、阻害剤等を含有させた緩衝液中で、単結晶にま
で成長させる共結晶法により調製し得る。
In one embodiment of the present invention, there is provided a complex crystal effective for X-ray crystal structure analysis, that is, a crystal in which a substrate, an inhibitor and the like are bound to an enzyme in the crystal. The complex crystal of decarbamylase is prepared by immersing the crystal in a solution containing a substrate, an inhibitor, and the like, which give a required concentration, which allows the native crystal to be stably stored for at least several days without dissolving or disintegrating, and / or Alternatively, a decarbamylase containing a precipitating agent such as ammonium sulfate or polyethylene glycol and an added salt in an appropriate composition, and further, is grown into a single crystal in a buffer containing a substrate, an inhibitor, etc., which give a required concentration. It can be prepared by a crystallization method.

【0034】複合体結晶の調製のために使用されるデカ
ルバミラーゼとして、触媒残基の一つと推定されるCy
s171をAla、Ser、Thr、Val、Glyな
どに置換した変異体、またはGlu46、および/また
はLys126をAlaなどに置換した変異体、すなわ
ちD−N−カルバモイル−α−アミノ酸を認識、結合す
る活性を保持しているが、そのアミノ酸を修飾している
カルバモイル基を除去する活性を有しない変異体、例え
ば、配列番号1に示されるアミノ酸配列を有するデカル
バミラーゼ変異体を用い得る。
As a decarbamylase used for the preparation of the complex crystal, Cy which is presumed to be one of the catalytic residues is used.
Mutants in which s171 is substituted with Ala, Ser, Thr, Val, Gly or the like, or mutants in which Glu46 and / or Lys126 are substituted with Ala or the like, that is, an activity of recognizing and binding to DN-carbamoyl-α-amino acid , But not having the activity of removing the carbamoyl group modifying the amino acid, for example, a decarbamylase mutant having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1.

【0035】デカルバミラーゼの複合体結晶の調製のた
めに使用される基質は、D−N−カルバモイル−α−ア
ミノ酸は、D−N−カルバモイル−フェニルグリシン、
D−N−カルバモイル−パラヒドロキシフェニルグリシ
ン、D−N−カルバモイル−アラニン、D−N−カルバ
モイル−システイン、D−N−カルバモイル−アスパラ
ギン酸、D−N−カルバモイル−グルタミン酸、D−N
−カルバモイル−フェニルアラニン、D−N−カルバモ
イル−グリシン、D−N−カルバモイル−ヒスチジン、
D−N−カルバモイル−イソロイシン、D−N−カルバ
モイル−リジン、D−N−カルバモイル−ロイシン、D
−N−カルバモイル−メチオニン、D−N−カルバモイ
ル−アスパラギン、D−N−カルバモイル−プロリン、
D−N−カルバモイル−グルタミン、D−N−カルバモ
イル−アルギニン、D−N−カルバモイル−セリン、D
−N−カルバモイル−スレオニン、D−N−カルバモイ
ル−バリン、D−N−カルバモイル−トリプトファン、
およびD−N−カルバモイル−チロシンからなる群から
選択され得る。浸漬法では、0.1〜50mM濃度の基
質、例えばD−N−カルバモイル−メチオニン、D−N
−カルバモイル−バリン、D−N−カルバモイル−フェ
ニルアラニン、D−N−カルバモイル−アラニン、D−
N−カルバモイル−パラヒドロキシフェニルグリシン、
D−N−カルバモイル−フェニルグリシンなどを含有
し、所望のpHを与える適切な沈澱剤および添加塩組成
を有する保存溶液が使用し得る。保存溶液の好ましい例
は、15〜30重量%ポリエチレングリコール6000
および0.2M塩化リチウムを含む0.01M HEP
ES緩衝液(pH7.5)である。共結晶法では、0.
1〜50mM濃度の基質、例えばD−N−カルバモイル
−メチオニン、D−N−カルバモイル−バリン、D−N
−カルバモイル−フェニルアラニン、D−N−カルバモ
イル−アラニン、D−N−カルバモイル−パラヒドロキ
シフェニルグリシン、D−N−カルバモイル−フェニル
グリシンなどを含有し、用いる溶液の濃度およびpHを
規定の範囲内(デカルバミラーゼの濃度については、1
〜50mg/ml、ポリエチレングリコール(PEG)
の濃度については5〜30重量%、pHについては6.
0〜9.0)に細心に調節しながら、ポリエチレングリ
コール、緩衝剤および任意の添加塩類を含有する溶液か
ら成長させ得る。
The substrate used for the preparation of the complex crystals of decarbamylase is DN-carbamoyl-α-amino acid, DN-carbamoyl-phenylglycine,
DN-carbamoyl-parahydroxyphenylglycine, DN-carbamoyl-alanine, DN-carbamoyl-cysteine, DN-carbamoyl-aspartic acid, DN-carbamoyl-glutamic acid, DN
Carbamoyl-phenylalanine, DN-carbamoyl-glycine, DN-carbamoyl-histidine,
DN-carbamoyl-isoleucine, DN-carbamoyl-lysine, DN-carbamoyl-leucine, D
-N-carbamoyl-methionine, DN-carbamoyl-asparagine, DN-carbamoyl-proline,
DN-carbamoyl-glutamine, DN-carbamoyl-arginine, DN-carbamoyl-serine, D
-N-carbamoyl-threonine, DN-carbamoyl-valine, DN-carbamoyl-tryptophan,
And DN-carbamoyl-tyrosine. In the immersion method, a substrate having a concentration of 0.1 to 50 mM, for example, DN-carbamoyl-methionine, DN
-Carbamoyl-valine, DN-carbamoyl-phenylalanine, DN-carbamoyl-alanine, D-
N-carbamoyl-parahydroxyphenylglycine,
Stock solutions containing suitable precipitants and added salt compositions containing DN-carbamoyl-phenylglycine and the like to provide the desired pH may be used. A preferred example of the storage solution is 15-30% by weight polyethylene glycol 6000.
HEP containing 0.1M and 0.2M lithium chloride
ES buffer (pH 7.5). In the co-crystal method, 0.
Substrates at a concentration of 1 to 50 mM, such as DN-carbamoyl-methionine, DN-carbamoyl-valine, DN
-Carbamoyl-phenylalanine, DN-carbamoyl-alanine, DN-carbamoyl-parahydroxyphenylglycine, DN-carbamoyl-phenylglycine and the like, and the concentration and pH of the solution to be used are within specified ranges (decarbamylase). For the concentration of
~ 50mg / ml, polyethylene glycol (PEG)
5 to 30% by weight for pH and 6.
It can be grown from a solution containing polyethylene glycol, a buffer and any added salts, with careful adjustment to 0-9.0).

【0036】一般に、蛋白質の結晶は、X線によりかな
りの損傷を受けることが知られているため、X線結晶構
造解析を成功させるためには、損傷を受け難い結晶を取
得する、または損傷を受けにくい条件で回折データを測
定することが重要である。近年は、結晶を凍結させ、凍
結状態のままで回折データを測定することで高品質、高
分解能の回折データを取得することがしばしば行われて
いる(Methodsin ENZYMOLOGY 第
276巻、MacromolecularCrysta
llography、Part A、C.W.Cart
er、Jr.およびR.M.Sweet編、「13」P
ractical Cryocrystallogra
phy(D.W.Rodgers))。一般に、蛋白質
結晶の凍結には、凍結による結晶の崩壊を防ぐ目的で、
グリセロールなどの凍結安定化剤を含む溶液で処理する
などの工夫がなされる。本発明においては、デカルバミ
ラーゼ変異体のネイティブ結晶および複合体の凍結結晶
は、凍結安定化剤を添加することなく、結晶化小滴、保
存溶液あるいは浸漬溶液中の結晶を取り出し、液体窒素
に直接浸漬して瞬時に凍結させることで調製し得る。凍
結結晶はまた、凍結安定化剤を添加した保存液に浸漬し
た結晶に対して上記瞬時に凍結させる操作を行うことに
よっても調製し得る。
In general, protein crystals are known to be considerably damaged by X-rays. Therefore, in order to succeed in X-ray crystal structure analysis, it is necessary to obtain crystals that are hardly damaged or to obtain damages. It is important to measure diffraction data under conditions that are difficult to receive. In recent years, it is often performed to obtain high-quality, high-resolution diffraction data by freezing a crystal and measuring diffraction data in a frozen state (Methodsin ENZYMOLOGY Vol. 276, Macromolecular Crystal).
illography, Part A, C.I. W. Cart
er, Jr. And R. M. Sweet, "13" P
radial Cryocrystallogra
phy (DW Rodgers)). Generally, protein crystals are frozen for the purpose of preventing the crystals from being broken by freezing.
A device such as treatment with a solution containing a freeze stabilizer such as glycerol is employed. In the present invention, the native crystals of the decarbamylase mutant and the frozen crystals of the complex are obtained by removing crystallization droplets, crystals in a storage solution or an immersion solution without adding a freeze stabilizer, and directly immersing the crystals in liquid nitrogen. And instantaneously freeze it. The frozen crystal can also be prepared by performing the above operation of instantly freezing the crystal immersed in a storage solution to which a freeze stabilizer has been added.

【0037】基質が結晶中に導入、すなわち結晶中の酵
素に結合しているかどうかの判定は、浸漬法および/ま
たは共結晶法により調製した複合体結晶の回折強度デー
タを収集し、既に本発明者らによって決定されている天
然型デカルバミラーゼの3次元構造座標を用いた分子置
換法により、複合体結晶の回折データから電子密度図を
作成し、基質、阻害剤に対応する電子密度の有無を判定
することによって行い得る。
In order to determine whether the substrate is introduced into the crystal, ie, whether it is bound to the enzyme in the crystal, the diffraction intensity data of the complex crystal prepared by the immersion method and / or the co-crystal method is collected, and the present invention is applied. By the molecular replacement method using the three-dimensional structural coordinates of natural decarbamylase determined by the authors, an electron density diagram is created from the diffraction data of the complex crystal, and the presence or absence of the electron density corresponding to the substrate and inhibitor is determined You can do this by doing

【0038】本発明のデカルバミラーゼ変異体結晶およ
び複合体結晶の回折データは、例えば、R−AXIS
IV++(理学電機)を用いて測定し得る。結晶の損傷を
押さえ、高分解能の回折データを取得するために、適切
なクライオシステムを用いて凍結結晶での回折データ測
定を行い得る。測定した回折画像データは、R−AXI
S付属のデータ処理プログラムCrystal Cle
ar(理学電機)、プログラムDENZO(マックサイ
エンス)、または同様な画像処理プログラム(または単
結晶解析用ソフトウェア)を用いて、反射強度データ
(結晶構造因子)に処理される。また、この段階で、結
晶学パラメータである空間群、単位格子定数が決定され
る。
The diffraction data of the mutant crystals of the decarbamylase and the complex crystals of the present invention are, for example, R-AXIS.
It can be measured using IV ++ (Rigaku Denki). Diffraction data measurements on frozen crystals can be performed using a suitable cryosystem to reduce crystal damage and obtain high resolution diffraction data. The measured diffraction image data is R-AXI
Data processing program Crystal Cle attached to S
The reflection intensity data (crystal structure factor) is processed using ar (Rigaku Denki), the program DENZO (Mac Science), or a similar image processing program (or single crystal analysis software). At this stage, a space group and a unit cell constant, which are crystallographic parameters, are determined.

【0039】X線結晶構造解析に必要な結晶構造因子の
位相の推定は、天然型デカルバミラーゼの3次元構造座
標を参照分子として用いる分子置換法を適用して行い得
る。プログラムCNS(A.T.Brunger、Ya
le University)やCCP4(Briti
sh Biotechnology & Biolog
ical Science Research Cou
nsil、SERC)を用いて回転関数と並進関数の計
算を行い、分子の方位と位置を決定しうる。複合体結晶
の解析においては、得られた位相を用いて電子密度を計
算し、電子密度図上で基質であるD−N−カルバモイル
−α−アミノ酸に相当する電子密度の有無を、位置17
1の触媒残基を含む活性部位周辺において確認すること
により複合体形成を判定しうる。得られた電子密度図
は、そのまま3次元グラフィック上での立体構造モデル
の構築に用い得るが、さらに溶媒領域の電子密度の平滑
化、ならびに非結晶学的対称性を用いた電子密度の平均
化計算を行うことによりノイズを低減させた電子密度図
を取得することもできる。
The phase of the crystal structure factor required for the X-ray crystal structure analysis can be estimated by applying a molecular replacement method using the three-dimensional structural coordinates of natural decarbamylase as a reference molecule. Program CNS (AT Brunger, Ya
le University, CCP4 (Briti
sh Biotechnology & Biolog
ical Science Research Cou
(nsil, SERC) to calculate the rotation and translation functions to determine the orientation and position of the molecule. In the analysis of the composite crystal, the electron density is calculated using the obtained phase, and the presence or absence of the electron density corresponding to the substrate DN-carbamoyl-α-amino acid on the electron density diagram is determined at position 17.
Complex formation can be determined by confirming around the active site containing one catalytic residue. The obtained electron density diagram can be used as it is for the construction of a three-dimensional structure model on a three-dimensional graphic. By performing the calculation, an electron density diagram with reduced noise can be obtained.

【0040】デカルバミラーゼ変異体および複合体の立
体構造モデルは、プログラムオー(プログラムO)
(A.Jones、Uppsala Universi
tet、スウェーデン)により3次元グラフィックス上
に表示した電子密度図から、以下の手順で構築し得る。
まず、電子密度図上に、求めた回転、並列関数を用いて
参照分子である天然型デカルバミラーゼの立体構造を表
示させ、アミノ酸が置換された部位のモデルの修正、電
子密度図に適合しないアミノ酸残基の部分構造の修正を
行う。複合体の場合は、さらに電子密度図から基質分子
に対応する電子密度を見出し、電子密度に適合するよう
に基質分子の立体構造モデル構築する。上記手順によっ
て基質分子を含む分子全体の初期立体構造モデルが構築
される。構築された初期立体構造モデルは、該モデルを
出発モデル構造として、構造精密化プログラムCNS
(A.T.Brunger、Yale Univers
ity)の精密化プロトコルに従って、立体構造を記述
する3次元構造座標が精密化される。このことにより、
本発明のデカルバミラーゼ変異体および複合体の立体構
造の決定が完成される。
The three-dimensional structural models of the decarbamylase mutant and the complex were obtained by using program O (program O).
(A. Jones, Uppsala Universi
(Tet, Sweden) from an electron density diagram displayed on three-dimensional graphics by the following procedure.
First, the three-dimensional structure of the reference molecule, natural decarbamylase, is displayed on the electron density map using the obtained rotation and parallel functions. Modify the partial structure of the group. In the case of the complex, the electron density corresponding to the substrate molecule is further found from the electron density diagram, and a three-dimensional structure model of the substrate molecule is constructed so as to match the electron density. By the above procedure, an initial three-dimensional structure model of the whole molecule including the substrate molecule is constructed. The constructed initial three-dimensional structure model is obtained by using the model as a starting model structure and a structure refinement program CNS.
(A.T. Brunger, Yale Univers
According to the refinement protocol of (iii), the three-dimensional structure coordinates describing the three-dimensional structure are refined. This allows
The determination of the stereostructure of the decarbamylase variants and complexes of the present invention is completed.

【0041】構造精密化は、当業者において3次元構造
座標の正確さの指標とされているR因子、さらに構造精
密化の段階で独立に精密化の計算に含めなかった構造因
子から計算されるR因子(当業者においてFree−R
因子と呼ばれている因子)を極小化することにより行わ
れ、R因子が20%以下となった段階で構造精密化を終
了することが多い。
Structural refinement is calculated from the R factor, which is used by those skilled in the art as an indicator of the accuracy of three-dimensional structural coordinates, and from structural factors that were not independently included in the refinement calculation at the stage of structural refinement. R factor (Free-R
(Factor called factor), and the structure refinement is often completed when the R factor becomes 20% or less.

【0042】3次元構造座標は、どの程度までR因子を
小さくした段階で構造精密化を終了するかが任意である
ため、最終的に得られる3次元構造座標もまた任意に選
択されうる。そのため、本明細書においては、3次元構
造座標の差異を表す指標として、構造座標ホモロジーR
MSDを用いる。「構造座標ホモロジーRMSD」と
は、任意の2分子の3次元構造座標から算出される3次
元構造の類似性を表す最小自乗偏差(RMSD)の値を
いう。蛋白質の構造座標ホモロジーRMSDは、例え
ば、蛋白質の主鎖構造を構成する原子群(Cα原子の
み、あるいはN、Cα、C、O原子)の3次元構造座標
について、プログラムMAPS(G.Lu、J.App
l.Cryst.(2000)、33:176−18
3)などを用いることによって求め得る。異なるアミノ
酸配列を有する蛋白質間において、蛋白質構造トポロジ
ーが類似している場合、構造座標ホモロジーRMSDは
概ね3.0Å以内に収まることが多い。一方、同一アミ
ノ酸配列を有する蛋白質においても、空間群、格子定数
などが異なる結晶から得られた3次元構造座標間の構造
座標RMSDは、主鎖構造を構成する原子群から求めた
場合、0.1〜1.0Åの範囲をとりうる。さらに、蛋
白質表面のループ構造等のコンフォメーションの違い
で、本RMSD値はさらに大きくなりうる。
As for the three-dimensional structure coordinates, the degree to which the R factor is reduced to the point where the refinement of the structure is finished is arbitrary, so that the finally obtained three-dimensional structure coordinates can also be arbitrarily selected. Therefore, in this specification, the structure coordinate homology R is used as an index indicating the difference between the three-dimensional structure coordinates.
Use MSD. “Structural coordinate homology RMSD” refers to the value of the least square deviation (RMSD) representing the similarity of the three-dimensional structure calculated from the three-dimensional structural coordinates of any two molecules. The structural coordinate homology RMSD of a protein is, for example, the program MAPS (G. Lu, J .App
l. Cryst. (2000), 33: 176-18.
It can be obtained by using 3) or the like. When the protein structural topologies are similar between proteins having different amino acid sequences, the structural coordinate homology RMSD often falls within approximately 3.0 °. On the other hand, even in proteins having the same amino acid sequence, the structural coordinates RMSD between the three-dimensional structural coordinates obtained from crystals having different space groups, lattice constants, and the like, are 0. 0 when determined from the atomic group constituting the main chain structure. It can range from 1 to 1.0 °. Further, the present RMSD value may be further increased due to a difference in conformation such as a loop structure on the protein surface.

【0043】デカルバミラーゼおよびその変異体の3次
元構造座標においては、酵素分子の主鎖構造を構成する
原子群(Cα原子のみおよび/またはN、Cα、C、O
原子)から求めた構造座標ホモロジーRMSDが、3.
0Å以下、好ましくは1.0Å以下、更に好ましくは
0.5Å以下となるデカルバミラーゼおよびその変異体
の3次元構造座標も本発明の範囲である。また、3次元
構造座標は、結晶内における単位格子の原点を3次元空
間における原点として表記しているため、本発明の3次
元構造座標をコンピューターによる計算に用いる場合な
どにおいて、各原子の相対的な配置を変化させずに、3
次元空間内で並進、回転、対称などの数学的な移動操作
を施した結果として得られる新たな3次元構造座標も本
発明の範囲である。
In the three-dimensional structural coordinates of decarbamylase and its mutants, the atomic group (only Cα atom and / or N, Cα, C, O
Atom), the structural coordinate homology RMSD obtained from 3.
The three-dimensional structural coordinates of decarbamylase and its mutants of 0 ° or less, preferably 1.0 ° or less, more preferably 0.5 ° or less are also within the scope of the present invention. In addition, since the three-dimensional structural coordinates represent the origin of the unit cell in the crystal as the origin in the three-dimensional space, when the three-dimensional structural coordinates of the present invention are used for calculation by a computer, the relative position of each atom is calculated. Without changing the arrangement
New three-dimensional structure coordinates obtained as a result of performing mathematical movement operations such as translation, rotation, and symmetry in a three-dimensional space are also within the scope of the present invention.

【0044】本発明により得られたデカルバミラーゼ、
またはその変異体、および複合体の立体構造を記述する
3次元構造座標について、当業者において一般的に用い
られている蛋白質の3次元構造座標の表記に準じて表1
〜8に示した。表は、1行に、4個の原子に関するデー
タ群を記載しており、1つの原子について、各8個のデ
ータを付与している。原子に関するデータの1番目は、
原子の順番(原子番号)を、2番目は、アミノ酸残基等
における原子の区別(原子種)を、3番目は、アミノ酸
残基の区別(アミノ酸名)を、4番目は、蛋白鎖の区
別、5番目は、アミノ酸の位置番号(配列表の残基番号
に対応)を、6,7,8番目は、その原子座標(X、
Y、Z軸)をÅ単位で示している。
Decarbamylase obtained according to the present invention,
Or the three-dimensional structure coordinates describing the three-dimensional structure of the mutant or the complex thereof, according to the notation of the three-dimensional structure coordinates of the protein commonly used by those skilled in the art.
-8. In the table, a data group for four atoms is described in one row, and eight data are assigned to each atom. The first piece of data about atoms is
The atomic order (atomic number), the second is the distinction of atoms (atomic species) in amino acid residues, etc., the third is the distinction of amino acid residues (amino acid name), and the fourth is the distinction of protein chains. The fifth is the position number of the amino acid (corresponding to the residue number in the sequence listing), the sixth, seventh and eighth are the atomic coordinates (X,
Y and Z axes) are shown in Å units.

