JP2003529328A - Evolution and use of enzymes for combinatorial and medicinal chemistry - Google Patents

Evolution and use of enzymes for combinatorial and medicinal chemistry

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JP2003529328A
JP2003529328A JP2001516904A JP2001516904A JP2003529328A JP 2003529328 A JP2003529328 A JP 2003529328A JP 2001516904 A JP2001516904 A JP 2001516904A JP 2001516904 A JP2001516904 A JP 2001516904A JP 2003529328 A JP2003529328 A JP 2003529328A
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recombinant
derivatizing
organic molecule
enzyme
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クラウス クレバー,
エス. クリストファー デイビス,
スティーブン デルカデア,
セルゲイ エイ. セリフォノフ,
ラッセル ハワード,
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マキシジェン, インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、有機分子の誘導体(薬学的使用のためのリード化合物を含む)の生体触媒に有用な組換え誘導体化酵素のライブラリーを提供する。この組換え誘導体化酵素は、有機分子上の官能基の改変もしくは置換のような反応、または既存の官能基上への化学部分の付加のような反応を、触媒する。組換え酵素ライブラリーの使用により、天然に存在する酵素のみを使用しては作製され得ない有機分子誘導体の形成を触媒する酵素を得ることができる。   (57) [Summary] The present invention provides a library of recombinant derivatizing enzymes useful for biocatalysis of derivatives of organic molecules (including lead compounds for pharmaceutical use). The recombinant derivatizing enzyme catalyzes a reaction such as modification or substitution of a functional group on an organic molecule or addition of a chemical moiety onto an existing functional group. The use of a recombinant enzyme library can provide an enzyme that catalyzes the formation of an organic molecule derivative that cannot be made using only naturally occurring enzymes.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】 本出願は、米国仮出願番号60/148,848(1999年、8月12日出
願)の権利を主張する。この開示の全体が、本明細書中に参考として援用される
This application claims the rights of US Provisional Application No. 60 / 148,848 (filed August 12, 1999). The entire disclosure of this is incorporated herein by reference.

【0002】 (米国特許法施行規則§1.71(e)に従う著作権の通知) 本開示の部分は、著作権保護に供される資料を含む。この著作権の所有者は、
特許商標庁の特許ファイルまたは特許記録に表現される場合、何者による特許書
類または特許開示のファクシミリ複製にも異議を有さないが、さもなければ、全
ての著作権を何であれ留保する。
COPYRIGHT NOTICE ACCORDING TO US PATENT ACT ENFORCEMENT RULE §1.71 (e) The portions of this disclosure include material that is subject to copyright protection. The owner of this copyright is
I have no objection to the facsimile reproduction by anyone of the patent documents or patent disclosures as expressed in the Patent and Trademark Office patent files or patent records, but otherwise reserve all copyright whatsoever.

【0003】 (発明の背景) (発明の分野) 本発明は、進化された酵素を用いる有機分子のコンビナトリアルライブラリー
の酵素合成の分野に関する。本発明は、方向付けられた進化を介して、多数の有
機分子誘導体を生体触媒的に合成し得る酵素のライブラリーを提供する。有機分
子誘導体のライブラリーは、スクリーニングされ、活性な化合物(例えば、抗生
物質および他の治療剤、除草剤および農薬など)が同定され得る。
BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to the field of enzymatic synthesis of combinatorial libraries of organic molecules using evolved enzymes. The present invention provides a library of enzymes capable of biocatalytically synthesizing a large number of organic molecule derivatives through directed evolution. Libraries of organic molecule derivatives can be screened to identify active compounds such as antibiotics and other therapeutic agents, herbicides and pesticides.

【0004】 (背景) 薬物発見のプロセスにおいて、リード化合物の最適化は、多くの試行のうちの
1つを示す。頻繁に、リード化合物は、完全に機能的な医薬に必要とされる薬理
学的特性(例えば、高い効力、選択性、低い毒性、バイオアベイラビリティなど
)のいくつかを欠く。従って、リード化合物のさらなる変更が、所望の特性の完
全な組み合わせを有する最適化された薬物を達成するためにしばしば必要である
。誘導体化に関する従来のアプローチは、医化学者がどの化学アナログを合成お
よび試験するかを選択するかを導くために多くの経験的な体験に依存する。いく
つかの化合物は、合成のために選択され、そして他の化合物は、選択されない。
同様に、コンビナトリアル化学を使用してリード化合物の誘導体を作製する場合
、特定のビルディングブロックが、多くのアナログの並行した合成に選択される
。他のビルディングブロックは、選択されない。これらの選択は、一般的に、医
化学における経験の主要部(これは、改善をもたらすであろう改変に関して、お
よび新規の所望されない特性または存在する特性の悪化をもたらすであろう改変
に関する指針を提供し得る)従ってなされる。しかし、あいにく、この経験の主
要部は、大部分は、多数の書物における断片的な形態以外は、完全には記載され
ないので、個々の医化学者に特有である。
Background In the process of drug discovery, lead compound optimization represents one of many trials. Frequently, lead compounds lack some of the pharmacological properties required for a fully functional drug (eg, high potency, selectivity, low toxicity, bioavailability, etc.). Therefore, further modification of the lead compound is often necessary to achieve an optimized drug with the perfect combination of desired properties. Traditional approaches to derivatization rely on many empirical experiences to guide the medicinal chemist in choosing which chemical analogs to synthesize and test. Some compounds are selected for synthesis and others are not selected.
Similarly, when using combinatorial chemistry to make derivatives of lead compounds, particular building blocks are chosen for the parallel synthesis of many analogs. Other building blocks are not selected. These choices generally provide guidance on the main part of experience in medicinal chemistry, which is for modifications that would lead to improvements, and to modifications that would lead to new undesirable or exacerbated properties. Can be provided) thus made. Unfortunately, however, the bulk of this experience is unique to the individual medicinal chemist, as it is largely not fully described, except in fractional forms in numerous books.

【0005】 医薬用途に関して可能性を有するリード化合物の改善は、有機分子の誘導体化
が目的である唯一の状況ではない。有機分子は、多くの用途(例えば、殺虫剤、
除草剤などを含む)を有する。特定の適用に関して改善された特性を示す化合物
を得るために、所望の特性を示す誘導体を同定するために後にスクリーニングさ
れ得る、有機分子誘導体のライブラリーを作製することは、しばしば望ましい。
The improvement of lead compounds with potential for pharmaceutical use is not the only situation where the derivatization of organic molecules is the goal. Organic molecules have many uses (eg, pesticides,
(Including herbicides). In order to obtain compounds that exhibit improved properties for a particular application, it is often desirable to generate a library of organic molecule derivatives that can subsequently be screened to identify derivatives that exhibit the desired properties.

【0006】 コンビナトリアル合成方法は、どの誘導体がおそらく最も有利であるかに関す
る先験的な仮定に関する必要性を伴わずに、広範な種々のリード化合物誘導体を
合成するための方法を提供する可能性を有する。誘導体を個々に合成することお
よびその誘導体を試験することの代わりに、多数の異なる誘導体を同時に作製し
得る。コンビナトリアル合成は、リード化合物の誘導体化のためだけではなく、
潜在的なリード化合物としてさらなる研究に値するものを同定するためにスクリ
ーニングされる化合物の合成にもまた有用である。しかし、有機分子誘導体のコ
ンビナトリアルライブラリーの合成は、非常に制限されている。なぜなら、多く
の型の有機分子誘導体が、純粋な化学手段によって合成することが困難であるか
または不可能でさえあるからでる。
Combinatorial synthetic methods have the potential to provide a method for synthesizing a wide variety of lead compound derivatives without the need for a priori assumption about which derivative is probably the most advantageous. Have. Instead of individually synthesizing the derivatives and testing the derivatives, many different derivatives can be made simultaneously. Combinatorial synthesis is not only for derivatization of lead compounds,
It is also useful in the synthesis of compounds that are screened to identify potential lead compounds that deserve further study. However, the synthesis of combinatorial libraries of organic molecule derivatives is very limited. This is because many types of organic molecule derivatives are difficult or even impossible to synthesize by pure chemical means.

【0007】 酵素は、所望の特性を示す化合物を同定し得る化合物ライブラリーの合成のた
めの、潜在的に魅力的な経路を提供する。酵素は、溶液中の複合分子の混合物に
対して作用し得、副産物の生成を伴わずに、その分子の誘導体の合成を触媒する
。リード化合物誘導体化のための従来の化学プロセスは、代表的には、非選択性
であり、そして複数の保護工程および脱保護工程を必要とするが、このような工
程は、酵素学的合成に関して必要ではない。さらに、酵素は、反応生成物に対し
て破壊的ではない比較的温和な条件下で機能し得る。さらに、酵素は、有機分子
(例えば、存在しかつ潜在的なリード化合物、および目的の他の生物学的に活性
な分子)に対していくつかの異なる型の改変を実施し得る。例えば、酵素は、化
合物へのある部分の付加(例えば、エステル結合、アミド結合、カルボネート結
合、カルバメート結合またはグリコシド結合などによる)を触媒し得る。酵素は
また、有機分子に新規官能基を付加し得るか、または化合物上に存在する既存の
官能基を改変し得る。酵素学的生体触媒はまた、特定のさらなる利点(例えば、
基質選択性、立体選択性、位置選択性)を提供し得る。
Enzymes provide a potentially attractive route for the synthesis of compound libraries that can identify compounds that exhibit desired properties. Enzymes can act on a mixture of complex molecules in solution and catalyze the synthesis of derivatives of that molecule without the formation of by-products. Conventional chemical processes for lead compound derivatization are typically non-selective and require multiple protection and deprotection steps, but such steps are related to enzymatic synthesis. Not necessary. In addition, the enzyme can function under relatively mild conditions that are not destructive to the reaction products. In addition, the enzyme may make several different types of modifications to organic molecules, such as existing and potential lead compounds, and other biologically active molecules of interest. For example, the enzyme may catalyze the addition of certain moieties to the compound, such as by ester, amide, carbonate, carbamate or glycosidic linkages. The enzyme may also add new functional groups to the organic molecule or modify existing functional groups present on the compound. Enzymatic biocatalysts also have certain additional benefits (eg,
Substrate selectivity, stereoselectivity, regioselectivity).

【0008】 酵素学的コンビナトリアル生体触媒は、大きな可能性を有するが、重要な弱点
が残ったままである。例えば、全範囲の有機分子の誘導体化を容易にし得る十分
に広範な種々の酵素は、未だ利用可能ではない。当業者は、天然に存在する酵素
のセットから、目的の任意の特定の有機分子について所望の基質特異性、立体特
異性または位置特異性を保有する酵素を得ることはできそうにない。従って、広
範な種々の有機分子誘導体を生成し得る誘導体化酵素の必要性が存在する。この
ような酵素が存在しないことは、コンビナトリアル生体触媒によって得られ得る
有機分子誘導体の数および型を制限する。従って、広範な種々の異なる有機分子
誘導体化を触媒する誘導体化酵素を得るための方法、ならびにこのような有機分
子誘導体のライブラリーの必要性が存在する。本発明は、これらの必要性および
他の必要性を満たす。
[0008] Enzymatic combinatorial biocatalysts have great potential, but important weaknesses remain. For example, a wide variety of enzymes that can facilitate derivatization of a whole range of organic molecules are not yet available. One of ordinary skill in the art is unlikely to be able to obtain from a set of naturally occurring enzymes an enzyme that possesses the desired substrate, stereo or regiospecificity for any particular organic molecule of interest. Therefore, there is a need for derivatizing enzymes that can produce a wide variety of organic molecule derivatives. The absence of such enzymes limits the number and type of organic molecule derivatives that can be obtained by combinatorial biocatalysis. Therefore, there is a need for methods to obtain derivatizing enzymes that catalyze a wide variety of different organic molecule derivatizations, as well as libraries of such organic molecule derivatives. The present invention meets these and other needs.

【0009】 (発明の要旨) 本発明は、有機分子誘導体のライブラリーを得るための方法を提供する。本方
法は、有機分子を、組換え誘導体化酵素のライブラリーの1つ以上のメンバーお
よび他の必要な反応物と、有機分子誘導体のライブラリーを形成するように接触
させる工程を包含する。この誘導体化酵素は、以下のような反応を触媒する:a
)その有機分子上に存在する1つ以上の官能基の改変;b)その有機分子上に存
在する1つ以上の官能基上への化学的部分(chemical moiety)
の付加;またはc)その有機分子上への新規官能基の導入。本方法は、広範な種
々の有機分子(例えば、薬理学的活性、除草剤活性、殺虫剤活性または他の活性
を有するものを含む)に有用であるか、または産業的なプロセスに有用である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method for obtaining a library of organic molecule derivatives. The method involves contacting an organic molecule with one or more members of a library of recombinant derivatizing enzymes and other necessary reactants to form a library of organic molecule derivatives. This derivatizing enzyme catalyzes the following reactions: a
) Modification of one or more functional groups present on the organic molecule; b) Chemical moieties on one or more functional groups present on the organic molecule.
Or c) introducing a new functional group onto the organic molecule. The method is useful for a wide variety of organic molecules, including, for example, those with pharmacological, herbicidal, insecticidal or other activities, or for industrial processes. .

【0010】 いくつかの実施形態において、本方法は、誘導体化酵素と接触させることによ
って得られる誘導体に対して1つ以上のさらなる反応を実施する工程をさらに包
含する。従って、最初の反応の生成物は、さらなる反応のための中間体として作
用する。さらなる反応は、例えば、有機分子誘導体のライブラリーを、組換え誘
導体化酵素の第2のライブラリーのうちの1つ以上のメンバーおよび他の必要な
反応物と、有機分子誘導体のさらなるライブラリーを形成するように接触させる
工程を包含し得る。あるいは、この中間体は、化学的に改変され得るか、または
他の酵素を用いて改変され得る。
[0010] In some embodiments, the method further comprises performing one or more additional reactions on the derivative obtained by contacting with the derivatizing enzyme. Therefore, the product of the first reaction acts as an intermediate for further reactions. Further reactions include, for example, adding a library of organic molecule derivatives to one or more members of the second library of recombinant derivatizing enzymes and other necessary reactants, and further libraries of organic molecule derivatives. The step of contacting to form may be included. Alternatively, this intermediate can be chemically modified or modified with other enzymes.

【0011】 組換え誘導体化酵素のライブラリーは、いくつかの実施形態において、以下に
よって得られる:(1)誘導体化酵素をコードする核酸の少なくとも第1の形態
および第2の形態を、組換えポリヌクレオチドのライブラリーを生成するように
組換える工程(ここで、この第1の形態および第2の形態は、2つ以上のヌクレ
オチドにおいて互いに異なる);および(2)この組換えポリヌクレオチドのラ
イブラリーを、組換え誘導体化酵素のライブラリーを得るように発現させる工程
。所望される場合、本方法は、さらに、以下の工程を包含し得る:(3)上記組
換え誘導体化酵素のライブラリーのメンバーをコードする少なくとも1つの組換
えポリヌクレオチドを、誘導体化酵素をコードする核酸のさらなる形態(これは
、第1の形態および第2の形態と同じであるか、または異なる)と、組換え核酸
のさらなるライブラリーを生成するように組換える工程;(4)この組換えポリ
ヌクレオチドのさらなるライブラリーを、組換え誘導体化酵素のさらなるライブ
ラリーを得るように発現させる工程;ならびに(5)必要である場合、組換え誘
導体化酵素のさらなるライブラリーが所望の数の異なる組換え誘導体化酵素を含
むまで、(3)および(4)を反復する工程。
The library of recombinant derivatizing enzymes is, in some embodiments, obtained by: (1) recombinant at least a first form and a second form of a nucleic acid encoding a derivatizing enzyme. Recombination to produce a library of polynucleotides, wherein the first and second forms differ from each other in two or more nucleotides; and (2) live of the recombinant polynucleotides. Expressing the rally to obtain a library of recombinant derivatizing enzymes. If desired, the method can further include the following steps: (3) encoding at least one recombinant polynucleotide encoding a member of the library of recombinant derivatizing enzymes described above and derivatizing enzymes. A further form of the nucleic acid which is the same as or different from the first and second forms and is recombined to produce a further library of recombinant nucleic acids; (4) this set. Expressing an additional library of recombinant polynucleotides to obtain an additional library of recombinant derivatizing enzymes; and (5) if necessary, the additional library of recombinant derivatizing enzymes is different in the desired number of different Repeating (3) and (4) until including a recombinant derivatizing enzyme.

【0012】 本発明は、所望の有機分子誘導体の合成を触媒する酵素を得るための方法もま
た、提供する。これらの方法は、有機分子を、組換え誘導体化酵素のライブラリ
ーのメンバーおよび他の必要な反応物と、有機分子誘導体のライブラリーを形成
するように接触させる工程;その有機分子誘導体のライブラリーにおいて所望の
有機分子誘導体を同定する工程;およびその所望の有機分子誘導体の合成を触媒
する組換え誘導体化酵素のライブラリーのメンバーを同定する工程、を包含する
The present invention also provides a method for obtaining an enzyme that catalyzes the synthesis of a desired organic molecule derivative. These methods involve contacting an organic molecule with members of a library of recombinant derivatizing enzymes and other necessary reactants to form a library of organic molecule derivatives; the library of organic molecule derivatives. Identifying a desired organic molecule derivative in; and identifying members of a library of recombinant derivatizing enzymes that catalyze the synthesis of the desired organic molecule derivative.

【0013】 本発明によって、組換え誘導体化酵素のライブラリーがまた提供され、ここで
、この組換え誘導体化酵素は、1つ以上の官能基を有する有機分子と接触される
場合、以下のような反応を触媒する:a)その官能基のうちの1つ以上の改変;
b)その官能基のうちの1つ以上への化学的部分の付加;または、c)新規官能
基の導入。
The present invention also provides a library of recombinant derivatizing enzymes, wherein the recombinant derivatizing enzymes, when contacted with an organic molecule having one or more functional groups, are as follows: Catalyzing such reactions: a) modification of one or more of its functional groups;
b) addition of chemical moieties to one or more of its functional groups; or c) introduction of new functional groups.

【0014】 別の実施形態において、本発明は、有機分子誘導体のライブラリーを提供する
。このライブラリーは、1つ以上の官能基を有する有機分子を、組換え誘導体化
酵素のライブラリーの複数のメンバーと接触させることによって生体触媒的に合
成され、この組換え誘導体化酵素は、以下のような反応を触媒する:a)その官
能基のうちの1つ以上の改変;b)その官能基のうちの1つ以上への化学的部分
の付加;または、c)新規官能基の導入。
In another embodiment, the invention provides a library of organic molecule derivatives. The library is biocatalytically synthesized by contacting an organic molecule having one or more functional groups with multiple members of a library of recombinant derivatizing enzymes, the recombinant derivatizing enzymes being: Catalyze a reaction such as: a) modification of one or more of its functional groups; b) addition of chemical moieties to one or more of its functional groups; or c) introduction of new functional groups. .

【0015】 (詳細な説明) (定義) 「誘導体化酵素」は、有機分子上の反応を触媒し得る酵素である。例えば、誘
導体化酵素は、分子上に存在する既存の官能基を改変し得るか、官能基上に化学
的部分(chemical moiety)を付加し得るか、または新規官能基
を有機分子上に付加し得る。この有機分子は、合成化合物(例えば、ハロ含有化
合物などのような天然に存在しない化合物を含む)および天然に存在する化合物
の両方を含み得る。
Detailed Description Definitions A “derivatizing enzyme” is an enzyme capable of catalyzing a reaction on an organic molecule. For example, the derivatizing enzyme may modify an existing functional group present on the molecule, add a chemical moiety on the functional group, or add a new functional group on the organic molecule. obtain. The organic molecule can include both synthetic compounds (including, for example, non-naturally occurring compounds such as halo-containing compounds) and naturally occurring compounds.

【0016】 「組換え誘導体化酵素」は、天然に存在する誘導体化酵素と配列が少なくとも
1アミノ酸残基異なる、天然に存在しない誘導体化酵素である。組換え誘導体化
酵素としては、複数のアミノ酸ブロックから構成される誘導体化酵素が挙げられ
、このブロックは、天然に存在する酵素において連続していない。このブロック
は、一般的にランダムな長さである。組換え誘導体化酵素は、キメラであり得、
従って、少なくとも2つの異なる親酵素の配列に由来する配列部分を有する。キ
メラ組換え誘導体化酵素は、少なくとも2つの異なる親遺伝子または親遺伝子セ
グメントに由来する核酸セグメントを含むキメラ遺伝子によってコードされる。
親遺伝子は、必要に応じて、誘導体化酵素をコードし得る。
A “recombinant derivatizing enzyme” is a non-naturally occurring derivatizing enzyme that differs in sequence from at least one naturally occurring derivatizing enzyme by at least one amino acid residue. Recombinant derivatizing enzymes include derivatizing enzymes that are composed of multiple amino acid blocks, which blocks are not contiguous in naturally occurring enzymes. This block is generally of random length. The recombinant derivatizing enzyme can be chimeric,
Thus, it has a sequence portion derived from the sequences of at least two different parent enzymes. The chimeric recombinant derivatizing enzyme is encoded by a chimeric gene that includes a nucleic acid segment derived from at least two different parent genes or parent gene segments.
The parent gene may optionally encode a derivatizing enzyme.

【0017】 本明細書中に使用される場合、用語「ライブラリー」は、多様な分子(例えば
、組換え誘導体化酵素および有機化合物アナログなど)の収集物をいう。本発明
のライブラリーは、少なくとも2つの異なるメンバー分子を有するが、サイズが
変化し得る。代表的には、本発明のライブラリーは、少なくとも約5個の異なる
メンバーを有し、そしてより代表的には、少なくとも約10個の異なるメンバー
分子を有する。本発明のより大きなライブラリーは、代表的には、少なくとも約
100個の異なるメンバー分子を有し、ときどき、約10,000個より多く、
または約100,000個よりも多くを有しさえする。本発明の非常に大きなラ
イブラリーは、約1,000,000個よりも多くのメンバーを有し得る。
As used herein, the term “library” refers to a collection of diverse molecules such as recombinant derivatizing enzymes and organic compound analogs. The libraries of the invention have at least two different member molecules, but can vary in size. Typically, the libraries of the invention will have at least about 5 different member, and more typically have at least about 10 different member molecules. Larger libraries of the invention typically have at least about 100 different member molecules, and sometimes more than about 10,000,
Or even have more than about 100,000. Very large libraries of the invention can have more than about 1,000,000 members.

【0018】 「官能基」は、有機化合物の特定のファミリーの構造を規定し、そしてそれら
の特性を決定する、原子または原子の群をいう。例えば、官能基としては、アル
ケン、アルキン、芳香族、ハロゲン、ヒドロキシル、エーテル、エステル、アル
デヒド、ケトン、カルボン酸、アミド、アミンなどが挙げられる。
“Functional group” refers to the atom or group of atoms that defines the structure of a particular family of organic compounds and determines their properties. For example, functional groups include alkenes, alkynes, aromatics, halogens, hydroxyls, ethers, esters, aldehydes, ketones, carboxylic acids, amides, amines and the like.

【0019】 「リード化合物」は、所望の生物学的活性または薬理学的活性を有するが所望
されない他の特徴を有するかもしれない、プロトタイプの化合物である。例えば
、リード化合物は、毒性であり得るか、不溶性であり得るか、他の生物学的活性
を有し得るか、最適に満たないバイオアベイラビリティ(例えば、吸収、分布、
代謝および排出(すなわち、ADME))を有し得るか、または最適に満たない
生物学的活性などを有し得る。
A “lead compound” is a prototype compound that has a desired biological or pharmacological activity, but may have other characteristics that are not desirable. For example, the lead compound may be toxic, insoluble, have other biological activities, or have less than optimal bioavailability (eg, absorption, distribution,
It may have metabolism and excretion (ie ADME), or it may have less than optimal biological activity, etc.

【0020】 「核酸」は、一本鎖形態または二本鎖形態のいずれかの、デオキシリボヌクレ
オチドまたはリボヌクレオチド、およびそのポリマーをいう。この用語は、公知
のヌクレオチドアナログまたは改変された骨格の残基もしくは結合(これらは、
合成であるか、天然に存在するか、天然に存在せず、これらは、参照核酸と同様
の結合特性を有し、そしてこれらは、参照ヌクレオチドと同様の様式で代謝され
る)を含む核酸を含む。このようなアナログの例としては、非限定的に、ホスホ
ロチオエート、ホスホロアミデート、メチルホスホネート、キラル−メチルホス
ホネート、2−O−メチルリボヌクレオチド、ペプチド核酸(PNA)などが挙
げられる。
“Nucleic acid” refers to deoxyribonucleotides or ribonucleotides, and polymers thereof, in either single-stranded or double-stranded form. The term refers to known nucleotide analogs or modified backbone residues or bonds (these are
Synthetic, naturally-occurring or non-naturally occurring, which have similar binding properties to the reference nucleic acid and which are metabolized in a manner similar to the reference nucleotide). Including. Examples of such analogs include, without limitation, phosphorothioates, phosphoramidates, methylphosphonates, chiral-methylphosphonates, 2-O-methylribonucleotides, peptide nucleic acids (PNA), and the like.

【0021】 他に示されない限り、特定の核酸配列はまた、暗黙のうちに、その保存的に改
変された改変体(例えば、縮重コドン置換)および相補配列、ならびに明確に示
された配列を含む。用語「核酸」は、本明細書中において、「遺伝子」、「cD
NA」、「mRNA」、「オリゴヌクレオチド」、および「ポリヌクレオチド」
と交換可能に使用される。
Unless otherwise indicated, a particular nucleic acid sequence also implicitly includes its conservatively modified variants (eg, degenerate codon substitutions) and complementary sequences, as well as those explicitly shown. Including. The term “nucleic acid” is used herein to refer to “gene”, “cD
"NA", "mRNA", "oligonucleotide", and "polynucleotide"
Used interchangeably with.

【0022】 用語「ポリペプチド」、「ペプチド」、および「タンパク質」は、アミノ酸残
基のポリマーをいうために、本明細書中において交換可能に使用される。この用
語は、1つ以上のアミノ酸残基が、対応する天然に存在するアミノ酸のアナログ
であるかまたは模倣物であるアミノ酸ポリマー、ならびに天然に存在するアミノ
酸ポリマーに適用される。
The terms “polypeptide”, “peptide”, and “protein” are used interchangeably herein to refer to a polymer of amino acid residues. The term applies to amino acid polymers in which one or more amino acid residue is an analog or mimetic of the corresponding naturally occurring amino acid, as well as naturally occurring amino acid polymers.