【0045】[0045]

【表1】配列番号1で示されるアミノ酸配列を有するデ
カルバミラーゼ変異体の3次元構造座標 (C171A
/V236A)
[Table 1] Three-dimensional structural coordinates of the decarbamylase mutant having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 (C171A
/ V236A)

【0046】[0046]

【表2】配列番号2で示されるアミノ酸配列を有するデ
カルバミラーゼ変異体の3次元構造座標 (H57Y/
P203E/V236A)
[Table 2] The three-dimensional structural coordinates (H57Y /
P203E / V236A)

【0047】[0047]

【表3】配列番号1で示されるアミノ酸配列を有するデ
カルバミラーゼ変異体とD−N−カルバモイル−メチオ
ニンとの複合体の3次元構造座標
Table 3 Three-dimensional structural coordinates of a complex of a decarbamylase mutant having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 and DN-carbamoyl-methionine

【0048】[0048]

【表4】配列番号1で示されるアミノ酸配列を有するデ
カルバミラーゼ変異体とD−N−カルバモイル−バリン
との複合体の3次元構造座標
[Table 4] Three-dimensional structural coordinates of a complex of a decarbamylase mutant having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 and DN-carbamoyl-valine

【0049】[0049]

【表5】配列番号1で示されるアミノ酸配列を有するデ
カルバミラーゼ変異体とD−N−カルバモイル−フェニ
ルアラニンとの複合体の3次元構造座標
Table 5: Three-dimensional structural coordinates of a complex of a decarbamylase mutant having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 and DN-carbamoyl-phenylalanine

【0050】[0050]

【表6】配列番号1で示されるアミノ酸配列を有するデ
カルバミラーゼ変異体とD−N−カルバモイル−アラニ
ンとの複合体の3次元構造座標
Table 6: Three-dimensional structural coordinates of a complex of a decarbamylase variant having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 and DN-carbamoyl-alanine

【0051】[0051]

【表7】配列番号1で示されるアミノ酸配列を有するデ
カルバミラーゼ変異体とD−N−カルバモイル−パラヒ
ドロキシフェニルグリシンとの複合体の3次元構造座標
Table 7: Three-dimensional structural coordinates of a complex of a decarbamylase variant having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 and DN-carbamoyl-parahydroxyphenylglycine

【0052】[0052]

【表8】配列番号1で示されるアミノ酸配列を有するデ
カルバミラーゼ変異体とD−N−カルバモイル−フェニ
ルグリシンとの複合体の3次元構造座標
Table 8: Three-dimensional structural coordinates of a complex of a decarbamylase variant having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 and DN-carbamoyl-phenylglycine

【0053】以下、本発明のデカルバミラーゼ複合体の
立体構造の特徴についてまとめた。 (1)基本構造である蛋白質構造トポロジーは図1に示
すように天然型と同一であり、デカルバミラーゼの主鎖
構造を構成する303個のCα原子について、求めた構
造座標ホモロジーRMSDは、0.05〜0.5Åであ
り得る。
The features of the three-dimensional structure of the decarbamylase complex of the present invention are summarized below. (1) The protein structure topology, which is the basic structure, is the same as that of the natural type as shown in FIG. Å0.5 °.

【0054】(2)活性部位を構成するアミノ酸残基と
して、少なくともAla71、Glu46、Lys12
6を含む、図2に示される基質結合様式を有する。
(2) At least Ala71, Glu46, Lys12
6, including the substrate binding mode shown in FIG.

【0055】本明細書において、「蛋白質立体構造トポ
ロジー」とは、αヘリックスおよびβストランドに代表
される蛋白質の二次構造単位の幾何学的な並び(T.
P.Floresら、(1994)、Prot.En
g.7、31−37)のことをいい、「αヘリックス」
とは、蛋白質またはポリペプチドの二次構造の一つであ
り、アミノ酸が3.6残基ごとに1回転したピッチが
5.4の螺旋構造を有するエネルギー的に最も安定な構
造の1つをいう。また、本明細書において、「βシー
ト」とは、蛋白質またはポリペプチドの二次構造の一つ
であり、ジグザグに伸びたコンホメーションを有する二
本以上のポリペプチド鎖が平行に並び、ペプチドのアミ
ド基およびカルボニル基が、それぞれ隣接するペプチド
鎖のカルボニル基およびアミド基との間に水素結合を形
成することによりエネルギー的に安定なシート状により
合わさった構造をいう。なお、「平行βシート」とは、
βシートのうち、隣接するポリペプチド鎖のアミノ酸配
列の並び方が同じ方向のものをいい、「逆平行βシー
ト」とは、βシートのうち、隣接するポリペプチド鎖の
アミノ酸の並び方が逆方向のものをいう。さらに、本明
細書において、「βストランド」とは、βシートを形成
するジグザグに伸びたコンフォメーションを有する1本
のペプチド鎖をいう。
As used herein, the term “protein conformational topology” refers to the geometrical arrangement of secondary structural units of a protein represented by α-helix and β-strand (T.
P. Flores et al., (1994), Prot. En
g. 7, 31-37), “α helix”
Is one of the secondary structures of a protein or polypeptide. One of the most energetically stable structures having a helical structure with a pitch of 5.4 in which amino acids rotate once every 3.6 residues. Say. In the present specification, the “β sheet” is one of the secondary structures of a protein or a polypeptide, and two or more polypeptide chains having a zigzag extended conformation are arranged in parallel, and the peptide Is a structure in which the amide group and the carbonyl group form a hydrogen bond between the carbonyl group and the amide group of the adjacent peptide chain to form an energy-stable sheet. The “parallel β sheet”
Among the β sheets, those in which the amino acid sequences of adjacent polypeptide chains are arranged in the same direction are referred to as “anti-parallel β sheets”. A thing. Further, in the present specification, the “β strand” refers to a single peptide chain having a zigzag-extending conformation forming a β sheet.

【0056】基質認識に関与するアミノ酸残基は、複合
体の3次元構造座標から、基質分子と酵素分子間のイオ
ン結合、水素結合、疎水相互作用等の相互作用を調べる
ことによって、同定しうる。例えば、基質であるN−カ
ルバモイルD−メチオニンのα−カルボキシル基は、A
sn172の側鎖アミド基、Arg174、Arg17
5の側鎖グアニジノ基、Thr197の側鎖ヒドロキシ
ル基とイオン結合あるいは水素結合しうる。また、基質
のα−アミド基は、Asn196の主鎖カルボニル基
と、カルバモイルのカルボニル基は、Lys126の側
鎖アミノ基、Asn172の主鎖アミド基と、さらにカ
ルバモイルのアミド基は、Asn196の主鎖カルボニ
ル基、Glu46の側鎖カルボキシル基と水素結合を形
成しうる。さらに、基質のN−カルバモイルD−メチオ
ニンの疎水性側鎖は、Pro130、His143、P
ro198、二量体を形成している一方の酵素分子のI
le285などの近傍に存在する残基と疎水相互作用し
うる。
The amino acid residues involved in substrate recognition can be identified by examining the interaction such as ionic bond, hydrogen bond, hydrophobic interaction between the substrate molecule and the enzyme molecule from the three-dimensional structural coordinates of the complex. . For example, the α-carboxyl group of the substrate N-carbamoyl D-methionine is represented by A
side chain amide group of sn172, Arg174, Arg17
5 can form an ionic bond or a hydrogen bond with the side chain guanidino group and the side chain hydroxyl group of Thr197. The α-amide group of the substrate is the main chain carbonyl group of Asn196, the carbonyl group of carbamoyl is a side chain amino group of Lys126, the main chain amide group of Asn172, and the amide group of carbamoyl is the main chain carbonyl group of Asn196. It can form a hydrogen bond with a carbonyl group or a side chain carboxyl group of Glu46. Furthermore, the hydrophobic side chains of the substrate N-carbamoyl D-methionine are Pro130, His143, P
ro198, one of the enzyme molecules forming a dimer I
It can interact hydrophobically with nearby residues such as le285.

【0057】本発明の、複合体の立体構造は、N−カル
バモイル基を加水分解する活性を有しないデカルバミラ
ーゼ変異体を用いて得られたものであり、基質結合様式
の解析、理解において必要十分の情報をうることができ
るものではあるが、触媒残基であるCys171をAl
aに置換しているため、触媒反応機構を理解する上で
は、Cys171と基質との相互作用を解析する必要が
ある。本発明の複合体の3次元構造座標と天然型デカル
バミラーゼおよび配列番号2に示されるアミノ酸配列を
有するデカルバミラーゼ変異体の3次元構造座標を利用
して、分子モデリングの手法を適用することで、解析が
困難な加水分解する活性を有するデカルバミラーゼと基
質との複合体の高精度の3次元構造座標を容易に得るこ
とが可能となる。
The three-dimensional structure of the complex of the present invention is obtained by using a decarbamylase mutant having no activity of hydrolyzing an N-carbamoyl group, and is necessary and sufficient for analyzing and understanding the substrate binding mode. Although information can be obtained, Cys171 which is a catalyst residue is replaced with Al.
In order to understand the catalytic reaction mechanism, it is necessary to analyze the interaction between Cys171 and the substrate. Analysis is performed by applying a molecular modeling technique using the three-dimensional structural coordinates of the complex of the present invention and the three-dimensional structural coordinates of the natural decarbamylase and the decarbamylase mutant having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. It is possible to easily obtain high-precision three-dimensional structural coordinates of a complex of decarbamylase having a difficult hydrolyzing activity and a substrate.

【0058】天然型デカルバミラーゼの3次元構造座標
に本発明の複合体の3次元構造座標を、プログラムO
(前出)、Swiss−PDBViewer(Swis
s Institute of Bioinforma
tics(SIB)、ExPASy Molecula
r Biology Server(http://w
ww.expasy.ch/ より入手可能));Gu
ex、N.およびPeitsch,M.C.(199
7) SWISS−MODEL and theSwi
ss−PdbViewer:An environme
nt for comparative protei
n modeling、Electrophoresi
s 18、2714−2723)等のモデリングプログ
ラムの分子重ね合わせ機能を利用して、触媒残基である
Cys171のCα原子から、12.0Å以内にある残
基の主鎖原子(N、Cα、CおよびO原子)の位置に対
して最小自乗重ね合わせ操作を行いうる。その際求めた
回転行列を用いて、複合体中の基質分子の3次元構造座
標を天然型デカルバミラーゼの座標系に座標変換し、変
換した3次元構造座標を天然型デカルバミラーゼの3次
元構造座標に挿入することで、カルバモイル基を加水分
解する活性を有するデカルバミラーゼと基質との複合体
の構造モデルを構築しうる。この構造モデルを、プログ
ラムAMBER(P.A.Kollman、UCS
F)、CHARMM(M.Karplus、Harva
rd University)、PRESTO(森上
ら、Computers Chem.16、243−2
48(1992))などの分子動力学計算プログラムに
よって、複合体の3次元構造座標の最適化を行いうる。
上記操作を立体構造決定した6種すべての基質複合体の
3次元構造座標に適用することで、天然型デカルバミラ
ーゼと基質との複合体の3次元構造座標が得られる。ま
た、天然型デカルバミラーゼの3次元構造座標の替わり
に、配列番号2に示されるアミノ酸配列を有するデカル
バミラーゼ変異体の3次元構造座標(表2)を用いるこ
とで、触媒能を有するデカルバミラーゼ変異体と基質と
の複合体の3次元構造座標が得られうる。さらに、基質
であるD−アミノ酸の側鎖を、モデリングすることによ
って、上記6種以外の基質との複合体の3次元構造座標
を得ることもできる。
The three-dimensional structural coordinates of the complex of the present invention are added to the three-dimensional structural coordinates of the natural decarbamylase by the program O
(Supra), Swiss-PDBViewer (Swiss
s Institute of Bioinforma
tics (SIB), ExPASy Molecula
r Biology Server (http: // w
ww. expasy. ch / available from)); Gu
ex, N. And Peitsch, M .; C. (199
7) SWISS-MODEL and theSwi
ss-PdbViewer: An environment
nt for comparative protei
n modeling, Electrophoresis
s 18, 2714-2723) and the like, utilizing the molecular superposition function of a modeling program such as Cys171, which is a catalytic residue, within 12.0 ° of the main chain atom (N, Cα, C And O atom), the least-squares superposition operation can be performed. Using the rotation matrix obtained at that time, the three-dimensional structure coordinates of the substrate molecule in the complex are transformed into the coordinate system of natural decarbamylase, and the transformed three-dimensional structure coordinates are inserted into the three-dimensional structure coordinates of natural decarbamylase. By doing so, a structural model of a complex of decarbamylase having the activity of hydrolyzing a carbamoyl group and a substrate can be constructed. This structural model is stored in the program AMBER (PA Kollman, UCS
F), CHARMM (M. Karplus, Harva
rd University), PRESTO (Morigami et al., Computers Chem. 16, 244-2).
48 (1992)) can optimize the three-dimensional structural coordinates of the complex.
By applying the above operation to the three-dimensional structure coordinates of all six types of substrate complexes whose three-dimensional structure has been determined, the three-dimensional structure coordinates of the complex between the native decarbamylase and the substrate can be obtained. Further, by using the three-dimensional structural coordinates of the decarbamylase mutant having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 (Table 2) instead of the three-dimensional structural coordinates of natural decarbamylase, the decarbamylase mutant having catalytic ability and the substrate can be used. And the three-dimensional structural coordinates of the complex with Further, by modeling the side chain of the D-amino acid which is a substrate, the three-dimensional structural coordinates of a complex with a substrate other than the above six types can also be obtained.

【0059】これら複合体の3次元構造座標を得ること
で、酵素の不安定性の原因、触媒活性発現の機構を突き
とめること可能となり、酵素を利用した工業プロセスを
改善して、それをさらに有用なものにする解決策を見出
すことができる。これら複合体の立体構造より得られた
知見に基づいて、デカルバミラーゼの安定性向上または
酵素活性の向上を目的とした改変設計を行い得る。本明
細書において、酵素の「安定性」とは、通常の生体環境
よりも高い温度(例えば70℃)で酵素を変性させた後
でも、酵素活性が熱変性前と比較して、少なくとも10
%、好ましくは少なくとも25%、より好ましくは少な
くとも50%、さらに好ましくは少なくとも80%、最
も好ましくは少なくとも90%残存していることをい
う。
By obtaining the three-dimensional structural coordinates of these complexes, it is possible to ascertain the cause of the instability of the enzyme and the mechanism of the expression of the catalytic activity, thereby improving the industrial process using the enzyme and making it more useful. Solutions can be found. Based on the knowledge obtained from the three-dimensional structure of these complexes, a modified design for the purpose of improving the stability of decarbamylase or improving the enzyme activity can be performed. As used herein, “stability” of an enzyme means that the enzyme activity is at least 10% higher than that before heat denaturation even after denaturing the enzyme at a higher temperature (eg, 70 ° C.) than a normal biological environment.
%, Preferably at least 25%, more preferably at least 50%, even more preferably at least 80%, and most preferably at least 90%.

【0060】本明細書において、変異体分子の「設計方
法」または「分子設計手法」とは、変異前の蛋白質また
はポリペプチド分子(例えば、天然型分子)のアミノ酸
配列および立体構造を解析することによって、各アミノ
酸がどのような特性(例えば、触媒活性、他の分子との
相互作用など)を担うかを予測し、所望の特性の改変
(例えば、触媒活性の向上、蛋白質の安定性の向上な
ど)をもたらすために適切なアミノ酸変異を算出するこ
とをいう。この設計方法は、好ましくはコンピューター
を用いて行われる。このような設計方法で用いられるコ
ンピュータープログラムの例としては、以下が挙げられ
る:3次元グラフィックス、変異導入モデリングのため
のプログラムとして、プログラムO(前出)、Swis
s−PDBViewer(前出)、InsightII
(モレキュラー・シミュレーション社);変異設計を支
援プログラムとして、プログラムSHRIKE(特願平
11−368498);基質分子等のドッキングのため
のプログラムとして、プログラムDOCK(前出)、A
UTODOCK(前出);分子動力学計算、自由エネル
ギー摂動計算のためのプログラムとして、プログラムA
MBER(前出)、CHARMM(前出)、PREST
O(前出)。
As used herein, the term “design method” or “molecular design technique” for a mutant molecule refers to analyzing the amino acid sequence and the three-dimensional structure of a protein or polypeptide molecule (for example, a natural molecule) before mutation. Predict the properties (eg, catalytic activity, interaction with other molecules, etc.) of each amino acid, and modify the desired properties (eg, improve catalytic activity, improve protein stability) Etc.) to calculate an appropriate amino acid mutation. This design method is preferably performed using a computer. Examples of computer programs used in such a design method include: programs O (supra), Swiss for programs for three-dimensional graphics, mutagenesis modeling.
s-PDBViewer (supra), InsightII
(Molecular Simulation); Mutation design as a support program, program SHRIKE (Japanese Patent Application No. 11-368498); program for docking of substrate molecules, etc., program DOCK (supra), A
UDOCK (supra); a program A for molecular dynamics calculation and free energy perturbation calculation
MBER (see above), CHARMM (see above), PREST
O (see above).

【0061】本明細書中において、変異体の設計に利用
されるアミノ酸変異としては、アミノ酸の置換のほか
に、アミノ酸の付加、欠失、または修飾もまた挙げられ
る。アミノ酸の置換とは、もとのペプチドを1つ以上、
例えば、1〜20個、好ましくは1〜10個、より好ま
しくは1〜5個のアミノ酸で置換することをいう。アミ
ノ酸の付加とは、もとのペプチド鎖に1つ以上、例え
ば、1〜20個、好ましくは1〜10個、より好ましく
は1〜5個のアミノ酸を付加することをいう。アミノ酸
の欠失とは、もとのペプチドから1つ以上、例えば、1
〜20個、好ましくは1〜10個、より好ましくは1〜
5個のアミノ酸を欠失させることをいう。アミノ酸修飾
は、アミド化、カルボキシル化、硫酸化、ハロゲン化、
アルキル化、グリコシル化、リン酸化、水酸化、アシル
化(例えば、アセチル化)などを含むが、これらに限定
されない。置換、または付加されるアミノ酸は、天然の
アミノ酸であってもよく、非天然のアミノ酸、またはア
ミノ酸アナログでもよい。天然のアミノ酸が好ましい。
In the present specification, examples of the amino acid mutation used for designing a mutant include amino acid substitution, amino acid addition, deletion, or modification. Amino acid substitution refers to the replacement of one or more original peptides,
For example, substitution with 1 to 20, preferably 1 to 10, and more preferably 1 to 5 amino acids is meant. The addition of amino acids refers to the addition of one or more, for example, 1 to 20, preferably 1 to 10, and more preferably 1 to 5 amino acids to the original peptide chain. Amino acid deletions refer to one or more, for example, 1
-20, preferably 1-10, more preferably 1
It refers to deleting 5 amino acids. Amino acid modification includes amidation, carboxylation, sulfation, halogenation,
Including, but not limited to, alkylation, glycosylation, phosphorylation, hydroxylation, acylation (eg, acetylation), and the like. The substituted or added amino acids may be naturally occurring amino acids, non-naturally occurring amino acids, or amino acid analogs. Natural amino acids are preferred.

【0062】用語「天然のアミノ酸」とは、天然のアミ
ノ酸のL-異性体を意味する。天然のアミノ酸は、グリ
シン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、セ
リン、メチオニン、トレオニン、フェニルアラニン、チ
ロシン、トリプトファン、システイン、プロリン、ヒス
チジン、アスパラギン酸、アスパラギン、グルタミン
酸、グルタミン、γ-カルボキシグルタミン酸、アルギ
ニン、オルニチン、およびリジンである。特に示されな
い限り、本明細書でいう全てのアミノ酸はL体である。
The term “natural amino acid” refers to the L-isomer of a natural amino acid. Natural amino acids are glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, serine, methionine, threonine, phenylalanine, tyrosine, tryptophan, cysteine, proline, histidine, aspartic acid, asparagine, glutamic acid, glutamine, γ-carboxyglutamic acid, arginine, ornithine , And lysine. Unless otherwise indicated, all amino acids referred to herein are in the L-form.

【0063】用語「非天然アミノ酸」とは、蛋白質中で
通常は天然に見出されないアミノ酸を意味する。非天然
アミノ酸の例として、ノルロイシン、パラ−ニトロフェ
ニルアラニン、ホモフェニルアラニン、パラ−フルオロ
フェニルアラニン、3−アミノ−2−ベンジルプロピオ
ン酸、ホモアルギニンのD体またはL体およびD−フェ
ニルアラニンが挙げられる。
The term "unnatural amino acid" refers to an amino acid not normally found in nature in proteins. Examples of unnatural amino acids include D- or L-forms of norleucine, para-nitrophenylalanine, homophenylalanine, para-fluorophenylalanine, 3-amino-2-benzylpropionic acid, homoarginine, and D-phenylalanine.

【0064】「アミノ酸アナログ」とは、アミノ酸では
ないが、アミノ酸の物性および/または機能に類似する
分子をいう。アミノ酸アナログとしては、例えば、エチ
オニン、カナバニン、2−メチルグルタミンなどが挙げ
られる。本発明のさらなる実施態様において、デカルバ
ミラーゼの変異体はまた、アンモニウム塩(アルキルま
たはアリールアンモニウム塩を含む)、硫酸塩、硫酸水
素塩、リン酸塩、リン酸水素塩、リン酸二水素塩、チオ
硫酸塩、炭酸塩、重炭酸塩、安息香酸塩、スルホン酸
塩、チオスルホン酸塩、メシレート(メチルスルホン
酸)塩、エチルスルホン酸塩、およびベンゼンスルホン
酸塩のようなペプチドの塩の形態を取り得る。
"Amino acid analog" refers to a molecule that is not an amino acid, but that is similar in physical properties and / or function to the amino acid. Amino acid analogs include, for example, ethionine, canavanine, 2-methylglutamine and the like. In a further embodiment of the invention, the variant of decarbamylase also comprises an ammonium salt (including an alkyl or aryl ammonium salt), a sulfate, a hydrogen sulfate, a phosphate, a hydrogen phosphate, a dihydrogen phosphate, Peptide salts such as sulfate, carbonate, bicarbonate, benzoate, sulfonate, thiosulfonate, mesylate (methylsulfonate), ethylsulfonate, and benzenesulfonate obtain.

【0065】以下、変異体を生成するための蛋白質のア
ミノ酸の変異について議論する。アミノ酸の置換などを
実施する方法は、化学合成、または遺伝子工学を利用す
る技術においてアミノ酸をコードするDNA配列のコド
ンを変化させることを含むが、これらに限定されない。
Hereinafter, the mutation of the amino acid of the protein for producing the mutant will be discussed. Methods for performing amino acid substitutions and the like include, but are not limited to, changing the codons of a DNA sequence encoding an amino acid in a technique utilizing chemical synthesis or genetic engineering.

【0066】あるアミノ酸は、相互作用結合能力の明ら
かな低下または消失なしに、例えば、カチオン性領域ま
たは基質分子の結合部位のような蛋白質構造において他
のアミノ酸に置換され得る。ある蛋白質の生物学的機能
を規定するのは、蛋白質の相互作用能力および性質であ
る。従って、特定のアミノ酸の置換がアミノ酸配列にお
いて、またはそのDNAコード配列のレベルにおいて行
われ得、置換後もなお、もとの性質を維持する蛋白質が
生じ得る。従って、生物学的有用性の明らかな損失なし
に、種々の改変が、開示されたペプチドまたはこのペプ
チドをコードする対応するDNAにおいて行われ得る。
Certain amino acids can be substituted for other amino acids in a protein structure such as, for example, a cationic region or a binding site of a substrate molecule, without any apparent loss or loss of interaction binding capacity. It is the interaction capacity and properties of a protein that define the biological function of a protein. Thus, certain amino acid substitutions may be made in the amino acid sequence, or at the level of its DNA coding sequence, resulting in a protein that retains its original properties after the substitution. Thus, various modifications can be made in the disclosed peptide or the corresponding DNA encoding the peptide without appreciable loss of biological utility.