【0023】 用語「アミノ酸」は、天然に存在するアミノ酸および合成アミノ酸、ならびに
天然に存在するアミノ酸と類似した様式で機能するアミノ酸アナログおよびアミ
ノ酸模倣物をいう。天然に存在するアミノ酸は、遺伝暗号によってコードされる
もの、ならびに後で修飾されるアミノ酸(例えば、ヒドロキシプロリン、γ−カ
ルボキシグルタメート、およびO−ホスホセリン)である。アミノ酸アナログは
、天然に存在するアミノ酸と同じ基本化学構造(すなわち、水素に結合するα炭
素、カルボキシル基、アミノ基、およびR基)を有する化合物(例えば、ホモセ
リン、ノルロイシン、メチオニンスルホキシド、メチオニンメチルスルホニウム
)をいう。このようなアナログは、修飾されたR基を有する(例えば、ノルロイ
シン)かまたは修飾されたペプチド骨格を有するが、天然に存在するアミノ酸と
同じ基本化学構造を保持する。アミノ酸模倣物は、アミノ酸の一般的化学構造と
は異なる構造を有するが天然に存在するアミノ酸と同様の様式で機能する、化合
物をいう。
The term “amino acid” refers to naturally occurring and synthetic amino acids, as well as amino acid analogs and amino acid mimetics that function in a manner similar to the naturally occurring amino acids. Naturally occurring amino acids are those encoded by the genetic code, as well as amino acids that are later modified (eg, hydroxyproline, γ-carboxyglutamate, and O-phosphoserine). Amino acid analogs are compounds (eg, homoserine, norleucine, methionine sulfoxide, methionine methylsulfonium) that have the same basic chemical structure as a naturally occurring amino acid (ie, an α-carbon that binds hydrogen, a carboxyl group, an amino group, and an R group). ). Such analogs have modified R groups (eg, norleucine) or have a modified peptide backbone, but retain the same basic chemical structure as a naturally occurring amino acid. Amino acid mimetics refers to chemical compounds that have a structure that is different from the general chemical structure of an amino acid, but that functions in a manner similar to a naturally occurring amino acid.

【0024】 アミノ酸は、本明細書中において、通常知られているその3文字記号か、また
はIUPAC−IUB Biochemical Nomeunclature
Commissionによって推奨される1文字記号のいずれかによって、参
照され得る。同様に、ヌクレオチドは、一般に受け入れられているその一文字コ
ードにより参照され得る。
Amino acids are referred to herein by either their commonly known three letter symbols or by the IUPAC-IUB Biochemical Nomenclature.
Reference may be made by any of the one-letter symbols recommended by the Commission. Similarly, a nucleotide may be referred to by its commonly accepted one letter code.

【0025】 「保存的に改変された改変体」は、アミノ酸配列および核酸配列の両方に適用
される。特定の核酸配列に関して、保存的に改変された改変体は、同一であるか
もしくは本質的に同一なアミノ酸配列をコードする核酸をいうか、またはその核
酸がアミノ酸配列をコードしない場合は、本質的に同一の配列をいう。詳細には
、縮重コドンの置換は、1つ以上の選択された(または全て)のコドンのうちの
3番目の位置が混合塩基および/またはデオキシイノシン残基で置換されている
配列を作製することによって、達成され得る(Batzerら、Nucleic
Acid Res.19:5081(1991);Ohtsukaら、J.B
iol.Chem.260:2605−2608(1985);Rossoli
niら、Mol.Cell.Probes 8:91−98(1994))。遺
伝暗号の縮重に起因して、多数の機能的に同一な核酸が、任意の所定のタンパク
質をコードする。例えば、コドンGCA、GCC、GCG、およびGCUは全て
、アミノ酸アラニンをコードする。従って、アラニンがコドンによって特定され
る全ての位置において、このコドンは、コードされるポリペプチドを変更せずに
、記載されたコドンの対応するいずれかに変更され得る。そのような核酸バリエ
ーションは、「サイレントなバリエーション」であり、これは、保存的に改変さ
れたバリエーションのうちの1つの種である。ポリペプチドをコードする本明細
書中に記載される全ての核酸配列はまた、この核酸の全ての可能なサイレントな
バリエーションを記載する。当業者は、核酸中の各コドン(AUG(これは、(
いくつかの生物においてはGUGと共に)通常メチオニンのための唯一のコドン
である)、およびTGG(これは、通常、トリプトファンのための唯一のコドン
である)以外)が、改変されて、機能的に同一な分子を生じ得る。従って、ポリ
ペプチドをコードする核酸の各サイレントなバリエーションが、各記載される配
列に含まれる。
“Conservatively modified variants” applies to both amino acid and nucleic acid sequences. A conservatively modified variant, with respect to a particular nucleic acid sequence, refers to a nucleic acid that encodes the same or essentially the same amino acid sequence, or essentially if the nucleic acid does not encode an amino acid sequence. To the same sequence. In particular, degenerate codon substitutions create a sequence in which the third position of one or more selected (or all) codons is replaced with a mixed base and / or deoxyinosine residue. Can be achieved by (Batzer et al., Nucleic
Acid Res. 19: 5081 (1991); Ohtsuka et al., J. Am. B
iol. Chem. 260: 2605-2608 (1985); Rossoli.
ni et al., Mol. Cell. Probes 8: 91-98 (1994)). Due to the degeneracy of the genetic code, a large number of functionally identical nucleic acids encode any given protein. For example, the codons GCA, GCC, GCG, and GCU all encode the amino acid alanine. Thus, at all positions where alanine is specified by a codon, this codon can be changed to any of the described codons without changing the encoded polypeptide. Such nucleic acid variations are "silent variations," which are one species of conservatively modified variations. Every nucleic acid sequence described herein which encodes a polypeptide also describes every possible silent variation of this nucleic acid. Those skilled in the art will understand that each codon (AUG (which is (
(In some organisms, along with GUG, usually the only codon for methionine), and TGG (which is usually the only codon for tryptophan) have been modified and functionally It can give rise to identical molecules. Accordingly, each silent variation of a nucleic acid which encodes a polypeptide is included in each described sequence.

【0026】 アミノ酸配列に関して、核酸配列、ペプチド配列、ポリペプチド配列またはタ
ンパク質配列に対する個々の置換、欠失または付加(これらは、コードされる配
列において単一アミノ酸または小さい割合のアミノ酸を変更、付加、または欠失
する)は、この変更が、化学的に類似するアミノ酸によるアミノ酸の置換をもた
らす場合に「保存的に改変された改変体」であることを当業者は認識する。機能
的に類似するアミノ酸を提供する保存的置換の表は、当該分野で周知である。こ
のような保存的に改変された改変体は、本発明の多型改変体、種間のホモログ、
および対立遺伝子を加え、除外しない。
With respect to amino acid sequences, individual substitutions, deletions or additions to nucleic acid sequences, peptide sequences, polypeptide sequences or protein sequences, which alter, add single amino acids or a small proportion of amino acids in the encoded sequence, Those skilled in the art will recognize that this alteration is a "conservatively modified variant" if this alteration results in the replacement of the amino acid by a chemically similar amino acid. Conservative substitution tables providing functionally similar amino acids are well known in the art. Such conservatively modified variants are polymorphic variants of the invention, interspecies homologues,
And alleles are added and not excluded.

【0027】 用語「シャッフリング」は、本明細書中において、同一でない配列間の組換え
を示すことに使用され、いくつかの実施形態において、シャッフリングは、相同
組換えを介したクロスオーバーまたは非相同組換えを介したクロスオーバー(例
えば、cre/lox系および/またはflp/frt系を介する)を含み得る
。シャッフリングは、種々の異なる形式(例えば、インビトロシャッフリング形
式、およびインビボシャッフリング形式、インシリコ(in silico)シ
ャッフリング形式、二本鎖テンプレートまたは一本鎖テンプレートのいずれかを
使用するシャッフリング形式、プライマーベースのシャッフリング形式、核酸断
片化ベースのシャッフリング形式、オリゴヌクレオチド媒介シャッフリング形式
(これらは全て、同一でない配列間の組換え事象に基づき、そして本明細書中以
下により詳細に記載されるかまたは参考文献に記載される、ならびに他の類似し
た組換えベースの形式)を用いることによって実行され得る。
The term “shuffling” is used herein to refer to recombination between non-identical sequences, and in some embodiments shuffling refers to crossover or non-homologous via homologous recombination. Crossover via recombination (eg via the cre / lox system and / or the flp / frt system) may be included. Shuffling can be performed in a variety of different formats (eg, in vitro shuffling format, and in vivo shuffling format, in silico shuffling format, shuffling format using either double-stranded or single-stranded template, primer-based shuffling format). , Nucleic acid fragmentation-based shuffling formats, oligonucleotide-mediated shuffling formats (all based on recombination events between non-identical sequences, and described in more detail below or in the references). , As well as other similar recombination-based formats).

【0028】 (好ましい実施形態の説明) 本発明は、化合物(特に、有機分子)のコンビナトリアルライブラリーを作製
するために有用である組換え誘導体化酵素のライブラリーを提供する。組換え誘
導体化酵素ライブラリーを用いて得られる有機分子誘導体のライブラリーもまた
、提供される。有機分子誘導体のライブラリーは、例えば、所望の生物学的活性
を有する誘導体を同定するために有用であり、従って、リード化合物として例え
ば、薬学的用途または他の用途について試験するため、および改善された薬理学
的パラメーターまたは他のパラメーターに関して試験するための以前に同定され
たリード化合物の誘導体のコンビナトリアルライブラリーを作製するために、適
している。この化合物は、しばしば、有機分子(合成分子(例えば、天然に存在
しない化合物を含む)および天然の産物(例えば、抗生物質など)を含む)であ
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention provides libraries of recombinant derivatizing enzymes that are useful for making combinatorial libraries of compounds, especially organic molecules. A library of organic molecule derivatives obtained using a recombinant derivatizing enzyme library is also provided. Libraries of organic molecule derivatives are useful, for example, for identifying derivatives having a desired biological activity, and thus are tested as lead compounds, for example, for testing pharmaceutical or other uses, and for improvement. Suitable for making combinatorial libraries of previously identified derivatives of lead compounds for testing for pharmacological or other parameters. The compound is often an organic molecule, including synthetic molecules (including, for example, non-naturally occurring compounds) and natural products (such as antibiotics).

【0029】 本発明によって提供される組換え誘導体化酵素のライブラリーは、有機分子誘
導体のライブラリーを得るための以前に利用可能であった方法を超える、いくつ
かの利点を提供する。例えば、この組換えライブラリ−は、特徴(触媒速度、お
よび触媒定数、立体特異性、位置特異性、エナンチオ特異性、基質選択性の多重
度、生成物阻害、生体触媒合成に使用される溶媒中の安定性、一般的に化学プロ
セスにおける安定性など)において互いに異なる触媒特性を示す酵素を含む。従
って、生じる多数の異なる酵素は、生体触媒反応によって生成され得る異なる化
合物の数を増加させる。1つの酵素が、単一の有機分子および単一の化学的部分
ドナーと共に生体触媒に使用される場合、一般的に、1つの誘導体のみが生成さ
れる。対照的に、複数の組換え酵素は、そのオリジナル酵素に関連する異なる反
応を触媒し得る酵素を含むようであり、従って、オリジナルの酵素と共に使用さ
れるのと同じ基質を用いて開始しても、異なる生成物を生成し得る。さらに、目
的の有機化合物の合成のための酵素の使用は、合成反応のスケールアップを非常
に容易にする。
The library of recombinant derivatizing enzymes provided by the present invention offers several advantages over previously available methods for obtaining libraries of organic molecule derivatives. For example, this recombinant library is characterized by features (catalyst rate and catalytic constant, stereospecificity, regiospecificity, enantiospecificity, multiplicity of substrate selectivity, product inhibition, in the solvent used for biocatalytic synthesis). Enzymes, which generally have catalytic properties that differ from each other, such as stability in chemical processes). Thus, the large number of different enzymes that occur increases the number of different compounds that can be produced by biocatalytic reactions. When one enzyme is used in a biocatalyst with a single organic molecule and a single chemical moiety donor, generally only one derivative is produced. In contrast, multiple recombinant enzymes appear to contain enzymes capable of catalyzing different reactions associated with the original enzyme, and thus can be initiated with the same substrates used with the original enzyme. , Can produce different products. Furthermore, the use of enzymes for the synthesis of organic compounds of interest greatly facilitates the scale-up of synthetic reactions.

【0030】 現在好ましい実施形態では、DNAシャッフリングまたは再帰的組換えの他の
方法を使用して、組換え酵素のライブラリーを生成する。DNAシャッフリング
は、生体触媒の既知の活性のレベルを改善する際に非常に有効であると証明され
ている。この技術のさらなる価値は、以前は野生型酵素の間で知られていなかっ
た触媒活性を生成する能力にある。従って、この技術は、標的とされる反応に対
する天然に存在する生体触媒を得る必要性を減少させるか、または排除さえもす
る、生体触媒生成の信頼のおける手段を提供する。関連した遺伝子のファミリー
のDNAシャッフリングは、例えば、特定のタンパク質について天然で見出され
得るよりも複雑な配列空間にわたって異なる物理的特性を有する、機能的に多様
な遺伝子ライブラリーを生成する。これらの酵素ライブラリーの新規なメンバー
は、生物体中での選択圧下に一度も置かれていないので、これらのメンバーは不
偏性であり、そして天然のサンプル中で稀であるか、または存在しない、新たな
活性についてスクリーニングされ得る。従って、一定スペクトルの重要な化学的
作用を触媒する、多様かつ複雑な酵素ライブラリーが作製され得る。例えば、酵
素は、有機分子に存在する官能基の改変、官能基上への化学的部分の付加(例え
ば、アシル化、グリコシル化、およびメチル化)、および有機分子への新たな官
能基の導入(例えば、酸化によるヒドロキシル基の導入、還元による二重結合の
導入など)を触媒し得る。酵素ライブラリーを使用して、直接的に、基質混合物
から始まる多数の産物を合成し得るか、または規定された基質セットから始まる
特定化合物を合成し得る。あるいは、組換え酵素のライブラリーの単独のメンバ
ーを使用して、そのメンバーと基質混合物とを接触させることにより、化合物の
混合物を合成し得る。本発明のさらなる代替の実施形態では、組換え誘導体化酵
素のライブラリーの各々単独のメンバーを、規定された基質セットで試験して、
新規かつ有用な基質選択性、または他の有用な特徴を有する酵素を同定し得る。
In a presently preferred embodiment, DNA shuffling or other methods of recursive recombination are used to generate a library of recombinant enzymes. DNA shuffling has proven very effective in improving the level of known activity of biocatalysts. A further value of this technique lies in the ability to generate catalytic activity previously unknown among wild-type enzymes. Thus, this technique provides a reliable means of biocatalyst production that reduces or even eliminates the need to obtain a naturally occurring biocatalyst for the targeted reaction. DNA shuffling of families of related genes, for example, produces functionally diverse gene libraries with different physical properties over more complex sequence spaces than can be found naturally for a particular protein. Since new members of these enzyme libraries have never been placed under selective pressure in organisms, these members are unbiased and rare or absent in natural samples. , Can be screened for new activity. Thus, diverse and complex enzyme libraries can be created that catalyze a fixed spectrum of important chemistries. For example, enzymes modify functional groups present on organic molecules, add chemical moieties onto functional groups (eg, acylation, glycosylation, and methylation), and introduce new functional groups into organic molecules. (For example, introduction of hydroxyl group by oxidation, introduction of double bond by reduction, etc.) can be catalyzed. Enzyme libraries can be used to directly synthesize multiple products starting from a substrate mixture or to synthesize specific compounds starting from a defined set of substrates. Alternatively, a single member of a library of recombinant enzymes can be used to synthesize a mixture of compounds by contacting that member with a substrate mixture. In a further alternative embodiment of the invention, each individual member of the library of recombinant derivatizing enzymes is tested on a defined substrate set,
Enzymes with novel and useful substrate selectivity, or other useful characteristics can be identified.

【0031】 次いで、このようにして合成される有機分子誘導体をスクリーニングして、所
望される特性を有するものを同定し得るか、または1以上のさらなる化学的反応
もしくは酵素的反応によって、さらに改変し得る。また、新規かつ有用な基質選
択性、または他の所望される特徴を有するこれらの酵素を同定し、そして所望さ
れる化合物を生成するためにこれらの酵素を使用するために、酵素ライブラリー
がスクリーニングされ得る。
The organic molecule derivatives thus synthesized can then be screened to identify those with the desired properties, or further modified by one or more additional chemical or enzymatic reactions. obtain. Also, enzyme libraries are screened to identify those enzymes with novel and useful substrate selectivity, or other desired characteristics, and to use these enzymes to produce the desired compounds. Can be done.

【0032】 本発明の方法を使用して得られる組換え酵素は、インビトロで使用され得るか
、または生体触媒を実施する微生物細胞によって発現され得る。いくつかの実施
形態では、微生物を改変して、誘導体化産物の効率的な生体触媒的製造のために
、1以上の誘導体化酵素を発現させる。例えば、微生物は、改善されたアシルト
ランスフェラーゼ、グリコシルトランスフェラーゼ、オキシダーゼ、メチルトラ
ンスフェラーゼ、または他の生体触媒酵素をコードする1以上の組換えポリヌク
レオチドを含み得、これらは次いで、微生物細胞によって発現される。これらの
ポリヌクレオチドは、目的の開始基質を天然に産生する生物体に導入され得る。
例えば、組換え誘導体化酵素をコードするポリヌクレオチドは、ポリケチド(p
olyketide)または他の抗生物質を天然に産生するか、または産生する
ように操作された生物体に導入され得る。従って、本発明の組換え誘導体化酵素
をコードする組換えポリヌクレオチドは、その骨格が以前に調製されていた有機
化合物のインビボ誘導体化のために、有機分子の骨格を生合成する生物体におけ
るこの有機分子のインビボ誘導体化のために、そして、以前に調製されていた有
機分子を誘導体化するためのインビトロ使用のために有用である。
The recombinant enzyme obtained using the method of the present invention can be used in vitro or expressed by microbial cells which carry out the biocatalysis. In some embodiments, the microorganism is modified to express one or more derivatizing enzymes for efficient biocatalytic production of derivatized products. For example, the microorganism can include one or more recombinant polynucleotides that encode an improved acyl transferase, glycosyl transferase, oxidase, methyl transferase, or other biocatalytic enzyme, which are then expressed by the microbial cell. These polynucleotides can be introduced into organisms that naturally produce the desired starting substrate.
For example, a polynucleotide encoding a recombinant derivatizing enzyme is a polyketide (p
can be introduced into an organism that naturally produces or has been engineered to produce. Thus, a recombinant polynucleotide encoding a recombinant derivatizing enzyme of the present invention can be used in organisms that biosynthesize the backbone of organic molecules for in vivo derivatization of organic compounds whose backbone was previously prepared. Useful for in vivo derivatization of organic molecules and for in vitro use to derivatize previously prepared organic molecules.

【0033】 (A.組換えライブラリーの作製) 本発明は、いくつかの実施形態では、ポリヌクレオチドの組換えライブラリー
の作製を包含する。このライブラリーは、次いで、スクリーニングされて、所望
される特性(例えば、酵素活性の増強、立体特異性の増強、位置特異性の増強、
およびエナンチオ特異性の増強、インヒビターに対する感受性の減少、プロセシ
ング安定性(例えば、溶媒安定性、pH安定性、熱安定性など)など)を示す酵
素または他のポリペプチドをコードするそれらのライブラリーのメンバーを同定
する。組換えライブラリーを、本明細書中に記載の方法を含む、任意の種々の方
法を使用して作製し得る。例えば、種々の核酸シャッフリングプロトコールが利
用可能であり、そして当該分野において十分に記載されている。以下の刊行物は
、種々のこのような手順および/またはこのような手順に組み込まれ得る方法、
ならびに他の多様な生成プロトコールを記載する。
A. Generation of Recombinant Libraries The present invention, in some embodiments, involves the production of recombinant libraries of polynucleotides. This library is then screened for desired properties (eg, enhanced enzymatic activity, enhanced stereospecificity, enhanced regiospecificity,
And those libraries encoding enzymes or other polypeptides that exhibit enhanced enantiospecificity, reduced sensitivity to inhibitors, processing stability (eg, solvent stability, pH stability, thermostability, etc.). Identify members. Recombinant libraries can be made using any of a variety of methods, including those described herein. For example, various nucleic acid shuffling protocols are available and are well described in the art. The following publications disclose various such procedures and / or methods that may be incorporated into such procedures,
As well as a variety of other production protocols.

【0034】[0034]

【表1】 DNAシャッフリング方法に関するさらなる詳細は、本発明者ら、および本発
明者らの共働者らによる、以下を含む米国特許において見出される。
[Table 1] Further details regarding the DNA shuffling method are found by the inventors and their co-workers in US patents including:

【0035】[0035]

【表2】 さらに、DNAシャッフリングプロトコールについての詳細および形式は、以
下を含む種々のPCT公開および外国特許出願公開において見出される。
[Table 2] Further details and formats for DNA shuffling protocols are found in various PCT publications and foreign patent application publications, including:

【0036】[0036]

【表3】 以下を含む特定の米国出願は、DNAシャッフリングおよび関連した技術、な
らびに他の多様性生成方法に関するさらなる詳細を提供する。
[Table 3] Certain US applications, including the following, provide further details regarding DNA shuffling and related techniques, as well as other diversity generation methods.

【0037】[0037]

【表4】 一本鎖テンプレートを使用するシャッフリング形式は、以下に記載される。[Table 4] The shuffling format using a single-stranded template is described below.

【0038】[0038]

【表5】 前述の刊行物、特許、公開された出願、および米国特許出願の概説が明らかに
するように、所望の特性を有する新たな核酸を提供するための核酸のシャッフリ
ングは、多くの確立された組換え方法によって実施され得、そしてこれらの手順
は、任意の種々の他の多様性生成方法と組み合わせられ得る。
[Table 5] As the reviews of the aforementioned publications, patents, published applications, and U.S. patent applications reveal, shuffling of nucleic acids to provide new nucleic acids with the desired properties has led to many well-established recombinants. Methods, and these procedures may be combined with any of a variety of other diversity generation methods.

【0039】 簡潔には、いくつかの異なる一般的分類の組換え方法が本発明に適用可能であ
り、そして上記の参考文献に示される。第一に、核酸を、上記の参考文献中に考
察された任意の種々の技術(例えば、組換えられる核酸のDNAse消化、次い
で、この核酸分子の連結および/またはPCRアセンブリを含む)によって、イ
ンビトロで組換え得る。第二に、核酸を、例えば、細胞中において核酸間で組換
えを生じさせることによって、インビボで再帰的に組換え得る。第三に、ゲノム
全体の組換え方法を使用し得る。ここでは、細胞または他の生物体のゲノム全体
が組換えられ、必要に応じて、所望されるライブラリー構成成分でのゲノム組換
え混合物のスパイキング(spiking)を包含する。第四に、合成組換え方
法が使用され得る。この方法では、目的の標的に対応するオリゴヌクレオチドを
、1より多い親核酸に対応するオリゴヌクレオチドを含むPCRまたは連結反応
において合成および再アセンブリし、それによって、新たな組換え核酸を生成す
る。オリゴヌクレオチドは、標準的なヌクレオチド付加方法によって作製され得
るか、またはトリヌクレオチド合成アプローチによって作製され得る。第五に、
インシリコ(in silico)での組換え方法が成し遂げられ得る。この方
法では、遺伝アルゴリズムをコンピューターにおいて使用して、核酸ホモログ(
または、非相同配列でも)に対応する配列ストリング(sequence st
ring)を組換える。結果として生じる組換えられた配列ストリングを、必要
に応じて、例えば、オリゴヌクレオチド合成/遺伝子再アセンブリ技術と提携し
て、組換えられた配列に対応する核酸を合成することによって、核酸へと変換す
る。前述した任意の一般的な組換え形式を再帰的様式で実施して、より多様な組
換え核酸セットを生成し得る。第六に、天然の多様性に近づく方法が使用され得
、これは例えば、多様な核酸または核酸フラグメントの一本鎖テンプレートへの
ハイブリダイゼーション、次いで、全長配列を再生するための重合および/また
は連結、必要に応じて、次いで、テンプレートの分解および生じる改変核酸の回
収による。
Briefly, several different general classes of recombination methods are applicable to the present invention and are set forth in the references above. First, the nucleic acid is in vitro by any of the various techniques discussed in the above references, including, for example, DNAse digestion of the nucleic acid to be recombined, followed by ligation and / or PCR assembly of the nucleic acid molecule. Can be recombined with. Second, nucleic acids can be recursively recombined in vivo, for example by causing recombination between nucleic acids in cells. Third, whole genome recombination methods can be used. Here, the entire genome of the cell or other organism is recombined, optionally including spiking of the genomic recombination mixture with the desired library components. Fourth, synthetic recombination methods can be used. In this method, oligonucleotides corresponding to a target of interest are synthesized and reassembled in a PCR or ligation reaction containing oligonucleotides corresponding to more than one parent nucleic acid, thereby producing new recombinant nucleic acids. Oligonucleotides can be made by standard nucleotide addition methods or can be made by trinucleotide synthetic approaches. Fifth,
In silico recombination methods can be accomplished. In this method, a genetic algorithm is used in a computer to analyze nucleic acid homologs (
Alternatively, a sequence string (sequence st) corresponding to a heterologous sequence)
ring). The resulting recombined sequence string is optionally converted into a nucleic acid by, for example, partnering with an oligonucleotide synthesis / gene reassembly technique to synthesize the nucleic acid corresponding to the recombined sequence. To do. Any of the common recombination formats described above can be performed in a recursive manner to produce a more diverse set of recombinant nucleic acids. Sixth, methods of approaching natural diversity can be used, for example, hybridization of a variety of nucleic acids or nucleic acid fragments to a single-stranded template, followed by polymerization and / or ligation to regenerate the full length sequence. , Optionally, then by degradation of the template and recovery of the resulting modified nucleic acid.

【0040】 例示するために、本発明の1つの実施形態では、シャッフリング方法を使用し
て、組換え誘導体化酵素をコードするポリヌクレオチドを調製する。この方法は
、以下を包含する: 組換えポリヌクレオチドの集団を生成するために、1つのセグメントが別の
セグメントの伸長のためのテンプレートとして供される条件下で、改変体ポリヌ
クレオチドの集団の重複するセグメントに対してポリヌクレオチド増幅プロセス
を開始する工程;および 所望される特性について、組換えポリヌクレオチドを選択またはスクリーニ
ングする工程。
To illustrate, in one embodiment of the invention, the shuffling method is used to prepare a polynucleotide encoding a recombinant derivatizing enzyme. This method includes: Overlapping a population of variant polynucleotides under conditions in which one segment serves as a template for the extension of another segment to produce a population of recombinant polynucleotides. Initiating the polynucleotide amplification process on the desired segment; and selecting or screening the recombinant polynucleotide for the desired property.

【0041】 重複するセグメントは、本明細書中において記載または参照されるような種々
の方法(例えば、ポリヌクレオチド集団の、化学的な合成、切断または断片化、
増幅、および当該分野において周知の他の方法を含む)によって調製され得る。
Overlapping segments can be generated by various methods as described or referred to herein (eg, chemical synthesis, cleavage or fragmentation of a population of polynucleotides,
Amplification, and other methods well known in the art).

【0042】 別の実施形態では、組換え誘導体化酵素を生成するために使用されるシャッフ
リング方法は、以下を包含する: 少なくとも2つの核酸セットをハイブリダイズさせる工程であって、ここで
、第1の核酸セットは、一本鎖核酸テンプレートを含み、そして第2の核酸セッ
トは、少なくとも1つの核酸フラグメントセットを含む、工程;および ハイブリダイズした核酸フラグメント間の配列ギャップを伸長させるか、連
結するか、またはその両方をして、この一本鎖核酸テンプレートに対応する少な
くとも実質的に全長のキメラ核酸配列を生成し、それによって、この核酸フラグ
メントセットを組換える工程、そして必要に応じて、 この少なくとも実質的に全長のキメラ核酸配列およびこの一本鎖核酸テンプ
レートを変性する工程;ならびに 少なくとも1つの分離技術によって、この少なくとも実質的に全長のキメラ
核酸配列を、この一本鎖核酸テンプレートから分離する工程;および、ヌクレア
ーゼ消化または物理的断片化によって、この分離された少なくとも実質的に全長
のキメラ核酸配列を、キメラ核酸フラグメントを提供するように断片化する工程
In another embodiment, the shuffling method used to produce the recombinant derivatizing enzyme comprises: a step of hybridizing at least two nucleic acid sets, wherein the first A nucleic acid set comprising a single stranded nucleic acid template and a second nucleic acid set comprising at least one nucleic acid fragment set; and extending or linking a sequence gap between the hybridized nucleic acid fragments. , Or both to produce at least substantially full-length chimeric nucleic acid sequence corresponding to the single-stranded nucleic acid template, thereby recombination of the set of nucleic acid fragments, and, optionally, at least Substantially full-length chimeric nucleic acid sequence and denaturing this single-stranded nucleic acid template Separating the at least substantially full length chimeric nucleic acid sequence from the single stranded nucleic acid template by at least one separation technique; and separating at least substantially by nuclease digestion or physical fragmentation; Fragmenting the full-length chimeric nucleic acid sequence to provide a chimeric nucleic acid fragment.

【0043】 上記の参考文献は、これらおよび他の基本的な組換え形式、ならびにこれらの
形式の多くの改変物を提供する。使用されるシャッフリング形式に関わらず、本
発明の核酸は組み換えられて(互いに、または関連物と、または関連していない
物とさえも)、多様な組換え核酸セット(例えば、相同性核酸セットを含む)を
生成し得る。
The above references provide these and other basic recombinant formats, as well as many variations of these formats. Regardless of the shuffling format used, the nucleic acids of the invention can be recombined (with each other, or with related or even unrelated) to produce a diverse set of recombinant nucleic acids (eg, homologous nucleic acid sets). Can be included).

【0044】 組換え後、生成された任意の核酸を、所望される活性について選択し得る。本
発明の状況では、これは、当該分野における任意のアッセイによって、自動化形
式で検出され得る任意の活性について試験し、そしてその任意の活性を同定する
ことを包含し得る。種々の関連(または、関連していないものでさえも)の特性
を、任意の利用可能なアッセイを使用してアッセイし得る。これらの方法は、本
明細書中に記載されるように本発明に従って自動化される。
After recombination, any nucleic acid produced may be selected for the desired activity. In the context of the present invention, this may involve testing for and identifying any activity that can be detected in an automated format by any assay in the art. A variety of related (or even unrelated) properties can be assayed using any available assay. These methods are automated in accordance with the present invention as described herein.

【0045】 DNAの変異誘発およびシャッフリングは、改善された特徴を有するタンパク
質、経路、細胞および生物体の操作に有用な多様性を生成する、確固とした広範
に利用可能な手段を提供する。上記の基本的な形式に加えて、シャッフリング方
法を、多様性を生成するための他の技術と組み合わせることが、時折、所望され
る。シャッフリング方法と組み合わせて(または、別々に)、種々の多様性生成
方法が実施され得、そしてその結果(すなわち、核酸の多様性集団)が、本発明
の系においてスクリーニングされ得る。さらなる多様性は、当該分野において公
知の変異誘発方法によって導入され得る。
Mutagenesis and shuffling of DNA provides a robust and universally available means of producing useful diversity in manipulating proteins, pathways, cells and organisms with improved characteristics. In addition to the basic form described above, it is sometimes desirable to combine shuffling methods with other techniques for generating diversity. In combination (or separately) with the shuffling method, various diversity generation methods can be performed and the results (ie, the diversity population of nucleic acids) screened in the system of the invention. Further diversity can be introduced by mutagenesis methods known in the art.

【0046】 変異誘発方法としては、例えば、以下に記載の方法が挙げられる。[0046]   Examples of the mutagenesis method include the methods described below.

【0047】[0047]

【表6】 さらなる適切な方法としては、以下が挙げられる。[Table 6] Further suitable methods include:

【0048】[0048]

【表7】 多くの上記の方法に関するさらなる詳細は、Methods in Enzym
ology、第154巻において見出され得る。これはまた、種々の変異誘発方
法に付随するトラブルシューティング問題に有用な制御を記載する。
[Table 7] More details on many of the above methods can be found in Methods in Enzym.
ology, vol. 154. It also describes controls useful for troubleshooting problems associated with various mutagenesis methods.

【0049】 変異誘発のためのキットが市販されている。例えば、キットは、以下から入手
可能である。
Kits for mutagenesis are commercially available. For example, the kit is available from

【0050】[0050]

【表8】 さらに、記載された任意のシャッフリング技術が、ゲノム(例えば、細菌ゲノ
ム)中にさらなる多様性を導入する手順と組み合わせて使用され得る。例えば、
種々の種(E.coliおよびB.subtilisを含む)への形質転換に適
切な核酸マルチマーを生成する技術が提案されている(例えば、Schelle
nberger、米国特許第5,756,316号を参照のこと)。互いに関し
て異なる遺伝子からなる(例えば、天然の多様性から誘導されるか、または部位
特異的変異誘発、エラープローンPCR、変異促進性細菌株を通した継代の適用
を介して誘導されるなど)このようなマルチマーを、適切な宿主に形質転換し、
DNAシャッフリングのための核酸多様性のさらなる供給源を導入する。宿主種
に形質転換されたマルチマーは、インビボシャッフリングプロトコールについて
の基質として、特に適切である。あるいは、部分的配列類似性の領域を共有する
種々のポリヌクレオチドを、宿主種に形質転換し得、そして宿主細胞によってイ
ンビボで組換え得る。引き続く回の細胞分裂を使用して、ライブラリーを生成し
得、このライブラリーのメンバーである各々が、モノマー性核酸またはプールさ
れた核酸の単一の相同な集団を含む。あるいは、モノマー性核酸は、標準的技術
によって回収され得、そして記載された任意のシャッフリング形式において組換
えられ得る。
[Table 8] Moreover, any of the shuffling techniques described can be used in combination with procedures that introduce additional diversity into the genome (eg, bacterial genome). For example,
Techniques have been proposed for producing nucleic acid multimers suitable for transformation into various species, including E. coli and B. subtilis (eg Schelle).
nberger, US Pat. No. 5,756,316). Consist of genes that differ with respect to each other (eg, derived from natural diversity or via site-directed mutagenesis, error-prone PCR, application of passage through mutagenic bacterial strains, etc.) Transforming such a multimer into a suitable host,
Introduce an additional source of nucleic acid diversity for DNA shuffling. Multimers transformed into host species are particularly suitable as substrates for in vivo shuffling protocols. Alternatively, various polynucleotides sharing regions of partial sequence similarity can be transformed into a host species and recombined in vivo by the host cell. Subsequent rounds of cell division can be used to generate a library, each of which is a member of the library containing a single homologous population of monomeric or pooled nucleic acids. Alternatively, the monomeric nucleic acid can be recovered by standard techniques and recombined in any of the shuffling formats described.

【0051】 チェーンターミネーション方法を使用するシャッフリング形式もまた提案され
ている(例えば、米国特許第5,965,408号を参照のこと)。このアプロ
ーチでは、配列類似性の領域を共有する1以上の遺伝子に対応する二本鎖DNA
を、この遺伝子に特異的なプライマーの存在下または非存在下で、組み合わせ、
そして変性させる。次いで、一本鎖ポリヌクレオチドを、ポリメラーゼおよび鎖
終結試薬(例えば、UV線、ガンマ線、もしくはX線の照射;エチジウムブロミ
ド、もしくは他のインターカレート剤;DNA結合タンパク質(例えば、一本鎖
結合タンパク質、転写活性化因子、もしくはヒストン;多環式芳香族炭化水素;
三価クロムもしくは三価クロム塩;または、急速な熱サイクルなどによって媒介
される短縮化(abbreviated)重合化など)の存在下でアニールおよ
びインキュベートさせ、部分的な二重鎖分子の生成を生じさせる。次いで、部分
的な二重鎖分子(例えば、部分的に伸長した鎖を含む)を、引き続く回の複製ま
たは部分的複製において変性および再アニールさせて、種々の程度の配列類似性
を共有し、かつDNA分子の開始集団についてキメラであるポリヌクレオチドを
生じさせる。必要に応じて、生成物または生成物の部分的プールを、このプロセ
スの1以上の段階で増幅し得る。上記のような、チェーンターミネーション方法
によって生成されるポリヌクレオチド生成物は、記載された任意の形式に従うさ
らなるDNAシャッフリングについての適切な基質である。
A shuffling format using the chain termination method has also been proposed (see, eg, US Pat. No. 5,965,408). In this approach, double-stranded DNA corresponding to one or more genes sharing regions of sequence similarity
In the presence or absence of primers specific for this gene,
Then degenerate. The single-stranded polynucleotide is then combined with a polymerase and chain terminating reagents (eg, UV, gamma, or X-ray irradiation; ethidium bromide or other intercalating agent; DNA binding protein (eg, single-stranded binding protein , Transcriptional activators, or histones; polycyclic aromatic hydrocarbons;
Annealing and incubating in the presence of trivalent chromium or trivalent chromium salts; or abreviated polymerization, such as mediated by rapid thermal cycling, resulting in formation of partial double-stranded molecules . The partially double-stranded molecule (eg, including the partially extended chain) is then denatured and reannealed in subsequent rounds or partial replications, sharing varying degrees of sequence similarity, And yields a polynucleotide that is chimeric with respect to the starting population of DNA molecules. If desired, the product or partial pool of products can be amplified at one or more stages of the process. Polynucleotide products produced by the chain termination method, as described above, are suitable substrates for further DNA shuffling according to any of the described formats.

【0052】 多様性は、非相同性ベースのシャッフリング方法(これは、上記の刊行物に記
載され、そして適用は正確な形式に依存して相同性ベースまたは非相同性ベース
であり得る)を使用することによってさらに増加され得る。例えば、Oster
meierら(1999)「A combinatorial approac
h to hybrid enzymes independent of D
NA homology」Nature Biotechnol.17:120
5に記載されるハイブリッド酵素(ITCHY)の生成のための成長性切断(i
ncremental truncation)は、シャッフリングされたライ
ブラリー(これは、必要に応じて、1回以上のインビトロまたはインビボのシャ
ッフリング方法のための基質として供され得る)を生成するために使用され得る
。Ostermeierら(1999),「Combinatorial pr
otein engineering by incremental tru
ncation」,Proc.Nat’l.Acad.Sci.USA 96:
3562−3567;Ostermeierら(1999),「Increme
ntal truncation as a strategy in the
engineering of novel biocatalysts」,
Biological and Medicinal Chemistry,7
:2139−2144もまた参照のこと。
Diversity uses a non-homologous-based shuffling method, which is described in the publications above, and the application may be homologous or non-homologous based, depending on the exact format. Can be further increased by For example, Oster
meier et al. (1999) “A combinatorial approac
h to hybrid enzymes independent of D
NA homology "Nature Biotechnology. 17: 120
Growth cleavage (i) for the production of the hybrid enzyme (ITCHY) described in 5.
ncremental truncation can be used to generate shuffled libraries, which can optionally serve as substrates for one or more in vitro or in vivo shuffling methods. Ostermeier et al. (1999), “Combinatorial pr
otain engineering by incremental true
", Proc. Nat'l. Acad. Sci. USA 96:
3562-3567; Ostermeier et al. (1999), "Increme.
ntal truncation as a strategy in the
engineering of novel biocatalysts ",
Biological and Medicinal Chemistry, 7
See also: 2139-2144.

【0053】 多種発現ライブラリーを生成するための方法が記載されており(例えば、米国
特許第5,783,431号;同第5,824,485号)、そして目的のタン
パク質活性を同定するためのその使用が提案されている(米国特許第5,958
,672号)。多種発現ライブラリーは、一般に、発現カセットにおける適切な
調節配列に作動可能に連結した、複数の種または系統由来のcDNA配列または
ゲノム配列を含むライブラリーである。cDNA配列および/またはゲノム配列
は、さらに多様性を増大するために、必要に応じてランダムに連結される。この
ベクターは、宿主生物体(例えば、細菌種、真核生物細胞)の1より多くの種に
おける形質転換および発現に適切なシャトルベクターであり得る。いくつかの場
合、このライブラリーは、目的のタンパク質をコードするかまたは目的の核酸に
ハイブリダイズする配列を予め選択することによって偏向される。このようなラ
イブラリーのいずれかは、本明細書中で記載のシャッフリング方法のいずれかの
ための基質として提供され得る。
Methods for producing multiple expression libraries have been described (eg, US Pat. Nos. 5,783,431; 5,824,485) and for identifying protein activities of interest. Its use has been proposed (US Pat. No. 5,958).
, 672). A polymorphic expression library is generally a library containing cDNA or genomic sequences from multiple species or strains operably linked to appropriate regulatory sequences in an expression cassette. The cDNA and / or genomic sequences are optionally randomly linked to further increase diversity. The vector may be a shuttle vector suitable for transformation and expression in more than one species of host organism (eg bacterial species, eukaryotic cells). In some cases, the library is biased by preselecting sequences that encode the protein of interest or hybridize to the nucleic acid of interest. Any such library can serve as a substrate for any of the shuffling methods described herein.

【0054】 いくつかの適用において、ライブラリー(例えば、増幅されたライブラリー、
ゲノムライブラリー、cDNAライブラリー、規格化ライブラリーなど)、また
は他の基質核酸を、シャッフリングの前に予め選択することまたは予めスクリー
ニングすること、あるいは機能的産物をコードする核酸に基質を偏向させること
(シャッフリング手順はまた、独立してこれらの効果を有し得る)が望ましい。
例えば、抗体工学の場合、任意の記載される方法によって、DNAシャッフリン
グの前にインビボ組換え事象を利用することによって、機能的抗原結合部位を有
する抗体に対してシャッフリングプロセスを偏向させることが可能である。例え
ば、B細胞cDNAライブラリー由来の組換えCDRは、DNAシャッフリング
の前に、本明細書中に記載の方法のいずれかに従って、増幅され得、そしてフレ
ームワーク領域にアセンブルされ得る(例えば、Jirholtら(1998)
「Exploiting sequence space:shuffling
in vivo formed complementarity dete
rmining regions into a master framew
ork」Gene 215:471)。
In some applications, the library (eg, amplified library,
Preselection or prescreening of a genomic library, a cDNA library, a normalization library, etc.) or other substrate nucleic acid prior to shuffling, or biasing the substrate to a nucleic acid encoding a functional product. (The shuffling procedure may also have these effects independently).
For example, in the case of antibody engineering, any of the described methods can bias the shuffling process against antibodies having a functional antigen binding site by utilizing an in vivo recombination event prior to DNA shuffling. is there. For example, recombinant CDRs from a B cell cDNA library can be amplified and assembled into framework regions prior to DNA shuffling according to any of the methods described herein (eg, Jirholt et al. (1998)
"Exploiting sequence space: shuffling
in vivo formed complementarity dete
mining regions into a master frame
ork "Gene 215: 471).

【0055】 ライブラリーは、所望の酵素活性を有するタンパク質をコードする核酸に対し
て偏向され得る。例えば、特定化された活性を示すライブラリーからクローンを
同定した後に、このクローンは、DNA変化を導入するための公知の任意の方法
(DNAシャッフリングが挙げられるがこれに限定されない)を使用して変異誘
発され得る。次いで、変異誘発されたホモログを含むライブラリーは、所望の活
性(これは、特定化された初期の活性と同じであり得るか、または異なり得る)
についてスクリーニングされる。このような手順の例は、米国特許第5,939
,250号で提案される。所望の活性は、当該分野で公知の任意の方法によって
同定され得る。例えば、WO99/10539は、遺伝子ライブラリーが、代謝
的富化細胞から得られる成分を有する遺伝子ライブラリーからの抽出物を合わせ
ること、および所望の活性を示す組合わせを同定することによって、スクリーニ
ングされ得ることを提案する。所望の活性を有するクローンが、ライブラリーの
サンプル中に生物活性基質を導入すること、および所望の活性の産物に対応する
生物活性蛍光を、蛍光分析計(例えば、フローサイトメトリーデバイス、CCD
、蛍光光度計、または分光光度計)を使用して検出することによって同定され得
ることもまた、提案されている(例えば、WO98/58085)。
The library can be biased for nucleic acids that encode proteins that have the desired enzymatic activity. For example, after identifying a clone from a library that exhibits a specified activity, the clone may be cloned using any known method for introducing DNA changes, including but not limited to DNA shuffling. It can be mutagenized. The library containing the mutagenized homologs is then subjected to the desired activity, which can be the same as the initial activity specified, or different.
To be screened for. An example of such a procedure is described in US Pat. No. 5,939.
, 250. The desired activity can be identified by any method known in the art. For example, WO 99/10539 screens a gene library by combining extracts from the gene library with components obtained from metabolically enriched cells and identifying combinations that exhibit the desired activity. Suggest to get. A clone having the desired activity introduces a bioactive substrate into a sample of the library, and a bioactive fluorescence corresponding to the product of the desired activity is measured by a fluorometer (eg, flow cytometry device, CCD).
It has also been proposed (eg WO98 / 58085) that it can be identified by detection using a fluorimeter, a fluorometer, or a spectrophotometer).

【0056】 ライブラリーはまた、特定化された特徴(例えば、選択された核酸プローブへ
のハイブリダイゼーション)を有する核酸に対して偏向され得る。例えば、出願
WO99/10539は、所望の活性(例えば、酵素活性、例えば:リパーゼ、
エステラーゼ、プロテアーゼ、グリコシダーゼ、グリコシルトランスフェラーゼ
、ホスファターゼ、キナーゼ、オキシゲナーゼ、ペルオキシダーゼ、ヒドロラー
ゼ、ヒドラターゼ、ニトリラーゼ、トランスアミナーゼ、アミダーゼまたはアシ
ラーゼ)をコードするポリヌクレオチドが、ゲノムDNA配列の中から以下の様
式で同定され得ることを提案する。ゲノムDNAの集団由来の一本鎖DNA分子
は、リガンド結合体化プローブにハイブリダイズされる。このゲノムDNAは、
培養または非培養微生物由来、あるいは環境サンプル由来のいずれかであり得る
。あるいは、このゲノムDNAは、多細胞生物体由来、またはこの多細胞生物体
由来の組織由来であり得る。
The library can also be biased against nucleic acids having specific characteristics, such as hybridization to selected nucleic acid probes. For example, application WO 99/10539 describes a desired activity (eg enzymatic activity, eg: lipase,
A polynucleotide encoding an esterase, protease, glycosidase, glycosyltransferase, phosphatase, kinase, oxygenase, peroxidase, hydrolase, hydratase, nitrilase, transaminase, amidase or acylase) can be identified from the genomic DNA sequence in the following manner: To propose. Single-stranded DNA molecules from a population of genomic DNA are hybridized to the ligand-conjugated probe. This genomic DNA is
It can be either from cultured or uncultured microorganisms or from environmental samples. Alternatively, the genomic DNA can be from a multicellular organism, or tissue derived from the multicellular organism.

【0057】 第2の鎖の合成は、捕獲培地(capture medium)からの前放出
を伴ってか、または伴わずに、捕獲において使用されるハイブリダイゼーション
プローブから直接行われ得るか、あるいは当該分野で公知の広範な種々の他のス
トラテジーによって行われ得る。あるいは、単離された一本鎖ゲノムDNA集団
は、さらなるクローニングなしでフラグメント化され得、そして一本鎖テンプレ
ートを利用するシャッフリング形式において直接使用され得る。いくつかの一本
鎖テンプレートシャッフリング形式が、例えば、WO98 27239,「ME
THODS AND COMPOSITIONS FOR POLYPEPTI
DE ENGINEERING」,Pattenら;「SINGLE STRA
NDED NUCLEIC ACID TEMPLATE−MEDIATED
RECOMBINATION AND NUCLEIC ACID FRAGM
ENT ISOLATION」,Affholter,USSN 60/186
,482(2000年3月2日出願);「METHODS FOR GENER
ATING HIGHLY DIVERSE LIBRARIES」,WO 0
000632;および「METHOD FOR OBTAINING IN V
ITRO RECOMBINED POLYNUCLEOTIDE SEQUE
NCE BANKS AND RESULTING SEQUENCES」,W
O 0009679に記載される。このような1つの方法において、ゲノムライ
ブラリーを誘導するフラグメント集団は、部分的な、あるいはしばしばほぼ全長
のssDNAまたはRNA(これらは、その反対の鎖に対応する)を用いてアニ
ールされる。この集団由来の複合キメラ遺伝子のアセンブルは、非ハイブリダイ
ズフラグメント末端のヌクレアーゼベースの除去、このようなフラグメント間の
ギャップを埋めるための重合および続く一本鎖連結によって媒介される。親の鎖
は、消化(RNAまたはウラシルを含む場合)、変性条件下での磁気分離(この
ような分離を導く様式で標識される場合)、および他の利用可能な分離/精製方
法によって除去され得る。あるいは、親の鎖は、必要に応じて、キメラ鎖と同時
精製され、そして続くスクリーニングおよびプロセシング工程の間に除去される
The synthesis of the second strand can be carried out directly from the hybridization probe used in the capture, with or without pre-release from the capture medium, or in the art. It can be performed by a wide variety of other strategies known in the art. Alternatively, the isolated single-stranded genomic DNA population can be fragmented without further cloning and used directly in shuffling format utilizing a single-stranded template. Several single-stranded template shuffling formats have been described, for example, in WO98 27239, "ME.
THEDS AND COMPOSITIONS FOR POLYPEPTI
DE ENGINEERING ", Patten et al .;" SINGLE STRA "
NDED NUCLEIC ACID TEMPLATE-MEDIATED
RECOMBINATION AND NUCLEIC ACID FRAGM
ENT ISOLATION ", Affholter, USSN 60/186
, 482 (filed on March 2, 2000); "METHODS FOR GENERATOR
ATING HIGHLY DIVERSE LIBRARIES ", WO 0
000632; and "METHOD FOR OBTAINING IN V
ITRO RECOMBINED POLYNUCLEOTIDE SEQUE
NCE BANKS AND RESULTING SEQUENCES ", W
O 0009679. In one such method, the genomic library-derived fragment population is annealed with partial or often near full length ssDNA or RNA, which correspond to the opposite strand. The assembly of complex chimeric genes from this population is mediated by nuclease-based removal of non-hybridizing fragment ends, polymerization to fill the gap between such fragments, and subsequent single-stranded ligation. The parental strands are removed by digestion (if containing RNA or uracil), magnetic separation under denaturing conditions (if labeled in a manner that leads to such separation), and other available separation / purification methods. obtain. Alternatively, the parental strand is optionally co-purified with the chimeric strand and removed during subsequent screening and processing steps.

【0058】 慣習的なアプローチにおいて、一本鎖分子は、二本鎖DNA(dsDNA)に
変換され、そしてdsDNA分子は、リガンド媒介結合によって固体支持体に結
合される。未結合DNAの分離後に、選択されたDNA分子は支持体から遊離さ
れ、そしてこのプローブにハイブリダイズするライブラリー富化配列を作製する
ために、適切な宿主細胞内に導入される。この様式で産生されたライブラリーは
、本明細書中に記載されるシャッフリング反応のいずれかを用いるさらなるシャ
ッフリングのための、所望の基質を提供する。
In the conventional approach, single-stranded molecules are converted to double-stranded DNA (dsDNA) and dsDNA molecules are attached to a solid support by ligand-mediated conjugation. After separation of unbound DNA, the selected DNA molecules are released from the support and introduced into a suitable host cell to create a library-enriched sequence that hybridizes to this probe. The library produced in this manner provides the desired substrate for further shuffling using any of the shuffling reactions described herein.

【0059】 シャッフリングの前にライブラリーを富化するために適切な、上記に記載され
る技術のいずれかが、DNAシャッフリングの方法によって生成された産物をス
クリーニングするために使用され得ることも、さらに理解される。
It is also possible that any of the techniques described above suitable for enriching the library prior to shuffling can be used to screen the products generated by the method of DNA shuffling. To be understood.

【0060】 現在好ましい実施形態において、組換えライブラリーはDNAシャッフリング
を使用して調製される。シャッフリングおよびスクリーニングまたは選択は、個
々の遺伝子、プラスミドまたはウイルスの全体、多重遺伝子クラスター、あるい
はゲノム全体までをも「進化」させるために使用され得る(Stemmer(1
995)Bio/Technology 13:549−553)。組換えおよ
びスクリーニング/選択の反復サイクルは、必要に応じて、目的の核酸をさらに
進化させるために実施され得る。このような技術は、ポリペプチド工学のための
慣習的な方法によって必要とされる大規模な分析および計算を必要としない。シ
ャッフリングは、伝統的な対合させる組換え事象とは対照的に、最低数のスクリ
ーニング/選択サイクルにおける多数の変異の組換えを可能にする。従って、本
明細書中に記載される配列組換え技術は、これらの技術が、これらのうちのいず
れかまたは全てにおける変異の間の組換えを提供し、これによって変異の異なる
組合わせが所望の結果に影響し得る様式を探索する非常に速い方法を提供すると
いう点で特定の利点を提供する。しかし、いくつかの場合において、構造的およ
び/または機能的情報は、配列組換えには必要ではないが利用可能であり、これ
は技術の改変のための機会を提供する。
In a presently preferred embodiment, the recombinant library is prepared using DNA shuffling. Shuffling and screening or selection can be used to "evolve" individual genes, entire plasmids or viruses, multigene clusters, or even entire genomes (Stemmer (1
995) Bio / Technology 13: 549-553). Iterative recombination and screening / selection cycles can be performed to further evolve the nucleic acid of interest, if desired. Such techniques do not require the extensive analysis and calculations required by conventional methods for polypeptide engineering. Shuffling allows the recombination of a large number of mutations in a minimal number of screening / selection cycles, as opposed to traditional pairing recombination events. Thus, the sequence recombination techniques described herein provide that these techniques provide for recombination between mutations in any or all of these, whereby different combinations of mutations are desired. It offers particular advantages in that it provides a very fast way of exploring modalities that can influence the results. However, in some cases structural and / or functional information is available, although not required for sequence recombination, which provides an opportunity for modification of the technology.