【0067】上記のような改変を設計する際に、アミノ
酸の疎水性指数が考慮され得る。蛋白質における相互作
用的な生物学的機能を与える際の疎水性アミノ酸指数の
重要性は、一般に当該分野で認められている(Kyt
e.JおよびDoolittle,R.F.J.Mo
l.Biol. 157(1):105−132,19
82)。アミノ酸の疎水的性質は、生成した蛋白質の二
次構造に寄与し、次いでその蛋白質と他の分子(例え
ば、酵素、基質、レセプター、DNA、抗体、抗原な
ど)との相互作用を規定する。各アミノ酸は、それらの
疎水性および電荷の性質に基づく疎水性指数を割り当て
られる。それらは:イソロイシン(+4.5);バリン
(+4.2);ロイシン(+3.8);フェニルアラニ
ン(+2.8);システイン/シスチン(+2.5);
メチオニン(+1.9);アラニン(+1.8);グリ
シン(−0.4);スレオニン(−0.7);セリン
(−0.8);トリプsトファン(−0.9);チロシ
ン(−1.3);プロリン(−1.6);ヒスチジン
(−3.2);グルタミン酸(−3.5);グルタミン
(−3.5);アスパラギン酸(−3.5);アスパラ
ギン(−3.5);リジン(−3.9);およびアルギ
ニン(−4.5))である。
In designing such modifications, the hydropathic index of amino acids can be considered. The importance of the hydrophobic amino acid index in conferring interactive biological functions on proteins is generally recognized in the art (Kyt
e. J and Doolittle, R .; F. J. Mo
l. Biol. 157 (1): 105-132, 19
82). The hydrophobic nature of amino acids contributes to the secondary structure of the protein produced, which in turn defines the interaction of the protein with other molecules (eg, enzymes, substrates, receptors, DNA, antibodies, antigens, etc.). Each amino acid is assigned a hydrophobicity index based on its hydrophobicity and charge properties. They are: isoleucine (+4.5); valine (+4.2); leucine (+3.8); phenylalanine (+2.8); cysteine / cystine (+2.5);
Methionine (+1.9); Alanine (+1.8); Glycine (-0.4); Threonine (-0.7); Serine (-0.8); Tryptophan (-0.9); Tyrosine ( -1.3); proline (-1.6); histidine (-3.2); glutamic acid (-3.5); glutamine (-3.5); aspartic acid (-3.5); asparagine (- 3.5); lysine (-3.9); and arginine (-4.5)).

【0068】あるアミノ酸を、同様の疎水性指数を有す
る他のアミノ酸により置換して、そして依然として同様
の生物学的機能を有する蛋白質(例えば、酵素活性おい
て等価な蛋白質)を生じさせ得ることが当該分野で周知
である。このようなアミノ酸置換において、疎水性指数
が±2以内であることが好ましく、±1以内であること
がより好ましく、および±0.5以内であることがさら
により好ましい。疎水性に基づくこのようなアミノ酸の
置換は効率的であることことが当該分野において理解さ
れる。米国特許第4、554、101号に記載されるよ
うに、以下の親水性指数がアミノ酸残基に割り当てられ
ている:アルギニン(+3.0);リジン(+3.
0);アスパラギン酸(+3.0±1);グルタミン酸
(+3.0±1);セリン(+0.3);アスパラギン
(+0.2);グルタミン(+0.2);グリシン
(0);スレオニン(−0.4);プロリン(−0.5
±1);アラニン(−0.5);ヒスチジン(−0.
5);システイン(−1.0);メチオニン(−1.
3);バリン(−1.5);ロイシン(−1.8);イ
ソロイシン(−1.8);チロシン(−2.3);フェ
ニルアラニン(−2.5);およびトリプトファン(−
3.4)。アミノ酸が同様の親水性指数を有しかつ依然
として生物学的等価体を与え得る別のものに置換され得
ることが理解される。このようなアミノ酸置換におい
て、親水性指数が±2以内であることが好ましく、±1
以内であることがより好ましく、および±0.5以内で
あることがさらにより好ましい。
It is possible that one amino acid may be substituted by another amino acid having a similar hydrophobicity index, and still yield a protein having a similar biological function (eg, a protein equivalent in enzymatic activity). It is well known in the art. In such amino acid substitutions, the hydrophobicity index is preferably within ± 2, more preferably within ± 1, and even more preferably within ± 0.5. It is understood in the art that such amino acid substitutions based on hydrophobicity are efficient. As described in US Pat. No. 4,554,101, the following hydrophilicity indices have been assigned to amino acid residues: arginine (+3.0); lysine (+3.
0); aspartic acid (+ 3.0 ± 1); glutamic acid (+ 3.0 ± 1); serine (+0.3); asparagine (+0.2); glutamine (+0.2); glycine (0); threonine ( -0.4); proline (-0.5)
± 1); alanine (-0.5); histidine (-0.
5); cysteine (-1.0); methionine (-1.
3); valine (-1.5); leucine (-1.8); isoleucine (-1.8); tyrosine (-2.3); phenylalanine (-2.5); and tryptophan (-
3.4). It is understood that an amino acid can be substituted for another that has a similar hydrophilicity index and still provide a bioisostere. In such an amino acid substitution, the hydrophilicity index is preferably within ± 2, and ± 1.
Is more preferably within ± 0.5, and even more preferably ± 0.5.

【0069】本発明において、「保存的置換」とは、ア
ミノ酸置換において、元のアミノ酸と置換されるアミノ
酸との親水性指数または/および疎水性指数が上記のよ
うに類似している置換をいう。保存的置換の例は、当業
者に周知であり、例えば、次の各グループ内での置換:
アルギニンおよびリジン;グルタミン酸およびアスパラ
ギン酸;セリンおよびスレオニン;グルタミンおよびア
スパラギン;ならびにバリン、ロイシン、およびイソロ
イシン、などが挙げられるがこれらに限定されない。
In the present invention, the term "conservative substitution" refers to a substitution in which the amino acid to be substituted has a similar hydrophilicity index and / or hydrophobicity index as described above. . Examples of conservative substitutions are well known to those skilled in the art and include, for example, substitutions within each of the following groups:
Arginine and lysine; glutamic and aspartic acid; serine and threonine; glutamine and asparagine; and valine, leucine, and isoleucine, and the like.

【0070】酵素の比活性向上および反応の至適pHの
最適化を目指した分子設計においては、立体構造から得
られた触媒反応機構に関する情報は極めて有用である。
本発明においては、デカルバミラーゼのCys171の
側鎖スルフィド(SH)基のpKaを変化させることに
よって、比活性およびpH活性プロフィール、pH活性
至適性の変化を伴うアミノ酸変異を設計し得る。具体的
には、蛋白質の静電ポテンシャル計算(高橋ら、(19
92)、Biopolymers 32,897−90
9)により、SH基のpKaに対する各位置でのアミノ
酸の効果を見積もることができ、適切なアミノ酸変異を
設計し得る。例えば、Cys171の硫黄原子近傍の静
電場をより正の電場にし、Cys171のチオール基
(SH)の解離を促進させ、かつGlu46および/ま
たはLys126の側鎖近傍の静電場にはあまり影響し
ないアミノ酸変異が設計、選択し得る。
In molecular design aimed at improving the specific activity of the enzyme and optimizing the optimum pH of the reaction, information on the catalytic reaction mechanism obtained from the three-dimensional structure is extremely useful.
In the present invention, by changing the pKa of the side chain sulfide (SH) group of Cys171 of decarbamylase, it is possible to design an amino acid mutation accompanied by a change in specific activity and pH activity profile and pH activity optimality. Specifically, the calculation of the electrostatic potential of proteins (Takahashi et al., (19
92), Biopolymers 32, 897-90.
According to 9), the effect of the amino acid at each position on the pKa of the SH group can be estimated, and an appropriate amino acid mutation can be designed. For example, an amino acid mutation that makes the electrostatic field near the sulfur atom of Cys171 a more positive electric field, promotes the dissociation of the thiol group (SH) of Cys171, and has little effect on the electrostatic field near the side chain of Glu46 and / or Lys126. Can be designed and selected.

【0071】本発明におけるデカルバミラーゼ変異体
は、上記の方法以外にも、多くの方法により設計または
調製され得る。例えば、デカルバミラーゼ活性を有する
酵素の配列は、本発明を用いて変異に望ましいと同定さ
れた部位において、オリゴヌクレオチド特異的変異誘発
または他の従来の技術(例えば、欠失)手段により変異
され得る。相同組換え法を用いる場合、合成オリゴヌク
レオチドを用いて、デカルバミラーゼをコードするDN
A配列中に変異が導入され得る。これらのオリゴヌクレ
オチドは所望の変異部位に隣接するヌクレオチド配列を
含む。変異は、デカルバミラーゼの完全長DNA配列、
あるいはそのフラグメントポリペプチドをコードする任
意の配列中に作製され得る。
The decarbamylase mutant of the present invention can be designed or prepared by a number of methods other than the methods described above. For example, the sequence of an enzyme having decarbamylase activity may be mutated by oligonucleotide-directed mutagenesis or other conventional (eg, deletion) means at sites identified as desirable for mutation using the present invention. When using the homologous recombination method, DN encoding decarbamylase is synthesized using a synthetic oligonucleotide.
Mutations can be introduced into the A sequence. These oligonucleotides contain the nucleotide sequence adjacent to the desired mutation site. The mutation is the full-length DNA sequence of decarbamylase,
Alternatively, it can be made in any sequence that encodes the fragment polypeptide.

【0072】本発明に従って、上記方法または当該分野
で公知の代替方法により産生される変異デカルバミラー
ゼDNA配列は、発現ベクターを用いて発現され得る。
当該分野で周知であるように、発現ベクターは、典型的
には宿主ゲノムから独立した宿主細胞中での自己複製を
可能にするエレメント、および選択目的のための1つ以
上の表現型マーカーを含む。所望のデカルバミラーゼ変
異体コード配列を囲むDNA配列の挿入の前または後
に、発現ベクターはまた、プロモーター、オペレータ
ー、リボソーム結合部位、翻訳開始シグナル、および必
要に応じてリプレッサー遺伝子または種々のアクチベー
ター遺伝子ならびに終止シグナルをコードする制御配列
を含む。いくつかの実施態様において、産生された変異
体の分泌が所望される場合、「シグナル配列」をコード
するヌクレオチドがデカルバミラーゼ変異体コード配列
の前に挿入され得る。制御配列の制御下での発現のため
には、所望のDNA配列は、制御配列に作動可能に連結
されなければならない。すなわち、制御配列の制御下に
あるデカルバミラーゼ変異体をコードする配列は、この
配列の発現産物の産生を可能にするために、適切なリー
ディングフレームを維持するように開始シグナル(すな
わちATG)を有さなければならない。
In accordance with the present invention, mutated decarbamylase DNA sequences produced by the above methods or alternative methods known in the art can be expressed using expression vectors.
As is well known in the art, expression vectors typically include an element that enables self-renewal in a host cell independent of the host genome, and one or more phenotypic markers for selection purposes. . Before or after insertion of the DNA sequence surrounding the desired decarbamylase variant coding sequence, the expression vector also contains a promoter, operator, ribosome binding site, translation initiation signal, and, if necessary, a repressor gene or various activator genes and Contains control sequences that encode a termination signal. In some embodiments, if secretion of the produced mutant is desired, a nucleotide encoding the "signal sequence" can be inserted before the decarbamylase mutant coding sequence. For expression under the control of regulatory sequences, the desired DNA sequence must be operably linked to the regulatory sequences. That is, a sequence encoding a decarbamylase variant under the control of a regulatory sequence will have an initiation signal (ie, ATG) to maintain an appropriate reading frame to allow production of an expression product of the sequence. There must be.

【0073】広範な周知の利用可能な発現ベクターは、
いずれも本発明の変異されたデカルバミラーゼコード配
列を発現するのに有用である。これらは、公知の細菌プ
ラスミド(例えば、 pBR322)、より広い宿主域
のプラスミド(例えば、RP4、ファージDNA)、2
μプラスミドまたはそれらの誘導体のような酵母プラス
ミドならびにプラスミドおよびファージDNAの組合わ
せから得られるベクターのような、染色体DNA配列、
非染色体DNA配列および合成DNA配列のセグメント
からなるベクターを包含する。
A wide variety of well-known available expression vectors are:
All are useful for expressing the mutated decarbamylase coding sequence of the present invention. These include known bacterial plasmids (eg, pBR322), broader host range plasmids (eg, RP4, phage DNA),
chromosomal DNA sequences, such as yeast plasmids, such as μ plasmids or their derivatives, and vectors obtained from combinations of plasmid and phage DNA;
Includes vectors consisting of segments of non-chromosomal DNA sequences and synthetic DNA sequences.

【0074】さらに、DNA配列に作動可能に連結した
場合、その発現を制御する、任意の広範な発現制御配列
が、本発明による変異されたDNA配列を発現するため
にこれらのベクター中で使用される。このような有用な
発現制御配列としては、例えば、ウイルスの遺伝子発現
を制御することが公知である他の配列およびこれらの組
み合わせが挙げられる。
In addition, any of a wide variety of expression control sequences that control expression when operably linked to a DNA sequence may be used in these vectors to express a mutated DNA sequence according to the present invention. You. Such useful expression control sequences include, for example, other sequences known to control viral gene expression and combinations thereof.

【0075】広範な種の宿主がまた、本発明によるデカ
ルバミラーゼ変異体の産生に有用である。これらの宿主
として、例えば、E.coli、Bacillusおよ
びStreptomycesのような細菌、酵母のよう
な真菌、CHO細胞のような動物細胞、植物細胞および
トランスジェニック宿主細胞が挙げられる。
A wide variety of hosts are also useful for producing decarbamylase variants according to the present invention. These hosts include, for example, E. coli. Bacteria such as E. coli, Bacillus and Streptomyces, fungi such as yeast, animal cells such as CHO cells, plant cells and transgenic host cells.

【0076】すべての発現ベクターおよび発現系が、本
発明の変異DNA配列を発現し、そしてデカルバミラー
ゼ変異体を産生するのに、同じ様式で機能するとは限ら
ないことが理解されるべきである。全ての宿主が同一の
発現系を用いて等しく良好に機能するわけではない。し
かし、当業者は、過度な実験を行うことなくそして本発
明の範囲を逸脱することなく、適切なベクター、発現制
御配列および宿主を選択し得る。
It should be understood that not all expression vectors and systems will function in the same manner to express the mutant DNA sequences of the present invention and produce decarbamylase variants. Not all hosts function equally well with the same expression system. However, one of skill in the art can select appropriate vectors, expression control sequences and hosts without undue experimentation and without departing from the scope of the invention.

【0077】例えば、選択の際は、そのベクターの複製
能力が考慮されねばならない。発現制御配列の選択の
際、種々の要因がまた考慮されるべきである。これら
は、例えば、系の相対的強度、その制御能力、本発明の
デカルバミラーゼ変異体をコードするDNA配列との適
合性、特に潜在的二次構造に関する適合性がまた考慮さ
れるべきである。宿主は、選択されたベクターとの適合
性、宿主に対するデカルバミラーゼ変異体の毒性、成熟
産物を分泌する能力、蛋白質を適切に折り畳む能力およ
び適切な高次構造を形成する能力、発酵要求性、宿主か
らのデカルバミラーゼ変異体の精製の容易さおよび安全
性の考察により選択されるべきである。これらのパラメ
ーター内で、当業者は有用な量の変異デカルバミラーゼ
を産生し得る、種々のベクター/発現制御系/宿主の組
合わせを選択し得る。
For example, during selection, the replication capacity of the vector must be considered. Various factors should also be considered when selecting an expression control sequence. They should also take into account, for example, the relative strength of the system, its ability to control, its compatibility with the DNA sequence encoding the decarbamylase variants of the invention, especially with respect to potential secondary structure. The host must be compatible with the selected vector, have the toxicity of the decarbamylase variant to the host, have the ability to secrete the mature product, have the ability to properly fold the protein and form the appropriate conformation, the fermentation requirements, Should be selected based on the ease of purification and safety considerations of the decarbamylase mutants. Within these parameters, one skilled in the art can select various vector / expression control system / host combinations that can produce useful amounts of the mutated decarbamylase.

【0078】これらの系または他の系で産生されるデカ
ルバミラーゼ変異体は、デカルバミラーゼ活性を有する
天然の酵素を精製するために使用される工程を含む種々
の従来の工程により、精製され得る。一旦、デカルバミ
ラーゼへの変異が所望の位置(例えば、活性部位、安定
性に関する部位、または基質結合部位など)で作製され
ると、得られた変異体は、目的のいくつかの特性のいず
れかについて試験され得る。
[0078] The decarbamylase variants produced in these and other systems can be purified by a variety of conventional steps, including those steps used to purify native enzymes having decarbamylase activity. Once a mutation to a decarbamylase is created at a desired location (eg, an active site, a site for stability, or a substrate binding site, etc.), the resulting variant may have any of a number of properties of interest. Can be tested.

【0079】例えば、変異体は、生理学的pHにおける
荷電の変化についてスクリーニングされ得る。これは変
異前のデカルバミラーゼの等電点(pI)と比較したデ
カルバミラーゼ変異体の等電点を測定することにより決
定される。等電点は、Wellner, D.、Ana
lyt. Chem.、43、597頁 (1971)
の方法によるゲル電気泳動により測定される。表面荷電
が変化した変異体は、本発明の構造情報により提供され
るように、酵素の表面に位置する置換アミノ酸によって
変化したpIを有するデカルバミラーゼ蛋白質である。
For example, variants can be screened for changes in charge at physiological pH. This is determined by measuring the isoelectric point of the decarbamylase variant compared to the isoelectric point (pI) of the decarbamylase before mutation. Isoelectric points are described in Wellner, D .; , Ana
lyt. Chem. 43, 597 (1971).
Is measured by gel electrophoresis according to the method described above. A variant with an altered surface charge is a decarbamylase protein having a pi altered by a substituted amino acid located on the surface of the enzyme, as provided by the structural information of the present invention.

【0080】さらに、変異体は、変異前のデカルバミラ
ーゼと比較して高い比活性についてスクリーニングされ
得る。変異体の活性は、例えば、特願平11−2467
97号に記載のアッセイ法を用いて、 D−N−カルバ
モイル−α−アミノ酸のD−α−アミノ酸類への変換能
力を測定することにより決定される。
In addition, variants can be screened for higher specific activity compared to the pre-mutation decarbamylase. The activity of the mutant is determined, for example, in Japanese Patent Application No. 11-2467.
It is determined by measuring the ability of DN-carbamoyl-α-amino acids to convert to D-α-amino acids using the assay described in No. 97.

【0081】本発明のデカルバミラーゼ変異体を利用し
て製造されたD−α−アミノ酸類は、医薬中間体(例え
ば、D−フェニルグリシンおよびD−パラヒドロキシフ
ェニルグリシン)として、医薬(例えば、合成ペニシリ
ンおよび合成セファロスポリン)の製造に利用し得る。
このように製造した医薬を含有する薬学的組成物もま
た、本発明に従って提供され得る。薬学的組成物は、賦
形剤、安定剤、キャリアなどを含む薬学的に受容可能な
任意の補助成分を含有し得る。
The D-α-amino acids produced by using the decarbamylase mutant of the present invention can be used as pharmaceutical intermediates (for example, D-phenylglycine and D-parahydroxyphenylglycine) as pharmaceuticals (for example, synthetic penicillin). And synthetic cephalosporins).
Pharmaceutical compositions containing the medicaments thus produced can also be provided according to the present invention. Pharmaceutical compositions may contain any pharmaceutically acceptable auxiliary ingredients including excipients, stabilizers, carriers and the like.

【0082】本発明のデカルバミラーゼ変異体を利用し
て製造されたD−α−アミノ酸類を農薬中間体(例え
ば、D−バリン)として、農薬(例えば、フルバリネー
ト)の製造に利用し得る。このように製造した農薬を含
有する農薬組成物もまた本発明に従って提供され得る。
本明細書中において、農学組成物は、賦形剤、安定剤、
キャリアなどの農学的に受容可能な任意の補助成分を含
有し得る。
The D-α-amino acids produced by using the decarbamylase mutant of the present invention can be used as an agricultural chemical intermediate (for example, D-valine) for producing an agricultural chemical (for example, fluvalinate). A pesticidal composition containing the pesticide thus produced can also be provided according to the present invention.
As used herein, the agricultural composition comprises excipients, stabilizers,
It may contain any agriculturally acceptable auxiliary component such as a carrier.

【0083】本発明のデカルバミラーゼ変異体を利用し
て製造されたD−α−アミノ酸類を食品添加物の中間体
(例えば、D−アラニンおよびD−アスパラギン酸)と
して、食品添加物(例えば、アリテーム)の製造に利用
し得る。本発明に従って、上記方法を利用して得られ
た、デカルバミラーゼのアミノ酸配列に類似するポリペ
プチド酵素または蛋白質酵素の変異体が提供され得る。
これらの酵素の変異体は、その野生型酵素に代えて、例
えばバイオリアクターなどで、使用され得る。
The D-α-amino acids produced using the decarbamylase variant of the present invention are used as food additive intermediates (for example, D-alanine and D-aspartic acid) as food additives (for example, Alitame). ). According to the present invention, a mutant of a polypeptide enzyme or a protein enzyme similar to the amino acid sequence of decarbamylase obtained by using the above method can be provided.
Mutants of these enzymes can be used in place of the wild-type enzyme, for example, in bioreactors and the like.

【0084】本発明に従って、デカルバミラーゼなどの
上記分子の3次元構造座標および/または分子設計手法
および/または改変方法のプログラムを記録した電磁気
記憶媒体もまた提供され得る。電磁気媒体としては、例
えば、磁気テープ、磁気ディスク、光磁気ディスク、光
ディスク媒体などが挙げられる。以下の実施例、試験例
にて、本発明をさらに詳細に説明するが、これらは本発
明の例示の目的で提供されるものであり、なんら本発明
を限定するものではない。
According to the present invention, there can also be provided an electromagnetic storage medium in which a program of a three-dimensional structural coordinate of the above molecule such as decarbamylase and / or a molecular designing technique and / or a modification method is recorded. Examples of the electromagnetic medium include a magnetic tape, a magnetic disk, a magneto-optical disk, and an optical disk medium. The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples and Test Examples, which are provided for illustrative purposes of the present invention and do not limit the present invention in any way.