【0061】 これらのシャッフリング方法は、代表的に、少なくとも2つの出発核酸基質の
改変体形態を利用する。候補基質の改変体形態は、互いの実質的な配列または二
次構造類似性を示し得るが、これらはまた少なくとも2つの位置で異なるべきで
ある。形態間の最初の多様性は、天然の変異の結果であり得、例えば、異なる改
変体形態(ホモログ)は、異なる個体または生物体の系統(地理的改変体を含む
)から得られるか、あるいは同じ生物体(例えば、対立遺伝子改変体)由来の関
連配列を構成する。あるいは、最初の多様性は、誘導され得、例えば第2の改変
体形態は、第1の改変体形態の誤りがちな転写(error prone tr
anscription)(例えば、エラープローン(error prone
)PCR)、またはプルーフリーディング活性を欠く第1の改変体形態のポリメ
ラーゼ(例えば、Liao(1990)Gene 88:107−111を参照
のこと)の使用によって、あるいは変異誘発遺伝子系統における第1の形態の複
製によって、またはDNase断片化の変異原性プロセスおよびエラープローン
(error prone)ポリメラーゼによる再アセンブルによって作製され
得る。基質間の最初の多様性は、続く再帰的配列組換えの工程で非常に増加され
る。
These shuffling methods typically utilize modified forms of at least two starting nucleic acid substrates. Variant forms of candidate substrates may exhibit substantial sequence or secondary structural similarity to each other, but they should also differ in at least two positions. The initial diversity between forms may be the result of natural variation, for example different variant forms (homologues) may be obtained from different individuals or strains of organisms (including geographical variants), or It constitutes related sequences from the same organism (eg, allelic variants). Alternatively, the first diversity may be induced, eg, the second variant form may be error prone to the first variant form.
anscription) (eg, error prone (error prone
) PCR), or the use of a first variant form of a polymerase that lacks proofreading activity (see, eg, Liao (1990) Gene 88: 107-111), or a first form in a mutagenized gene line. Or by mutagenesis process of DNase fragmentation and reassembly by an error prone polymerase. The initial diversity between substrates is greatly increased in the process of subsequent recursive sequence recombination.

【0062】 現在好ましい実施形態において、核酸の「ファミリー」のシャッフリングは、
組換えポリヌクレオチドのライブラリーを生成するために使用される。核酸のフ
ァミリーがシャッフリングされる場合、異なる系統、種または遺伝子ファミリー
由来の相同なポリペプチド、あるいはそれらの部分をコードする核酸は、核酸の
異なる形態として使用される。ゲノミクス(genomics)がますます増え
る量の配列情報を提供するので、設計したプライマーでホモログを直接増幅する
ことは、ますます可能となる。例えば、いくつかの種由来のリパーゼまたはプロ
テアーゼ遺伝子の配列を考慮して、ホモログの増幅のためのプライマーを設計し
得る。次いで、得られた核酸セグメントは、シャッフリングに供され得る。
In a presently preferred embodiment, the shuffling of a “family” of nucleic acids comprises
Used to generate a library of recombinant polynucleotides. When a family of nucleic acids is shuffled, nucleic acids encoding homologous polypeptides from different strains, species or gene families, or portions thereof, are used as the different forms of the nucleic acids. Direct amplification of homologues with designed primers becomes more and more feasible, as genomics provide ever increasing amounts of sequence information. For example, the sequences of lipase or protease genes from several species can be considered to design primers for amplification of homologs. The resulting nucleic acid segment can then be subjected to shuffling.

【0063】 本明細書中に記載されるシャッフリング方法の全ては、本発明の実施において
容易に利用され得る。例えば、コドン改変シャッフリングにおいて(Patte
nら「SHUFFLING OF CODON ALTERED GENES」
、1998年9月29日出願(USSN 60/102,362)、1999年
1月29日出願(USSN 60/117,729)、および1999年9月2
8日出願(USSN 09/102,362)に詳細に記載される)、核酸は、
ポリペプチドをコードするコドンが変更されて合成され、従って、続く核酸の変
異の際に完全に異なる変異性クラウド(cloud)にアクセス可能となる。こ
れは、シャッフリングプロトコルのための出発核酸の配列多様性を増加し、この
ことは強制的な進化手順の速度および結果を変更する。コドン改変手順は、例え
ば、DNAシャッフリングを行う前に本明細書中の核酸をコードする任意の誘導
体化酵素を改変するために使用され得るか、またはコドン改変アプローチは、以
下に記載されるようなオリゴヌクレオチドシャッフリング手順と組み合わせて使
用され得る。
All of the shuffling methods described herein can be readily utilized in the practice of the present invention. For example, in codon modification shuffling (Patter
n et al. "SHUFFRING OF CODON ALTERNED GENES"
Filed September 29, 1998 (USSN 60 / 102,362), filed January 29, 1999 (USSN 60 / 117,729), and September 2, 1999.
8 days application (detailed in USSN 09 / 102,362), the nucleic acid is
The codons that encode the polypeptide are altered and synthesized, thus allowing access to completely different mutagenic clouds upon subsequent mutation of the nucleic acid. This increases the sequence diversity of the starting nucleic acids for shuffling protocols, which modifies the speed and outcome of forced evolutionary procedures. The codon modification procedure can be used, for example, to modify any derivatizing enzyme that encodes a nucleic acid herein before performing DNA shuffling, or the codon modification approach is as described below. It can be used in combination with the oligonucleotide shuffling procedure.

【0064】 コドン改変シャッフリングは、第1のポリペプチド配列またはその部分をコー
ドする第1の核酸配列を選択することを包含する。次いで、複数のコドン変更核
酸配列(この各々は、第1のポリペプチドの部分または全てをコードする)、ま
たは改変ポリペプチドあるいは関連ポリペプチドは、選択され(例えば、コドン
変更核酸のライブラリーは、ライブラリーの成分または活性を認識する生物学的
アッセイにおいて選択され得る)、そして複数のコドン変更核酸配列が、第2の
タンパク質の部分または全てをコードする標的コドン変更核酸を産生するために
、組換えられる。次いで、この標的コドン変更核酸は、検出可能な機能的特性ま
たは構造的特性についてスクリーニングされ、必要に応じて、第1のポリペプチ
ドおよび/または関連ポリペプチドの特性との比較を含む。このようなスクリー
ニングの目的は、第1のポリペプチドまたは関連ポリペプチドと等価な、あるい
はこれらより優れた構造的特性または機能的特性を有するポリペプチドを同定す
ることである。このようなポリペプチドをコードする核酸は、基本的に任意の所
望される手順(細胞、ベクター、ウイルス(例えば、ワクチンまたは免疫原性組
成物の成分として)、トランスジェニック生物体などに標的コドン変更核酸を導
入することを含む)において使用され得る。
Codon modified shuffling involves selecting a first nucleic acid sequence encoding a first polypeptide sequence or a portion thereof. A plurality of codon-altered nucleic acid sequences, each of which encodes a portion or all of the first polypeptide, or a modified or related polypeptide is then selected (eg, a library of codon-altered nucleic acids is Can be selected in a biological assay that recognizes a component or activity of the library), and a plurality of codon-altered nucleic acid sequences to produce a target codon-altered nucleic acid encoding part or all of a second protein. Can be replaced. The target codon-altered nucleic acid is then screened for detectable functional or structural properties, optionally including comparison with properties of the first and / or related polypeptides. The purpose of such a screen is to identify polypeptides that have structural or functional properties that are equivalent to or superior to the first polypeptide or related polypeptides. Nucleic acids encoding such polypeptides can be altered by essentially any desired procedure (cell, vector, virus (eg, as a component of a vaccine or immunogenic composition), transgenic organism, etc.). (Including introducing a nucleic acid).

【0065】 「インシリコ(in silico)」シャッフリング(Selifonov
およびStemmer,「METHODS FOR MAKING CHARA
CTER STRINGS,POLYNUCLEOTIDE&POLYPEPT
IDES HAVING DESIRED CHARACTERISTICS」
,1999年2月5日出願(USSN 60,118,854)および1999
年10月12日出願(USSN 09/416,375)に詳細に記載される)
は、コンピュータにおける遺伝子操作を使用して、「仮想的」シャッフリングを
行うためのコンピュータアルゴリズムを利用する。本発明に適用する場合、誘導
体化酵素遺伝子配列ストリング(string)は、コンピュータシステムにお
いて組換えられ、そして所望の産物が作製される(例えば、合成オリゴヌクレオ
チドの再アセンブリPCRによって)。手短に言うと、遺伝子操作(所定の遺伝
的事象(例えば、点変異、相同な核酸の2つの鎖の組換えなど)を表すアルゴリ
ズム)は、例えば、核酸配列ストリングを整列させ(標準的なアライメントソフ
トウエアを使用してか、または手動の検査およびアライメントによって)、そし
て組換え結果を予想することによって、1つ以上の核酸で起こり得る組換え事象
または変異事象をモデリングするために使用される。予想される組換え結果は、
対応する結果を作製するために使用される。この予想される組換え結果は、対応
する分子を生成する(例えば、オリゴヌクレオチド合成および再アセンブリPC
Rによって)ために使用される。
“In silico” shuffling (Selifonov)
And Stemmer, “METHODS FOR MAKING CHARA
CTER STRINGS, POLYNUCLEO TIDE & POLYPEPT
IDES HAVING DESIRED CHARACTERISTICS "
Filed February 5, 1999 (USSN 60,118,854) and 1999
Filed on October 12, 2010 (described in detail in USSN 09 / 416,375)
Utilizes a genetic algorithm in a computer to utilize a computer algorithm to perform "virtual" shuffling. As applied to the present invention, the derivatizing enzyme gene sequence string is recombined in a computer system and the desired product is made (eg, by reassembly PCR of synthetic oligonucleotides). Briefly, genetic manipulations (algorithms that represent a given genetic event (eg, point mutation, recombination of two strands of homologous nucleic acids, etc.)), for example, align nucleic acid sequence strings (standard alignment). Software or by manual inspection and alignment), and by predicting recombination results, to model possible recombination or mutation events in one or more nucleic acids. The expected recombination result is
Used to produce corresponding results. This expected recombination result produces the corresponding molecule (eg, oligonucleotide synthesis and reassembly PC
R)).

【0066】 「オリゴヌクレオチド媒介シャッフリング」(Crameriら「OLIGO
NUCLEOTIDE MEDIATED NUCLEIC ACID REC
OMBINATION」,1999年2月5日出願(USSN 60/118,
813)および1999年6月24日出願(USSN 60/141,049)
、ならびに1999年9月28日出願(USSN 09/408,392)に記
載される)において、関連する相同な核酸のファミリーに対応するオリゴヌクレ
オチド(例えば、本発明に適用する場合、核酸をコードする誘導体化酵素の種間
改変体または対立遺伝子改変体)は、選択可能な核酸を産生するために組換えら
れる。
“Oligonucleotide-mediated shuffling” (Crameri et al., “OLIGO
NUCLEOTIDE MEDIATED NUCLEIC ACID REC
OMBINATION ”, filed February 5, 1999 (USSN 60/118,
813) and filed June 24, 1999 (USSN 60 / 141,049)
, And in the application filed Sep. 28, 1999 (USSN 09 / 408,392), corresponding oligonucleotides to a family of related homologous nucleic acids (eg, encoding a nucleic acid when applied to the present invention). Interspecific or allelic variants of derivatizing enzymes) are recombined to produce selectable nucleic acids.

【0067】 オリゴヌクレオチド媒介組換えの1つの利点は、低い配列類似性の相同な核酸
、または非相同な核酸までをも組換える能力である。これらの低相同性オリゴヌ
クレオチドシャッフリング方法において、核酸セグメントの1つ以上のセットは
、例えば、交差ファミリー多様性オリゴヌクレオチドのセットを用いて組換えら
れる。これらの交差オリゴヌクレオチドの各々は、低い配列類似性を有する相同
な核酸または非相同な核酸由来の複数の配列多様性ドメインに対応する、複数の
配列多様性ドメインを有する。1つ以上の相同な核酸または非相同な核酸との比
較によって誘導される交差オリゴヌクレオチドは、核酸セグメントの1つ以上の
領域にハイブリダイズし得、これは組換えを容易にする。
One advantage of oligonucleotide-mediated recombination is the ability to recombine homologous nucleic acids with low sequence similarity, or even heterologous nucleic acids. In these low homology oligonucleotide shuffling methods, one or more sets of nucleic acid segments are recombined using, for example, a set of cross family diversity oligonucleotides. Each of these crossover oligonucleotides has multiple sequence diversity domains, corresponding to multiple sequence diversity domains from homologous or heterologous nucleic acids with low sequence similarity. Crossover oligonucleotides derived by comparison with one or more homologous or heterologous nucleic acids can hybridize to one or more regions of a nucleic acid segment, which facilitates recombination.

【0068】 相同核酸を組換える場合、オリゴヌクレオチドの重複ファミリーのセット(こ
れは、相同な核酸の比較およびオリゴヌクレオチドセグメントの合成によって誘
導される)が、ハイブリダイズおよび伸長され(例えば、再アセンブリPCRに
よって)、これにより組換え核酸の集団を提供し、この集団は所望の特色または
特性について選択され得る。代表的に、重複オリゴヌクレオチドのセットは、複
数の相同な標的核酸由来のコンセンサスな領域の部分配列(subsequen
ce)を有する複数のオリゴヌクレオチドメンバー型を含む。一般に、重複オリ
ゴヌクレオチドのセットは、配列同一性の保存領域および配列多様性の領域を選
択するために、相同な核酸配列を整列することによって提供される。複数のオリ
ゴヌクレオチドが合成され(連続または並行して)、これは配列多様性の少なく
とも1つの領域に対応する。
When recombining homologous nucleic acids, a set of overlapping families of oligonucleotides, which are derived by comparison of homologous nucleic acids and synthesis of oligonucleotide segments, are hybridized and extended (eg, reassembly PCR). ), Thereby providing a population of recombinant nucleic acids, which population can be selected for a desired trait or characteristic. Typically, sets of overlapping oligonucleotides are subsequences of consensus regions from multiple homologous target nucleic acids.
ce)). In general, sets of overlapping oligonucleotides are provided by aligning homologous nucleic acid sequences to select conserved regions of sequence identity and regions of sequence diversity. Multiple oligonucleotides have been synthesized (sequentially or in parallel), which correspond to at least one region of sequence diversity.

【0069】 オリゴヌクレオチドシャッフリングアプローチにおいて使用されるセグメント
のセット、またはセグメントのサブセットは、1つ以上の相同な核酸の切断(例
えば、Dnaseを用いて)によって、またはより一般には、少なくとも1つの
核酸の複数の領域に対応するオリゴヌクレオチドのセット(代表的には、全長核
酸に対応するオリゴヌクレオチドは、核酸フラグメントのセットのメンバーとし
て提供される)を合成することによって、提供され得る。本明細書中に記載のシ
ャッフリング手順において、これらのセグメント(例えば、核酸をコードする誘
導体化酵素のセグメント)は、オリゴヌクレオチドのシャッフリングファミリー
(例えば、核酸をコードする組換え誘導体化酵素を産生するための1つ以上の組
換え反応において)と組み合わせて使用され得る。
A set of segments, or a subset of segments, used in the oligonucleotide shuffling approach is by cleavage of one or more homologous nucleic acids (eg, with Dnase), or, more commonly, of at least one nucleic acid. It can be provided by synthesizing a set of oligonucleotides corresponding to multiple regions, typically the oligonucleotide corresponding to a full length nucleic acid is provided as a member of a set of nucleic acid fragments. In the shuffling procedure described herein, these segments (eg, segments of a derivatizing enzyme that encodes a nucleic acid) are linked to produce a shuffling family of oligonucleotides (eg, a recombinant derivatizing enzyme that encodes a nucleic acid). In one or more recombination reactions).

【0070】 しばしば、1回の組換えおよびスクリーニング/選択の後に、改善が達成され
る。しかし、再帰的な配列組換えは、所望の特性におけるなおさらなる改善を達
成するために用いられ得る。配列組換えは、多くの異なる形式および形式の置換
で達成され得、これはいくつかの共通の原理を共有する。再帰的な配列組換えは
、分子の多様性を生じるために、組換えの連続的なサイクルを伴う。すなわち、
互いにある程度の配列同一性を示すが、変異の存在において異なる核酸分子のフ
ァミリーを生成する。所定の任意のサイクルにおいて、組換えは、インビボまた
はインビトロで、細胞内または細胞外で起こり得る。さらに、組換えから生じる
多様性は、組換えのための基質または産物のいずれかに変異誘発の先行技術の方
法(例えば、誤りがちなPCRまたはカセット変異誘発)を適用することによっ
て、任意のサイクルにおいて増大され得る。いくつかの場合、新規または改善さ
れた特性または特徴は、異なる個体または生物体の系統由来のホモログとしての
配列の異なる改変体形態、または対立遺伝子改変体のような同じ生物体由来の関
連配列を使用する場合、インビボまたはインビトロ組換えのわずか1回のサイク
ル後に達成され得る。
Often, improvements are achieved after one round of recombination and screening / selection. However, recursive sequence recombination can be used to achieve even further improvements in the desired properties. Sequence recombination can be accomplished in many different forms and permutations, which share some common principles. Recursive sequence recombination involves successive cycles of recombination to produce molecular diversity. That is,
It produces a family of nucleic acid molecules that show some degree of sequence identity with each other but differ in the presence of a mutation. In any given cycle, recombination can occur in vivo or in vitro, intracellularly or extracellularly. Moreover, the diversity resulting from recombination can be cycled by applying prior art methods of mutagenesis (eg, error-prone PCR or cassette mutagenesis) to either substrates or products for recombination. Can be increased in. In some cases, a new or improved property or characteristic is a variant form of a sequence that is a homologue from a strain of a different individual or organism, or a related sequence from the same organism, such as an allelic variant. If used, it can be achieved after only one cycle of in vivo or in vitro recombination.

【0071】 組換え誘導体化酵素を得るための組換えポリヌクレオチドの発現は、一般に細
胞において達成される。組換えポリヌクレオチドのライブラリーは、米国特許第
5,837,458号に記載されるように、インビトロまたはインビボのいずれ
かで生成され得る。従って、インビトロライブラリーの産生のために、組換えポ
リヌクレオチドは、発現のために細胞に導入される。
Expression of the recombinant polynucleotide to obtain the recombinant derivatizing enzyme is generally accomplished in cells. A library of recombinant polynucleotides can be produced either in vitro or in vivo, as described in US Pat. No. 5,837,458. Thus, for the production of in vitro libraries, recombinant polynucleotides are introduced into cells for expression.

【0072】 (B.コンビナトリアルライブラリーの生体触媒合成に有用な誘導体化酵素の
型) 本発明の方法は、目的の有機分子の改変を触媒し得る広範な誘導体化酵素に適
用可能である。このような酵素は、例えば、この分子への官能基の付加、または
この分子上に存在する官能基の改変によって基質を改変し得る。目的の改変はま
た、官能基への化学的部分の付加を含む。現在好ましい実施形態において、誘導
体化酵素は、有機分子の骨格の長さに付加しない。目的の反応の型は、例えば、
Khmelnitskyら(1996)Molecular Diversit
y and Combinatorial Chemistry,Chapte
r 14,pp.144−157(American Chemical So
ciety)、ならびにMichelsら(1998)Tibtech 16:
210−215に記載される。誘導体化酵素の異なる型、およびこれらの酵素に
対する本発明の方法の適用の例は、以下に記載される。
B. Types of Derivatizing Enzymes Useful for Biocatalytic Synthesis of Combinatorial Libraries The method of the present invention is applicable to a wide range of derivatizing enzymes that can catalyze the modification of organic molecules of interest. Such an enzyme may modify the substrate by, for example, adding a functional group to the molecule or modifying a functional group present on the molecule. Modification of interest also includes the addition of chemical moieties to functional groups. In a presently preferred embodiment, the derivatizing enzyme does not add to the backbone length of the organic molecule. The type of reaction of interest is, for example,
Khmelnitsky et al. (1996) Molecular Diversit
y and Combinatorial Chemistry, Chapter
r 14, pp. 144-157 (American Chemical So
City), and Michels et al. (1998) Tibtech 16:
210-215. Different types of derivatizing enzymes and examples of application of the method of the invention to these enzymes are described below.

【0073】 組換え酵素のライブラリーにおいて見出される酵素活性の増加した多様性に加
えて、有機化合物(例えば、天然の化合物、非天然の化合物(例えば、5−フル
オロウラシル、アジドチミジンなど)、低分子、およびポリマー(例えば、ペプ
チドおよびペプチド改変体、オリゴヌクレオチド/ポリヌクレオチドならびにそ
れらの改変体、ポリヒドロキシアルカノエート、多糖類、ポリ乳酸、ポリ乳酸−
コ−グリコール酸、ポリエチレングリコール)など)の改変における酵素の有用
性を増加する、特定の特性が増大した酵素を入手し得る。本発明の実施において
用いられる低分子は、代表的に約2500ダルトン未満、通常は約2000ダル
トン未満、そして時々約1500ダルトン未満の分子量を有する。
In addition to the increased diversity of enzymatic activity found in libraries of recombinant enzymes, organic compounds (eg, natural compounds, non-natural compounds (eg, 5-fluorouracil, azidothymidine, etc.), small molecules, And polymers (eg peptides and peptide variants, oligonucleotides / polynucleotides and variants thereof, polyhydroxyalkanoates, polysaccharides, polylactic acid, polylactic acid-
Enzymes with increased specific properties are available which increase the utility of the enzyme in modifying co-glycolic acid, polyethylene glycol), etc.). Small molecules used in the practice of the present invention typically have a molecular weight of less than about 2500 daltons, usually less than about 2000 daltons, and sometimes less than about 1500 daltons.

【0074】 これらのライブラリーは、野生型の酵素と比較して、目的の反応における使用
のための所望の特性において改善点を示す酵素をコードするこれらのライブラリ
ーのメンバーを同定するために、スクリーニングされ得る。例えば、特定の化合
物についての改善された基質特異性、または化合物上の所望の官能基での改善さ
れた位置選択性を有する酵素をコードするこれらのライブラリーのメンバーを同
定するために、スクリーニングし得る。
These libraries were identified in order to identify members of these libraries which encode enzymes which show an improvement in the desired properties for use in the reaction of interest as compared to the wild type enzyme. Can be screened. For example, screening to identify members of these libraries that encode enzymes with improved substrate specificity for a particular compound, or improved regioselectivity at desired functional groups on the compound. obtain.

【0075】 いくつかの実施形態において、組換え誘導体化酵素のライブラリーは、所定の
野生型遺伝子の改変体であり、この中に、多様性作製方法(例えば、本明細書中
に記載される方法(例えば、シャッフリングおよび遺伝子再アセンブリシャッフ
リングプロセス))によって変異が導入される。従って、制限されるが完全な多
様性は、緻密なサンプリングを用いて所定の配列の周りで提供され得る。他の実
施形態において、組換えライブラリーは、いくつかの異なる野生型遺伝子に多様
性作製方法を適用することによって、産生される。制限されかつ不完全な多様性
は達成され、これはまばらなサンプリングにおけるように、機能的配列空間の全
てにわたって散乱する。この後者の技術は、新しい酵素特異性を生成する場合に
好ましい。
In some embodiments, the library of recombinant derivatizing enzymes is a variant of a given wild-type gene, into which a method of generating diversity (eg, described herein). Mutations are introduced by methods such as the shuffling and gene reassembly shuffling process. Thus, a limited but complete diversity can be provided around a given array using dense sampling. In other embodiments, recombinant libraries are produced by applying the diversity generation method to several different wild-type genes. Limited and incomplete diversity is achieved, which scatters throughout the functional array space, as in sparse sampling. This latter technique is preferred when generating new enzyme specificity.

【0076】 (1.既存の官能基の改変および有機分子への新しい官能基の導入) いくつかの実施形態において、組換え誘導体化酵素、およびそのライブラリー
は、リード化合物のような目的の有機分子上に存在する、既存の官能基の改変を
触媒し得る。例えば、目的の誘導体化剤は、官能基を酸化または還元するか、基
を加水分解するか、あるいは1つの官能基を別のものに置換し得る。目的の他の
反応としては、ラクトン化、異性化、およびエピマー化が挙げられる。
1. Modification of Existing Functional Groups and Introduction of New Functional Groups into Organic Molecules In some embodiments, the recombinant derivatizing enzyme, and libraries thereof, may contain a target organic compound such as a lead compound. It can catalyze the modification of existing functional groups present on the molecule. For example, the derivatizing agent of interest may oxidize or reduce functional groups, hydrolyze groups, or replace one functional group with another. Other reactions of interest include lactonization, isomerization, and epimerization.

【0077】 (a.ヒドロキシル化) いくつかの実施形態において、有機分子中の水素は、ヒドロキシル基に置換さ
れる。このことは、しばしば生物学的な活性において著明な変化を生じ得る。ヒ
ドロキシル化は、しばしば肝臓の最初の通過に起因する増加した代謝に関連する
。薬物候補におけるヒドロキシル基の導入はまた、引き続く基転移酵素(例えば
、メチル化、硫酸化、リン酸化およびグリコシル化を触媒する酵素)の作用によ
って、より急速な代謝を与え得る。
A. Hydroxylation In some embodiments, hydrogens in organic molecules are replaced with hydroxyl groups. This can often result in marked changes in biological activity. Hydroxylation is often associated with increased metabolism due to first passage through the liver. The introduction of hydroxyl groups in drug candidates may also confer a more rapid metabolism by the action of subsequent group transfer enzymes, such as enzymes that catalyze methylation, sulfation, phosphorylation and glycosylation.