【0085】[0085]

【実施例】以下の実施例で使用した試薬類は、言及した
場合を除き、ナカライテスク、和光純薬、またはSIG
MA(St Louis、MO、USA)から入手し
た。[試験例1]デカルバミラーゼ変異体の特性配列番
号1に記載された配列を有するデカルバミラーゼ変異体
の加水分解活性について、Nanba H.et al., Biosci. Bi
otechnol. Biochem. 62(5), p.875-881(19998)にしたが
い、測定した。
EXAMPLES The reagents used in the following examples were Nacalai Tesque, Wako Pure Chemical, or SIG, except where noted.
Obtained from MA (St Louis, MO, USA). [Test Example 1] Characteristics of decarbamylase mutant The hydrolysis activity of the decarbamylase mutant having the sequence described in SEQ ID NO: 1 was determined by Nanba H. et al., Biosci. Bi.
Measured according to otechnol. Biochem. 62 (5), p.875-881 (19998).

【0086】1.0重量%になるようにN−カルバモイ
ル−D−α−パラヒドロキシルフェニルグリシンを0.
1Mリン酸緩衝液pH7.0に溶解した基質溶液1ml
に、約0.3−0.4mg/mlのカルバミラーゼ変異
体酵素溶液0.1mlを加え、40℃、20分間反応さ
せ、5N硫酸0.25mlを添加して酵素反応を停止さ
せた後、活性を変換されたD−α−パラヒドロキシフェ
ニルグリシンを内部標準液としてD−フェニルアラニン
を用いて高速液体クロマトグラフィーにより定量するこ
とにより算出した。その結果、D−αパラヒドロキシフ
ェニルグリシンは検出されなかった。
N-carbamoyl-D-α-parahydroxylphenylglycine was added in an amount of 1.0% by weight.
1 ml of substrate solution dissolved in 1M phosphate buffer pH 7.0
Then, 0.1 ml of a carbamylase mutant enzyme solution of about 0.3-0.4 mg / ml was added thereto, reacted at 40 ° C. for 20 minutes, and 0.25 ml of 5N sulfuric acid was added to stop the enzyme reaction. Was calculated by quantifying the converted D-α-parahydroxyphenylglycine by high performance liquid chromatography using D-phenylalanine as an internal standard solution. As a result, D-α parahydroxyphenylglycine was not detected.

【0087】[実施例1] デカルバミラーゼ変異体結
晶の調製(I) 公知の方法(H.Nanbaら、Biosci.Bio
technol.Biochem.62、875−88
1(1998)を参照のこと)により得られた配列番号
1に示されるアミノ酸配列を有するデカルバミラーゼ変
異体を10〜30mg/mlの濃度に調製したデカルバ
ミラーゼ溶液(0.1M HEPES緩衝液、pH7.
5)5μlおよび沈澱剤として15〜20重量%ポリエ
チレングリコール6000(ナカライテスク社製)、
0.2M塩化リチウムを含む0.1M HEPES緩衝
液、pH7.5(SIGMA社製)5μlを液滴台上で
混合し、前記沈澱剤組成をもつ溶液500〜1000μ
lをリザーバー溶液として密封した後、蒸気拡散法によ
り20±5℃で結晶化を行った。結晶化開始後、約2日
から二週間で0.3×0.3×0.05mm〜1.2×
0.6×0.2mmの寸法にまで結晶が成長した。
Example 1 Preparation of Decarbamylase Mutant Crystal (I) Known Method (H. Nanba et al., Biosci. Bio)
technology. Biochem. 62, 875-88
Decarbamylase mutant having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 and obtained at a concentration of 10 to 30 mg / ml (0.1 M HEPES buffer, pH 7.0).
5) 5 μl and 15-20% by weight polyethylene glycol 6000 (manufactured by Nacalai Tesque) as a precipitant,
5 μl of a 0.1 M HEPES buffer solution containing 0.2 M lithium chloride, pH 7.5 (manufactured by SIGMA) was mixed on a dropping table, and 500 to 1000 μ of a solution having the above precipitant composition was mixed.
After sealing 1 as a reservoir solution, crystallization was performed at 20 ± 5 ° C. by a vapor diffusion method. After the start of crystallization, 0.3 × 0.3 × 0.05 mm to 1.2 ×
Crystals grew to dimensions of 0.6 × 0.2 mm.

【0088】[実施例2] デカルバミラーゼ変異体結
晶の調製(II) 公知の方法(H.Nanbaら、Biosci.Bio
technol.Biochem.62、875−88
1(1998)を参照のこと)により得られた配列番号
2に示されるアミノ酸配列を有するデカルバミラーゼを
10〜30mg/mlの濃度に調製したデカルバミラー
ゼ溶液(0.1M HEPES緩衝液、pH7.5)5
μlおよび沈澱剤として15〜20重量%ポリエチレン
グリコール6000(ナカライテスク社製)、0.2M
塩化リチウムを含む0.1M HEPES緩衝液、pH
7.5(SIGMA社製)5μlを液滴台上で混合し、
前記沈澱剤組成をもつ溶液500〜1000μlリザー
バー溶液として密封した後、蒸気拡散法により20±5
℃で結晶化を行った。結晶化開始後、約2日から二週間
で0.3×0.3×0.05mm〜1.2×0.6×
0.2mmの寸法にまで結晶が成長した。
Example 2 Preparation of Decarbamylase Mutant Crystal (II) Known Method (H. Nanba et al., Biosci. Bio)
technology. Biochem. 62, 875-88
1 (see 1998)), a decarbamylase solution (0.1 M HEPES buffer, pH 7.5) prepared by preparing decarbamylase having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and having a concentration of 10 to 30 mg / ml.
μl and 15-20% by weight polyethylene glycol 6000 (manufactured by Nacalai Tesque) as a precipitant, 0.2M
0.1 M HEPES buffer containing lithium chloride, pH
Mix 5 μl of 7.5 (manufactured by SIGMA) on the drop table,
After sealing as a 500-1000 μl reservoir solution having the above precipitant composition, 20 ± 5 by a vapor diffusion method.
Crystallization was performed at ° C. After the start of crystallization, 0.3 × 0.3 × 0.05 mm to 1.2 × 0.6 ×
The crystals grew to a size of 0.2 mm.

【0089】[実施例3] デカルバミラーゼ変異体結
晶のX線回折データの収集(I) 実施例1で調製したデカルバミラーゼ変異体結晶を液体
窒素中に投入凍結させたた後、クライオシステム(理学
電機製液体窒素ガス試料吹付け装置)にて−170℃に
冷却下、R−AXIS IV++(理学電機社製)、X線
パワー45kV、100mAにて発生させたCu−Kα
線を用いて、回折データ測定を行った。回折強度は、結
晶−検出器間距離120mmに設定したイメージングプ
レート(IP)に、1フレーム当たり1.5°のオシレ
ーション、3分間の露出で60フレーム分の回折データ
を1.8Å分解能にて収集した。測定した回折画像デー
タは、R−AXIS付属のデータ処理プログラム(Cr
ystal Clear)を用いて、結晶学的パラメー
タの決定、反射強度データ(結晶構造因子)への変換を
行った。結晶学パラメータは、空間群P2112、単位
格子定数がa=67.3Å、b=136.8Å、c=6
7.8Åであった。なお、空間群、単位格子定数などの
用語についてはX線解析入門(角戸正夫ら、東京化学同
人)を参照のこと。
Example 3 Collection of X-Ray Diffraction Data of Decarbamylase Mutant Crystal (I) The decarbamylase mutant crystal prepared in Example 1 was charged into liquid nitrogen and frozen, and then a cryosystem (manufactured by Rigaku Corporation) Liquid nitrogen gas sample spraying device), cooled to -170 ° C, R-AXIS IV ++ (manufactured by Rigaku Corporation), X-ray power 45 kV, Cu-Kα generated at 100 mA
Diffraction data measurements were performed using the lines. The diffraction intensity was calculated by using an imaging plate (IP) set at a crystal-detector distance of 120 mm, oscillating at 1.5 ° per frame, and diffracting data for 60 frames with 3 minutes exposure at 1.8 ° resolution. Collected. The measured diffraction image data is stored in a data processing program (Cr
The crystallographic parameters were determined and converted to reflection intensity data (crystal structure factor) using Ystal Clear. The crystallographic parameters are as follows: space group P2 1 2 1 2, unit cell constant a = 67.3 °, b = 136.8 °, c = 6
It was 7.8Å. For the terms such as the space group and the unit cell constant, refer to the introduction to X-ray analysis (Masao Kadoto et al., Tokyo Chemical Dojin).

【0090】[実施例4] デカルバミラーゼ変異体結
晶のX線回折データの収集(II) 実施例2で調製したデカルバミラーゼ変異体結晶を液体
窒素中に投入凍結させたた後、実施例3記載の条件、手
順にて、結晶学的パラメータ、反射強度データを得た。
結晶学パラメータは、空間群P2112、単位格子定数
がa=67.5Å、b=137.0Å、c=68.2Å
であった。
Example 4 Collection of X-ray Diffraction Data of Decarbamylase Mutant Crystal (II) The decarbamylase mutant crystal prepared in Example 2 was put into liquid nitrogen and frozen, and then the conditions described in Example 3 were used. In this procedure, crystallographic parameters and reflection intensity data were obtained.
The crystallographic parameters are the space group P2 1 2 1 2 and the unit cell constants are a = 67.5 °, b = 137.0 °, and c = 68.2 °.
Met.

【0091】[実施例5] デカルバミラーゼ変異体結
晶の立体構造決定(I) 実施例3で得られた配列番号1に示されるアミノ酸配列
を有するデカルバミラーゼ変異体結晶の結晶学的パラメ
ータ、反射強度データに対して、天然型デカルバミラー
ゼの結晶構造(登録番号:1ERZ)を参照分子とする
分子置換法を適用した。分子置換法は、プログラムCN
Sを用いて回転関数と並進関数の計算を行い、分子の方
位と位置を決定した。得られた位相を利用して、デカル
バミラーゼ変異体の電子密度を求めた。次に、プログラ
ムO(A.Jones、Uppsala Univer
sitet、スウェーデン)により3次元グラフィック
ス上に表示した電子密度図に、参照分子である天然型デ
カルバミラーゼの3次元構造座標を表示させ、アミノ酸
が置換された部位のモデルの修正、電子密度に適合しな
いアミノ酸残基の部分構造の修正を行った。このように
して構築した初期立体構造モデルを出発構造として、構
造精密化プログラムCNS(A.T.Brunger、
Yale University)の精密化プロトコル
に従って、3次元構造座標を精密化した。精密化は、電
子密度図からのずれの大きい局所構造の修正および水分
子に相当する電子密度を同定、精密化計算に水分子を含
める操作を繰り返し、R値および自由R値(free
R−factor)を指標に、R値が20%以下なるま
で精密化を進めた。水分子を加えた最終モデル構造のR
値は、69.1−1.8Å分解能の反射データに対し
て、18.9%であった。
Example 5 Determination of Stereostructure of Decarbamylase Mutant Crystal (I) Crystallographic parameters and reflection intensity data of the decarbamylase mutant crystal having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 obtained in Example 3 In contrast, a molecular replacement method using the crystal structure of natural decarbamylase (registration number: 1ERZ) as a reference molecule was applied. The molecular replacement method uses the program CN
The rotation function and the translation function were calculated using S, and the orientation and position of the molecule were determined. Using the obtained phase, the electron density of the decarbamylase mutant was determined. Next, program O (A. Jones, Uppsala Univer)
sitet, Sweden) to display the three-dimensional structural coordinates of the reference molecule, natural decarbamylase, on the electron density diagram displayed on the three-dimensional graphics, correct the model of the site where the amino acid was substituted, and do not fit the electron density Amino acid residue partial structure was modified. Using the initial three-dimensional structure model thus constructed as a starting structure, a structure refinement program CNS (AT Brunger,
The three-dimensional structure coordinates were refined according to the refinement protocol of Yale University. In the refinement, the operation of correcting the local structure having a large deviation from the electron density map, identifying the electron density corresponding to the water molecule, and including the water molecule in the refinement calculation is repeated, and the R value and the free R value (free
Using the R-factor as an index, the refinement was advanced until the R value became 20% or less. R of the final model structure with water molecules added
The value was 18.9% with respect to the reflection data at 69.1-1.8 ° resolution.

【0092】[実施例6] デカルバミラーゼ変異体結
晶の立体構造決定(II) 実施例4で得られた配列番号2示されるアミノ酸配列を
有するデカルバミラーゼ変異体の立体構造を、実施例5
に記載の手順にて決定した。水分子を加えた最終モデル
構造のR値は、69.1−1.8Å分解能の反射データ
に対して、18.9%であった。
Example 6 Determination of Stereostructure of Decarbamylase Variant Crystal (II)
Was determined according to the procedure described in 1. The R value of the final model structure to which water molecules were added was 18.9% with respect to the reflection data with a resolution of 69.1-1.8 °.

【0093】[実施例7] デカルバミラーゼ変異体と
D−N−カルバモイル−メチオニンとの複合体結晶の調
製 公知の方法(H.Nanbaら、Biosci.Bio
technol.Biochem.62、875−88
1(1998)を参照のこと)により得られた配列番号
1に示されるアミノ酸配列を有するデカルバミラーゼを
15〜30mg/mlの濃度に調製したデカルバミラー
ゼ溶液(0.1M HEPES緩衝液、pH7.5)に
基質であるD−N−カルバモイル−メチオニンを添加
し、5mM濃度に調製した溶液5μlおよび沈澱剤とし
て15〜20重量%ポリエチレングリコール6000
(ナカライテスク社製)、0.2M塩化リチウムを含む
0.1M HEPES緩衝液、pH7.5(シグマ社
製)5μlを液滴台上で混合し、前記沈澱剤組成をもつ
溶液500〜1000μlをリザーバー溶液として密封
した後、蒸気拡散法により20±5℃で結晶化を行っ
た。結晶化開始後、約2日から二週間で0.3×0.3
×0.05mm〜1.2×0.6×0.05mmの寸法
にまで結晶が成長した。
Example 7 Preparation of Complex Crystal of Decarbamylase Mutant and DN-Carbamoyl-Methionine Known Method (H. Nanba et al., Biosci. Bio)
technology. Biochem. 62, 875-88
Decarbamylase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 and obtained in a concentration of 15 to 30 mg / ml (0.1 M HEPES buffer, pH 7.5). A substrate, DN-carbamoyl-methionine, was added, 5 μl of a solution prepared to a concentration of 5 mM, and 15 to 20% by weight polyethylene glycol 6000 as a precipitant.
(Nacalai Tesque), 5 μl of 0.1 M HEPES buffer containing 0.2 M lithium chloride, pH 7.5 (Sigma) were mixed on a dropping table, and 500 to 1000 μl of the solution having the precipitant composition was mixed. After sealing as a reservoir solution, crystallization was performed at 20 ± 5 ° C. by a vapor diffusion method. 0.3 × 0.3 in about 2 days to 2 weeks after the start of crystallization
The crystal grew to a size of × 0.05 mm to 1.2 × 0.6 × 0.05 mm.

【0094】[実施例8] デカルバミラーゼ変異体と
D−N−カルバモイル−バリンとの複合体結晶の調製 公知の方法(H.Nanbaら、Biosci.Bio
technol.Biochem.62、875−88
1(1998)を参照のこと)により得られた配列番号
1に示されるアミノ酸配列を有するデカルバミラーゼを
15〜30mg/mlの濃度に調製したデカルバミラー
ゼ溶液(0.1M HEPES緩衝液、pH7.5)に
基質であるD−N−カルバモイル−バリンを添加し、5
mM濃度に調製した溶液5μlおよび沈澱剤として15
〜20重量%ポリエチレングリコール6000(ナカラ
イテスク社製)、0.2M塩化リチウムを含む0.1M
HEPES緩衝液、pH7.5(シグマ社製)5μlを
液滴台上で混合し、前記沈澱剤組成をもつ溶液500〜
1000μlをリザーバー溶液として密封した後、蒸気
拡散法により20±5℃で結晶化を行った。結晶化開始
後、約2日から二週間程度で0.3×0.3×0.05
mm〜1.9×0.8×0.05mmの寸法にまで結晶
が成長した。
Example 8 Preparation of Complex Crystal of Decarbamylase Mutant and DN-Carbamoyl-Valine Known Method (H. Nanba et al., Biosci. Bio)
technology. Biochem. 62, 875-88
Decarbamylase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 obtained by the method described in No. 1 (1998)) into a decarbamylase solution (0.1 M HEPES buffer, pH 7.5) prepared at a concentration of 15 to 30 mg / ml. A substrate, DN-carbamoyl-valine, was added, and 5
5 μl of solution prepared to mM concentration and 15
0.1M containing -20% by weight polyethylene glycol 6000 (manufactured by Nacalai Tesque) and 0.2M lithium chloride
5 μl of HEPES buffer solution, pH 7.5 (manufactured by Sigma) was mixed on a dropping table, and the solution having the precipitant composition 500 to 500 μl was mixed.
After sealing 1000 μl as a reservoir solution, crystallization was performed at 20 ± 5 ° C. by a vapor diffusion method. 0.3 × 0.3 × 0.05 in about 2 days to 2 weeks after the start of crystallization
The crystal grew to a size of mm to 1.9 × 0.8 × 0.05 mm.

【0095】[実施例9] デカルバミラーゼ変異体と
D−N−カルバモイル−フェニルアラニンとの複合体結
晶の調製 公知の方法(H.Nanbaら、Biosci.Bio
technol.Biochem.62、875−88
1(1998)を参照のこと)により得られた配列番号
1に示されるアミノ酸配列を有するデカルバミラーゼを
15〜30mg/mlの濃度に調製したデカルバミラー
ゼ溶液(0.1M HEPES緩衝液、pH7.5)に
基質であるD−N−カルバモイル−フェニルアラニンを
添加し、5mM濃度に調製した溶液5μlおよび沈澱剤
として15〜20重量%ポリエチレングリコール600
0(ナカライテスク社製)、0.2M塩化リチウムを含
む0.1M HEPES緩衝液、pH7.5(シグマ社
製)5μlを液滴台上で混合し、前記沈澱剤組成をもつ
溶液500〜1000μlをリザーバー溶液として密封
した後、蒸気拡散法により20±5℃で結晶化を行っ
た。結晶化開始後、約2日から二週間程度で0.3×
0.3×0.05mm〜1.8×0.8×0.05mm
の寸法にまで結晶が成長した。
Example 9 Preparation of Complex Crystal of Decarbamylase Mutant and DN-Carbamoyl-phenylalanine Known Method (H. Nanba et al., Biosci. Bio)
technology. Biochem. 62, 875-88
Decarbamylase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 and obtained in a concentration of 15 to 30 mg / ml (0.1 M HEPES buffer, pH 7.5). A substrate, DN-carbamoyl-phenylalanine, was added, 5 μl of a solution prepared to a concentration of 5 mM, and 15 to 20% by weight of polyethylene glycol 600 as a precipitant.
0 (manufactured by Nacalai Tesque), 5 μl of 0.1 M HEPES buffer containing 0.2 M lithium chloride, pH 7.5 (manufactured by Sigma) are mixed on a dropping table, and 500 to 1000 μl of a solution having the above precipitant composition is mixed. Was sealed as a reservoir solution, and then crystallized at 20 ± 5 ° C. by a vapor diffusion method. 0.3x in about 2 days to 2 weeks after the start of crystallization
0.3 × 0.05mm to 1.8 × 0.8 × 0.05mm
The crystal grew to the size of.

【0096】[実施例10] デカルバミラーゼ変異体
とD−N−カルバモイル−アラニンとの複合体結晶の調
製 実施例1で調製したデカルバミラーゼ変異体結晶を20
%ポリエチレングリコール6000(ナカライテスク社
製)、0.2M塩化リチウム、5mM D−N−カルバ
モイル−アラニンを含む0.1M HEPES緩衝液、
pH7.5(SIGMA社製)1mlに、20±5℃で
1〜7日間浸漬させることにより複合体結晶を調製し
た。
Example 10 Preparation of Complex Crystal of Decarbamylase Mutant and DN-Carbamoyl-alanine 20 crystals of the decarbamylase variant prepared in Example 1 were prepared.
% Polyethylene glycol 6000 (manufactured by Nacalai Tesque), 0.1 M HEPES buffer containing 0.2 M lithium chloride, 5 mM DN-carbamoyl-alanine,
A composite crystal was prepared by immersing in 1 ml of pH 7.5 (manufactured by SIGMA) at 20 ± 5 ° C. for 1 to 7 days.

【0097】[実施例11] デカルバミラーゼ変異体
とD−N−カルバモイル−パラヒドロキシフェニルグリ
シンとの複合体結晶の調製(I) 実施例1で調製したデカルバミラーゼ変異体結晶を20
%ポリエチレングリコール6000(ナカライテスク社
製)、0.2M塩化リチウム、5mM D−N−カルバ
モイル−パラヒドロキシフェニルグリシンを含む0.1
M HEPES緩衝液、pH7.5(SIGMA社製)
1mlに、20±5℃で1〜7日間浸漬させることによ
り複合体結晶を調製した。
Example 11 Preparation of Complex Crystal of Decarbamylase Mutant and DN-Carbamoyl-parahydroxyphenylglycine (I) Twenty-five decarbamylase mutant crystals prepared in Example 1 were used.
% Polyethylene glycol 6000 (manufactured by Nacalai Tesque), 0.1 M containing 0.2 M lithium chloride, 5 mM DN-carbamoyl-parahydroxyphenylglycine.
M HEPES buffer, pH 7.5 (manufactured by SIGMA)
A composite crystal was prepared by immersion in 1 ml at 20 ± 5 ° C. for 1 to 7 days.

【0098】[実施例12] デカルバミラーゼ変異体
とD−N−カルバモイル−フェニルグリシンとの複合体
結晶の調製(I) 実施例1で調製したデカルバミラーゼ変異体結晶を20
%ポリエチレングリコール6000(ナカライテスク社
製)、0.2M塩化リチウム、5mM D−N−カルバ
モイル−フェニルグリシンを含む0.1M HEPES
緩衝液、pH7.5(SIGMA社製)1mlに、20
±5℃で1〜7日間浸漬させることにより複合体結晶を
調製した。
Example 12 Preparation of Complex Crystal of Decarbamylase Mutant and DN-carbamoyl-phenylglycine (I) Twenty-five decarbamylase mutant crystals prepared in Example 1 were used.
% Polyethylene glycol 6000 (manufactured by Nacalai Tesque, Inc.), 0.1 M HEPES containing 0.2 M lithium chloride, 5 mM DN-carbamoyl-phenylglycine
Buffer solution, pH 7.5 (manufactured by SIGMA) 1 ml, 20
A composite crystal was prepared by immersion at ± 5 ° C. for 1 to 7 days.