【0078】 誘導体化酵素のなかで、ヒドロキシル基を導入するために有用な酵素は、モノ
オキシゲナーゼおよびジオキシゲナーゼである。当該分野で公知の一定範囲のモ
ノオキシゲナーゼは、本発明の方法において有用な組換えモノオキシゲナーゼの
ライブラリーを作製するために適切な出発点を提供する。モノオキシゲナーゼの
1つの有用なクラスは、ヘム依存性の真核生物および細菌のチトクロムP−45
0によって例示される。酸素およびインタクトな酸化還元リサイクル系の存在下
において、P450はモノオキシゲナーゼ活性を示す。しかし、過酸化水素また
は他の過酸化物の添加は、多くの同じ基質に対するNAD(P)H要求(すなわ
ち、ペルオキシダーゼ活性を可能にする)を回避するために使用され得る。P4
50のような酵素が、化学的に異なる部位で化学反応を行う能力は周知である。
天然に存在するP450によるステロイド改変は、生合成および薬物代謝におい
て広汎性である。それ故、例えば、P450のシャッフリングされたライブラリ
ーは、さらなる化学反応(または酵素的誘導体化)またはスクリーニングのため
の多くの新しい付着点を生成する。本明細書中で言及される他の酵素クラスはま
た、化合物の臨床的に重要なファミリーにおける新しい構造的多様性の生成にお
いて、有用性を有する。
Among the derivatizing enzymes, the enzymes useful for introducing the hydroxyl group are monooxygenases and dioxygenases. A range of monooxygenases known in the art provide suitable starting points for making libraries of recombinant monooxygenases useful in the methods of the invention. One useful class of monooxygenases is the heme-dependent eukaryotic and bacterial cytochrome P-45.
It is exemplified by 0. In the presence of oxygen and an intact redox recycling system, P450 exhibits monooxygenase activity. However, the addition of hydrogen peroxide or other peroxides can be used to circumvent the NAD (P) H requirement (ie, allowing peroxidase activity) for many of the same substrates. P4
The ability of enzymes such as 50 to carry out chemical reactions at chemically distinct sites is well known.
Steroid modification by naturally occurring P450s is pervasive in biosynthesis and drug metabolism. Thus, for example, a shuffled library of P450s will generate many new attachment points for further chemistry (or enzymatic derivatization) or screening. The other enzyme classes mentioned herein also have utility in generating new structural diversity in clinically important families of compounds.

【0079】 P450モノオキシゲナーゼ遺伝子ファミリーは、組換え誘導体化酵素を得る
ためのファミリーシャッフリングの使用について、特に十分に適合される。多く
の異なる種由来の、P450モノオキシゲナーゼの約70〜80のファミリーが
公知である。ファミリーとして一緒にシャッフリングされ得る相同な遺伝子の同
定のために、P450酵素の代表的な整列は、CYTOCHROME P450
:STRUCTURE,MECHANISM,AND BIOCHEMISTR
Y,2nd Addition(Paul R.Ortiz de Montel
lano編)Plenum Press,New York,1995)(「O
rtiz de Montellano」)の巻の付録において見出され得る。
P450の最新のリストは、ワールドワイドウェブ(http://drnel
son.utmem.edu/homepage.html)において電子的に
見出され得る。P450酵素のファミリーを改善するためのシャッフリングの適
用を例示するために、このスーパーファミリーの1000より多くのメンバーの
うちの1つ以上が選択され、同様の相同な配列と整列され、そしてこれらの相同
な配列に対してシャッフリングされる。例えば、ウシP450scc酵素について
の遺伝子(CYP11A1)は、P450遺伝子に密接に関係したファミリーに
属する。DNAシャッフリング(Crameri et al.,Nature
391:288)は、遺伝子のこのファミリーからハイブリッド改変体を生成
するために使用され得、このライブラリーは、有機分子誘導体のコンビナトリア
ルライブラリーを作製するために使用され得る。特に、ストレプトミセスは、抗
生物質のような天然の産物の産生において使用されるP450モノオキシゲナー
ゼを産生する。シャッフリングに適切なP450モノオキシゲナーゼ遺伝子の例
としては以下が挙げられ、この各々は、アミノ酸レベルで少なくとも45%同一
である: シトクロムp450モノオキシゲナーゼ(S.venezuelae)AF0
87022 シトクロムp450モノオキシゲナーゼ(Sac.erythraea)M8
3110 シトクロムp450モノオキシゲナーゼ(Sac.erythraea)M5
4983 シトクロムp450モノオキシゲナーゼ(S.hygroscopicus)
X86780 シトクロムp450モノオキシゲナーゼ(S.antibioticus)L
47200 組換えp450モノオキシゲナーゼ遺伝子のライブラリーの作製は、同時係属中
の、同一人に譲渡された米国特許出願番号60/148,850(これは、19
99年8月12日に出願された)においてより詳細に議論される。
The P450 monooxygenase gene family is particularly well adapted for the use of family shuffling to obtain recombinant derivatizing enzymes. About 70-80 families of P450 monooxygenases from many different species are known. For the identification of homologous genes that can be shuffled together as a family, a representative alignment of P450 enzymes is the CYTOCHROME P450
: STRUCTURE, MECHANISM, AND BIOCHEMISTR
Y, 2 nd Addition (Paul R.Ortiz de Montel
lano) Plenum Press, New York, 1995) ("O
rtiz de Montellano ").
The latest list of P450s can be found on the World Wide Web (http: // drnel
son. utmem. edu / homepage. html) can be found electronically. To illustrate the application of shuffling to improve the family of P450 enzymes, one or more of more than 1000 members of this superfamily were selected, aligned with similar homologous sequences, and their homologues. Shuffled to a different array. For example, the gene for the bovine P450 scc enzyme (CYP11A1) belongs to a family closely related to the P450 gene. DNA shuffling (Crameri et al., Nature)
391: 288) can be used to generate hybrid variants from this family of genes, and this library can be used to make combinatorial libraries of organic molecule derivatives. In particular, Streptomyces produces P450 monooxygenase which is used in the production of natural products such as antibiotics. Examples of P450 monooxygenase genes suitable for shuffling include the following, each of which is at least 45% identical at the amino acid level: cytochrome p450 monooxygenase (S. venezuelae) AF0.
87022 Cytochrome p450 monooxygenase (Sac. Erythraea) M8
3110 cytochrome p450 monooxygenase (Sac. Erythraea) M5
4983 Cytochrome p450 monooxygenase (S. hygroscopicus)
X86780 Cytochrome p450 monooxygenase (S. antibioticus) L
47200 Construction of a library of recombinant p450 monooxygenase genes was performed in co-pending, commonly assigned US patent application Ser. No. 60 / 148,850.
Filed on August 12, 1999).

【0080】 モノオキシゲナーゼに関連して以下に記載される基本的な化学は公知であるこ
とが注目される。Ortiz de Montellano(前出)に加えて、
関連する種々の化学についての一般的な指針は、Stryer(1988)BI
OCHEMISTRY,第3版(またはより後の版)Freeman and
Co.New York,NY;Pine et al.ORGANICK C
HEMISTRY FOURTH EDITION(1980)McGraw−
Hill,Inc.(USA)(またはより後の版);March,ADVAN
CED ORGANIC CHEMISTRY REACTIONS,MECH
ANISMS and Structure 第4版 J.Wiley and
Sons(New York,NY,1992)(またはより後の版);Gr
eeneら,PROTECTIVE GROUPS IN ORGANIC C
HEMISTRY,第2版,John Wiley & Sons,New Y
ork,NY,1991(またはより後の版);Lide(編)(1995)T
HE CRC HANDBOOK OF CHEMISTRY AND PHY
SICS 75TH EDITION(またはより後の版);および前述に列挙
される参考文献において見出される。さらに、本発明に適用可能な多くの化学的
プロセスおよび産業的プロセスについての広範な指針は、KIRK−OTHME
R ENCYCLOPEDIA OF CHEMICAL TECHNOLOG
Y(第3版および第4版、1998年を通して),Martin Grayso
n,Executive Editor,Wiley−Interscienc
e,John Wiley and Sons,NY、およびその中(「Kir
k−Othmer」)に列挙される参考文献において見出される。
It is noted that the basic chemistry described below in relation to monooxygenase is known. In addition to Ortiz de Montellano (supra),
For general guidance on various related chemistries, see Stryer (1988) BI.
OCEMISTRY, 3rd edition (or later editions) Freeman and
Co. New York, NY; Pine et al. ORGANICK C
HEMISTRY FOURTH EDITION (1980) McGraw-
Hill, Inc. (USA) (or later edition); March, ADVAN.
CED ORGANIC CHEMISTRY REACTIONS, MECH
ANISMS and Structure 4th Edition J. Wiley and
Sons (New York, NY, 1992) (or later version); Gr
eene et al., PROTECTIVE GROUPS IN ORGANIC C
Hemistry, 2nd Edition, John Wiley & Sons, New Y
ork, NY, 1991 (or later edition); Lide (ed.) (1995) T
HE CRC HANDBOOK OF CHEMISTRY AND PHY
SICS 75TH EDITION (or later editions); and in the references listed above. Further, extensive guidance on many chemical and industrial processes applicable to the present invention can be found in KIRK-OTHME.
R ENCYCLOPEDIA OF CHEMICAL TECHNOLOG
Y (3rd and 4th edition, throughout 1998), Martin Grayso
n, Executive Editor, Wiley-Interscience
e, John Wiley and Sons, NY, and among them ("Kir
k-Othmer ").

【0081】 有機分子のヒドロキシル基の導入および他の改変に適切な他のモノオキシゲナ
ーゼ酵素としては、以下のような活性を有するモノオキシゲナーゼ酵素が挙げら
れる:アルカン酸化(例えば、ヒドロキシル化、ケトン、アルデヒドなどの生成
)、アルケンエポキシ化、芳香族ヒドロキシル化、N−脱アルキル化(例えば、
アルキルアミンの)、S−脱アルキル化(例えば、還元型チオ有機物の)、O−
脱アルキル化(例えば、アルキルエステルの)、アリールオキシフェノールの酸
化、アルデヒドから酸への変換、アルコールからアルデヒドまたはケトンへの変
換、脱水素、脱カルボニル化、ハロ芳香族およびハロ炭化水素の酸化的脱ハロゲ
ン化、Baeyer−Villiger一原子酸素付加(monooxygen
ation)、シクロスポリンの改変、メバスタチンのヒドロキシル化、エリス
ロマイシンのヒドロキシル化、スルホニル尿素のNヒドロキシル化、スルホキシ
ド形成または酸素付加。他の酸化的変換は、当業者に明らかである。本発明の使
用に適切なモノオキシゲナーゼの例は、1999年8月12日に出願された、「
DNA SHUFFLING OF MONOOXYGENASE GENES
FOR PRODUCTION OF INDUSTRIAL CHEMIC
ALS」との表題の、同時係属中の、同一人に譲渡された米国特許出願番号09
/373,928に記載される。
Other monooxygenase enzymes suitable for introducing hydroxyl groups and other modifications of organic molecules include monooxygenase enzymes having activities such as: alkane oxidation (eg, hydroxylation, ketones, aldehydes). Etc.), alkene epoxidation, aromatic hydroxylation, N-dealkylation (eg,
Alkylamine), S-dealkylation (eg reduced thioorganic material), O-
Dealkylation (eg of alkyl esters), oxidation of aryloxyphenols, conversion of aldehydes to acids, conversion of alcohols to aldehydes or ketones, dehydrogenation, decarbonylation, oxidative haloaromatics and halohydrocarbons. Dehalogenation, Baeyer-Villiger monoatomic oxygenation (monooxygen
cation), modification of cyclosporine, hydroxylation of mevastatin, hydroxylation of erythromycin, N-hydroxylation of sulfonylureas, sulfoxide formation or oxygenation. Other oxidative transformations will be apparent to those skilled in the art. Examples of monooxygenases suitable for use in the present invention were filed on Aug. 12, 1999, "
DNA SHUFFRING OF MONOOXYGENASE GENES
FOR PRODUCTION OF INDUSTRIAL CHEMIC
Co-pending, commonly assigned US Patent Application No. 09 entitled "ALS"
/ 373,928.

【0082】 ジオキシゲナーゼは、有機分子誘導体の生体触媒合成に有用な、別のクラスの
誘導体化酵素である。例えば、細菌性アレーンジオキシゲナーゼ(ADO)は、
π結合を、その対応するビシナルジオールに酸化し得る。酸素および還元化合物
(例えば、NAD(P)H)の存在下で、これらの酵素は、芳香族環および非芳
香族多重結合のような多様な化合物の還元的二原子酸素付加を触媒する。アレー
ンジオキシゲナーゼの作用から生じる、環のシスジヒドロキシル化生成物の非フ
ェノール性性質は、この生体触媒の性能を有意に損ない得る、毒性および反応性
エポキシド中間体の蓄積を回避することによって、有機分子誘導体の製造に有意
な利点を提供する。
Dioxygenases are another class of derivatizing enzymes useful in the biocatalytic synthesis of organic molecule derivatives. For example, bacterial arene dioxygenase (ADO) is
The π bond can be oxidized to its corresponding vicinal diol. In the presence of oxygen and reducing compounds (eg NAD (P) H), these enzymes catalyze the reductive diatomic oxygenation of diverse compounds such as aromatic rings and non-aromatic multiple bonds. The non-phenolic nature of the ring cis dihydroxylation products resulting from the action of arene dioxygenases allows the organic by avoiding the accumulation of toxic and reactive epoxide intermediates that can significantly impair the performance of this biocatalyst. It offers significant advantages in the production of molecular derivatives.

【0083】 アレーンジオキシゲナーゼとしては、例えば、トルエン2,3−ジオキシゲナ
ーゼ、イソプロピルベンゼン2,3−ジオキシゲナーゼ、ベンゼン−1,2−ジ
オキシゲナーゼ、ビフェニル−2,3−ジオキシゲナーゼ、ナフタレン−1,2
−ジオキシゲナーゼ、ならびに多くの相同なおよび/または機能的に類似の酵素
が挙げられる。適切なアレーンジオキシゲナーゼをコードするポリヌクレオチド
は、当業者に公知のクローニング方法を使用して、多くの生物から得られ得る。
以下のリストは、アレーンジオキシゲナーゼをコードし、そして本発明の方法に
おける使用に適切であるポリヌクレオチドの例を提供する。遺伝子座は、Gen
Bank IDによって同定され、そしてアレーンジオキシゲナーゼの完全また
は部分タンパク質成分をコードする。適切な遺伝子座としては、例えば、以下が
挙げられる:[PSETODC1C]トルエン−1,2−ジオキシゲナーゼ;[
AF006691]、[PJU53507]、[PSECUMA]、[REU2
4277]、イソプロピルベンゼン−2,3−[E04215]、[PSEBD
O]ジオキシゲナーゼ;ベンゼン−1,2−ジオキシゲナーゼ;[AEBPHA
1F]、[CTU47637]、[D78322]、[D88020]、[D8
8021]、[PSEBPHA]、[PSEBPHABC]、[PSEBPHA
BCC]、[PSU95054]、[RERBPHA1]、[RGBPHA]、
[RSU27591]ビフェニル−2,3−ジオキシゲナーゼ;[PSU152
98]クロロベンゼンジオキシゲナーゼ;[AB004059]、[AF010
471]、[AF036940]、[AF053735]、[AF053736
]、pAF079317]、AF004283]、[AF004284]、[P
SENAPDOXA]、[PSENAPDOXB]、[PSENDOABC]、
[PSEORF1]、[PSU49496]ナフタレン−l,2−ジオキシゲナ
ーゼ;[AF009224]、[PSEBEDC12A]安息香酸−1,2−ジ
オキシゲナーゼ;[PWWXYL]トルエン酸ジオキシゲナーゼ;[ASCBA
ABC]、[U18133]3−クロロ安息香酸−3,4−ジオキシゲナーゼ;
[PCCBDABC]2−クロロ安息香酸−1,2−ジオキシゲナーゼ;[BS
U62430]2,4−ジニトロトルエンジオキシゲナーゼ;[PSU4950
4]2−ニトロトルエンジオキシゲナーゼ;[PPU24215]p−クメート
(cumate)−2,3−ジオキシゲナーゼ;[PSEPHT]フタル酸−4
,5−ジオキシゲナーゼ;[AB008831]、[ACCANI]、[D85
415]アニリン1,2−ジオキシゲナーゼ;[D90884]フェニルプロピ
オン酸2,3−ジオキシゲナーゼ;[PPPOBAB]フェノキシ安息香酸ジオ
キシゲナーゼ;[AF060489]、[AB001723]および[D890
64]カルバゾールジオキシゲナーゼ。
As arene dioxygenase, for example, toluene 2,3-dioxygenase, isopropylbenzene 2,3-dioxygenase, benzene-1,2-dioxygenase, biphenyl-2,3-dioxygenase, naphthalene-1, Two
-Dioxygenases, as well as many homologous and / or functionally similar enzymes. Polynucleotides encoding suitable arene dioxygenases can be obtained from many organisms using cloning methods known to those of skill in the art.
The following list provides examples of polynucleotides that encode arene dioxygenases and that are suitable for use in the methods of the invention. The locus is Gen
Identified by Bank ID and encodes the complete or partial protein component of arene dioxygenase. Suitable loci include, for example: [PSETODC1C] toluene-1,2-dioxygenase; [
AF006691], [PJU53507], [PSECUMA], [REU2
4277], isopropylbenzene-2,3- [E04215], [PSEBD
O] dioxygenase; benzene-1,2-dioxygenase; [AEBPHA
1F], [CTU47637], [D78322], [D88020], [D8
8021], [PSEBPHA], [PSEBPHABC], [PSEBPHA]
BCC], [PSU95054], [RRBPHA1], [RGBPHA],
[RSU27591] Biphenyl-2,3-dioxygenase; [PSU152
98] Chlorobenzene dioxygenase; [AB004059], [AF010
471], [AF036940], [AF053735], and [AF053736].
], PAF079317], AF004283], [AF004284], [P
SENAPDOXA], [PSENDPOXB], [PSENDOBC],
[PSEORF1], [PSU49496] naphthalene-1,2-dioxygenase; [AF009224], [PSEBEDC12A] benzoic acid-1,2-dioxygenase; [PWWXYL] toluene dioxygenase; [ASCBA
ABC], [U18133] 3-chlorobenzoic acid-3,4-dioxygenase;
[PCCBDABC] 2-chlorobenzoic acid-1,2-dioxygenase; [BS
U62430] 2,4-dinitrotoluene dioxygenase; [PSU4950
4] 2-nitrotoluene dioxygenase; [PPU24215] p-cumate-2,3-dioxygenase; [PSEPHT] phthalate-4
, 5-dioxygenase; [AB008831], [ACCANI], [D85
415] aniline 1,2-dioxygenase; [D90884] phenylpropionate 2,3-dioxygenase; [PPPOBAB] phenoxybenzoate dioxygenase; [AF060489], [AB001723] and [D890].
64] Carbazole dioxygenase.

【0084】 他のジオキシゲナーゼをコードする遺伝子がゲノムに含まれる生物もまた有用
であり、これらのジオキシゲナーゼとしては、以下が挙げられる:テトラリン−
5,6−ジオキシゲナーゼ、Sikkemaら、Appl.Eviron.Mi
crobiol.59:567−573,(1993);p−クメート−2,3
−ジオキシゲナーゼ、DeFrankら、J.Bacteriol.129:1
356−1364(1977);フルオレノン(fluorenone)1,1
a−ジオキシゲナーゼ、Selifonovら、Biochem.Biophy
s.Res.Comm.193:67−76(1993);ジベンゾフラン−4
,4aジオキシゲナーゼ、Trenzら、J.Bacteriol.176:7
89−795(1994);フタル酸−3,4−ジオキシゲナーゼ、Eaton
ら、J.Bacteriol.151:48−58(1982);および2−ク
ロロ安息香酸−1,2−ジオキシゲナーゼ、Selifonovら、Bioch
emBiophys.Res.Comm.213(3):759−767(19
95)など。本発明の酵素ライブラリーの作製における使用に適切な、これらお
よび他のジオキシゲナーゼは、1999年8月12日に出願された、「DNA
SHUFFLING OF DIOXYGENASE GENES FOR P
RODUCTION OF INDUSTRIAL CHEMICALS」との
表題の、同時係属中の、同一人に譲渡された米国特許出願番号60/148,4
50に記載される。
Also useful are organisms whose genome contains genes encoding other dioxygenases, and these dioxygenases include: tetralin-
5,6-Dioxygenase, Sikkema et al., Appl. Eviron. Mi
crobiol. 59: 567-573, (1993); p-cumate-2,3.
-Dioxygenase, DeFrank et al. Bacteriol. 129: 1
356-1364 (1977); fluorenone 1,1
a-dioxygenase, Selifonov et al., Biochem. Biophy
s. Res. Comm. 193: 67-76 (1993); dibenzofuran-4.
, 4a dioxygenase, Trenz et al., J. Mol. Bacteriol. 176: 7
89-795 (1994); phthalate-3,4-dioxygenase, Eaton.
Et al., J. Bacteriol. 151: 48-58 (1982); and 2-chlorobenzoic acid-1,2-dioxygenase, Serifonov et al., Bioch.
emBiophys. Res. Comm. 213 (3): 759-767 (19.
95) etc. These and other dioxygenases suitable for use in constructing the enzyme libraries of the present invention are described in "DNA", filed Aug. 12, 1999.
SHUFFRING OF DIOXYGENASE GENES FOR P
Co-pending and commonly assigned US patent application Ser. No. 60 / 148,4 entitled "RODUTION OF INDUSTRIAL CHEMICALS"
50.

【0085】 一旦、ヒドロキシル基が、リード化合物または他の有機分子に導入されると、
以下に記載されるように、このヒドロキシルに官能基を付加すること(例えば、
グリコシル化、アシル化など)がしばしば望ましい。従って、本発明はまた、こ
れらの有機分子に組換え誘導体化酵素の第1のライブラリーを接触させることに
よって得られた有機分子誘導体のライブラリーを、引き続いて、組換え誘導体化
酵素の第2のライブラリーと接触させる方法を提供する。この第2のライブラリ
ーの酵素は、しばしば(しかし、必要ではない)、官能基への化学的部分の付加
を触媒する酵素である。あるいは、ヒドロキシル化された化合物は、当業者に公
知の化学手段または他の手段によって改変され得る。
Once the hydroxyl group is introduced into the lead compound or other organic molecule,
Adding a functional group to this hydroxyl as described below (eg,
Glycosylation, acylation, etc.) is often desirable. Thus, the present invention also provides a library of organic molecule derivatives obtained by contacting these organic molecules with a first library of recombinant derivatizing enzymes, followed by a second library of recombinant derivatizing enzymes. And a method of contacting the library with. The enzymes of this second library are often (but not necessarily) those that catalyze the addition of chemical moieties to functional groups. Alternatively, the hydroxylated compound may be modified by chemical or other means known to those of skill in the art.

【0086】 (b.ハロゲナーゼ) ハロゲナーゼは、有機分子誘導体のライブラリーを得るために使用され得る誘
導体化酵素の1クラスの別の例を構成する。ハロゲナーゼは、一般に、芳香族環
をハロゲン化し、これらの芳香族環は、複雑な天然または非天然の生成物の部分
、および例えば、リード化合物として興味深い他の有機分子となり得る。適切な
ハロゲナーゼの例としては、以下が挙げられる:ハロゲナーゼPrnA、Prn
B、PrnC(U74493;P.fluorescens)、推定ハロゲナー
ゼP1tM、P1tD、P1tA(AF081920;P.fluoresce
ns)、推定オキシゲナーゼ/ハロゲナーゼ(Y16952;Amycolat
opsis orientalis)。これらの特定の酵素は、約35%未満の
アミノ酸配列同一性を有するが、これらの酵素をコードするポリヌクレオチドは
、DNAシャッフリングに使用され得る、より密接に関連するハロゲナーゼを得
るためのプローブとして有用である。
B. Halogenases Halogenases constitute another example of a class of derivatizing enzymes that can be used to obtain libraries of organic molecule derivatives. Halogenases generally halogenate aromatic rings, which can be part of complex natural or unnatural products, and other organic molecules of interest, for example, as lead compounds. Examples of suitable halogenases include: the halogenases PrnA, Prn.
B, PrnC (U74493; P. fluorescens), putative halogenases P1tM, P1tD, P1tA (AF081920; P. fluoresce).
ns), putative oxygenase / halogenase (Y16952; Amycolat
opsis orientalis). Although these particular enzymes have less than about 35% amino acid sequence identity, the polynucleotides encoding these enzymes are useful as probes to obtain more closely related halogenases that can be used for DNA shuffling. Is.

【0087】 (c.他の置換) 同様に、硫黄含有基を有機化合物に導入し得る。例えば、チオールは、一般に
、重金属に対する強い親和性を有する、チオレート(thiolate)アニオ
ンを生成するために導入される。しばしば、重金属は、酵素活性部位に見い出さ
れる。これらの実施形態において有用な誘導体化酵素としては、例えば、アリー
ルスルホトランスフェラーゼファミリーが挙げられる。このファミリーの酵素は
、スルホ基を有機分子の芳香族部分に転移するために使用され得る。アリールス
ルホトランスフェラーゼファミリーは、非常に高いアミノ酸配列同一性(80%
より多く)を有する多くのメンバーを含み、その結果、これらは、容易に一緒に
シャッフリングされて、組換え誘導体化酵素のライブラリーを生成し得る。組換
えに使用され得る適切なスルホトランスフェラーゼ遺伝子の例としては、例えば
、アリールアミンスルホトランスフェラーゼ(U33886;Homo sap
iens)、フェノールスルホトランスフェラーゼ(D85541;Macac
a fascicularis)、フェノールスルホトランスフェラーゼ(D2
9807;Canis familiaris)、フェノールスルホトランスフ
ェラーゼ(U34753;Bos taurus)、およびミノキシジルスルホ
トランスフェラーゼ(L19998;Rattus norvegicus)が
挙げられる。
C. Other Substitutions Similarly, sulfur containing groups can be introduced into organic compounds. For example, thiols are commonly introduced to produce thiolate anions, which have a strong affinity for heavy metals. Often heavy metals are found in the enzyme active site. Derivatizing enzymes useful in these embodiments include, for example, the aryl sulfotransferase family. This family of enzymes can be used to transfer sulfo groups to the aromatic portion of organic molecules. The aryl sulfotransferase family has very high amino acid sequence identity (80%
, Etc., so that they can be easily shuffled together to produce a library of recombinant derivatizing enzymes. Examples of suitable sulfotransferase genes that can be used for recombination include, for example, the arylamine sulfotransferase (U33886; Homo sap
iens), phenol sulfotransferase (D85541; Macac
a fascicularis), phenol sulfotransferase (D2
9807; Canis familiaris), phenol sulfotransferase (U34753; Bos taurus), and minoxidil sulfotransferase (L19998; Rattus norvegicus).

【0088】 さらなる実施形態において、1以上の塩基性基が、既存の官能基と置換される
。医薬品化学にもっとも代表的に使用される塩基性基は、アミン、アミジン、グ
アニジンおよびほとんど全ての窒素含有複素環である。生物学的活性を既に有す
る分子へのこのような基の導入は、酸官能基の導入と本質的に同じ可溶化効果を
有する。アミンおよび塩基性複素環は、有効な薬物に実質的に遍在する。例えば
、アミンを含む二官能性化合物を使用するアシルトランスフェラーゼまたはエス
テラーゼの使用によって、アミンを容易に導入し得る。
In a further embodiment, one or more basic groups are replaced with existing functional groups. The most commonly used basic groups in medicinal chemistry are amines, amidines, guanidines and almost all nitrogen-containing heterocycles. Introduction of such a group into a molecule that already possesses biological activity has essentially the same solubilizing effect as the introduction of the acid functional group. Amines and basic heterocycles are substantially ubiquitous in effective drugs. For example, amines can be readily introduced by the use of acyl transferases or esterases with bifunctional compounds containing amines.

【0089】 (2.官能基上への化学的部分の付加) 本発明のさらなる実施形態は、目的の有機分子(例えば、リード化合物)上に
存在する官能基上への1以上の化学的部分の付加を触媒し得る、組換え誘導体化
酵素およびそのライブラリーを提供する。これらの実施形態において、本発明の
組換え誘導体化酵素は、薬物の機能を破壊しない位置で、そのコアの機能的な薬
物部分にある基を結合し得る酵素である。このような結合は、薬物部分(例えば
、プロドラッグとしての)の可溶性を増大し得る。
2. Addition of Chemical Moiety on Functional Group A further embodiment of the invention is one or more chemical moieties on a functional group present on the organic molecule of interest (eg, lead compound). Recombinant derivatizing enzymes and libraries thereof that can catalyze the addition of In these embodiments, the recombinant derivatizing enzyme of the invention is an enzyme capable of attaching a group on the functional drug portion of its core at a position that does not disrupt the function of the drug. Such conjugation may increase the solubility of the drug moiety (eg, as a prodrug).

【0090】 結合は、可逆的または不可逆的のいずれかであり得る。可逆的結合としては、
例えば、エステル結合、ペプチド結合およびグリコシド結合が挙げられる。不可
逆的結合としては、例えば、O−およびN−アルキル化を介する結合が挙げられ
る。C−C結合の作製は、グラフト化側鎖(例えば、ジメチルアミノエチル鎖ま
たはモルホリノエチル側鎖)または酸性側鎖(例えば、カルボキシル基、スルホ
ン基、−OSO3H、−PO32、−OPO32)を使用するか、または中性基
(例えば、グリセリル基)を用いて達成され得る。より大きい可溶化基もまた、
本発明の酵素および方法を使用して付加され得る。これらの例としては、−O−
CH2−CH2−COOH、−NH2−CH2−CH2−CH2−、−C=N−O−C
2−CO2H、O−モルホリノエチル−および−O−CO−CH2−CH2−CO2 Hが挙げられるが、これらに限定されない。
The binding can be either reversible or irreversible. For reversible binding,
Examples include ester bonds, peptide bonds and glycosidic bonds. Irreversible bonds include, for example, bonds via O- and N-alkylation. The C—C bond can be prepared by grafting a side chain (eg, dimethylaminoethyl chain or morpholinoethyl side chain) or an acidic side chain (eg, carboxyl group, sulfone group, —OSO 3 H, —PO 3 H 2 , —). OPO 3 H 2 ) or with a neutral group such as a glyceryl group. Larger solubilizing groups are also
It can be added using the enzymes and methods of the invention. Examples of these are -O-
CH 2 -CH 2 -COOH, -NH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -, - C = N-O-C
H 2 -CO 2 H, O-morpholinoethyl - and -O-CO-CH 2 -CH 2 -CO 2 but H include, but are not limited to.

【0091】 非イオン化可能な(nonionizable)側鎖(例えば、ヒドロキシル
化およびポリオキシメチレン性の側鎖または種々のグリコシドを含む)もまた、
可溶性を増強するために結合され得る。このクラスの側鎖はまた、ポリエチレン
グリコール誘導体を含み、これはまた、可溶性の増強および持続性の放出のため
に使用される。
Nonionizable side chains, including, for example, hydroxylated and polyoxymethyleneic side chains or various glycosides, are also included.
Can be combined to enhance solubility. This class of side chains also includes polyethylene glycol derivatives, which are also used for enhanced solubility and sustained release.

【0092】 リード化合物または他の有機分子上の既存の官能基への化学的部分の付加に有
用な誘導体化酵素の例は、グリコシルトランスフェラーゼ、アシルトランスフェ
ラーゼ、アミダーゼ、N−メチルトランスフェラーゼ、ホスホトランスフェラー
ゼ、アリールスルホトランスフェラーゼなどである。
Examples of derivatizing enzymes useful for adding chemical moieties to existing functional groups on lead compounds or other organic molecules are glycosyltransferases, acyltransferases, amidases, N-methyltransferases, phosphotransferases, aryls. Such as sulfotransferase.

【0093】 (a.アシルトランスフェラーゼ) アシル化は、有機分子の誘導体化に理論的に多くの多様性を提供し得る、改変
化学の1つの型である。しかし、アシル化のための従来の化学プロセスは、代表
的に、非選択的であり、そして複数回の保護および脱保護工程を必要とする。ア
シルトランスフェラーゼ(例えば、リパーゼおよびプロテアーゼを含む)による
有機溶媒中での酵素的アシル化は、基質選択性、立体選択性および位置特異性の
ような特定の利点を提供し得る。しかし、任意の特定の有機分子に対する所望の
種々の基質選択性、立体選択性および位置特異性を有する天然に存在するアシル
トランスフェラーゼのセットから、アシルトランスフェラーゼを獲得し得る可能
性は低い。従って、本発明は、リード化合物および他の有機分子のアシル化誘導
体を合成するために使用され得る、多くの組換えアシルトランスフェラーゼを含
むライブラリーを提供する。
A. Acyltransferases Acylation is a type of modified chemistry that can theoretically provide a great deal of diversity in the derivatization of organic molecules. However, conventional chemical processes for acylation are typically non-selective and require multiple protection and deprotection steps. Enzymatic acylation in organic solvents by acyl transferases (including, for example, lipases and proteases) may provide certain advantages such as substrate selectivity, stereoselectivity and regiospecificity. However, it is unlikely that an acyl transferase can be obtained from a set of naturally occurring acyl transferases with various desired substrate, stereo and regiospecificities for any particular organic molecule. Thus, the present invention provides libraries containing a number of recombinant acyltransferases that can be used to synthesize lead compounds and acylated derivatives of other organic molecules.

【0094】 従って、本発明は、リパーゼ酵素およびプロテアーゼ酵素、ならびにアシルト
ランスフェラーゼをコードする、組換えポリヌクレオチドのライブラリーを提供
する。これらの方法は、アシル化反応を行い得る酵素をコードする基質ポリヌク
レオチドとして使用する、組換えポリヌクレオチドのライブラリーの作製工程を
包含する。このような酵素としては、例えば、リパーゼおよびプロテアーゼが挙
げられる。有機溶媒中でのリパーゼおよびプロテアーゼの逆反応は、種々のアシ
ル基を、複雑な天然の生成物のヒドロキシル部位上に転移し得る。これらの酵素
は、通常、広い基質特異性を有するが、活性は低い。
Accordingly, the invention provides libraries of recombinant polynucleotides encoding lipase and protease enzymes, and acyltransferases. These methods include the steps of making a library of recombinant polynucleotides for use as a substrate polynucleotide that encodes an enzyme capable of performing an acylation reaction. Such enzymes include, for example, lipases and proteases. The reverse reaction of lipases and proteases in organic solvents can transfer various acyl groups onto the hydroxyl sites of complex natural products. These enzymes usually have broad substrate specificity but low activity.

【0095】 リパーゼのファミリーは、例えば、公に入手可能なデータベースから容易に同
定され得る。シャッフリングに適切な(50%よりも高いアミノ酸同一性)リパ
ーゼファミリーの1例としては、以下のメンバーが挙げられる:Y00557、
Vibrio cholerae;D50587、Pseudomonas s
p KFCC10818(AAD22078)、Pseudomonas ae
ruginose(BAA23128)、P.aeruginosa(D505
87);Acinetobacter calcoacetius(AF047
691);およびP.wisconsinensis(U88907および20
72017)、Pseudomonas sp(P26877)、Bacill
us subtilis(M74101);Bacillus pumilus
(A34992);Galactomyces geotrichium(A0
2813);Candida rugosa(WO99/14338);および
Acinetobacter calcoaceticus(S61927)。
The family of lipases can be readily identified, for example, from publicly available databases. An example of a family of lipases suitable for shuffling (greater than 50% amino acid identity) includes the following members: Y00557,
Vibrio cholerae; D50587, Pseudomonas s
p KFCC10818 (AAD22078), Pseudomonas ae
ruginose (BAA23128), P. aeruginosa (D505
87); Acinetobacter calcoacetius (AF047)
691); wisconsinensis (U88907 and 20
72017), Pseudomonas sp (P26877), Bacill
us subtilis (M74101); Bacillus pumilus
(A34992); Galactomyces geotrichium (A0
2813); Candida rugosa (WO99 / 14338); and Acinetobacter calcoaceticus (S61927).

【0096】 補酵素Aの種々のカルボン酸誘導体を基質として使用するアシルトランスフェ
ラーゼをコードする多くの遺伝子が公知であり、これらの反応を触媒する酵素は
、原核生物および真核生物において遍在する。基質としての使用に適切な核酸の
例としては、例えば、以下が挙げられる:ガラクトシド6−Oアセチルトランス
フェラーゼ(EC 2.3.1.18);E.coliのlacA(B0342
(lacA))または他の生物のlacA(GENBANK遺伝子座MG396
;D02−orfl52(lacA);MJ1064(lacA)、MJ167
8、MTH1067);セリンO−アセチルトランスフェラーゼ(EC 2.3
.1.30)(GENBANK遺伝子座B3607(cysE)、HI0606
(cysE)、HP1210(cysE)、SLR1348(cysE));ア
ルコールO−アセチルトランスフェラーゼ(EC 2.3.1.84)(例えば
、Saccharomyces cerevisiae由来(遺伝子座YGR1
77C、YOR377W));アリールアミンN−アセチルトランスフェラーゼ
(EC 2.3.1.118、代表的なGENBANK遺伝子座としては、Q0
0267、D90786、Z92774、I78931、AF030398、A
F008204、AF042740が挙げられる);カルニチンO−アセチルト
ランスフェラーゼ(EC 2.3.1.7)(例えば、哺乳動物または酵母起源
(GENBANK遺伝子座YAR035(YAT1)およびYM8054.01
(CAT2));コリンO−アセチルトランスフェラーゼ(EC 2.3.1.
6)(例えば、哺乳動物起源);およびアセチルCoA:デアセチルビンドリン
4−O−アセチルトランスフェラーゼ(EC 2.3.1.107)(St−P
ierreら、(1998)Plant J.14:703−713)。
Many genes encoding acyltransferases that use various carboxylic acid derivatives of coenzyme A as substrates are known, and the enzymes that catalyze these reactions are ubiquitous in prokaryotes and eukaryotes. Examples of nucleic acids suitable for use as substrates include, for example: galactoside 6-O acetyl transferase (EC 2.3.1.18); E. coli lacA (B0342
(LacA)) or lacA of another organism (GENBANK locus MG396
D02-orfl52 (lacA); MJ1064 (lacA), MJ167
8, MTH1067); serine O-acetyltransferase (EC 2.3)
. 1.30) (GENBANK locus B3607 (cysE), HI0606)
(CysE), HP1210 (cysE), SLR1348 (cysE)); alcohol O-acetyltransferase (EC 2.3.1.84) (for example, from Saccharomyces cerevisiae (locus YGR1
77C, YOR377W)); arylamine N-acetyltransferase (EC 2.3.1.118, as a typical GENBANK locus, Q0.
0267, D90786, Z92774, I78931, AF030398, A
F008204, AF042740); carnitine O-acetyltransferase (EC 2.3.1.7) (eg, of mammalian or yeast origin (GENBANK locus YAR035 (YAT1) and YM8054.01).
(CAT2)); Choline O-acetyltransferase (EC 2.3.1.
6) (eg of mammalian origin); and acetyl CoA: deacetylbindrin 4-O-acetyltransferase (EC 2.3.1.107) (St-P).
ierre et al., (1998) Plant J. 14: 703-713).

【0097】 本発明の改善された酵素に対する適切なアシルドナーとしては、例えば、特定
の酵素に対するドナーとして作用し得る、アシルドナー化合物が挙げられる。代
表的なアシルドナー基質としては、ビニルエステル、トリフルオロエチルエステ
ルおよび他の脂肪族エステル、ならびにベンジルおよび脂肪酸などが挙げられる
。例えば、Mozhaevら、(1998)Tetrahedron 54:3
791−3982(特に、3976頁)を参照のこと。
Suitable acyl donors for the improved enzymes of the present invention include, for example, acyl donor compounds that can act as donors for particular enzymes. Representative acyl donor substrates include vinyl esters, trifluoroethyl esters and other aliphatic esters, as well as benzyl and fatty acids. For example, Mozhaev et al. (1998) Tetrahedron 54: 3.
791-3982 (especially page 3976).

【0098】 本発明の好ましい形態において、シャッフリングされるアシルトランスフェラ
ーゼ遺伝子は、アセチル基の転移を提供し、そして宿主微生物株の細胞中でアシ
ル−CoA化合物の内因性プールを使用する酵素をコードする、アシルトランス
フェラーゼ遺伝子である。アシルCoAの内因性プールはまた、アシル化反応を
行う宿主微生物株内へのアシルCoAリガーゼ(必要に応じて、DNAシャッフ
リングによって改善される)の導入によって増強され得る。次いで、この株に、
培地中の外因性のアセテートまたは他のカルボン酸が供給され、これらは、アシ
ルリガーゼによってCoAに結合される。適切なアシルリガーゼおよびそれらを
最適化するための方法は、1999年8月12日に出願された、「DNA SH
UFFLING OF MONOOXYGENASE GENES FOR P
RODUCTION OF INDUSTRIAL CHEMICALS」との
表題の、同時係属中の、同一人に譲渡された米国特許出願番号09/373,9
28に記載される。
In a preferred form of the invention, the shuffled acyltransferase gene provides for transfer of acetyl groups and encodes an enzyme that uses an endogenous pool of acyl-CoA compounds in cells of the host microbial strain. The acyltransferase gene. The endogenous pool of acyl-CoA can also be enhanced by the introduction of acyl-CoA ligase (optionally improved by DNA shuffling) into the host microbial strain that undergoes the acylation reaction. Then, in this strain,
Exogenous acetate or other carboxylic acids in the medium are supplied, which are bound to CoA by acyl ligase. Suitable acyl ligases and methods for optimizing them are described in “DNA SH” filed on Aug. 12, 1999.
UFFRING OF MONOOXYGENASE GENES FOR P
Co-pending, commonly assigned US patent application Ser. No. 09 / 373,9 entitled "RODUTION OF INDUSTRIAL CHEMICALS"
28.

【0099】 アシル化による誘導体化についての目的の化合物としては、例えば、天然の生
成物(例えば、ポリケチド、フラボノイド、ペプチド抗体など)および天然に存
在しない化合物が挙げられる。このような化合物は、例えば、抗体、化学療法剤
などとしての用途を見い出す。一般に、基質分子は、アシル化が生じ得る1以上
のヒドロキシル残基を有する。位置選択性は、アシル化が生じ得る複数の官能基
を有する分子に特に重要である。本発明の方法は、目的の官能基をアシル化する
が、さもなければアシル化に感受性であり得る他の官能基をアシル化しない酵素
を獲得し得る手段を提供する。
Compounds of interest for derivatization by acylation include, for example, natural products (eg, polyketides, flavonoids, peptide antibodies, etc.) and non-naturally occurring compounds. Such compounds find use, for example, as antibodies, chemotherapeutic agents and the like. Generally, the substrate molecule has one or more hydroxyl residues at which acylation can occur. Regioselectivity is especially important for molecules with multiple functional groups where acylation can occur. The method of the present invention provides a means by which an enzyme may be obtained that acylates a functional group of interest, but does not acylate other functional groups that may otherwise be susceptible to acylation.

【0100】 特定の分子のアシル化は、不利な特性を軽減し得る。とりわけ、抗癌剤(マイ
クロチューブリンの動力学を崩壊することによって作用する抗癌剤を含む)は、
改善された特性を有するその薬剤の誘導体の開発に本発明の方法が有用である化
合物である。これらの化合物としては、例えば、コルヒチン、コルセミド、ポド
キソフィロトキシン(podophylloxotoxin)、タキソール、ビ
ンブラスチン、ビンクリスチンなどが挙げられる。目的の基質の1つの特定の例
は、エポチロン(epothilone)であり、これは、現在研究段階にある
有能な抗癌剤候補である。この化合物上の2つのヒドロキシル基の選択的アシル
化は、その水溶性を増加し得る。本発明の組換えアシルトランスフェラーゼライ
ブラリーは、これらの位置で特異的にアシル化されている誘導体を獲得するため
に使用され得る。さらなる例は、ラパマイシンおよびFK506である。ラパマ
イシンのC−28ヒドロキシル基またはFK506の脱水化されていないC−3
5ヒドロキシルのアシル化は、それらの免疫抑制活性を、それらの神経再生活性
と分離するために使用され得る(Gold,B.G.(1997)Mol.Ne
urobiol.15:285−306)。FKBP(FK結合タンパク質)に
結合するラパマイシンまたはFK506の一部は、神経再生活性を担うことが公
知である。アシル化は、エフェクタータンパク質(カルシニュリン)へのFKB
P−ラパマイシン(またはFK506)の結合を破壊し得る。従って、前述のヒ
ドロキシル基のアシル化は、カルシニュリン結合を破壊する。位置選択性は、こ
れらの改変の主な役割を果たす。なぜなら、両方の分子にいくつかのヒドロキシ
ル基が存在するからである。
Acylation of certain molecules can mitigate the detrimental properties. Among others, anti-cancer agents (including anti-cancer agents that act by disrupting the kinetics of microtubulin)
Compounds for which the method of the present invention is useful in developing derivatives of that drug with improved properties. Examples of these compounds include colchicine, colcemid, podoxophyllotoxin, taxol, vinblastine, vincristine, and the like. One particular example of a substrate of interest is epothilone, which is a potential anti-cancer drug candidate currently under investigation. Selective acylation of two hydroxyl groups on this compound can increase its water solubility. The recombinant acyltransferase libraries of the invention can be used to obtain derivatives that are specifically acylated at these positions. Further examples are rapamycin and FK506. Rapamycin C-28 hydroxyl group or FK506 non-dehydrated C-3
Acylation of the 5 hydroxyls can be used to separate their immunosuppressive activity from their neuroregenerative activity (Gold, BG (1997) Mol. Ne.
urobiol. 15: 285-306). It is known that the part of rapamycin or FK506 that binds to FKBP (FK binding protein) is responsible for nerve regeneration activity. Acylation is a function of FKB to effector protein (calculin)
It may disrupt the binding of P-rapamycin (or FK506). Therefore, acylation of the aforementioned hydroxyl groups destroys the calcineurin bond. Regioselectivity plays a major role in these modifications. This is because there are some hydroxyl groups in both molecules.

【0101】 リパーゼ、プロテアーゼまたは他のアシル化酵素をコードする組換えポリヌク
レオチドのライブラリーのスクリーニングは、これらのポリヌクレオチドが上記
のようなDNAシャッフリング方法または他の方法のいずれによって得られるか
に関わらず、下記の1以上のスクリーニング方法によって、有機溶媒系において
精製酵素または部分精製酵素あるいは細菌溶解物または酵母溶解物を使用して、
インビトロで最も容易になされる。例えば、天然の生成物および小分子のアシル
化誘導体の形成の増加を、基質とその酵素触媒反応から生じる誘導体との間の物
理的差異を検出することによって検出し得る。これらの方法としては、HPLC
、質量分析法、UV/VisおよびIR分光法、NMRなどが挙げられる。
Screening libraries of recombinant polynucleotides encoding lipases, proteases or other acylating enzymes regardless of whether these polynucleotides are obtained by the DNA shuffling method as described above or other methods. Without using purified enzyme or partially purified enzyme or bacterial lysate or yeast lysate in an organic solvent system by one or more of the following screening methods:
Most easily done in vitro. For example, increased formation of naturally occurring products and small molecule acylated derivatives can be detected by detecting physical differences between the substrate and its derivative resulting from the enzyme-catalyzed reaction. These methods include HPLC
, Mass spectrometry, UV / Vis and IR spectroscopy, NMR and the like.

【0102】 別の本発明の好ましい方法は、標識したアシルドナー前駆体(例えば、標識カ
ルボン酸またはその誘導体)を使用し、これは、シャッフリングされたリパーゼ
、プロテアーゼまたは他のアシルトランスフェラーゼをコードする遺伝子のライ
ブラリーを発現する細胞に投与される。反応生成物における標識の量を測定する
。疎水性の反応生成物については、適切な有機溶媒中に誘導体を抽出し得るか、
または十分量の疎水性多孔性樹脂ビーズ(例えば、XAD 1180、XAD−
2、XAD−4、XAD−8)の添加によって、これらの化合物の固相抽出を使
用し得る。放射性標識の場合、シンチレート色素が、その有機溶媒中に存在し得
るか、このサンプルに添加され得るか、またはビーズポリマーに化学的に組み込
まれ得る。後者は、シンチレーション近接アッセイ法の改変を構成する。
Another preferred method of the invention uses a labeled acyl donor precursor (eg, a labeled carboxylic acid or derivative thereof), which is a gene encoding a shuffled lipase, protease or other acyltransferase. Administered to cells expressing the library. The amount of label in the reaction product is measured. For hydrophobic reaction products, the derivative can be extracted into a suitable organic solvent,
Alternatively, a sufficient amount of hydrophobic porous resin beads (eg, XAD 1180, XAD-
2, XAD-4, XAD-8), solid phase extraction of these compounds may be used. In the case of radiolabeling, the scintillate dye can be present in the organic solvent, added to the sample, or chemically incorporated into the bead polymer. The latter constitutes a modification of the scintillation proximity assay.

【0103】 アシル化反応の位置選択性を検出するための方法として、例えば、HPLC、
およびHTP様式において、フロースルーNMR分光法が挙げられる。NMR分
光法が、異なる位置がアシル化された天然の生成物または小分子の誘導体の相対
量を決定するために使用される場合、後者が、同位体(13Cおよび/または2
)標識基質に対する酵素の作用によって優先的に得られる。NMR技術の別のバ
リエーションとしては、アシルドナー中間体の同位体標識した前駆体の使用が挙
げられる。
As a method for detecting the regioselectivity of the acylation reaction, for example, HPLC,
And HTP mode include flow-through NMR spectroscopy. When NMR spectroscopy is used to determine the relative amounts of naturally occurring products or small molecule derivatives that have been acylated at different positions, the latter isotopes ( 13 C and / or 2 H
) Obtained preferentially by the action of the enzyme on the labeled substrate. Another variation of the NMR technique involves the use of isotopically labeled precursors of acyl donor intermediates.

【0104】 (b.グリコシルトランスフェラーゼ) 有機分子誘導体のコンビナトリアルライブラリーを作製するための目的の誘導
体化酵素の別の例は、グリコシルトランスフェラーゼである。グリコシル化は、
バイオアベイラビリティを増加し得、毒性を減少し得、そして有機分子(リード
化合物を含む)の水溶性を増加し得る。グリコシル化は、化学的に行うことは困
難であるので、抗生物質を含む新規な糖(例えば、新規な糖ペプチドおよびグリ
コシル化マクロライド抗生物質)は、作製することが困難である。
B. Glycosyltransferases Another example of a derivatizing enzyme of interest for making combinatorial libraries of organic molecule derivatives is glycosyltransferase. Glycosylation
It can increase bioavailability, reduce toxicity, and increase the water solubility of organic molecules (including lead compounds). Since glycosylation is difficult to chemically perform, novel sugars containing antibiotics (eg, novel glycopeptides and glycosylated macrolide antibiotics) are difficult to make.

【0105】 しかし、グリコシルトランスフェラーゼの使用は、1以上のヒドロキシル基を
含む、有機アクセプター化合物のグリコシル化を達成するのを可能にする。従っ
て、本発明の組換え酵素ライブラリーによって提供されるグリコシル化能力にお
けるより大きな多様性によって、有機分子の多くの改変体が獲得可能である。本
明細書中に提供される技術を使用して、以前に獲得可能でなかった種々のグリコ
シル化を触媒し得る新規酵素が提供される。例えば、本発明のライブラリーにお
ける組換え誘導体化酵素は、アクセプター(例えば、複雑な天然の有機分子およ
び合成の有機分子)およびドナー(例えば、異なる糖)に対する変化された特異
性を示し得る。アミノデオキシ糖を合成する能力の増加はまた、例えば、生体内
変換によって得られ得る。本発明の組換え誘導体化酵素を使用して、新規な基質
がアクセスされ得、新規な酵素活性が生成および改善され得;異なる化学プロセ
スが生体触媒によって置換され得、そして大きいスケールアップが達成され得る
However, the use of glycosyltransferases makes it possible to achieve glycosylation of organic acceptor compounds containing one or more hydroxyl groups. Therefore, due to the greater diversity in glycosylation capacity provided by the recombinant enzyme libraries of the present invention, many variants of organic molecules can be obtained. Using the techniques provided herein, novel enzymes are provided that can catalyze a variety of previously unobtainable glycosylation. For example, recombinant derivatizing enzymes in the libraries of the invention may exhibit altered specificity for acceptors (eg, complex natural and synthetic organic molecules) and donors (eg, different sugars). Increased ability to synthesize aminodeoxy sugars can also be obtained, for example, by biotransformation. Using the recombinant derivatizing enzymes of the present invention, new substrates can be accessed, new enzymatic activities can be generated and improved; different chemical processes can be replaced by biocatalysts, and large scale-up can be achieved. obtain.