【0099】[実施例13] デカルバミラーゼ変異体
とD−N−カルバモイル−パラヒドロキシフェニルグリ
シンとの複合体結晶の調製(II) 公知の方法(H.Nanbaら、Biosci.Bio
technol.Biochem.62、875−88
1(1998)を参照のこと)により得られた配列番号
1に示されるアミノ酸配列を有するデカルバミラーゼを
15〜30mg/mlの濃度に調製したデカルバミラー
ゼ溶液(0.1M HEPES緩衝液、pH7.5)に
基質であるD−N−カルバモイル−パラヒドロキシフェ
ニルグリシンを添加し、5mM濃度に調製した溶液5μ
lおよび沈澱剤として15〜20重量%ポリエチレング
リコール6000(ナカライテスク社製)、0.2M塩
化リチウムを含む0.1M HEPES緩衝液、pH
7.5(シグマ社製)5μlを液滴台上で混合し、前記
沈澱剤組成をもつ溶液500〜1000μlをリザーバ
ー溶液として密封した後、蒸気拡散法により20±5℃
で結晶化を行った。結晶化開始後、約2日から二週間で
0.3×0.3×0.05mm〜1.2×0.6×0.
05mmの寸法にまで結晶が成長した。
Example 13 Preparation of Complex Crystal of Decarbamylase Mutant and DN-Carbamoyl-parahydroxyphenylglycine (II) Known Method (H. Nanba et al., Biosci. Bio)
technology. Biochem. 62, 875-88
Decarbamylase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 obtained by the method described in No. 1 (1998)) into a decarbamylase solution (0.1 M HEPES buffer, pH 7.5) prepared at a concentration of 15 to 30 mg / ml. A solution prepared by adding DN-carbamoyl-parahydroxyphenylglycine as a substrate to a concentration of 5 mM and adding 5 μl of the solution was prepared.
0.1M HEPES buffer containing 15-20% by weight of polyethylene glycol 6000 (manufactured by Nacalai Tesque) as a precipitant, 0.2 M lithium chloride, pH
After mixing 5 μl of 7.5 (manufactured by Sigma) on a dropping table, sealing 500 to 1000 μl of the solution having the above-mentioned precipitant composition as a reservoir solution, and then 20 ± 5 ° C. by a vapor diffusion method.
Crystallized. 0.3 × 0.3 × 0.05 mm to 1.2 × 0.6 × 0.
Crystals grew to a size of 05 mm.

【0100】[実施例14] デカルバミラーゼ変異体
とD−N−カルバモイル−フェニルグリシンとの複合体
結晶の調製(II) 公知の方法(H.Nanbaら、Biosci.Bio
technol.Biochem.62、875−88
1(1998)を参照のこと)により得られた配列番号
1に示されるアミノ酸配列を有するデカルバミラーゼを
15〜30mg/mlの濃度に調製したデカルバミラー
ゼ溶液(0.1M HEPES緩衝液、pH7.5)に
基質であるD−N−カルバモイル−フェニルグリシンを
添加し、5mM濃度に調製した溶液5μlおよび沈澱剤
として15〜20重量%ポリエチレングリコール600
0(ナカライテスク社製)、0.2M塩化リチウムを含
む0.1M HEPES緩衝液、pH7.5(シグマ社
製)5μlを液滴台上で混合し、前記沈澱剤組成をもつ
溶液500〜1000μlをリザーバー溶液として密封
した後、蒸気拡散法により20±5℃で結晶化を行っ
た。結晶化開始後、約2日から二週間で0.3×0.3
×0.05mm〜1.2×0.6×0.05mmの寸法
にまで結晶が成長した。
Example 14 Preparation of Complex Crystal of Decarbamylase Mutant and DN-Carbamoyl-phenylglycine (II) Known Method (H. Nanba et al., Biosci. Bio)
technology. Biochem. 62, 875-88
Decarbamylase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 obtained by the method described in No. 1 (1998)) into a decarbamylase solution (0.1 M HEPES buffer, pH 7.5) prepared at a concentration of 15 to 30 mg / ml. A substrate, DN-carbamoyl-phenylglycine, was added, 5 μl of a solution adjusted to a concentration of 5 mM, and 15 to 20% by weight of polyethylene glycol 600 as a precipitant.
0 (manufactured by Nacalai Tesque), 5 μl of 0.1 M HEPES buffer containing 0.2 M lithium chloride, pH 7.5 (manufactured by Sigma) are mixed on a dropping table, and 500 to 1000 μl of a solution having the above precipitant composition is mixed. Was sealed as a reservoir solution, and then crystallized at 20 ± 5 ° C. by a vapor diffusion method. 0.3 × 0.3 in about 2 days to 2 weeks after the start of crystallization
The crystal grew to a size of × 0.05 mm to 1.2 × 0.6 × 0.05 mm.

【0101】[実施例15]D−N−カルバモイル−メ
チオニンとの複合体結晶のX線回折データの収集 実施例7で調製したD−N−カルバモイル−メチオニン
との複合体結晶を液体窒素中に投入凍結させた後、クラ
イオシステムにて−170℃に冷却下、R−AXIS
IV++(理学電機社製)、X線パワー45kV、100
mAにて発生させたCu−Kα線を用いて、回折データ
測定を行った。回折強度は、結晶−検出器間距離120
mmに設定したイメージングプレート(IP)に、1フ
レーム当たり1.5°のオシレーション、3分間の露出
で60フレーム分の回折データを1.8Å分解能にて収
集した。測定した回折画像データは、R−AXIS付属
のデータ処理プログラム(Crystal Clea
r)を用いて、結晶学的パラメータの決定、反射強度デ
ータへの変換を行った。結晶学パラメータは、空間群P
112、単位格子定数がa=67.4Å、b=13
7.3Å、c=67.9Åであった。
Example 15 Collection of X-ray Diffraction Data of Complex Crystal with DN-Carbamoyl-Methionine The complex crystal with DN-carbamoyl-methionine prepared in Example 7 was placed in liquid nitrogen. After freezing, R-AXIS is cooled to -170 ° C in a cryo system.
IV ++ (manufactured by Rigaku Corporation), X-ray power 45 kV, 100
Diffraction data measurement was performed using Cu-Kα radiation generated at mA. The diffraction intensity is the crystal-detector distance 120
At an imaging plate (IP) set to 1 mm, 60 frames of diffraction data was collected at 1.8 ° resolution with 1.5 ° oscillation per frame and 3 minutes exposure. The measured diffraction image data is stored in a data processing program (Crystal Clear) attached to R-AXIS.
Using r), the crystallographic parameters were determined and converted to reflection intensity data. The crystallographic parameters are the space group P
2 1 2 1 2, unit cell constant a = 67.4 °, b = 13
7.3 ° and c = 67.9 °.

【0102】[実施例16]D−N−カルバモイル−バ
リンとの複合体結晶のX線回折データの収集 実施例8で調製したD−N−カルバモイル−バリンとの
複合体結晶を液体窒素中に投入凍結させた後、実施例1
5記載の条件、手順にて、結晶学的パラメータ、1.8
Å分解能の反射強度データを得た。結晶学パラメータ
は、空間群P2112、単位格子定数がa=67.5
Å、b=137.7Å、c=68.0Åであった。
Example 16 Collection of X-ray Diffraction Data of Complex Crystal with DN-Carbamoyl-valine The complex crystal with DN-carbamoyl-valine prepared in Example 8 was placed in liquid nitrogen. Example 1
Under the conditions and procedures described in 5, crystallographic parameters, 1.8
(4) Reflection intensity data with high resolution was obtained. The crystallographic parameters are the space group P2 1 2 1 2 and the unit cell constant is a = 67.5.
{, B = 137.7} and c = 68.0 °.

【0103】[実施例17]D−N−カルバモイル−フ
ェニルアラニンとの複合体結晶のX線回折データの収集 実施例9で調製したD−N−カルバモイル−フェニルア
ラニンとの複合体結晶を液体窒素中に投入凍結させた
後、実施例15記載の条件、手順にて、結晶学的パラメ
ータ、1.8Å分解能の反射強度データを得た。結晶学
パラメータは、空間群P2112、単位格子定数がa=
67.6Å、b=137.5Å、c=68.1Åであっ
た。
Example 17 Collection of X-ray Diffraction Data of Complex Crystal with DN-carbamoyl-phenylalanine The complex crystal with DN-carbamoyl-phenylalanine prepared in Example 9 was placed in liquid nitrogen. After charging and freezing, crystallographic parameters and reflection intensity data at 1.8 ° resolution were obtained under the conditions and procedures described in Example 15. The crystallographic parameters are the space group P2 1 2 1 2 and the unit cell constant is a =
67.6 °, b = 137.5 °, and c = 68.1 °.

【0104】[実施例18]D−N−カルバモイル−ア
ラニンとの複合体結晶のX線回折データの収集 実施例10で調製したD−N−カルバモイル−アラニン
との複合体結晶を液体窒素中に投入凍結させた後、実施
例15記載の条件、手順にて、結晶学的パラメータ、
2.0Å分解能の反射強度データを得た。結晶学パラメ
ータは、空間群P2112、単位格子定数がa=67.
8Å、b=137.3Å、c=67.9Åであった。
[Example 18] Collection of X-ray diffraction data of a complex crystal with DN-carbamoyl-alanine The complex crystal with DN-carbamoyl-alanine prepared in Example 10 was placed in liquid nitrogen. After charging and freezing, crystallographic parameters were obtained under the conditions and procedures described in Example 15.
Reflection intensity data of 2.0 ° resolution was obtained. The crystallographic parameters are as follows: space group P2 1 2 1 2, unit cell constant a = 67.
8 °, b = 137.3 °, and c = 67.9 °.

【0105】[実施例19]D−N−カルバモイル−パ
ラヒドロキシフェニルグリシンとの複合体結晶のX線回
折データの収集 実施例11または13で調製したD−N−カルバモイル
−パラヒドロキシフェニルグリシンとの複合体結晶を液
体窒素中に投入凍結させた後、実施例15記載の条件、
手順にて、結晶学的パラメータ、2.0Å分解能の反射
強度データを得た。結晶学パラメータは、空間群P21
12、単位格子定数がa=67.4Å、b=137.
4Å、c=67.9Åであった。
Example 19 Collection of X-ray Diffraction Data of Complex Crystal with DN-Carbamoyl-parahydroxyphenylglycine DN-carbamoyl-parahydroxyphenylglycine prepared in Example 11 or 13 After the composite crystal was put into liquid nitrogen and frozen, the conditions described in Example 15 were used,
By the procedure, crystallographic parameters and reflection intensity data at 2.0 ° resolution were obtained. The crystallographic parameters are in the space group P2 1
2 12 , unit cell constant a = 67.4 °, b = 137.
4 °, c = 67.9 °.

【0106】[実施例20]D−N−カルバモイル−フ
ェニルグリシンとの複合体結晶のX線回折データの収集 実施例12または14で調製したD−N−カルバモイル
−フェニルグリシンとの複合体結晶を液体窒素中に投入
凍結させた後、実施例15記載の条件、手順にて、結晶
学的パラメータ、2.0Å分解能の反射強度データを得
た。結晶学パラメータは、空間群P2112、単位格子
定数がa=67.6Å、b=137.4Å、c=68.
2Åであった。
Example 20 Collection of X-ray Diffraction Data of Complex Crystal with DN-carbamoyl-phenylglycine The complex crystal with DN-carbamoyl-phenylglycine prepared in Example 12 or 14 was collected. After charging and freezing in liquid nitrogen, crystallographic parameters and reflection intensity data at 2.0 ° resolution were obtained under the conditions and procedures described in Example 15. The crystallographic parameters are the space group P2 1 2 1 2, the unit cell constants are a = 67.6 °, b = 137.4 °, and c = 68.
It was 2Å.

【0107】[実施例21] D−N−カルバモイル−
メチオニン複合体の立体構造決定 実施例15で得られD−N−カルバモイル−メチオニン
複合体結晶の結晶学的パラメータ、反射強度データに対
して、天然型デカルバミラーゼの結晶構造(登録番号:
1ERZ)を参照分子とする分子置換法を適用した。分
子置換法は、プログラムCNSを用いて回転関数と並進
関数の計算を行い、分子の方位と位置を決定した。得ら
れた位相を利用して、複合体の電子密度を求めた。次
に、プログラムO(A.Jones、Uppsala
Universitet、スウェーデン)により3次元
グラフィックス上に表示した電子密度図に、参照分子で
ある天然型デカルバミラーゼの3次元構造座標を表示さ
せ、アミノ酸が置換された部位のモデルの修正、電子密
度に適合しないアミノ酸残基の部分構造の修正を行っ
た。さらに、触媒残基近傍に見出された基質に相当する
電子密度に適合するようにD−N−カルバモイル−メチ
オニンの分子モデルを構築した。このようにして構築し
た初期立体構造モデルを出発構造として、構造精密化プ
ログラムCNS(A.T.Brunger、Yale
University)の精密化プロトコルに従って、
3次元構造座標を精密化した。精密化は、電子密度図か
らのずれの大きい局所構造の修正および水分子に相当す
る電子密度を同定、精密化計算に水分子を含める操作を
繰り返し、R値および自由R値(free R−fac
tor)を指標に、R値が20%以下なるまで精密化を
進めた。水分子を加えた最終モデル構造のR値は、6
9.1−1.8Å分解能の反射データに対して、R値1
8.3%、自由R値21.4%であった。
Example 21 DN-carbamoyl-
Determination of the three-dimensional structure of the methionine complex The crystal structure of natural type decarbamylase (registration number:) was compared with the crystallographic parameters and reflection intensity data of the DN-carbamoyl-methionine complex crystal obtained in Example 15.
1ERZ) was applied as a reference molecule. In the molecular replacement method, the rotation function and the translation function were calculated using the program CNS, and the orientation and position of the molecule were determined. Using the obtained phase, the electron density of the composite was determined. Next, program O (A. Jones, Uppsala)
(Universitet, Sweden) Display the three-dimensional structural coordinates of the reference molecule, natural decarbamylase, on the electron density diagram displayed on the three-dimensional graphics, correct the model of the site where the amino acid is substituted, and do not fit the electron density Amino acid residue partial structure was modified. Furthermore, a molecular model of DN-carbamoyl-methionine was constructed to match the electron density corresponding to the substrate found near the catalytic residue. The structure refinement program CNS (AT Brunger, Yale) is used as a starting structure with the initial three-dimensional structure model thus constructed.
(University) refinement protocol,
The three-dimensional structure coordinates were refined. In the refinement, the operation of correcting the local structure having a large deviation from the electron density diagram, identifying the electron density corresponding to the water molecule, and including the water molecule in the refinement calculation is repeated, and the R value and the free R value (free R-fac
Using the tor) as an index, the refinement was advanced until the R value became 20% or less. The R value of the final model structure with water molecules added is 6
For reflection data of 9.1-1.8 ° resolution, R value 1
8.3% and a free R value of 21.4%.

【0108】[実施例22] D−N−カルバモイル−
バリン複合体の立体構造決定 実施例16で得られD−N−カルバモイル−バリン複合
体結晶の結晶学的パラメータ、反射強度データを用い
て、実施例21に記載の手順に従って、複合体の立体構
造(3次元構造座標)を決定した。水分子を加えた最終
モデル構造のR値は、69.1−1.8Å分解能の反射
データに対して、18.8%であった。
Example 22 DN-carbamoyl-
Determination of the three-dimensional structure of the valine complex Using the crystallographic parameters and reflection intensity data of the DN-carbamoyl-valine complex crystal obtained in Example 16, the three-dimensional structure of the complex was obtained according to the procedure described in Example 21. (3D structural coordinates) were determined. The R value of the final model structure to which water molecules were added was 18.8% with respect to the reflection data with a resolution of 69.1-1.8 °.

【0109】[実施例23] D−N−カルバモイル−
フェニルアラニン複合体の立体構造決定 実施例17で得られD−N−カルバモイル−フェニルア
ラニン複合体結晶の結晶学的パラメータ、反射強度デー
タを用いて、実施例21に記載の手順に従って、複合体
の立体構造(3次元構造座標)を決定した。水分子を加
えた最終モデル構造のR値は、69.1−1.8Å分解
能の反射データに対して、18.7%であった。
Example 23 DN-carbamoyl-
Determination of stereostructure of phenylalanine complex Using the crystallographic parameters and reflection intensity data of the DN-carbamoyl-phenylalanine complex crystal obtained in Example 17, according to the procedure described in Example 21, the stereostructure of the complex was determined. (3D structural coordinates) were determined. The R value of the final model structure to which water molecules were added was 18.7% with respect to the reflection data with a resolution of 69.1-1.8 °.

【0110】[実施例24] D−N−カルバモイル−
アラニン複合体の立体構造決定 実施例18で得られD−N−カルバモイル−アラニン複
合体結晶の結晶学的パラメータ、反射強度データを用い
て、実施例21に記載の手順に従って、複合体の立体構
造(3次元構造座標)を決定した。水分子を加えた最終
モデル構造のR値は、69.1−1.8Å分解能の反射
データに対して、18.6%であった。
[Example 24] DN-carbamoyl-
Determination of the three-dimensional structure of the alanine complex The three-dimensional structure of the complex according to the procedure described in Example 21 using the crystallographic parameters and reflection intensity data of the DN-carbamoyl-alanine complex crystal obtained in Example 18 (3D structural coordinates) were determined. The R value of the final model structure to which water molecules were added was 18.6% with respect to the reflection data with a resolution of 69.1-1.8 °.

【0111】[実施例25] D−N−カルバモイル−
パラヒドロキシフェニルグリシン複合体の立体構造決定 実施例19で得られD−N−カルバモイル−パラヒドロ
キシフェニルグリシン複合体結晶の結晶学的パラメー
タ、反射強度データを用いて、実施例21に記載の手順
に従って、複合体の立体構造(3次元構造座標)を決定
した。水分子を加えた最終モデル構造のR値は、69.
1−1.8Å分解能の反射データに対して、19.0%
であった。
Example 25 DN-carbamoyl-
Stereostructure determination of parahydroxyphenylglycine complex Using the crystallographic parameters and reflection intensity data of the DN-carbamoyl-parahydroxyphenylglycine complex crystal obtained in Example 19, the procedure described in Example 21 was used. The three-dimensional structure (three-dimensional structural coordinates) of the complex was determined. The R value of the final model structure to which water molecules were added was 69.
19.0% for 1-1.8 ° resolution reflection data
Met.

【0112】[実施例26] D−N−カルバモイル−
フェニルグリシン複合体の立体構造決定 実施例20で得られD−N−カルバモイル−フェニルグ
リシン複合体結晶の結晶学的パラメータ、反射強度デー
タを用いて、実施例21に記載の手順に従って、複合体
の立体構造(3次元構造座標)を決定した。水分子を加
えた最終モデル構造のR値は、69.1−1.8Å分解
能の反射データに対して、19.2%であった。
[Example 26] DN-carbamoyl-
Stereostructure determination of phenylglycine complex Using the crystallographic parameters and reflection intensity data of the DN-carbamoyl-phenylglycine complex crystal obtained in Example 20, the procedure of The three-dimensional structure (three-dimensional structural coordinates) was determined. The R value of the final model structure to which water molecules were added was 19.2% with respect to the reflection data with a resolution of 69.1-1.8 °.

【0113】[実施例27]デカルバミラーゼ−基質複
合体の分子モデリング 天然型デカルバミラーゼの3次元構造座標(登録番号:
1ERZ)に、実施例21〜26の複合体の3次元構造
座標を、プログラムO(モデリングプログラム)の分子
重ね合わせ機能を利用して、触媒残基である171番目
のシステインのCα原子から、12.0Å以内にある残
基(位置番号43−48、52、54、92−95、1
09−111、124−131、143、145、14
9、156、167−176、179−180、18
3、191−198、211、214−216、218
−219、231−236、244−248)の主鎖原
子(N、Cα、CおよびO原子)の位置に対して最小自
乗重ね合わせ操作を行う。その際求めた回転行列を用い
て、複合体中の基質分子の3次元構造座標を天然型デカ
ルバミラーゼの座標系に座標変換する。変換した基質の
3次元構造座標を天然型デカルバミラーゼの3次元構造
座標に挿入することで、カルバモイル基を加水分解する
活性を有するデカルバミラーゼと基質との複合体の初期
構造モデルを構築した。この初期構造モデルを、分子動
力学計算プログラムPRESTO(前出)を用いて、水
素原子以外の原子位置に束縛条件を付したエネルギー極
小化法により、複合体の3次元構造座標の最適化を行っ
た。上記操作を構造決定した6種すべての基質複合体の
3次元構造座標に適用することで、天然型デカルバミラ
ーゼと基質との複合体の3次元構造座標が得られた。ま
た、天然型デカルバミラーゼの3次元構造座標の替わり
に、配列番号2に示されるアミノ酸配列を有するデカル
バミラーゼ変異体(H57Y/P203E/V236
A)の3次元構造座標(表2)を用いることで、触媒能
を有するデカルバミラーゼ変異体と基質との複合体の3
次元構造座標が得られた。図3に、天然型デカルバミラ
ーゼにD−N−カルバモイル−メチオニンが結合、複合
体を形成したときの、活性部位周辺の立体構造を示し
た。
[Example 27] Molecular modeling of decarbamylase-substrate complex Three-dimensional structural coordinates of natural type decarbamylase (registration number:
1ERZ), the three-dimensional structural coordinates of the complexes of Examples 21 to 26 were calculated from the Cα atom of 171st cysteine, which is a catalytic residue, using the molecular superposition function of program O (modeling program). Residues within 2.0% (position numbers 43-48, 52, 54, 92-95, 1
09-111, 124-131, 143, 145, 14
9, 156, 167-176, 179-180, 18
3, 191-198, 211, 214-216, 218
-219, 231-236, 244-248), the least-squares superposition operation is performed on the positions of the main chain atoms (N, Cα, C, and O atoms). The three-dimensional structural coordinates of the substrate molecule in the complex are converted into the coordinate system of the natural decarbamylase using the rotation matrix obtained at that time. By inserting the three-dimensional structural coordinates of the converted substrate into the three-dimensional structural coordinates of the natural decarbamylase, an initial structural model of a complex of the substrate and decarbamylase having an activity of hydrolyzing a carbamoyl group was constructed. Using the molecular dynamics calculation program PRESTO (described above), the initial structural model is subjected to optimization of the three-dimensional structural coordinates of the complex by an energy minimization method in which a constraint condition is applied to an atom position other than a hydrogen atom. Was. By applying the above operation to the three-dimensional structure coordinates of all six types of substrate complexes whose structure was determined, the three-dimensional structure coordinates of the complex between the native decarbamylase and the substrate were obtained. In addition, a decarbamylase mutant having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 (H57Y / P203E / V236) is used instead of the three-dimensional structural coordinates of natural decarbamylase.
By using the three-dimensional structural coordinates of (A) (Table 2), the complex of the decarbamylase mutant having a catalytic ability and the substrate can be used.
The dimensional structure coordinates were obtained. FIG. 3 shows the three-dimensional structure around the active site when DN-carbamoyl-methionine was bound to natural decarbamylase to form a complex.

【0114】[実施例28]複合体構造を使ったデカル
バミラーゼのpH活性プロフィール、pH活性至適性の
改変設計 D−アミノ酸類の酵素法による生産は、ヒダントイナー
ゼとデカルバミラーゼの2種類の酵素を利用して行われ
ているが、ヒダントイナーゼの至適pHは、8〜9付近
であり、この反応pH条件は、中性付近に至適pHを持
つデカルバミラーゼにとって、酵素活性、安定性の点か
ら極めて不利な条件である。そのため、酵素法による生
産は、ヒダントイナーゼ反応とデカルバミラーゼ反応の
2段階に分割して行われる。デカルバミラーゼが、上記
pH領域で最も高い酵素活性、安定性を示すように、デ
カルバミラーゼのpH活性プロフィール、pH活性至適
性を改変できれば、同時に2つの酵素を利用する効率的
な1段階プロセスを構築することが可能となる。デカル
バミラーゼの至適pHを改変するためには、触媒反応に
必須と考えられるCys171とGlu46両残基の脱
プロトン化−プロトン化の平衡の中間点、すなわちpK
a値を塩基性側にシフトさせればよいと考えられる。1
つの設計指針として、活性部位周辺の塩基性アミノ酸や
中性アミノ酸を中性アミノ酸や酸性アミノ酸に置換、活
性中心周辺の静電ポテンシャルを低下させることで、触
媒残基であるCys171のpKaが塩基性側にシフト
させる方策が考えられた。アミノ酸変異部位の選択は、
静電ポテンシャル計算(高橋ら、(1992)、Bio
polymers 32,897−909)により、触
媒残基であるCys171の形成する静電ポテンシャル
に大きな影響を及ぼしている残基を、以下の手順で同定
した。(1)Cys171側鎖の硫黄原子(Sγ)に−
1.0の電荷を与え、デカルバミラーゼ二量体(分子A
および分子B)の他の全ての原子の電荷をゼロとして、
Cys171のSγ原子上に置いた−1.0の電荷つく
る静電ポテンシャルを計算する。(2)求めた静電ポテ
ンシャルから、Cys171以外のすべてのアミノ酸残
基のCys171に対する静電的な寄与を計算する。表
9には、触媒残基Cys171の静電ポテンシャルへの
影響が大きいアミノ酸残基とそのポテンシャル、Cα原
子間距離を示した。
[Example 28] Modification design of pH activity profile and optimality of pH activity of decarbamylase using complex structure Production of D-amino acids by enzymatic method utilizes two kinds of enzymes, hydantoinase and decarbamylase. However, the optimal pH of hydantoinase is around 8-9, and this reaction pH condition is extremely disadvantageous for decarbamylase having an optimal pH near neutrality in terms of enzyme activity and stability. It is. For this reason, production by the enzymatic method is performed in two stages: a hydantoinase reaction and a decarbamylase reaction. If decarbamylase can modify the pH activity profile and optimal pH activity of decarbamylase so that it exhibits the highest enzyme activity and stability in the above pH range, construct an efficient one-step process utilizing two enzymes simultaneously. Becomes possible. In order to modify the optimum pH of decarbamylase, the midpoint of the deprotonation-protonation equilibrium of both Cys171 and Glu46 residues, which is considered to be essential for the catalytic reaction, ie, pK
It is considered that the value a should be shifted to the basic side. 1
One of the design guidelines is to replace the basic amino acid or neutral amino acid around the active site with a neutral amino acid or acidic amino acid and reduce the electrostatic potential around the active center so that the pKa of the catalytic residue Cys171 becomes basic. A way to shift to the side was considered. The selection of the amino acid mutation site
Calculation of electrostatic potential (Takahashi et al., (1992), Bio
Polymers 32, 897-909), residues that greatly influence the electrostatic potential formed by Cys171, which is a catalytic residue, were identified by the following procedure. (1) To the sulfur atom (Sγ) of Cys171 side chain
Giving a charge of 1.0, the decarbamylase dimer (molecule A
And the charge of all other atoms of the molecule B) is zero,
Calculate the electrostatic potential that creates a -1.0 charge on the Sγ atom of Cys171. (2) From the obtained electrostatic potential, calculate the electrostatic contribution of all amino acid residues other than Cys171 to Cys171. Table 9 shows amino acid residues having a large effect on the electrostatic potential of the catalytic residue Cys171, their potentials, and the distance between Cα atoms.

【0115】触媒残基の静電ポテンシャルに大きな影響
を及ぼす残基のうち、Lys126、Glu46、Gl
u145、Arg174とArg175は触媒活性およ
び/または基質結合に関与する残基であるため、これら
部位は変異候補から除外した。計算結果から変異部位の
候補として、Lys235、Arg55、Arg13
9、Asn196を選択した。各部位について、周辺の
局所構造、相互作用を調べ、プログラムSHRIKE
(前出)を用いて変異による構造変化の妥当性を評価
し、以下の変異を設計した。
Of the residues that greatly affect the electrostatic potential of the catalytic residues, Lys126, Glu46, Gl46
Since u145, Arg174 and Arg175 are residues involved in catalytic activity and / or substrate binding, these sites were excluded from mutation candidates. From the calculation results, Lys235, Arg55, Arg13
9, Asn196 was selected. For each part, check the local structure and interaction around it, and use the program SHRIKE
The validity of the structural change due to the mutation was evaluated using (described above), and the following mutation was designed.

【0116】位置235 K235Q、またはK235
E、位置55 R55I、R55L、またはR55E、
位置139 R139N、位置196 N196D 本設計においては、各位置での1アミノ酸変異および2
箇所以上の変異を組み合わせた多重変異体が設計され
る。なお、プログラムSHRIKEに代えて、プログラ
ムPRESTO又はプログラムAMBERを用いることもできる。
Position 235 K235Q or K235
E, position 55 R55I, R55L, or R55E;
Positions 139 R139N, 196 N196D In this design, one amino acid mutation at each position and 2
Multiple mutants combining multiple mutations are designed. Note that the program PRESTO or the program AMBER can be used instead of the program SHRIKE.

【0117】[0117]

【表9】 [Table 9]

【0118】[0118]

【発明の効果】本件発明者等が提供した、デカルバミラ
ーゼおよびデカルバミラーゼと基質との複合体の3次元
構造座標は、単に当該物質の構造を定義するデータでは
なく、当該物質とは別に、種々の分子設計プログラムに
よりその3次元構造座標自体の情報をハードウエア資源
を用いて処理及び加工を行うことにより、耐熱性、有機
溶剤耐性、空気酸化に対する耐性等の安定性、特に、酵
素反応のpH活性プロフィール、pH活性至適性の変
更、比活性向上および基質特異性の変更に関するアミノ
酸変異を分子設計できるという有用な「もの」の発明で
ある。このことによって、例えば、実施例28に示した
ように工業利用に有利な改変酵素を迅速かつ効率的に取
得することが可能となる。
The three-dimensional structural coordinates of decarbamylase and the complex of decarbamylase and the substrate provided by the present inventors are not merely data for defining the structure of the substance, but are various data other than the substance. By processing and processing the information of the three-dimensional structure coordinates itself using hardware resources by a design program, stability such as heat resistance, organic solvent resistance, resistance to air oxidation, etc., particularly, pH activity profile of enzyme reaction The present invention is a useful "thing" invention capable of molecularly designing amino acid mutations relating to a change in pH activity optimality, a change in specific activity and a change in substrate specificity. Thus, for example, as shown in Example 28, a modified enzyme advantageous for industrial use can be quickly and efficiently obtained.

【0119】[0119]

【配列表】 SEQUENCE LISTING <110> Kaneka Corporation <120> Three-dimensional structure of decarbamylase complex <130> P01-0171 <140> ND <141> 2001-02-28 <160> 3 <170> PatentIn Ver. 2.0 <210> 1 <211> 303 <212> PRT <213> E coli. <400> 1 Thr Arg Gln Met Ile Leu Ala Val Gly Gln Gln Gly Pro Ile Ala Arg 1 5 10 15 Ala Glu Thr Arg Glu Gln Val Val Val Arg Leu Leu Asp Met Leu Thr 20 25 30 Lys Ala Ala Ser Arg Gly Ala Asn Phe Ile Val Phe Pro Glu Leu Ala 35 40 45 Leu Thr Thr Phe Phe Pro Arg Trp His Phe Thr Asp Glu Ala Glu Leu 50 55 60 Asp Ser Phe Tyr Glu Thr Glu Met Pro Gly Pro Val Val Arg Pro Leu 65 70 75 80 Phe Glu Lys Ala Ala Glu Leu Gly Ile Gly Phe Asn Leu Gly Tyr Ala 85 90 95 Glu Leu Val Val Glu Gly Gly Val Lys Arg Arg Phe Asn Thr Ser Ile 100 105 110 Leu Val Asp Lys Ser Gly Lys Ile Val Gly Lys Tyr Arg Lys Ile His 115 120 125 Leu Pro Gly His Lys Glu Tyr Glu Ala Tyr Arg Pro Phe Gln His Leu 130 135 140 Glu Lys Arg Tyr Phe Glu Pro Gly Asp Leu Gly Phe Pro Val Tyr Asp 145 150 155 160 Val Asp Ala Ala Lys Met Gly Met Phe Ile Ala Asn Asp Arg Arg Trp 165 170 175 Pro Glu Ala Trp Arg Val Met Gly Leu Arg Gly Ala Glu Ile Ile Cys 180 185 190 Gly Gly Tyr Asn Thr Pro Thr His Asn Pro Pro Val Pro Gln His Asp 195 200 205 His Leu Thr Ser Phe His His Leu Leu Ser Met Gln Ala Gly Ser Tyr 210 215 220 Gln Asn Gly Ala Trp Ser Ala Ala Ala Gly Lys Ala Gly Met Glu Glu 225 230 235 240 Asn Cys Met Leu Leu Gly His Ser Cys Ile Val Ala Pro Thr Gly Glu 245 250 255 Ile Val Ala Leu Thr Thr Thr Leu Glu Asp Glu Val Ile Thr Ala Ala 260 265 270 Val Asp Leu Asp Arg Cys Arg Glu Leu Arg Glu His Ile Phe Asn Phe 275 280 285 Lys Gln His Arg Gln Pro Gln His Tyr Gly Leu Ile Ala Glu Leu 290 295 300 <210> 2 <211> 303 <212> PRT <213> E.coli <400> 2 Thr Arg Gln Met Ile Leu Ala Val Gly Gln Gln Gly Pro Ile Ala Arg 1 5 10 15 Ala Glu Thr Arg Glu Gln Val Val Val Arg Leu Leu Asp Met Leu Thr 20 25 30 Lys Ala Ala Ser Arg Gly Ala Asn Phe Ile Val Phe Pro Glu Leu Ala 35 40 45 Leu Thr Thr Phe Phe Pro Arg Trp Tyr Phe Thr Asp Glu Ala Glu Leu 50 55 60 Asp Ser Phe Tyr Glu Thr Glu Met Pro Gly Pro Val Val Arg Pro Leu 65 70 75 80 Phe Glu Lys Ala Ala Glu Leu Gly Ile Gly Phe Asn Leu Gly Tyr Ala 85 90 95 Glu Leu Val Val Glu Gly Gly Val Lys Arg Arg Phe Asn Thr Ser Ile 100 105 110 Leu Val Asp Lys Ser Gly Lys Ile Val Gly Lys Tyr Arg Lys Ile His 115 120 125 Leu Pro Gly His Lys Glu Tyr Glu Ala Tyr Arg Pro Phe Gln His Leu 130 135 140 Glu Lys Arg Tyr Phe Glu Pro Gly Asp Leu Gly Phe Pro Val Tyr Asp 145 150 155 160 Val Asp Ala Ala Lys Met Gly Met Phe Ile Cys Asn Asp Arg Arg Trp 165 170 175 Pro Glu Ala Trp Arg Val Met Gly Leu Arg Gly Ala Glu Ile Ile Cys 180 185 190 Gly Gly Tyr Asn Thr Pro Thr His Asn Pro Glu Val Pro Gln His Asp 195 200 205 His Leu Thr Ser Phe His His Leu Leu Ser Met Gln Ala Gly Ser Tyr 210 215 220 Gln Asn Gly Ala Trp Ser Ala Ala Ala Gly Lys Ala Gly Met Glu Glu 225 230 235 240 Asn Cys Met Leu Leu Gly His Ser Cys Ile Val Ala Pro Thr Gly Glu 245 250 255 Ile Val Ala Leu Thr Thr Thr Leu Glu Asp Glu Val Ile Thr Ala Ala 260 265 270 Val Asp Leu Asp Arg Cys Arg Glu Leu Arg Glu His Ile Phe Asn Phe 275 280 285 Lys Gln His Arg Gln Pro Gln His Tyr Gly Leu Ile Ala Glu Leu 290 295 300 <210> 3 <211> 303 <212> PRT <213> E coli. <400> 3 Thr Arg Gln Met Ile Leu Ala Val Gly Gln Gln Gly Pro Ile Ala Arg 1 5 10 15 Ala Glu Thr Arg Glu Gln Val Val Val Arg Leu Leu Asp Met Leu Thr 20 25 30 Lys Ala Ala Ser Arg Gly Ala Asn Phe Ile Val Phe Pro Glu Leu Ala 35 40 45 Leu Thr Thr Phe Phe Pro Arg Trp His Phe Thr Asp Glu Ala Glu Leu 50 55 60 Asp Ser Phe Tyr Glu Thr Glu Met Pro Gly Pro Val Val Arg Pro Leu 65 70 75 80 Phe Glu Lys Ala Ala Glu Leu Gly Ile Gly Phe Asn Leu Gly Tyr Ala 85 90 95 Glu Leu Val Val Glu Gly Gly Val Lys Arg Arg Phe Asn Thr Ser Ile 100 105 110 Leu Val Asp Lys Ser Gly Lys Ile Val Gly Lys Tyr Arg Lys Ile His 115 120 125 Leu Pro Gly His Lys Glu Tyr Glu Ala Tyr Arg Pro Phe Gln His Leu 130 135 140 Glu Lys Arg Tyr Phe Glu Pro Gly Asp Leu Gly Phe Pro Val Tyr Asp 145 150 155 160 Val Asp Ala Ala Lys Met Gly Met Phe Ile Cys Asn Asp Arg Arg Trp 165 170 175 Pro Glu Ala Trp Arg Val Met Gly Leu Arg Gly Ala Glu Ile Ile Cys 180 185 190 Gly Gly Tyr Asn Thr Pro Thr His Asn Pro Pro Val Pro Gln His Asp 195 200 205 His Leu Thr Ser Phe His His Leu Leu Ser Met Gln Ala Gly Ser Tyr 210 215 220 Gln Asn Gly Ala Trp Ser Ala Ala Ala Gly Lys Val Gly Met Glu Glu 225 230 235 240 Asn Cys Met Leu Leu Gly His Ser Cys Ile Val Ala Pro Thr Gly Glu 245 250 255 Ile Val Ala Leu Thr Thr Thr Leu Glu Asp Glu Val Ile Thr Ala Ala 260 265 270 Val Asp Leu Asp Arg Cys Arg Glu Leu Arg Glu His Ile Phe Asn Phe 275 280 285 Lys Gln His Arg Gln Pro Gln His Tyr Gly Leu Ile Ala Glu Leu 290 295 300[Sequence List] SEQUENCE LISTING <110> Kaneka Corporation <120> Three-dimensional structure of decarbamylase complex <130> P01-0171 <140> ND <141> 2001-02-28 <160> 3 <170> PatentIn Ver. 2.0 <210> 1 <211> 303 <212> PRT <213> E coli. <400> 1 Thr Arg Gln Met Ile Leu Ala Val Gly Gln Gln Gly Pro Ile Ala Arg 1 5 10 15 Ala Glu Thr Arg Glu Gln Val Val Val Arg Leu Leu Asp Met Leu Thr 20 25 30 Lys Ala Ala Ser Arg Gly Ala Asn Phe Ile Val Phe Pro Glu Leu Ala 35 40 45 Leu Thr Thr Phe Phe Pro Arg Trp His Phe Thr Asp Glu Ala Glu Leu 50 55 60 Asp Ser Phe Tyr Glu Thr Glu Met Pro Gly Pro Val Val Arg Pro Leu 65 70 75 80 Phe Glu Lys Ala Ala Glu Leu Gly Ile Gly Phe Asn Leu Gly Tyr Ala 85 90 95 Glu Leu Val Val Glu Gly Gly Val Lys Arg Arg Phe Asn Thr Ser Ile 100 105 110 Leu Val Asp Lys Ser Gly Lys Ile Val Gly Lys Tyr Arg Lys Ile His 115 120 125 Leu Pro Gly His Lys Glu Tyr Glu Ala Tyr Arg Pro Phe Gln His Leu 130 135 140 Glu Lys Arg Tyr Phe Glu Pro Gly Asp Leu Gly Phe Pro Val Tyr Asp 145 150 155 160 Val Asp Al a Ala Lys Met Gly Met Phe Ile Ala Asn Asp Arg Arg Trp 165 170 175 Pro Glu Ala Trp Arg Val Met Gly Leu Arg Gly Ala Glu Ile Ile Cys 180 185 190 Gly Gly Tyr Asn Thr Pro Thr His Asn Pro Pro Val Pro Gln His Asp 195 200 205 His Leu Thr Ser Phe His His Leu Leu Ser Met Gln Ala Gly Ser Tyr 210 215 220 Gln Asn Gly Ala Trp Ser Ala Ala Ala Gly Lys Ala Gly Met Glu Glu 225 230 235 240 Asn Cys Met Leu Leu Gly His Ser Cys Ile Val Ala Pro Thr Gly Glu 245 250 255 Ile Val Ala Leu Thr Thr Thr Leu Glu Asp Glu Val Ile Thr Ala Ala 260 265 270 Val Asp Leu Asp Arg Cys Arg Glu Leu Arg Glu His Ile Phe Asn Phe 275 280 285 Lys Gln His Arg Gln Pro Gln His Tyr Gly Leu Ile Ala Glu Leu 290 295 300 <210> 2 <211> 303 <212> PRT <213> E.coli <400> 2 Thr Arg Gln Met Ile Leu Ala Val Gly Gln Gln Gly Pro Ile Ala Arg 1 5 10 15 Ala Glu Thr Arg Glu Gln Val Val Val Arg Leu Leu Asp Met Leu Thr 20 25 30 Lys Ala Ala Ser Arg Gly Ala Asn Phe Ile Val Phe Pro Glu Leu Ala 35 40 45 Leu Thr Thr Phe Phe Pro Arg Trp Tyr Phe Thr Asp Glu Ala G lu Leu 50 55 60 Asp Ser Phe Tyr Glu Thr Glu Met Pro Gly Pro Val Val Arg Pro Leu 65 70 75 80 Phe Glu Lys Ala Ala Glu Leu Gly Ile Gly Phe Asn Leu Gly Tyr Ala 85 90 95 Glu Leu Val Val Glu Gly Gly Val Lys Arg Arg Phe Asn Thr Ser Ile 100 105 110 Leu Val Asp Lys Ser Gly Lys Ile Val Gly Lys Tyr Arg Lys Ile His 115 120 125 Leu Pro Gly His Lys Glu Tyr Glu Ala Tyr Arg Pro Phe Gln His Leu 130 135 140 Glu Lys Arg Tyr Phe Glu Pro Gly Asp Leu Gly Phe Pro Val Tyr Asp 145 150 155 160 Val Asp Ala Ala Lys Met Gly Met Phe Ile Cys Asn Asp Arg Arg Trp 165 170 175 Pro Glu Ala Trp Arg Val Met Gly Leu Arg Gly Ala Glu Ile Ile Cys 180 185 190 Gly Gly Tyr Asn Thr Pro Thr His Asn Pro Glu Val Pro Gln His Asp 195 200 205 His Leu Thr Ser Phe His His Leu Leu Ser Met Gln Ala Gly Ser Tyr 210 215 220 Gln Asn Gly Ala Trp Ser Ala Ala Ala Gly Lys Ala Gly Met Glu Glu 225 230 235 240 Asn Cys Met Leu Leu Gly His Ser Cys Ile Val Ala Pro Thr Gly Glu 245 250 255 Ile Val Ala Leu Thr Thr Thr Leu Glu Asp Glu Val Ile Thr Ala Ala 260 265 270 Val Asp Leu Asp Arg Cys Arg Glu Leu Arg Glu His Ile Phe Asn Phe 275 280 285 Lys Gln His Arg Gln Pro Gln His Tyr Gly Leu Ile Ala Glu Leu 290 295 300 <210> 3 <211> 303 <212> PRT <213> E coli. <400> 3 Thr Arg Gln Met Ile Leu Ala Val Gly Gln Gln Gly Pro Ile Ala Arg 1 5 10 15 Ala Glu Thr Arg Glu Gln Val Val Val Arg Leu Leu Asp Met Leu Thr 20 25 30 Lys Ala Ala Ser Arg Gly Ala Asn Phe Ile Val Phe Pro Glu Leu Ala 35 40 45 Leu Thr Thr Phe Phe Pro Arg Trp His Phe Thr Asp Glu Ala Glu Leu 50 55 60 Asp Ser Phe Tyr Glu Thr Glu Met Pro Gly Pro Val Val Arg Pro Leu 65 70 75 80 Phe Glu Lys Ala Ala Glu Leu Gly Ile Gly Phe Asn Leu Gly Tyr Ala 85 90 95 Glu Leu Val Val Glu Gly Gly Val Lys Arg Arg Phe Asn Thr Ser Ile 100 105 110 Leu Val Asp Lys Ser Gly Lys Ile Val Gly Lys Tyr Arg Lys Ile His 115 120 125 Leu Pro Gly His Lys Glu Tyr Glu Ala Tyr Arg Pro Phe Gln His Leu 130 135 140 Glu Lys Arg Tyr Phe Glu Pro Gly Asp Leu Gly Phe Pro Val Tyr Asp 145 150 155 160 Val Asp Ala Ala Lys Met Gly Met Phe Ile Cy s Asn Asp Arg Arg Trp 165 170 175 Pro Glu Ala Trp Arg Val Met Gly Leu Arg Gly Ala Glu Ile Ile Cys 180 185 190 Gly Gly Tly Asn Thr Pro Thr His Asn Pro Pro Val Pro Gln His Asp 195 200 205 His Leu Thr Ser Phe His His Leu Leu Ser Met Gln Ala Gly Ser Tyr 210 215 220 Gln Asn Gly Ala Trp Ser Ala Ala Ala Gly Lys Val Gly Met Glu Glu 225 230 235 240 Asn Cys Met Leu Leu Gly His Ser Cys Ile Val Ala Pro Thr Gly Glu 245 250 255 Ile Val Ala Leu Thr Thr Thr Leu Glu Asp Glu Val Ile Thr Ala Ala 260 265 270 Val Asp Leu Asp Arg Cys Arg Glu Leu Arg Glu His Ile Phe Asn Phe 275 280 285 Lys Gln His Arg Gln Pro Gln His Tyr Gly Leu Ile Ala Glu Leu 290 295 300

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】天然型デカルバミラーゼとD−N−カルバモイ
ル−メチオニンとの複合体中のデカルバミラーゼの主鎖
をリボン図で、Cys171(天然型)、Ala171
(複合体)および基質をball−and−stick
モデルで示した。Nは、酵素のN末端を、Cは、酵素の
C末端を示している。
FIG. 1 is a ribbon diagram showing the main chain of decarbamylase in a complex of natural decarbamylase and DN-carbamoyl-methionine. Cys171 (natural type), Ala171
(Complex) and the substrate are ball-and-stick
Shown by model. N indicates the N-terminus of the enzyme, and C indicates the C-terminus of the enzyme.