【0106】 グリコシルトランスフェラーゼは、本明細書中に記載の、多様性を生成する方
法(例えば、シャッフリングを含む)を使用して進化され得、種々の異なる反応
パラメーターについて最適な性能を示す組換えグリコシルトランスフェラーゼを
生成する。代表的な反応パラメーターとしては、反応の特異性、酵素の乱雑性の
程度および位置化学が挙げられるが、これらに限定されない。例えば、これらの
酵素は、異なるヌクレオチド二リン酸(NDP)糖およびNDP糖アナログを転
移するため;糖を異なるアクセプター分子に転移するため;天然に存在する酵素
と比較して異なる位置で糖を結合するため、複数の部位を含むアクセプターにお
ける位置に対するあいまい性を有するため、および複数工程のグリコシル化を触
媒するために、必要に応じて進化される。
Glycosyltransferases can be evolved using the methods of generating diversity described herein (including shuffling, for example) to produce recombinant glycosyls that exhibit optimal performance for a variety of different reaction parameters. Produces transferase. Representative reaction parameters include, but are not limited to, the specificity of the reaction, the degree of enzyme randomness and regiochemistry. For example, these enzymes transfer different nucleotide diphosphate (NDP) sugars and NDP sugar analogs; transfer sugars to different acceptor molecules; bind sugars at different positions as compared to naturally occurring enzymes. In order to have ambiguity for positions in the acceptor containing multiple sites and to catalyze multi-step glycosylation, it is optionally evolved.

【0107】 別の実施形態において、酵素は、必要に応じて合成性である代替的な糖を利用
する組換え誘導体化酵素を生成するよう進化され得る。例えば、活性化糖(例え
ば、デソキシ糖および硫酸化糖);非天然の糖(例えば、ニトロシル化糖、スル
ホン酸化糖、ホスホン酸化糖およびジデソキシ糖(didesoxy suga
r);ポリアルコール(例えば、イノシトール、イノシトールリン酸およびイノ
シトールホスホネート);他の糖様の構造および化合物ならびに代替的ヌクレオ
チド。
In another embodiment, the enzyme can be evolved to produce a recombinant derivatizing enzyme that utilizes alternative sugars that are optionally synthetic. For example, activated sugars (eg desoxy sugars and sulphated sugars); unnatural sugars (eg nitrosylated sugars, sulphonated sugars, phosphonated sugars and didesoxy sugars).
r); polyalcohols such as inositol, inositol phosphates and inositol phosphonates; other sugar-like structures and compounds and alternative nucleotides.

【0108】 組換えグリコシルトランスフェラーゼはまた、必要に応じて、糖を代替的な糖
レセプター(ポリケチド、非リボソームペプチド、有機合成由来の複雑な分子、
および化学化合物のライブラリーを含むが、これらに限定されない)に転移する
ために使用される。本発明の目的の他の糖レセプターとしては、アグリコシル塩
酸バンコマイシン(aglycosyl vancomycin hydroc
hloride)(ペプチド抗生物質)、ソマトスタチン(成長ホルモン)、イ
ンスリンおよびグルカゴン放出インヒビター、コール酸(界面活性剤ステロイド
)、ノガラマイシン(抗腫瘍抗生物質)、L−チロキシン(甲状腺ホルモン)、
シリンガルダジン(syringaldazine)、アクラルビシン(抗腫瘍
抗生物質および市販のRNA合成インヒビター)、塩酸リトドリン(ritod
rine HCl)(アドレナリン作用性アゴニストおよび平滑筋弛緩剤)、リ
ファマイシン(抗生物質)、および硫酸リストマイシン(抗生物質)が挙げられ
るが、これらに限定されない。これらの化合物の各々は、Chemweb(ht
tp://www.chemweb.com/databases)を通して入
手可能なAvailable Chemical Databaseを有する化
学力学インターフェースによって定義されたように、バンゴマイシンアグリコン
に対する3次元類似性を有する。これらの化合物およびそれらの目的の糖結合点
を、図1〜10に示す。グリコシル化のための目的の他の天然の生成物としては
、例えば、ロバスタチン、アグリコシルエリスロマイシン、エキノカンジン(e
chinocandin)、タキソールおよびセファレキシンが挙げられる。
Recombinant glycosyltransferases may also optionally replace sugars with alternative sugar receptors (polyketides, non-ribosomal peptides, complex molecules derived from organic synthesis,
And libraries of chemical compounds, including but not limited to). Other sugar receptors for the purposes of the present invention include aglycosyl vancomycin hydroc.
hloride) (peptide antibiotic), somatostatin (growth hormone), insulin and glucagon release inhibitor, cholic acid (surfactant steroid), nogaramycin (antitumor antibiotic), L-thyroxine (thyroid hormone),
Syringaldazine, aclarubicin (anti-tumor antibiotic and commercial RNA synthesis inhibitor), ritodrine hydrochloride (ritod)
line HCl (adrenergic agonists and smooth muscle relaxants), rifamycin (antibiotics), and ristomycin sulfate (antibiotics), but are not limited thereto. Each of these compounds is described by Chemweb (ht
tp: // www. chemweb. have a three-dimensional similarity to the vangomycin aglycone, as defined by the chemodynamic interface with the Available Chemical Database available via C / databases). These compounds and their intended sugar attachment points are shown in Figures 1-10. Other natural products of interest for glycosylation include, for example, lovastatin, aglycosylerythromycin, echinocandin (e
chinocandin), taxol and cephalexin.

【0109】 少なくとも1つのヒドロキシル基を含む任意の分子は、必要に応じて、進化さ
れたグリコシルトランスフェラーゼでグリコシル化される。薬理学的に興味深い
化合物が好ましい。1より多いヒドロキシ基を有する糖アクセプターは、必要に
応じて、それらの位置のうちの1つのみでグリコシル化される。従って、異なる
異性体が、それらの位置のうちの1つまたは他の位置でグリコシル化することに
よって生成され得る。あるいは、1より多いヒドロキシ基を有する化合物は、例
えば、NDP糖が限定される場合、必要に応じて、異なる位置で、異なる程度に
グリコシル化される。なお別の実施形態において、化合物は、NDP糖およびグ
リコシルトランスフェラーゼの組み合わせ(反復的なグリコシル化を提供する)
によって多次元で処理される。
Any molecule containing at least one hydroxyl group is optionally glycosylated with an evolved glycosyltransferase. Compounds of pharmacological interest are preferred. Sugar acceptors with more than one hydroxy group are optionally glycosylated at only one of their positions. Thus, different isomers can be produced by glycosylation at one of their positions or at another position. Alternatively, compounds with more than one hydroxy group are optionally glycosylated to different extents at different positions, for example when NDP sugars are limited. In yet another embodiment, the compound is a combination of an NDP sugar and a glycosyltransferase (providing repetitive glycosylation).
Is processed in multiple dimensions by.

【0110】 いくつかの実施形態において、グリコシルトランスフェラーゼは、UDPヘキ
ソース誘導体からヘキソース残基を転移するグリコシルトランスフェラーゼから
選択される。好ましいヘキソースとしては、例えば、D−グルコース、D−ガラ
クトースおよびD−N−アセチルグルコサミンが挙げられる。進化されたグリコ
シルトランスフェラーゼを使用する結合における目的の糖としては、以下が挙げ
られるが、これらに限定されない:UDP−N−アセチルガラクトサミン、UD
P−N−アセチルグルコサミン、UDP−ガラクトース、UDP−ガラクツロン
酸、UDP−グルクロン酸、UDP−マンノース、UDP−キシロース、UDP
−グルコース、TDP−グルコース、CDP−グルコース、ADP−グルコース
、ADP−リボース、ADP−マンノース、GDP−フコース、GDP−グルコ
ース、およびGDP−マンノース(これら全ては、Sigma(St,Loui
s,MO)から入手可能)。デオキシ糖としては、例えば、以下である:2−デ
オキシ−D−xylo−ヘキソース、2−デオキシ−D−アラビノ−ヘキソース
、L−フコース、L−ラムノース、D−ミシノース(D−mycinose)、
L−バラロース(L−vallarose)、D−フコース、D−キノボース、
D−ラムノース、D−カナロース(D−canarose)、D−オリオース(
D−oliose)、D−ジギトース(D−digitose)、D−ボイビノ
ース(D−boivinose)、L−オレアンドロース(L−oleandr
ose)、チャルコース(chalcose)、D−アミセトース(D−ami
cetose)、L−ロジノース(L−rhodinose)、アスカリロース
、アベクオース、パラトース、チベロース、コリトースなど。これらの糖および
他の糖は、Annu.Rev.Microbiol.48,223−256(1
994)に記載される。
[0110] In some embodiments, the glycosyltransferase is selected from glycosyltransferases that transfer hexose residues from UDP hexose derivatives. Preferred hexoses include, for example, D-glucose, D-galactose and DN-acetylglucosamine. Sugars of interest in conjugation using evolved glycosyltransferases include, but are not limited to, UDP-N-acetylgalactosamine, UD.
PN-acetylglucosamine, UDP-galactose, UDP-galacturonic acid, UDP-glucuronic acid, UDP-mannose, UDP-xylose, UDP
-Glucose, TDP-glucose, CDP-glucose, ADP-glucose, ADP-ribose, ADP-mannose, GDP-fucose, GDP-glucose, and GDP-mannose (all of which are Sigma (St, Louis,
s, MO)). Examples of deoxy sugars include: 2-deoxy-D-xylo-hexose, 2-deoxy-D-arabino-hexose, L-fucose, L-rhamnose, D-mycinose.
L-valalose, D-fucose, D-quinovose,
D-rhamnose, D-canarose, D-auriose (
D-oliose), D-digitose, D-boibinose, L-oleandrose (L-oleandr)
ose), chalcose, D-amisetose (D-ami)
cetose), L-rhodinose, ascarylose, abeqose, paratose, tiberose, colitose and the like. These and other sugars are described in Annu. Rev. Microbiol. 48,223-256 (1
994).

【0111】 本発明は、特定の特性が増強されているグリコシルトランスフェラーゼ酵素を
コードする、組換えポリヌクレオチドを得る方法を提供し、このポリヌクレオチ
ドは、グリコシル化有機化合物の合成において、その酵素の有用性を増加する。
本発明の好ましい実施形態において、改善されたグリコシルトランスフェラーゼ
酵素をコードするポリヌクレオチドが、微生物内に導入され、この微生物が、生
体触媒反応混合物に添加される。いくつかの実施形態において、グリコシルトラ
ンスフェラーゼは、グリコシルトランスフェラーゼ遺伝子が得られた微生物種以
外の種によって発現される。
The present invention provides a method of obtaining a recombinant polynucleotide encoding a glycosyltransferase enzyme with enhanced specific properties, which polynucleotide is useful in the synthesis of glycosylated organic compounds. Increase sex.
In a preferred embodiment of the invention, a polynucleotide encoding the improved glycosyltransferase enzyme is introduced into a microorganism, which microorganism is added to the biocatalytic reaction mixture. In some embodiments, the glycosyltransferase is expressed by a species other than the microbial species from which the glycosyltransferase gene was obtained.

【0112】 本発明の好ましい実施形態において、本発明の方法において使用されるグリコ
シルトランスフェラーゼは、これらの酵素をコードする核酸を、組換えおよび引
き続く選択に供し、目的の増強された特性を有する酵素をコードするこれらの組
換えポリヌクレオチドを同定することによって最適化される。例えば、1つのヒ
ドロキシル基でのみ選択的にグリコシル化し得るか、2つの可能な異性体化合物
のいずれかを提供するよう位置選択的に制御し得るか、またはより広範な化合物
をグリコシル化し得る酵素(例えば、天然に存在するグリコシルトランスフェラ
ーゼによって通常利用されない種々の糖および糖アナログを利用する酵素、およ
び天然に存在するグリコシルトランスフェラーゼが糖分子を結合し得ない種々の
有機化合物をグリコシル化する酵素)をコードする、それらの組換えポリヌクレ
オチドについて選択し得る。
In a preferred embodiment of the invention, the glycosyltransferases used in the methods of the invention subject the nucleic acids encoding these enzymes to recombination and subsequent selection to produce enzymes with enhanced properties of interest. Optimized by identifying those recombinant polynucleotides that encode. For example, an enzyme that can be selectively glycosylated at only one hydroxyl group, can be regioselectively controlled to provide either of two possible isomeric compounds, or can be glycosylated on a broader range of compounds ( For example, enzymes that utilize various sugars and sugar analogs that are not normally utilized by naturally occurring glycosyltransferases, and enzymes that glycosylate various organic compounds to which naturally occurring glycosyltransferases cannot bind sugar molecules). , For those recombinant polynucleotides.

【0113】 増強された特性を有する組換えグリコシルトランスフェラーゼをコードする組
換えポリヌクレオチドを同定するために選択またはスクリーニングに供される、
組換えポリヌクレオチドのライブラリーは、例えば、これらの酵素をコードする
核酸(すなわち、これらの核酸は、組換えの基質である)への、本明細書中に記
載の種々の組換えベースの多様性を生成する方法(例えば、シャッフリング)の
適用によって作製され得る。組換えポリヌクレオチドのライブラリーの作製にお
ける基質としての使用に適切なグリコシルトランスフェラーゼ遺伝子の供給源と
しては、例えば、グリコシルトランスフェラーゼをコードするA.orient
alis由来のgtf遺伝子が挙げられ、これは、例えば、アグリコシルバンコ
マイシンへのグルコースの転移を触媒する。これらの反応を触媒する酵素は、原
核生物および真核生物に遍在する。
Subject to selection or screening to identify recombinant polynucleotides encoding recombinant glycosyltransferases with enhanced properties,
Libraries of recombinant polynucleotides include, for example, nucleic acid encoding these enzymes (ie, these nucleic acids are the substrates for recombination) and the various recombinant-based diversity described herein. It can be made by application of a method of producing sex, such as shuffling. Suitable sources of glycosyltransferase genes for use as substrates in the production of libraries of recombinant polynucleotides include, for example, A. orient
The gtf gene from alis is mentioned, which catalyzes the transfer of glucose to, for example, aglycosyl vancomycin. Enzymes that catalyze these reactions are ubiquitous in prokaryotes and eukaryotes.

【0114】 1つ以上のグリコシルトランスフェラーゼは、グリコシルトランスフェラーゼ
スーパーファミリーから選択され、類似の相同配列と整列され、そしてこれらの
相同配列に対してシャッフリングされ得る。グリコシルトランスファー反応は、
天然に遍在し、そして当業者は、このような遺伝子を種々の生物から、1つ以上
のいくつかの公知の方法を使用して、単離し得る。以下は、組換えライブラリー
の作製のための供給源核酸として使用され得るグリコシルトランスフェラーゼを
コードする核酸の例を示す。その組換えライブラリーは、次いで、有機化合物の
グリコシル化における改善(例えば、基質特異性の変化)を示すものを同定する
ためにスクリーニングされる。例えば、イノシトール1−α−ガラクトシルトラ
ンスフェラーゼ、EC2.4.1.123;フェノールβグルコシルトランスフ
ェラーゼ、EC2.4.1.35(NTU32643,NTU32644);フ
ラボン7−O−β−グルコシルトランスフェラーゼ、EC2.4.1.81;フ
ラボノール3−O−グルコシルトランスフェラーゼ、EC2.4.1.91(A
B002818、ZMMCCBZ1、AF000372、AF028237、A
F078079、D85186、ZMMC2BZ1、VVUFGT);o−ジヒ
ドロキシクマリン7−O−グルコシルトランスフェラーゼ、EC2.4.1.1
04;ビテキシンβグルコシルトランスフェラーゼ、EC2.4.1.105;
コニフェリルアルコールグルコシルトランスフェラーゼ、EC2.4.1.11
1;モノテルペノールβグルコシルトランスフェラーゼ、EC2.4.1.12
7;アリールアミングルコシルトランスフェラーゼ、EC2.4.1.71;s
n−グリセロール−3−ホスフェート1−ガラクトシルトランスフェラーゼ、E
C2.4.1.96;グルクロノシルトランスフェラーゼ、EC2.4.1.1
7(RNUDPGTR、AA912188、AA932333);ヒトUGTお
よびイソエンザイム(約35遺伝子);サリチルアルコールグルコシルトランス
フェラーゼ、EC2.4.1.172;4−ヒドロキシベンゾエート4−O−β
−D−グルコシルトランスフェラーゼ、EC2.4.1.194;ゼアチンO−
β−D−グルコシルトランスフェラーゼ、EC2.4.1.203;D−フルク
トース−2−グルコシルトランスフェラーゼ、VFAUDPGFTA;ならびに
エクジステロイドUDP−グルコシルトランスフェラーゼ(egt)MBU41
999は全て、本発明の組換えライブラリーの作製のための基質として使用され
得る。
One or more glycosyltransferases can be selected from the glycosyltransferase superfamily, aligned with similar homologous sequences, and shuffled to these homologous sequences. The glycosyl transfer reaction is
It is ubiquitous in nature and one of skill in the art can isolate such genes from various organisms using one or more of several known methods. The following shows examples of nucleic acids encoding glycosyltransferases that can be used as source nucleic acids for the production of recombinant libraries. The recombinant library is then screened to identify those that exhibit improved glycosylation of organic compounds (eg, altered substrate specificity). For example, inositol 1-α-galactosyltransferase, EC 2.4.1.123; phenol β-glucosyltransferase, EC 2.4.1.35 (NTU32643, NTU32644); flavone 7-O-β-glucosyltransferase, EC2.4. 1.81; flavonol 3-O-glucosyltransferase, EC 2.4.1.19 (A
B002818, ZMMCCBZ1, AF000372, AF028237, A
F078079, D85186, ZMMC2BZ1, VVUFGT); o-dihydroxycoumarin 7-O-glucosyltransferase, EC 2.4.1.1.
04; Vitexin β glucosyltransferase, EC 2.4.1.105;
Coniferyl alcohol glucosyltransferase, EC 2.4.1.11
1; monoterpenol β-glucosyltransferase, EC 2.4.1.12
7; arylamine glucosyltransferase, EC 2.4.1.71; s
n-glycerol-3-phosphate 1-galactosyl transferase, E
C2.4. 1.96; glucuronosyl transferase, EC 2.4.1.1
7 (RNUDPGTR, AA912188, AA932333); human UGT and isoenzyme (about 35 genes); salicyl alcohol glucosyltransferase, EC 2.4.1.172; 4-hydroxybenzoate 4-O-β.
-D-glucosyltransferase, EC 2.4.1.194; zeatin O-
β-D-glucosyltransferase, EC 2.4.1.203; D-fructose-2-glucosyltransferase, VFAUDPGFTA; and ecdysteroid UDP-glucosyltransferase (egt) MBU41.
All 999 can be used as substrates for the production of the recombinant libraries of the invention.

【0115】 さらなる適切なグリコシルトランスフェラーゼ遺伝子は、当業者が種々の土壌
、堆積物、空気、および水性サンプルから富化培養技術により単離し得る多くの
微生物に見出され得る。土壌細菌から特異的に単離されたグリコシルトランスフ
ェラーゼは、いくつかのポリケチドアグリコンをグリコシル化し、そしてこのよ
うなグリコシル化された天然の産物は、多くの異なる生物学的活性(例えば、抗
菌性および抗癌性)を有する。このような酵素をコードする遺伝子は、公のデー
タベースから容易に入手可能である。例えば、グリコシルトランスフェラーゼ(
S.antibioticus、AJ002638;Sac erythrae
a、Y14332;S.venezuelae、AF079762;S.peu
cetius、L47164およびS.fradiae、X81885)。これ
らの遺伝子は、50%を超えるアミノ酸配列同一性を共有し、そして任意の2つ
以上は、そのため、ファミリーとして一緒にシャッフリングするために理想的で
ある。
Additional suitable glycosyltransferase genes can be found in many microorganisms that one of ordinary skill in the art can isolate from various soil, sediment, air, and aqueous samples by enrichment culture techniques. Glycosyltransferases specifically isolated from soil bacteria glycosylate some polyketide aglycones, and such glycosylated natural products have many different biological activities (eg, antibacterial and antimicrobial properties). Cancerous). Genes encoding such enzymes are readily available from public databases. For example, glycosyltransferase (
S. antibioticus, AJ002638; Sac erythrae
a, Y14332; S.I. venezuelae, AF079762; peu
Cetius, L47164 and S. fradiae, X81885). These genes share greater than 50% amino acid sequence identity, and any two or more are therefore ideal for shuffling together as a family.

【0116】 例として、最初のシャッフリングに使用されるグリコシルトランスフェラーゼ
は、異なるAmycolatopsis orientalis株由来のgtf
A、gtfB、gtfC、gtfD、およびgtfEである。これらの遺伝子は
、糖部分をバンコマイシンおよびエレモマイシン(これらは、非リボソームペプ
チド抗生物質である)のアグリコンに移すグリコシルトランスフェラーゼをコー
ドする。Zmijewski&Briggs FEMS Miclobiolo
gy Letters 59,129−134(1989)。Solenber
gら、Chem&Biol.4,195−202(1997)。Wagenin
genら、Chem.&Biol.5,155−162(1998)。例えば、
GtfBおよびgtfEは、グルコースをTDP−グルコースまたはUDP−グ
ルコースからバンコマイシンへ移す。グリコシルトランスフェラーゼ遺伝子は、
59%(gtfA−gtfD)と82%(gtfB−gtfE)との間の類似性
を共有する。タンパク質配列は、52%(gtfA−gtfD)と80%(gt
fB−gtfE)との間の類似性を共有する。5つの公開された遺伝子は、異な
るAmycolatopsis orientalis ssp orient
alis株(ATCC 43490またはATCC43491からのgtfDお
よびgtfE、ならびにNNRL18098からのgtfA、gtfB、gtf
C)から増幅され得る。さらに多数の特徴づけされていないが、関連するグリコ
シルトランスフェラーゼ遺伝子は、必要に応じて、他のA.orientali
s株(例えば、ATCC19795、21425、35164、15165、1
5166、39444、43333、53550、および53630)からPC
R増幅され、そして適切なクローニングベクターおよび発現ベクターにクローニ
ングされる。さらなる遺伝子が、バルヒマイシンプロデューサーであるAmyc
olatopsis mediterranei DSM5908(Pelze
rら(1997)J.Biotechnol.57:115−128)、および
その他のAmycolatopsis株から増幅され得る。gtfでコードされ
たタンパク質のE.coli中での発現は、SDS−PAGE、クマシーブルー
染色のいずれかによって、および/または検出タグが添加された場合には、ウエ
スタンブロットによって、試験され得る。例えば、gtfBおよびgtfEの単
一のクローンは、それらの野生型活性について試験され得る。例えば、gtfB
およびgtfEは、TDPグルコースまたはUDPグルコースから、バンコマイ
シンのアグリコンへ移る。Folena−WassermannらJ.of A
ntibiotics 39,1395−1406(1986)。バンコマイシ
ンアグリコンのインビトロでのグルコシル化は、逆相HPLCによってモニター
され得る。Solenbergら、Chem.&Biol.4,195−202
(1997)。引き続いて、機能的gtfBおよびgtfEクローン、および所
望のサイズのポリペプチド鎖を発現するその他の遺伝子(例えば、gtfA、g
tfC、gtfDなど)のいくつかのクローンを使用して、スクリーニングベク
ターの状況で、gtf遺伝子のPCR産物を生成する。各PCR産物のDNAs
eIフラグメントは、例えば、上記のような種々のシャッフリング法によって生
成および再構成される。代表的には、フラグメントサイズは、25塩基対と25
0塩基対との間であるが、このサイズは、当該分野で周知の方法によって実験的
に容易に決定される。
As an example, the glycosyltransferases used for the initial shuffling were gtf from different Amycolatopsis orientalis strains.
A, gtfB, gtfC, gtfD, and gtfE. These genes encode glycosyltransferases that transfer the sugar moiety to the aglycones of vancomycin and eremomycin, which are non-ribosomal peptide antibiotics. Zmijewski & Briggs FEMS Microbiolo
gy Letters 59, 129-134 (1989). Solenber
g et al., Chem & Biol. 4, 195-202 (1997). Wagenin
gen et al., Chem. & Biol. 5,155-162 (1998). For example,
GtfB and gtfE transfer glucose from TDP-glucose or UDP-glucose to vancomycin. The glycosyltransferase gene is
Share the similarity between 59% (gtfA-gtfD) and 82% (gtfB-gtfE). The protein sequences are 52% (gtfA-gtfD) and 80% (gt
fB-gtfE). The five published genes are different Amycolatopsis orientalis ssp orients.
alis strains (gtfD and gtfE from ATCC 43490 or ATCC 43491, and gtfA, gtfB, gtf from NNRL18098).
Can be amplified from C). Even more numerous, but uncharacterized, glycosyltransferase genes of interest have been described in other A. orientali
s strains (eg, ATCC 19795, 21425, 35164, 15165, 1,
5166, 39444, 43333, 53550, and 53630) to PC
R-amplified and cloned into appropriate cloning and expression vectors. An additional gene is Amyc, a balhymycin producer.
olatopsis mediterranei DSM5908 (Pelze
r et al. (1997) J. Am. Biotechnol. 57: 115-128), and other Amycolatopsis strains. E. coli of the protein encoded by gtf. Expression in E. coli can be tested by either SDS-PAGE, Coomassie blue staining, and / or by Western blot if a detection tag was added. For example, single clones of gtfB and gtfE can be tested for their wild type activity. For example, gtfB
And gtfE transfer from TDP or UDP glucose to the aglycone of vancomycin. Folena-Wassermann et al. of A
ntibiotics 39, 1395-1406 (1986). In vitro glucosylation of vancomycin aglycone can be monitored by reverse phase HPLC. Solenberg, et al., Chem. & Biol. 4,195-202
(1997). Subsequently, functional gtfB and gtfE clones, and other genes expressing polypeptide chains of the desired size (eg, gtfA, g
Several clones of tfC, gtfD, etc.) are used to generate PCR products of the gtf gene in the context of screening vectors. DNAs of each PCR product
The eI fragment is generated and reconstructed by various shuffling methods as described above, for example. Typically, fragment sizes are 25 base pairs and 25
Although between 0 base pairs, this size is easily determined experimentally by methods well known in the art.