【図2】デカルバミラーゼ複合体の基質結合部位を示し
た模式図。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a substrate binding site of a decarbamylase complex.

【図3】天然型デカルバミラーゼとD−N−カルバモイ
ル−メチオニンとの複合体の基質結合部位の立体構造モ
デルを示した模式図。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a three-dimensional structure model of a substrate binding site of a complex of natural decarbamylase and DN-carbamoyl-methionine.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 守川 壮一 兵庫県姫路市河間町46−5明治グランドビ ル白鷺302号室 Fターム(参考) 4B024 AA11 BA11 CA03 CA06 GA25 HA01 4B050 CC03 CC04 DD02 LL03  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Soichi Morikawa 46-5 Kawamacho, Himeji-shi, Hyogo Meiji Grand Building Shirasagi Room 302 F-term (reference) 4B024 AA11 BA11 CA03 CA06 GA25 HA01 4B050 CC03 CC04 DD02 LL03

Claims (69)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 D−N−カルバモイル−α−アミノ酸を
結合する部分を有するデカルバミラーゼ、またはその変
異体の結晶。
1. A crystal of decarbamylase having a moiety that binds DN-carbamoyl-α-amino acid, or a mutant thereof.
【請求項2】 前記デカルバミラーゼ、またはその変異
体が配列番号1に示されるアミノ酸配列を有する請求項
1に記載の結晶。
2. The crystal according to claim 1, wherein the decarbamylase or a mutant thereof has the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1.
【請求項3】 前記デカルバミラーゼ、またはその変異
体が配列番号2に示されるアミノ酸配列を有する請求項
1に記載の結晶。
3. The crystal according to claim 1, wherein the decarbamylase or a mutant thereof has the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2.
【請求項4】 結晶学的対称が空間群P2112であ
り、結晶の単位格子定数がa=67±5Å、b=136
±10Å、c=68±5Åの大きさを持つ請求項2に記
載の結晶。
4. The crystallographic symmetry is in the space group P2 1 2 1 2 and the unit cell constant of the crystal is a = 67 ± 5 °, b = 136.
The crystal according to claim 2, having a size of ± 10 ° and c = 68 ± 5 °.
【請求項5】 結晶学的対称が空間群P2112であ
り、結晶の単位格子定数がa=67±5Å、b=136
±10Å、c=68±5Åの大きさを持つ請求項3に記
載の結晶。
5. The crystallographic symmetry is space group P2 1 2 1 2, the unit lattice constant of the crystal a = 67 ± 5Å, b = 136
The crystal according to claim 3, having a size of ± 10 ° and c = 68 ± 5 °.
【請求項6】 D−N−カルバモイル−α−アミノ酸を
結合する部分を有するデカルバミラーゼ、またはその変
異体の3次元構造座標を得るために用いる、請求項1か
ら5に記載の結晶の使用。
6. The use of the crystal according to claim 1, which is used for obtaining three-dimensional structural coordinates of a decarbamylase having a moiety that binds DN-carbamoyl-α-amino acid, or a mutant thereof.
【請求項7】 酵素の基質特異性、触媒活性、安定性、
pH活性プロフィール、pH活性至適性、および水溶性
からなる群から選択される1以上の特性を同定、検索、
評価、変更または設計するために用いる、D−N−カル
バモイル−α−アミノ酸を結合する部分を有するデカル
バミラーゼ、またはその変異体の3次元構造座標。
7. The enzyme substrate specificity, catalytic activity, stability,
identifying, searching for one or more properties selected from the group consisting of pH activity profile, pH activity optimality, and water solubility;
A three-dimensional structural coordinate of decarbamylase having a portion that binds DN-carbamoyl-α-amino acid, or a mutant thereof, used for evaluation, change, or design.
【請求項8】 前記デカルバミラーゼ、またはその変異
体が配列番号1に示すアミノ酸配列を有し、3次元構造
座標が表1に示されるものである請求項7に記載の3次
元構造座標。
8. The three-dimensional structural coordinates according to claim 7, wherein the decarbamylase or a mutant thereof has the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, and the three-dimensional structural coordinates are shown in Table 1.
【請求項9】 前記デカルバミラーゼ、またはその変異
体が配列番号2に示すアミノ酸配列を有し、3次元構造
座標が表2に示されるものである請求項7に記載の3次
元構造座標。
9. The three-dimensional structural coordinates according to claim 7, wherein the decarbamylase or a mutant thereof has the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, and the three-dimensional structural coordinates are those shown in Table 2.
【請求項10】 請求項8または9記載の3次元構造座
標との構造座標ホモロジーRMSDが3.0Å以下であ
ることを特徴とする、D−N−カルバモイル−α−アミ
ノ酸を結合する部分を有するデカルバミラーゼ、または
その変異体の3次元構造座標。
10. A portion which binds to DN-carbamoyl-α-amino acid, wherein the structural coordinate homology RMSD with the three-dimensional structural coordinate according to claim 8 or 9 is 3.0 ° or less. Three-dimensional structural coordinates of decarbamylase or a variant thereof.
【請求項11】 D−N−カルバモイル−α−アミノ酸
を結合する部分を有するデカルバミラーゼ、またはその
変異体と、D−N−カルバモイル−α−アミノ酸との複
合体の結晶。
11. A crystal of a complex of a decarbamylase having a portion that binds DN-carbamoyl-α-amino acid, or a mutant thereof, and DN-carbamoyl-α-amino acid.
【請求項12】 前記D−N−カルバモイル−α−アミ
ノ酸が、D−N−カルバモイル−フェニルグリシン、D
−N−カルバモイル−パラヒドロキシフェニルグリシ
ン、D−N−カルバモイル−アラニン、D−N−カルバ
モイル−システイン、D−N−カルバモイル−アスパラ
ギン酸、D−N−カルバモイル−グルタミン酸、D−N
−カルバモイル−フェニルアラニン、D−N−カルバモ
イル−グリシン、D−N−カルバモイル−ヒスチジン、
D−N−カルバモイル−イソロイシン、D−N−カルバ
モイル−リジン、D−N−カルバモイル−ロイシン、D
−N−カルバモイル−メチオニン、D−N−カルバモイ
ル−アスパラギン、D−N−カルバモイル−プロリン、
D−N−カルバモイル−グルタミン、D−N−カルバモ
イル−アルギニン、D−N−カルバモイル−セリン、D
−N−カルバモイル−スレオニン、D−N−カルバモイ
ル−バリン、D−N−カルバモイル−トリプトファン、
およびD−N−カルバモイル−チロシンからなる群から
選択される、請求項11記載の複合体の結晶。
12. The method according to claim 11, wherein the DN-carbamoyl-α-amino acid is DN-carbamoyl-phenylglycine,
-N-carbamoyl-parahydroxyphenylglycine, DN-carbamoyl-alanine, DN-carbamoyl-cysteine, DN-carbamoyl-aspartic acid, DN-carbamoyl-glutamic acid, DN
Carbamoyl-phenylalanine, DN-carbamoyl-glycine, DN-carbamoyl-histidine,
DN-carbamoyl-isoleucine, DN-carbamoyl-lysine, DN-carbamoyl-leucine, D
-N-carbamoyl-methionine, DN-carbamoyl-asparagine, DN-carbamoyl-proline,
DN-carbamoyl-glutamine, DN-carbamoyl-arginine, DN-carbamoyl-serine, D
-N-carbamoyl-threonine, DN-carbamoyl-valine, DN-carbamoyl-tryptophan,
12. The complex of claim 11, wherein the complex is selected from the group consisting of and DN-carbamoyl-tyrosine.
【請求項13】 D−N−カルバモイル−α−アミノ酸
を結合する部分を有するデカルバミラーゼ、またはその
変異体がD−N−カルバモイル−α−アミノ酸を修飾し
ているカルバモイル基を除去してD−α−アミノ酸に変
換する活性を有しない請求項11および12に記載の複
合体の結晶。
13. A decarbamylase having a moiety that binds DN-carbamoyl-α-amino acid, or a mutant thereof, removes the carbamoyl group that modifies DN-carbamoyl-α-amino acid to remove D-α-amino acid. -Crystals of the complex according to claims 11 and 12, which have no activity of converting into amino acids.
【請求項14】 前記デカルバミラーゼ、またはその変
異体が配列番号1に示されるアミノ酸配列を有する請求
項13に記載の複合体の結晶。
14. The complex crystal according to claim 13, wherein the decarbamylase or a variant thereof has the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1.
【請求項15】 D−N−カルバモイル−α−アミノ酸
が、D−N−カルバモイル−メチオニンであって、結晶
学的対称が空間群P2112であり、結晶の単位格子定
数がa=67±5Å、b=136±10Å、c=68±
5Åの大きさを持つ請求項14に記載の複合体の結晶。
15. The DN-carbamoyl-α-amino acid is DN-carbamoyl-methionine, the crystallographic symmetry is a space group P2 1 2 1 2 and the unit cell constant of the crystal is a = 67 ± 5 °, b = 136 ± 10 °, c = 68 ±
The composite crystal according to claim 14, having a size of 5 °.
【請求項16】 D−N−カルバモイル−α−アミノ酸
が、D−N−カルバモイル−バリンであって、結晶学的
対称が空間群P2112であり、結晶の単位格子定数が
a=67±5Å、b=136±10Å、c=68±5Å
の大きさを持つ請求項14に記載の複合体の結晶。
16. The DN-carbamoyl-α-amino acid is DN-carbamoyl-valine, the crystallographic symmetry is a space group P2 1 2 1 2 and the unit cell constant of the crystal is a = 67 ± 5 °, b = 136 ± 10 °, c = 68 ± 5 °
The composite crystal according to claim 14, having a size of:
【請求項17】 D−N−カルバモイル−α−アミノ酸
が、D−N−カルバモイル−フェニルアラニンであっ
て、結晶学的対称が空間群P2112であり、結晶の単
位格子定数がa=67±5Å、b=136±10Å、c
=68±5Åの大きさを持つ請求項14に記載の複合体
の結晶。
17. The method of claim 17, wherein the DN-carbamoyl-α-amino acid is DN-carbamoyl-phenylalanine, the crystallographic symmetry is the space group P2 1 2 1 2, and the unit cell constant of the crystal is a = 67 ± 5 °, b = 136 ± 10 °, c
The crystal of the composite according to claim 14, having a size of = 68 ± 5 °.
【請求項18】 D−N−カルバモイル−α−アミノ酸
が、D−N−カルバモイル−アラニンであって、結晶学
的対称が空間群P2112であり、結晶の単位格子定数
がa=67±5Å、b=136±10Å、c=68±5
Åの大きさを持つ請求項14に記載の複合体の結晶。
18. The DN-carbamoyl-α-amino acid is DN-carbamoyl-alanine, the crystallographic symmetry is a space group P2 1 2 1 2 and the unit cell constant of the crystal is a = 67 ± 5 °, b = 136 ± 10 °, c = 68 ± 5
The composite crystal according to claim 14, having a size of Å.
【請求項19】 D−N−カルバモイル−α−アミノ酸
が、D−N−カルバモイル−パラヒドロキシフェニルグ
リシンであって、結晶学的対称が空間群P2 112であ
り、結晶の単位格子定数がa=67±5Å、b=136
±10Å、c=68±5Åの大きさを持つ請求項14に
記載の複合体の結晶。
19. A DN-carbamoyl-α-amino acid
Is DN-carbamoyl-parahydroxyphenyl
Lysine whose crystallographic symmetry is in the space group P2 1212
And the unit cell constant of the crystal is a = 67 ± 5 °, b = 136
15. The apparatus according to claim 14, which has a size of ± 10 ° and c = 68 ± 5 °.
A crystal of the complex described.
【請求項20】 D−N−カルバモイル−α−アミノ酸
が、D−N−カルバモイル−フェニルグリシンであっ
て、結晶学的対称が空間群P2112であり、結晶の単
位格子定数がa=67±5Å、b=136±10Å、c
=68±5Åの大きさを持つ請求項14に記載の複合体
の結晶。
20. The DN-carbamoyl-α-amino acid is DN-carbamoyl-phenylglycine, the crystallographic symmetry of which is space group P2 1 2 1 2, and the unit cell constant of the crystal is a = 67 ± 5 °, b = 136 ± 10 °, c
The crystal of the composite according to claim 14, having a size of = 68 ± 5 °.
【請求項21】 化学量論的に当量のD−N−カルバモ
イル−α−アミノ酸と、D−N−カルバモイル−α−ア
ミノ酸を結合する部分を有するデカルバミラーゼ、また
はその変異体が結合して複合体を形成しており、さらに
その複合体が結晶学的な非対称単位中に2分子存在して
会合体を形成している請求項11から20に記載の複合
体の結晶。
21. A complex in which a stoichiometrically equivalent amount of DN-carbamoyl-α-amino acid and a decarbamylase having a portion that binds DN-carbamoyl-α-amino acid, or a mutant thereof are combined. 21. The crystal of the complex according to claim 11, wherein the complex further comprises two molecules in the crystallographic asymmetric unit to form an aggregate.
【請求項22】 D−N−カルバモイル−α−アミノ酸
を結合する部分を有するデカルバミラーゼ、またはその
変異体と、D−N−カルバモイル−α−アミノ酸との複
合体の3次元構造座標を得るために用いる、請求項11
から21記載の複合体の結晶の使用。
22. A method for obtaining three-dimensional structural coordinates of a complex of decarbamylase having a portion binding to DN-carbamoyl-α-amino acid or a mutant thereof and DN-carbamoyl-α-amino acid. Claim 11.
22. Use of a crystal of the complex according to any one of to 21.
【請求項23】 酵素の基質特異性、触媒活性、安定
性、pH活性プロフィール、pH活性至適性、および水
溶性からなる群から選択される1以上の特性を同定、検
索、評価、変更または設計するために用いる、D−N−
カルバモイル−α−アミノ酸とD−N−カルバモイル−
α−アミノ酸を結合する部分を有するデカルバミラー
ゼ、またはその変異体との複合体の3次元構造座標。
23. Identify, search, evaluate, modify or design one or more properties selected from the group consisting of enzyme substrate specificity, catalytic activity, stability, pH activity profile, pH activity optimum, and water solubility. To use, DN-
Carbamoyl-α-amino acid and DN-carbamoyl-
Three-dimensional structural coordinates of a complex with a decarbamylase having a portion that binds an α-amino acid, or a mutant thereof.
【請求項24】 前記D−N−カルバモイル−α−アミ
ノ酸が、D−N−カルバモイル−フェニルグリシン、D
−N−カルバモイル−パラヒドロキシフェニルグリシ
ン、D−N−カルバモイル−アラニン、D−N−カルバ
モイル−システイン、D−N−カルバモイル−アスパラ
ギン酸、D−N−カルバモイル−グルタミン酸、D−N
−カルバモイル−フェニルアラニン、D−N−カルバモ
イル−グリシン、D−N−カルバモイル−ヒスチジン、
D−N−カルバモイル−イソロイシン、D−N−カルバ
モイル−リジン、D−N−カルバモイル−ロイシン、D
−N−カルバモイル−メチオニン、D−N−カルバモイ
ル−アスパラギン、D−N−カルバモイル−プロリン、
D−N−カルバモイル−グルタミン、D−N−カルバモ
イル−アルギニン、D−N−カルバモイル−セリン、D
−N−カルバモイル−スレオニン、D−N−カルバモイ
ル−バリン、D−N−カルバモイル−トリプトファン、
およびD−N−カルバモイル−チロシンからなる群から
選択される、請求項23に記載の複合体の3次元構造座
標。
24. The method according to claim 24, wherein the DN-carbamoyl-α-amino acid is DN-carbamoyl-phenylglycine,
-N-carbamoyl-parahydroxyphenylglycine, DN-carbamoyl-alanine, DN-carbamoyl-cysteine, DN-carbamoyl-aspartic acid, DN-carbamoyl-glutamic acid, DN
Carbamoyl-phenylalanine, DN-carbamoyl-glycine, DN-carbamoyl-histidine,
DN-carbamoyl-isoleucine, DN-carbamoyl-lysine, DN-carbamoyl-leucine, D
-N-carbamoyl-methionine, DN-carbamoyl-asparagine, DN-carbamoyl-proline,
DN-carbamoyl-glutamine, DN-carbamoyl-arginine, DN-carbamoyl-serine, D
-N-carbamoyl-threonine, DN-carbamoyl-valine, DN-carbamoyl-tryptophan,
The three-dimensional structural coordinate of the complex according to claim 23, wherein the three-dimensional structural coordinate is selected from the group consisting of and DN-carbamoyl-tyrosine.
【請求項25】 D−N−カルバモイル−α−アミノ酸
とD−N−カルバモイル−α−アミノ酸を結合する部分
を有するデカルバミラーゼ、またはその変異体がD−N
−カルバモイル−α−アミノ酸を修飾しているカルバモ
イル基を除去してD−α−アミノ酸に変換する活性を有
しない請求項22および23に記載のD−N−カルバモ
イル−α−アミノ酸との複合体の3次元構造座標。
25. A decarbamylase having a portion that binds DN-carbamoyl-α-amino acid and DN-carbamoyl-α-amino acid, or a variant thereof is DN
24. A complex with a DN-carbamoyl-α-amino acid according to claims 22 and 23, which has no activity of removing the carbamoyl group modifying the carbamoyl-α-amino acid and converting it to a D-α-amino acid. Three-dimensional structural coordinates.
【請求項26】 前記デカルバミラーゼ、またはその変
異体が配列番号1に示すアミノ酸配列を有する請求項2
5に記載のD−N−カルバモイル−α−アミノ酸との複
合体の3次元構造座標。
26. The decarbamylase or a variant thereof has the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1.
6. A three-dimensional structural coordinate of the complex with the DN-carbamoyl-α-amino acid according to 5.
【請求項27】 D−N−カルバモイル−α−アミノ酸
が、D−N−カルバモイル−メチオニンであり、3次元
構造座標が表3に示されるものである請求項26に記載
の複合体の3次元構造座標。
27. The three-dimensional structure of the complex according to claim 26, wherein the DN-carbamoyl-α-amino acid is DN-carbamoyl-methionine, and the three-dimensional structural coordinates are shown in Table 3. Structure coordinates.
【請求項28】 D−N−カルバモイル−α−アミノ酸
が、D−N−カルバモイル−バリンであり、3次元構造
座標が表4に示されるものである請求項26に記載の複
合体の3次元構造座標。
28. The three-dimensional structure of the conjugate according to claim 26, wherein the DN-carbamoyl-α-amino acid is DN-carbamoyl-valine and the three-dimensional structural coordinates are shown in Table 4. Structure coordinates.
【請求項29】 D−N−カルバモイル−α−アミノ酸
が、D−N−カルバモイル−フェニルアラニンであり、
3次元構造座標が表5に示されるものである請求項26
に記載の複合体の3次元構造座標。
29. The DN-carbamoyl-α-amino acid is DN-carbamoyl-phenylalanine,
27. The three-dimensional structural coordinates are as shown in Table 5.
The three-dimensional structural coordinates of the complex according to 1.
【請求項30】 D−N−カルバモイル−α−アミノ酸
が、D−N−カルバモイル−アラニンであり、3次元構
造座標が表6に示されるものである請求項26に記載の
複合体の3次元構造座標。
30. The three-dimensional structure of the complex according to claim 26, wherein the DN-carbamoyl-α-amino acid is DN-carbamoyl-alanine, and the three-dimensional structural coordinates are shown in Table 6. Structure coordinates.
【請求項31】 D−N−カルバモイル−α−アミノ酸
が、D−N−カルバモイル−パラヒドロキシフェニルグ
リシンであり、3次元構造座標が表7に示されるもので
ある請求項26に記載の複合体の3次元構造座標。
31. The complex according to claim 26, wherein the DN-carbamoyl-α-amino acid is DN-carbamoyl-parahydroxyphenylglycine and the three-dimensional structural coordinates are as shown in Table 7. Three-dimensional structural coordinates.
【請求項32】 D−N−カルバモイル−α−アミノ酸
が、D−N−カルバモイル−フェニルグリシンであり、
3次元構造座標が表8に示されるものである請求項26
に記載の複合体の3次元構造座標。
32. The DN-carbamoyl-α-amino acid is DN-carbamoyl-phenylglycine,
27. The three-dimensional structural coordinates are as shown in Table 8.
The three-dimensional structural coordinates of the complex according to 1.
【請求項33】 請求項27から32記載の複合体の3
次元構造座標に含まれるデカルバミラーゼ、またはその
変異体の3次元構造座標との構造座標ホモロジーRMS
Dが3.0Å以下であることを特徴とする、D−N−カ
ルバモイル−α−アミノ酸を結合する部分を有するデカ
ルバミラーゼ、またはその変異体の3次元構造座標。
33. The complex 3 according to claim 27, wherein
Coordinate homology RMS with three-dimensional structure coordinates of decarbamylase or a mutant thereof contained in three-dimensional structure coordinates
A three-dimensional structural coordinate of decarbamylase having a portion binding to DN-carbamoyl-α-amino acid, or a mutant thereof, wherein D is 3.0 ° or less.
【請求項34】 請求項27から32記載の複合体の3
次元構造座標と、請求項9記載のD−N−カルバモイル
−α−アミノ酸を結合する部分を有するデカルバミラー
ゼの3次元構造座標又は配列番号3に示されるアミノ酸
配列を有するデカルバミラーゼの3次元構造座標から、
分子設計手法により構築した複合体の3次元構造座標。
34. The complex 3 according to claim 27, wherein
From the three-dimensional structural coordinates of the decarbamylase having a portion that binds DN-carbamoyl-α-amino acid according to claim 9 or the three-dimensional structural coordinates of a decarbamylase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3,
3D structural coordinates of the complex constructed by the molecular design method.
【請求項35】 酵素の基質特異性、触媒活性、安定
性、pH活性プロフィール、pH活性至適性、および水
溶性からなる群から選択される1以上の特性を同定、検
索、評価、変更または設計するために用いる、請求項
8、9、27から32および請求項34のいずれかに記
載の3次元構造座標の全部、または一部を格納している
記録媒体、およびその使用。
35. Identify, search, evaluate, modify or design one or more properties selected from the group consisting of enzyme substrate specificity, catalytic activity, stability, pH activity profile, pH activity optimum, and water solubility. 35. A recording medium storing all or a part of the three-dimensional structure coordinates according to any one of claims 8, 9, 27 to 32 and 34, and use thereof.
【請求項36】 分子置換法の手法を用いた蛋白質およ
び蛋白質複合体のX線結晶構造解析における、請求項
8、9および27から32のいずれかに記載の3次元構
造座標の全部、または一部を格納している記録媒体、お
よびその使用。
36. All or one of the three-dimensional structural coordinates according to any one of claims 8, 9, and 27 to 32 in X-ray crystal structure analysis of a protein and a protein complex using a molecular replacement method. Recording medium storing the unit and its use.
【請求項37】 デカルバミラーゼ変異体を設計する方
法であって、請求項7から10および23から34のい
ずれか1項に記載の3次元構造座標に基づいて物性また
は機能を改変したデカルバミラーゼ変異体を設計する工
程を包含する、方法。
37. A method for designing a decarbamylase mutant, which comprises modifying a physical property or a function based on the three-dimensional structural coordinates according to any one of claims 7 to 10 and 23 to 34. A method comprising the step of designing.
【請求項38】 デカルバミラーゼ変異体を設計する方
法であって、デカルバミラーゼ活性を有する酵素の結晶
を生成する工程、該結晶のX線結晶構造解析により該結
晶の3次元構造座標を決定する工程、および決定した3
次元構造座標に基づいて物性または機能の向上したデカ
ルバミラーゼ変異体を設計する工程を包含する、方法。
38. A method for designing a decarbamylase mutant, comprising the steps of: generating a crystal of an enzyme having decarbamylase activity; determining the three-dimensional structural coordinates of the crystal by X-ray crystal structure analysis of the crystal; 3 decided
A method comprising designing a decarbamylase mutant having improved properties or functions based on the dimensional structure coordinates.
【請求項39】 前記3次元構造座標が、請求項7から
10および23から34のいずれか1項に記載の3次元
構造座標である、請求項38に記載の方法。
39. The method according to claim 38, wherein the three-dimensional structure coordinates are the three-dimensional structure coordinates according to any one of claims 7 to 10 and 23 to 34.
【請求項40】 デカルバミラーゼ変異体を製造する方
法であって、デカルバミラーゼ活性を有する酵素の結晶
を生成する工程、該結晶のX線結晶構造解析により該結
晶の3次元構造座標を決定する工程、決定した3次元構
造座標に基づいて物性または機能の向上したデカルバミ
ラーゼ変異体を設計する工程、および該デカルバミラー
ゼ変異体を産生する工程を包含する、方法。
40. A method for producing a mutant decarbamylase, comprising the steps of: producing a crystal of an enzyme having decarbamylase activity; determining the three-dimensional structural coordinates of the crystal by X-ray crystal structure analysis of the crystal. A method of designing a decarbamylase variant having improved properties or functions based on the obtained three-dimensional structural coordinates, and a step of producing the decarbamylase variant.
【請求項41】 前記3次元構造座標が、請求項7から
10および23から34のいずれか1項に記載の3次元
構造座標である、請求項40に記載の方法。
41. The method according to claim 40, wherein the three-dimensional structure coordinates are the three-dimensional structure coordinates according to any one of claims 7 to 10 and 23 to 34.
【請求項42】 前記デカルバミラーゼ変異体を設計す
る工程が、基質特異性、触媒活性、安定性、pH活性プ
ロフィール、pH活性至適性および水溶性からなる群か
ら選択される1以上の酵素特性の改変を目的とする、請
求項41に記載の方法。
42. The step of designing a decarbamylase variant comprises modifying one or more enzymatic properties selected from the group consisting of substrate specificity, catalytic activity, stability, pH activity profile, pH activity optimality and water solubility. 42. A method according to claim 41 for the purpose of:
【請求項43】 前記酵素特性の改変が、安定性向上を
含む、請求項42に記載の方法。
43. The method of claim 42, wherein altering the enzymatic properties comprises improving stability.
【請求項44】 前記酵素特性の改変が、触媒活性の変
更およびpH活性プロフィール、pH活性至適性の最適
化を含む、請求項42に記載の方法。
44. The method of claim 42, wherein altering the enzymatic properties comprises altering catalytic activity and optimizing pH activity profile, pH activity optimality.
【請求項45】 前記酵素特性の改変が、12Å以内、
より好ましくは8Å以内、さらにより好ましくは5Å以
内の基質結合部位からの距離に存在するアミノ酸残基位
置に於いて、または酵素の表面に露出したアミノ酸残基
位置に於いて、単数または複数の任意のアミノ酸残基を
置換、欠失または挿入を行うことにより、デカルバミラ
ーゼ、またはその変異体のpH活性プロフィール、pH
活性至適性、pH安定プロフィール、またはpH安定性
至適性を改変する、請求項44に記載の方法。
45. The method according to claim 45, wherein the modification of the enzyme properties is within 12%,
More preferably, at one or more amino acid residue positions at a distance from the substrate binding site within 8 °, even more preferably within 5 °, or at amino acid residue positions exposed on the surface of the enzyme. By substituting, deleting or inserting amino acid residues, the pH activity profile of decarbamylase, or a mutant thereof,
46. The method of claim 44, wherein the activity optimality, pH stability profile, or pH stability optimality is altered.
【請求項46】 請求項40〜45のいずれか1項に記
載の製造方法によって得られたデカルバミラーゼ変異
体。
46. A decarbamylase mutant obtained by the production method according to any one of claims 40 to 45.
【請求項47】 請求項33または34に記載の3次元
構造座標をもつ、デカルバミラーゼ、またはその変異
体。
47. A decarbamylase having the three-dimensional structural coordinates according to claim 33 or 34, or a mutant thereof.
【請求項48】 請求項47に記載のデカルバミラー
ゼ、またはその変異体を触媒酵素として用いることを特
徴とする、D−N−カルバモイル−α−アミノ酸を原料
としてD−α−アミノ酸を製造する方法。
48. A method for producing a D-α-amino acid using DN-carbamoyl-α-amino acid as a raw material, comprising using the decarbamylase according to claim 47 or a mutant thereof as a catalytic enzyme.
【請求項49】配列番号3記載のデカルバミラーゼの至
適pHを改変方法であって、触媒反応に必須と考えられ
るCys171とGlu46両残基の脱プロトン化−プ
ロトン化の平衡の中間点であるpKa値を塩基性側にシ
フトするために、活性部位周辺の塩基性アミノ酸や中性
アミノ酸を中性アミノ酸や酸性アミノ酸に置換、活性中
心周辺の静電ポテンシャルを低下させることで、触媒残
基であるCys171のpKaが塩基性側にシフトさせ
ることによる方法であって、(1)Cys171側鎖の
硫黄原子(Sγ)に−1.0の電荷を与え、デカルバミ
ラーゼ二量体(分子Aおよび分子B)の他の全ての原子
の電荷をゼロとして、Cys171のSγ原子上に置い
た−1.0の電荷つくる静電ポテンシャルを計算し、
(2)求めた静電ポテンシャルから、Cys171以外
のすべてのアミノ酸残基によるCys171に対する静
電的な寄与を計算することにより、静電ポテンシャルに
大きな影響を及ぼす残基を同定し、同定された残基につ
いて、局所構造、相互作用を調べ、プログラムSHRIKE、
プログラムPRESTO、又はプログラムAMBERにより、各残
基での変異の構造変化の妥当性を計算することによる方
法。
49. A method for modifying the optimum pH of the decarbamylase shown in SEQ ID NO: 3, which is a midpoint of the equilibrium between deprotonation and protonation of both Cys171 and Glu46 residues, which is considered to be essential for the catalytic reaction. In order to shift the value to the basic side, basic amino acids and neutral amino acids around the active site are replaced with neutral amino acids and acidic amino acids, and the electrostatic potential around the active center is lowered, so that it is a catalytic residue. This is a method in which the pKa of Cys171 is shifted to the basic side. (1) A charge of -1.0 is given to a sulfur atom (Sγ) of a Cys171 side chain, and decarbamylase dimer (molecule A and molecule B) With the charges of all other atoms being zero, calculate the electrostatic potential that creates a -1.0 charge on the Sγ atom of Cys171,
(2) By calculating the electrostatic contribution of all amino acid residues other than Cys171 to Cys171 from the obtained electrostatic potential, residues that greatly affect the electrostatic potential are identified, and the identified residue is identified. Investigate the local structure and interaction of the group, and program SHRIKE,
A method by calculating the validity of the structural change of a mutation at each residue by the program PRESTO or the program AMBER.
【請求項50】配列番号3に示されるアミノ酸配列を有
するデカルバミラーゼであって、しかもK235Q、K
235E、R55I、R55L、R55E、R139
N、N196Dの少なくともいずれか1の変異を有する
変異体。
50. A decarbamylase having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3, and further comprising K235Q, K
235E, R55I, R55L, R55E, R139
A mutant having at least one mutation of N and N196D.
【請求項51】配列番号1に示すアミノ酸配列を有し、
3次元構造座標が表1に示される3次元構造座標を有す
るデカルバミラーゼ。
51. has the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1,
A decarbamylase having the three-dimensional structure coordinates shown in Table 1.
【請求項52】配列番号2に示すアミノ酸配列を有し、
3次元構造座標が表2に示される3次元構造座標を有す
るデカルバミラーゼ。
52. It has the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2,
A decarbamylase whose three-dimensional structure coordinates have the three-dimensional structure coordinates shown in Table 2.
【請求項53】請求項51または52記載のデカルバミ
ラーゼの3次元構造座標との構造座標ホモロジーRMS
Dが3.0Å以下であることを特徴とする、D−N−カ
ルバモイル−α−アミノ酸を結合する部分を有するデカ
ルバミラーゼ、またはその変異体。
53. The structure coordinate homology RMS of the decarbamylase according to claim 51 or 52 with the three-dimensional structure coordinates.
A decarbamylase having a D-N-carbamoyl-α-amino acid-binding portion or a variant thereof, wherein D is 3.0 ° or less.
【請求項54】 D−N−カルバモイル−α−アミノ酸
とD−N−カルバモイル−α−アミノ酸を結合する部分
を有するデカルバミラーゼ又はその変異体との複合体で
あって、特定の3次元構造座標を有する複合体。
54. A complex of a DN-carbamoyl-α-amino acid and a decarbamylase or a mutant thereof having a portion that binds DN-carbamoyl-α-amino acid, wherein the specific three-dimensional structural coordinate is Complex having.
【請求項55】 前記D−N−カルバモイル−α−アミ
ノ酸が、D−N−カルバモイル−フェニルグリシン、D
−N−カルバモイル−パラヒドロキシフェニルグリシ
ン、D−N−カルバモイル−アラニン、D−N−カルバ
モイル−システイン、D−N−カルバモイル−アスパラ
ギン酸、D−N−カルバモイル−グルタミン酸、D−N
−カルバモイル−フェニルアラニン、D−N−カルバモ
イル−グリシン、D−N−カルバモイル−ヒスチジン、
D−N−カルバモイル−イソロイシン、D−N−カルバ
モイル−リジン、D−N−カルバモイル−ロイシン、D
−N−カルバモイル−メチオニン、D−N−カルバモイ
ル−アスパラギン、D−N−カルバモイル−プロリン、
D−N−カルバモイル−グルタミン、D−N−カルバモ
イル−アルギニン、D−N−カルバモイル−セリン、D
−N−カルバモイル−スレオニン、D−N−カルバモイ
ル−バリン、D−N−カルバモイル−トリプトファン、
およびD−N−カルバモイル−チロシンからなる群から
選択される、特定の3次元構造座標を有する複合体。
55. The method wherein the DN-carbamoyl-α-amino acid is DN-carbamoyl-phenylglycine,
-N-carbamoyl-parahydroxyphenylglycine, DN-carbamoyl-alanine, DN-carbamoyl-cysteine, DN-carbamoyl-aspartic acid, DN-carbamoyl-glutamic acid, DN
Carbamoyl-phenylalanine, DN-carbamoyl-glycine, DN-carbamoyl-histidine,
DN-carbamoyl-isoleucine, DN-carbamoyl-lysine, DN-carbamoyl-leucine, D
-N-carbamoyl-methionine, DN-carbamoyl-asparagine, DN-carbamoyl-proline,
DN-carbamoyl-glutamine, DN-carbamoyl-arginine, DN-carbamoyl-serine, D
-N-carbamoyl-threonine, DN-carbamoyl-valine, DN-carbamoyl-tryptophan,
And a conjugate having particular three-dimensional structural coordinates selected from the group consisting of: DN-carbamoyl-tyrosine.
【請求項56】前記デカルバミラーゼ、又はその変異体
が、配列番号1で特定されるアミノ酸配列を有する請求
項54記載の複合体
56. The complex according to claim 54, wherein the decarbamylase or a mutant thereof has the amino acid sequence specified by SEQ ID NO: 1.
【請求項57】 D−N−カルバモイル−α−アミノ酸
が、D−N−カルバモイル−メチオニンであり、3次元
構造座標が表3に示されるものである請求項56に記載
の複合体。
57. The complex according to claim 56, wherein the DN-carbamoyl-α-amino acid is DN-carbamoyl-methionine and the three-dimensional structural coordinates are as shown in Table 3.
【請求項58】 D−N−カルバモイル−α−アミノ酸
が、D−N−カルバモイル−バリンであり、3次元構造
座標が表4に示されるものである請求項56に記載の複
合体。
58. The complex according to claim 56, wherein the DN-carbamoyl-α-amino acid is DN-carbamoyl-valine and the three-dimensional structural coordinates are as shown in Table 4.
【請求項59】 D−N−カルバモイル−α−アミノ酸
が、D−N−カルバモイル−フェニルアラニンであり、
3次元構造座標が表5に示されるものである請求項56
に記載の複合体。
59. The DN-carbamoyl-α-amino acid is DN-carbamoyl-phenylalanine,
57. The three-dimensional structural coordinates are as shown in Table 5.
The complex according to any one of the above.
【請求項60】 D−N−カルバモイル−α−アミノ酸
が、D−N−カルバモイル−アラニンであり、3次元構
造座標が表6に示されるものである請求項56に記載の
複合体。
60. The complex according to claim 56, wherein the DN-carbamoyl-α-amino acid is DN-carbamoyl-alanine and the three-dimensional structural coordinates are as shown in Table 6.
【請求項61】 D−N−カルバモイル−α−アミノ酸
が、D−N−カルバモイル−パラヒドロキシフェニルグ
リシンであり、3次元構造座標が表7に示されるもので
ある請求項56に記載の複合体。
61. The complex according to claim 56, wherein the DN-carbamoyl-α-amino acid is DN-carbamoyl-parahydroxyphenylglycine and the three-dimensional structural coordinates are as shown in Table 7. .
【請求項62】 D−N−カルバモイル−α−アミノ酸
が、D−N−カルバモイル−フェニルグリシンであり、
3次元構造座標が表8に示されるものである請求項56
に記載の複合体。
62. The DN-carbamoyl-α-amino acid is DN-carbamoyl-phenylglycine,
57. The three-dimensional structural coordinates are as shown in Table 8.
The complex according to any one of the above.
【請求項63】 請求項54から62記載の複合体の3
次元構造座標に含まれるデカルバミラーゼ、またはその
変異体の複合体の3次元構造座標との構造座標ホモロジ
ーRMSDが3.0Å以下であることを特徴とする、D
−N−カルバモイル−α−アミノ酸を結合する部分を有
するデカルバミラーゼ、またはその変異体との複合体。
63. The complex 3 according to claim 54, wherein
D, wherein the structural coordinate homology RMSD with the three-dimensional structural coordinate of the complex of decarbamylase or a mutant thereof contained in the three-dimensional structural coordinates is 3.0 ° or less,
A complex with a decarbamylase having a moiety that binds -N-carbamoyl-α-amino acid, or a mutant thereof.
【請求項64】 請求項54から60記載の複合体の3
次元構造座標と、請求項9記載のD−N−カルバモイル
−α−アミノ酸を結合する部分を有するデカルバミラー
ゼの3次元構造座標又は配列番号3に示されるアミノ酸
配列を有するデカルバミラーゼの3次元構造座標から、
分子設計手法により構築した3次元構造座標を持つ複合
体。
64. The complex 3 according to claim 54, wherein
From the three-dimensional structural coordinates of the decarbamylase having a portion that binds DN-carbamoyl-α-amino acid according to claim 9 or the three-dimensional structural coordinates of a decarbamylase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3,
Complex with three-dimensional structural coordinates constructed by molecular design techniques.
【請求項65】 D−N−カルバモイル−α−アミノ酸
を基質とするデカルバミラーゼ活性を有する酵素分子で
あって、基質結合において、以下の少なくとも1つ以上
の特徴を有するデカルバミラーゼ変異体; (1)Asn172の側鎖アミド基、Arg174、Ar
g175の側鎖グアニジノ基、及びThr197の側鎖
ヒドロキシル基が基質のα−カルボキシル基とイオン結
合あるいは水素結合を形成しうる; (2)Asn196の主鎖カルボニル基が基質のα−ア
ミド基と水素結合を形成しうる; (3)Lys126の側鎖アミノ基、Asn172の主
鎖アミド基が、基質のカルバモイルのカルボニル基と水
素結合を形成しうる; (4)Asn196の主鎖カルボニル基とGlu46の
側鎖カルボキシル基が、基質のカルバモイルのアミド基
と水素結合を形成しうる;又は (5)Pro130,His143,Pro198およ
び二量体を形成している一方の酵素分子のIle285
が、基質のD−アミノ酸側鎖と疎水相互作用しうる。
65. An enzyme molecule having a decarbamylase activity using a DN-carbamoyl-α-amino acid as a substrate, and a decarbamylase mutant having at least one or more of the following characteristics in substrate binding: (1) Asn172 Side chain amide group, Arg174, Ar
The side chain guanidino group of g175 and the side chain hydroxyl group of Thr197 can form an ionic bond or a hydrogen bond with the α-carboxyl group of the substrate; (2) the main chain carbonyl group of Asn196 forms an α-amide group and hydrogen of the substrate (3) the side chain amino group of Lys126 and the main chain amide group of Asn172 can form a hydrogen bond with the carbonyl group of carbamoyl substrate; (4) the main chain carbonyl group of Asn196 and Glu46 The side chain carboxyl group can form a hydrogen bond with the amide group of the carbamoyl substrate; or (5) Pro130, His143, Pro198 and Ile285 of one of the enzyme molecules forming a dimer.
Can interact hydrophobically with the D-amino acid side chain of the substrate.
【請求項66】 配列番号1で特定されるアミノ酸配列
を有するデカルバミラーゼ変異体。
66. A decarbamylase variant having the amino acid sequence specified by SEQ ID NO: 1.
【請求項67】 デカルバミラーゼ又はその変異体と基
質との複合体の3次元構造座標の決定において、D−N
−カルバモイル−α−アミノ酸類との結合活性を有する
がN−カルバモイル基を加水分解する活性を有しない変
異体と基質との複合体結晶を用いる、デカルバミラーゼ
又はその変異体と基質の複合体の3次元構造座標の決定
方法。
67. A method for determining the three-dimensional structural coordinates of a complex of a decarbamylase or a mutant thereof and a substrate, comprising the steps of:
A complex of a decarbamylase or a mutant thereof with a substrate, using a crystal of a complex of a substrate and a mutant having an activity of binding to carbamoyl-α-amino acids but not having an activity of hydrolyzing an N-carbamoyl group; How to determine dimensional structure coordinates.
【請求項68】 請求項67記載のデカルバミラーゼ又
はその変異体と基質との複合体の3次元構造座標の決定
において、D−N−カルバモイル−α−アミノ酸類との
結合活性を有するがN−カルバモイル基を加水分解する
活性を有しない変異体と基質との複合体結晶を用いて当
該デカルバミラーゼ変異体複合体の3次元構造座標を決
定し、該3次元構造座標と天然型デカルバミラーゼ又は
N−カルバモイル基を加水分解する活性を有するデカル
バミラーゼ変異体の3次元構造座標とをモデリングプロ
グラムで重ね合わせる工程を含む、デカルバミラーゼま
たはN−カルバモイル基を加水分解する活性を有するデ
カルバミラーゼ変異体と基質との複合体の3次元構造座
標を決定する方法。
68. The method of determining a three-dimensional structure coordinate of a complex of the decarbamylase or a mutant thereof according to claim 67 and a substrate, wherein the N-carbamoyl has a binding activity with DN-carbamoyl-α-amino acids. The three-dimensional structural coordinates of the decarbamylase mutant complex are determined using a complex crystal of the mutant having no activity of hydrolyzing the group and the substrate, and the three-dimensional structural coordinates are compared with the natural decarbamylase or N-carbamoyl group. A step of superimposing the three-dimensional structural coordinates of the decarbamylase mutant having the activity of hydrolyzing the compound with the substrate and the decarbamylase mutant having the activity of hydrolyzing the N-carbamoyl group and the substrate. How to determine dimensional structure coordinates.
【請求項69】 請求項66の変異体を用いる、請求項
67又は68に記載のカルバミラーゼと基質の複合体の
3次元構造座標の決定方法。
69. The method for determining a three-dimensional structure coordinate of a complex of a carbamylase and a substrate according to claim 67 or 68, wherein the mutant according to claim 66 is used.
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JP2015164409A (en) * 2014-03-03 2015-09-17 学校法人東京薬科大学 Acquisition method for modified thermophile-derived enzyme with improved enzymatic activity at low temperature, and modified thermus thermophilus-derived 3-isopropylmalic acid dehydrogenation enzyme with improved enzymatic activity at low temperature

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