【0117】 (c.メチルトランスフェラーゼ) メチルトランスフェラーゼは、リード化合物またはその他の有機分子に存在す
る化学部分を官能基へ付加し得る目的の誘導体酵素の別の例である。S−アデノ
シルメチオニン(SAM)依存性メチルトランスフェラーゼ(MT)は、例えば
、タンパク質、核酸、糖、ポリサッカライド、脂質、リグニン、および種々の低
分子量化合物(例えば、マクロライド)のメチルエステル誘導体、メチルエーテ
ル誘導体、メチルチオエーテル誘導体、メチルアミン誘導体およびメチルアミド
誘導体を形成する酵素のクラスを構成する。SAMは、広汎な範囲の化学反応性
を有する求核試薬へと効率的に移される活性化メチル基を有する。活性化メチル
基のSAMからレシピエント求核試薬への移動は、熱力学的に有利であり、それ
ゆえ、メチルトランスファー反応を本質的に完了へと駆動する。
C. Methyltransferase Methyltransferase is another example of a derivative enzyme of interest that can add a chemical moiety present in a lead compound or other organic molecule to a functional group. S-adenosylmethionine (SAM) -dependent methyltransferases (MTs) are, for example, proteins, nucleic acids, sugars, polysaccharides, lipids, lignins, and methyl ester derivatives of various low molecular weight compounds (eg macrolides), methyl. It constitutes a class of enzymes that form ether derivatives, methylthioether derivatives, methylamine derivatives and methylamide derivatives. SAMs have activated methyl groups that are efficiently transferred to nucleophiles with a wide range of chemical reactivity. The transfer of activated methyl groups from the SAM to the recipient nucleophile is thermodynamically favorable and therefore drives the methyl transfer reaction to essentially completion.

【0118】 目的のメチルトランスフェラーゼの1つのクラスは、N−メチルトランスフェ
ラーゼである。例として、以下のN−メチルトランスフェラーゼは、少なくとも
59%のアミノ酸配列同一性を有し、したがって、シャッフリングにとくに十分
に適したファミリーを構成する(推定TDP−N−ジメチルデスオサミン−N−
メチルトランスフェラーゼ(U77459;Saccharomyces er
ythraea)、メチルトランスフェラーゼ(AJ002638;S.ant
ibioticus)、N,N−ジメチルトランスフェラーゼ(AF07976
2;S.venezuelae)、N−メチルトランスフェラーゼ(X8188
5;S.fradiae)。この酵素のファミリーは、通常、複雑な天然の産物
に付加されるアミノデオキシ糖のアミン基をメチル化する。
One class of methyltransferases of interest is N-methyltransferases. By way of example, the following N-methyltransferases have at least 59% amino acid sequence identity and thus constitute a family that is particularly well suited for shuffling (putative TDP-N-dimethyldesosamine-N-).
Methyltransferase (U77459; Saccharomyces er
ythreaa), methyltransferase (AJ002638; S. ant)
ibioticus), N, N-dimethyltransferase (AF07976)
2; S. venezuelae), N-methyltransferase (X8188)
5; S. fradiae). This family of enzymes usually methylates the amine groups of aminodeoxy sugars that are added to complex natural products.

【0119】 また興味深いのは、O−メチルトランスフェラーゼであり、これのいくつかの
ファミリーが知られている。例えば、以下に示すメチルトランスフェラーゼのフ
ァミリーは、複雑な天然の産物のヒドロキシル基をメチル化し得る:31−デメ
チル−FK506メチルトランスフェラーゼ(U65940;Streptom
yces sp)、メチルトランスフェラーゼ(X86780;Strepto
myces hygroscopicus)、カルボマイシン4−O−メチルト
ランスフェラーゼ(D30759;Streptomyces thermot
olerans)、およびO−メチルトランスフェラーゼ(M93958;St
reptomyces mycarofaciens)。これらのファミリーメ
ンバーは、アミノ酸レベルで45%を超える同一性を有する。
Also of interest are O-methyltransferases, several families of which are known. For example, the following family of methyltransferases can methylate the hydroxyl groups of complex natural products: 31-demethyl-FK506 methyltransferase (U65940; Streptom).
yces sp), methyltransferase (X86780; Strepto
myces hygroscopicus), carbomycin 4-O-methyltransferase (D30759; Streptomyces thermotte)
olerans), and O-methyltransferase (M93958; St
reptomyces mycarofaciens). These family members have greater than 45% identity at the amino acid level.

【0120】 (d.アミダーゼ) 本発明はまた、アミダーゼの組換えライブラリーを提供する。この酵素のファ
ミリーは、有機分子にアミド基を導入するために使用され得る。そのアミダーゼ
反応の逆は、カルボン酸基をカルボン酸アミドに変換する。本発明の方法におい
て使用されるのに適した1つのこのようなファミリーには、アミノ酸レベルで少
なくとも55%同一である以下のアミダーゼが含まれる:N−アセチル−アンヒ
ドロムラミル−L−アラニンアミダーゼ(AF082575;Pseudomo
nas aeruginosa)、N−アセチル−アンヒドロムラミル−L−ア
ラニンアミダーゼ(U40785;Enterobacter cloacae
)、AmpDタンパク質(X15237;E.coli)、およびAmpDタン
パク質(U32716;Haemophilus influenzae Rd
)。
D. Amidase The present invention also provides a recombinant library of amidases. This family of enzymes can be used to introduce amide groups into organic molecules. The reverse of the amidase reaction converts the carboxylic acid group to a carboxylic acid amide. One such family suitable for use in the methods of the invention includes the following amidases that are at least 55% identical at the amino acid level: N-acetyl-anhydromuramyl-L-alanine amidase. (AF082575; Pseudomo
nas aeruginosa), N-acetyl-anhydromuramyl-L-alanine amidase (U40785; Enterobacter cloacae).
), AmpD protein (X15237; E. coli), and AmpD protein (U32716; Haemophilus influenzae Rd.
).

【0121】 (e.ホスホトランスフェラーゼ) リード化合物またはその他の有機分子の現存する官能基へのリン酸基の付加も
また興味深い。したがって、本発明は、リン酸化された有機分子誘導体を得るた
めに有用である組換えホスホトランスフェラーゼのライブラリーを提供する。例
として、マクロライドおよびペプチドホスホトランスフェラーゼファミリー(そ
のメンバーは少なくとも36%のアミノ酸配列同一性を有する)は、組換えに供
され得る(例えば、マクロライド2’−ホスホトランスフェラーゼI(D162
51;E.coli)、マクロライド2’−ホスホトランスフェラーゼII(D
85892;E.coli)、ビオマイシンホスホトランスフェラーゼ(X02
393;S.vinaceus))。この酵素のグループは、リン酸基を、マク
ロライドまたはペプチド抗生物質上に、それらを不活化するために移す。組換え
ホスホトランスフェラーゼのライブラリーを使用することによって、当業者は、
マクロライドまたはペプチド抗生物質の異なる部位のリン酸化をすることができ
る。
E. Phosphotransferases Addition of phosphate groups to existing functional groups of lead compounds or other organic molecules is also of interest. Thus, the present invention provides a library of recombinant phosphotransferases that are useful for obtaining phosphorylated organic molecule derivatives. As an example, the macrolide and peptide phosphotransferase families, whose members have at least 36% amino acid sequence identity, can be subjected to recombination (eg, macrolide 2'-phosphotransferase I (D162).
51; E. E. coli), macrolide 2'-phosphotransferase II (D
85892; coli), viomycin phosphotransferase (X02
393; Vinaceus)). This group of enzymes transfers phosphate groups onto macrolides or peptide antibiotics to inactivate them. By using a library of recombinant phosphotransferases, one of skill in the art can
It is possible to phosphorylate different sites of macrolides or peptide antibiotics.

【0122】 (f.その他の酵素分類) 上記のもの以外の酵素分類もまた、リード生成および/または最適化において
、官能基を導入または改変することに関して、非常に重要である。例えば、酸化
還元反応を触媒し得る酵素は、機能的アルコールを酸化して、アルデヒド/ケト
ンにするため、またはアルデヒド/ケトン基を還元して、有機化合物におけるア
ルコールにするために重要である。これらの新たに作製された基は、次いで、記
載されるように他のクラスの酵素によってさらに修飾され得る。シャッフリング
のために適切な1つのそのようなファミリーは、80%より大きいアミノ酸配列
同一性を有する、ケトンをアルコールに変換する乳酸デヒドロゲナーゼのファミ
リーである:(Y00711、Homo sapiens;U07181、Ra
ttus norvegicus;77022A、Sus scrofa do
mestica;L79954、Tranchemys script、など)
。アルコールデヒドロゲナーゼは、アルコール基をアルデヒドに酸化する別のフ
ァミリーの酵素である。この酵素ファミリーに適切な遺伝子は、シャッフリング
のために容易に入手可能である(M88409、Homo sapiens;L
15704、Peromyscus maniculatus;156882、
Struthio camelus;P80222、Alligator mi
ssissippiensisなど)。酵素のこれら2つのファミリーのシャッ
フリングは、より複雑な有機化合物に対するそれらの基質特異性を変化させ得る
F. Other Enzyme Classes Enzyme classes other than those described above are also very important for introducing or modifying functional groups in lead generation and / or optimization. For example, enzymes capable of catalyzing redox reactions are important for oxidizing functional alcohols to aldehydes / ketones or for reducing aldehyde / ketone groups to alcohols in organic compounds. These newly created groups can then be further modified by other classes of enzymes as described. One such family suitable for shuffling is the family of lactate dehydrogenases that convert ketones to alcohols with amino acid sequence identities greater than 80%: (Y00711, Homo sapiens; U07181, Ra.
tus norvegicus; 77022A, Sus scrofa do
(Mestica; L79954, Tranchemys script, etc.)
. Alcohol dehydrogenases are another family of enzymes that oxidize alcohol groups to aldehydes. Suitable genes for this enzyme family are readily available for shuffling (M88409, Homo sapiens; L
15704, Peromyscus maniculatus; 156882,
Struthio camelus; P80222, Alligator mi
ssissippiensis). Shuffling of these two families of enzymes can alter their substrate specificity for more complex organic compounds.

【0123】 スルフィドをスルホキシドに、チオールをチオアルデヒドに酸化し得る酵素、
およびシアノヒドリン形成およびエポキシド化などを触媒し得る酵素のようなそ
の他の酵素ファミリーもまた、DNAシャッフリングのための標的であり、それ
ゆえ、コンビナトリアル生合成において使用するための貴重な触媒である。
An enzyme capable of oxidizing a sulfide to a sulfoxide and a thiol to a thioaldehyde,
And other enzyme families such as enzymes capable of catalyzing cyanohydrin formation and epoxidation etc. are also targets for DNA shuffling and are therefore valuable catalysts for use in combinatorial biosynthesis.

【0124】 (C.有機分子誘導体の組換えライブラリーを得るための組換え誘導体化酵素
ライブラリーの使用) 本発明は、さらなる実施形態において、有機分子誘導体のライブラリーを得る
ための方法を提供する。これらの方法は、有機分子(基質)を、組換え誘導体化
酵素およびその他の必要な反応物ライブラリーに接触させ、有機分子誘導体のラ
イブラリーを形成する工程を包含する。上記の誘導体化酵素は、以下のような反
応を触媒する:a)有機分子上に存在する1つ以上の官能基の修飾;b)有機分
子上に存在する1つ以上の官能基上への化学部分の付加;またはc)新たな官能
基の有機分子上への導入。
C. Use of Recombinant Derivatizing Enzyme Library to Obtain Recombinant Library of Organic Molecule Derivatives The present invention provides, in a further embodiment, a method for obtaining a library of organic molecule derivatives. To do. These methods include the step of contacting an organic molecule (substrate) with a recombinant derivatizing enzyme and other necessary reactant libraries to form a library of organic molecule derivatives. The derivatizing enzyme described above catalyzes reactions such as: a) modification of one or more functional groups present on an organic molecule; b) onto one or more functional groups present on an organic molecule. Addition of chemical moieties; or c) introduction of new functional groups onto the organic molecule.

【0125】 (1.誘導体化のための目的の有機分子) 目的の有機分子には、例えば、薬理学的活性、除草剤活性または殺虫剤活性な
どを有するものが含まれる。目的の有機分子のなかには、天然の産物(例えば、
抗生物質(例えば、ポリケチド抗生物質、ステロイド抗生物質、非リボソームペ
プチド抗生物質などを含む)がある。例えば、ステロイドは、薬物について非常
に広汎に使用される基本的な構造であり、それにより、環上の置換基は、多くの
異なる治療標的に薬物を標的化する。これらのほとんどは、天然の供給源に由来
し、そして効力についてスクリーニングされる。ステロイド薬物に観察される置
換基には、ヒドロキシル基、メトキシ基、アルコキシ基、グリコシル化、硫酸化
、ハロゲン化、二重結合および三重結合、カルボニル、などが含まれる。そのス
テロイド環状構造の化学的誘導体化は、数個の十分に記載された部位でまたは天
然に存在する構造の修飾によって、または天然に存在しないその誘導体により、
容易に達成され得る。
(1. Organic molecule of interest for derivatization) Examples of the organic molecule of interest include those having a pharmacological activity, a herbicide activity, or an insecticide activity. Some organic molecules of interest include natural products (eg,
There are antibiotics (including, for example, polyketide antibiotics, steroid antibiotics, non-ribosomal peptide antibiotics, etc.). For example, steroids are a very widely used basic structure for drugs, whereby substituents on the ring target the drug to many different therapeutic targets. Most of these are from natural sources and are screened for efficacy. Substituents observed on steroid drugs include hydroxyl groups, methoxy groups, alkoxy groups, glycosylations, sulphations, halogenations, double and triple bonds, carbonyls, and the like. Chemical derivatization of the steroid cyclic structure can be accomplished at several well-described sites or by modification of naturally occurring structures or by non-naturally occurring derivatives thereof.
Can be easily achieved.

【0126】 バンコマイシンおよびエリスロマイシンのような環状グリコペプチドおよびマ
クロライドもまた、シャッフリングされた酵素ライブラリーを適用することによ
って改変され得る化学的に異なる構造である。天然から単離された多くのこのよ
うな構造が存在し、そして文献に記載され、会社の保管室に存在し、これらは、
興味深い生物活性を有するが、その他の点で不足する。毒性、バイオアベイラビ
リティー、可溶性、薬物動態学、選択性の欠如は、薬物候補が薬物になることが
できない理由のうちのいくつかである。シャッフリングされたライブラリーの適
用は、これらのおよびその他の特徴を改善するために使用され得る。
Cyclic glycopeptides and macrolides such as vancomycin and erythromycin are also chemically distinct structures that can be modified by applying shuffled enzyme libraries. There are many such structures isolated from nature, and described in the literature and in the company's storerooms, which are:
It has interesting biological activity but is otherwise lacking. Toxicity, bioavailability, solubility, pharmacokinetics, lack of selectivity are some of the reasons why drug candidates are unable to become drugs. Application of shuffled libraries can be used to improve these and other features.

【0127】 プロスタグランジン、アルカロイド、アントラキノンは、多くの生物学的に活
性なメンバーを有する分子の他のファミリーである。これらはまた、シャッフリ
ングされた酵素ライブラリーを用いて改善するための良好な候補である。
Prostaglandins, alkaloids, anthraquinones are another family of molecules that have many biologically active members. These are also good candidates for improvement with shuffled enzyme libraries.

【0128】 組換え誘導体化酵素を使用して誘導体化し得る薬学的化合物の具体的な例には
、例えば、ツボクラリンクロライド、アルクロニウムクロライド、パンクロニウ
ムブロマイド、ベクロニウムブロマイド、アトラクリウムベシレート、776C
85、7CIMe−MDO−CPT、9−アミノカプトテシン、A−007、A
−108835、A−121798、プルプレアグリコシドAおよびB、ラナト
シドA、BおよびC、α−アセチルジゴキシン、β−アセチルジゴキシン、ジゴ
キシン、β−メチルジゴキシン、k−ストロファントシド、k−ストロファンチ
ン−β、コンバロシド、コンバラトキシン、グルコシラレンA、シラレンA、プ
ロシラリジン、シラレニンを含む。利胆薬および利胆動態(cholekine
tic)薬(例えば、ヒメクロモン、フェブポール、ケノデオキシコール酸、お
よびウルソデオキシコール酸を含む)もまた興味深い。フルオコルトロン、パラ
メタゾン、デキサメタゾン、ベタメタゾン、コルチゾン、ヒドロコルチゾン、プ
レドニソン、プレドニソロン、トリアムシコロンアセトニド、トリアムシノロン
、メチルプレドニソロン、およびプレドニリデンは、誘導体化に適したグルココ
ルチコイドである。目的のコルチコイドにはまた、例えば、プレドニカルベート
、ヒドロコルチゾンアセポネート、フルオコルチンブチル、イオテプレドノール
エタボネートなどが含まれる。
Specific examples of pharmaceutical compounds that can be derivatized using recombinant derivatizing enzymes include, for example, tuboclarin chloride, alcuronium chloride, pancuronium bromide, vecuronium bromide, atracurium besylate, 776C.
85,7 CIMe-MDO-CPT, 9-aminocaptothecin, A-007, A
-108835, A-121798, pullurea glycosides A and B, lanatosides A, B and C, α-acetyldigoxin, β-acetyldigoxin, digoxin, β-methyldigoxin, k-strophanthoside, k-strophanthin-β. , Convaloside, convalatoxin, glucosilaren A, psilalen A, procillaridin, psiralenin. Cholekines and cholekines
Tic) drugs (including, for example, hymecromone, febupol, chenodeoxycholic acid, and ursodeoxycholic acid) are also of interest. Fluocortron, parametricsone, dexamethasone, betamethasone, cortisone, hydrocortisone, prednisone, prednisolone, triamcicolone acetonide, triamcinolone, methylprednisolone, and prednilidene are suitable glucocorticoids for derivatization. Corticoids of interest also include, for example, predonic carbate, hydrocortisone aceponate, fluocortin butyl, ioteprednol etabonate, and the like.

【0129】 (2.酵素反応) 有機分子誘導体のライブラリーを得るために、その基質は、組換え酵素のライ
ブラリーのメンバーと接触される。酵素反応は、例えば、全細胞生体内変換、透
過化処理細胞、細胞溶解物、および精製タンパク質の使用を含む多数の方法で行
われ得る。
2. Enzymatic Reaction To obtain a library of organic molecule derivatives, its substrate is contacted with a member of a library of recombinant enzymes. The enzymatic reaction can be carried out in a number of ways including, for example, the use of whole cell biotransformation, permeabilized cells, cell lysates, and purified proteins.

【0130】 全細胞生体内変換は、その基質(例えば、有機分子)が、組換え誘導体化酵素
のライブラリーを含有する細胞に曝露されるときに生じる。そのライブラリーは
、複製可能な遺伝子パッケージ(例えば、ファージまたは酵母ディスプレイ)上
の表面タンパク質として、または基質と溶液中で相互作用する分泌タンパク質と
して発現され得る。その酵素はまた、細胞の内部で発現され得、この場合、その
基質は、その反応が生じる前に細胞内に拡散する。各々の場合、酵素活性の誘導
体化で得られる産物は、例えば、遠心分離、沈降、有機溶媒での抽出、および濾
過を含む当業者に公知の方法によって細胞から単離される。
Whole cell biotransformation occurs when its substrate (eg, an organic molecule) is exposed to cells containing a library of recombinant derivatizing enzymes. The library can be expressed as a surface protein on a replicable genetic package (eg, phage or yeast display) or as a secreted protein that interacts with the substrate in solution. The enzyme can also be expressed inside the cell, where the substrate diffuses into the cell before the reaction takes place. In each case, the product resulting from the derivatization of the enzymatic activity is isolated from the cells by methods known to those skilled in the art including, for example, centrifugation, precipitation, extraction with organic solvents, and filtration.

【0131】 そのライブラリーを発現する細胞は、硫酸ポリミキシンBのような多数の周知
の透過化処理剤を添加することにより透過化され得る。透過化剤のレベルは、基
質および産物が通過してライブラリーの酵素へとそして再びその細胞の外へと自
由に拡散するように修飾され得る。透過化剤のより高いレベルで、そのタンパク
質は、溶液中に放出され得る。目的の化合物は、全細胞について単離される。
Cells expressing the library can be permeabilized by the addition of a number of well known permeabilizing agents such as polymyxin B sulfate. The level of permeabilizing agent can be modified so that the substrate and product are free to diffuse through to the enzymes of the library and again out of the cell. At higher levels of permeabilizing agent, the protein can be released in solution. The compound of interest is isolated on whole cells.

【0132】 そのライブラリーは、細胞溶解物として使用され得、それによりそのライブラ
リーを発現する細胞は、界面活性剤、PMBSおよびリゾチームの添加または超
音波処理を含む周知の溶解条件の添加により破壊される。細胞細片は、必ずしも
必要ではないが、遠心分離によって反応前に除去され得る。次いで、基質がその
溶解物に、規定の温度で規定の長さの時間インキュベートした後に添加される。
次いで、その産物は、以前と同様に抽出され、そして以下に記載するように分析
される。
The library can be used as a cell lysate, whereby cells expressing the library are disrupted by the addition of detergent, PMBS and lysozyme or the addition of well known lysis conditions including sonication. To be done. Cell debris may, but need not, be removed prior to the reaction by centrifugation. The substrate is then added to the lysate after incubation at a defined temperature for a defined length of time.
The product is then extracted as before and analyzed as described below.

【0133】 あるいは、そのライブラリーによってコードされる組換え誘導体化酵素は、有
機分子の誘導体をスクリーニングするかまたは作製するために使用する前に、多
くの周知の技術によって精製され得る。このような方法には、例えば、部分的に
かまたは完全に精製されたタンパク質のいずれかを生成するために、ゲル濾過、
イオン交換、アフィニティークロマトグラフィー、または疎水性クロマトグラフ
ィーが含まれる。多くの他の精製方法が当業者に公知である。次いで、その精製
されたタンパク質は、酵素活性を好む条件下で基質に曝露される。
Alternatively, the recombinant derivatizing enzyme encoded by the library can be purified by a number of well-known techniques before being used to screen or make derivatives of organic molecules. Such methods include, for example, gel filtration, to produce either partially or fully purified protein,
Ion exchange, affinity chromatography, or hydrophobic chromatography is included. Many other purification methods are known to those of skill in the art. The purified protein is then exposed to the substrate under conditions that favor enzymatic activity.

【0134】 変換に使用される反応条件は、最大酵素代謝回転のために、標準的な方法(最
適な塩レベル、緩衝液、温度、および反応の長さの使用を含む)によって最適化
される。酵素反応において消費されるその基質およびその他の基質は、好ましく
は、高代謝回転速度を促進する濃度で使用される。
The reaction conditions used for the conversion are optimized by standard methods, including the use of optimal salt levels, buffers, temperatures, and reaction lengths, for maximum enzyme turnover. . The substrate and other substrates consumed in the enzymatic reaction are preferably used in concentrations that promote high turnover rates.

【0135】 有機分子およびその他の反応物を、組換え誘導体化酵素と接触させることは、
酵素の完全なライブラリーを同時に使用することによって、またはライブラリー
からの組換え酵素のプールもしくは各反応における単一の組換え酵素を使用する
ことによって、行われ得る。プールが使用される場合、そのプールは、一旦活性
なプールが、記載される方法を使用して同定されると、所望の活性を示す特定の
クローンを単離するために逆重畳積分され得る。例えば、組換え誘導体化酵素の
ライブラリーの各メンバーを発現するコロニーは、マイクロタイタープレートま
たは他の適切な容器に入れられ、そしてハイスループットスクリーニングに供さ
れ得る。
Contacting organic molecules and other reactants with a recombinant derivatizing enzyme
This can be done by using a complete library of enzymes simultaneously, or by using pools of recombinant enzymes from the library or a single recombinant enzyme in each reaction. If a pool is used, that pool can be deconvoluted to isolate particular clones that exhibit the desired activity once the active pool is identified using the methods described. For example, colonies expressing each member of the library of recombinant derivatizing enzymes can be placed in microtiter plates or other suitable vessels and subjected to high throughput screening.

【0136】 いくつかの実施形態において、組換え酵素のライブラリーのメンバーは、その
他の反応物と接触される前に、固相支持体に固定される。例えば、酵素をコード
する組換えポリヌクレオチドは、タグについてのコード配列もまた含む発現ベク
ターに導入され得、その結果、組換え誘導体化酵素が、タグを有した融合タンパ
ク質として発現される。あるいは、タグは、その発現後に誘導体化酵素に結合さ
れ得る。そのタグは、代表的には、対応するメンバーが容易に入手可能であり、
そして固相支持体に固定され得る結合対のメンバーである。例えば、組換え酵素
は、ビオチンとの融合物として発現され得、これは、次いで、ストレプトアビジ
ンへの結合によって固定され得る。他の適切な結合対には、例えば、マルトース
結合タンパク質およびアミロース、ヒスチジンタグ、および固定化金属イオン、
グルタチオン−S−トランスフェラーゼ、ならびに還元グルタチオン、ストレプ
トアビジン結合タグおよびストレプトアビジン、エピトープタグ(例えば、E−
タグ、myc−タグ、HAG−タグ、His−タグ)、および対応する抗体、キ
チン結合ドメインおよびキチン、S−タグおよびRNaseマイナスS−ペプチ
ド変異体、セルロース結合タンパク質およびドメインおよびセルロース、チオレ
ドキシンおよびDsbAおよびチオール化合物(例えば、ThibondTM)、
ポリカチオンタグ(例えば、ポリアルギニン)およびポリアニオンカラム、Ig
GおよびIgG誘導体化ペプチドおよびプロテインA、プロテインGなど、カル
モジュリン結合ペプチドおよびカルモジュリン、ヒスタクトフィリンおよび固定
化金属キレートクロマトグラフィーが含まれる。
In some embodiments, members of a library of recombinant enzymes are immobilized on a solid support prior to being contacted with other reactants. For example, a recombinant polynucleotide encoding an enzyme can be introduced into an expression vector that also contains the coding sequence for the tag, so that the recombinant derivatizing enzyme is expressed as a fusion protein with a tag. Alternatively, the tag can be linked to a derivatizing enzyme after its expression. The tag is typically readily available to the corresponding member,
And it is a member of a binding pair that can be immobilized on a solid support. For example, the recombinant enzyme can be expressed as a fusion with biotin, which can then be immobilized by binding to streptavidin. Other suitable binding pairs include, for example, maltose binding protein and amylose, histidine tags, and immobilized metal ions,
Glutathione-S-transferase, and reduced glutathione, streptavidin binding and streptavidin, epitope tags (eg E-.
Tag, myc-tag, HAG-tag, His-tag) and the corresponding antibodies, chitin-binding domain and chitin, S-tag and RNase minus S-peptide variants, cellulose-binding proteins and domains and cellulose, thioredoxin and DsbA and A thiol compound (eg Thibond ),
Polycation tags (eg polyarginine) and polyanion columns, Ig
G and IgG derivatized peptides and proteins A, protein G, etc., including calmodulin-binding peptides and calmodulin, histactophilin and immobilized metal chelate chromatography.

【0137】 酵素に結合されたタグが結合する結合対のメンバーは、好ましくは、固相支持
体に結合される。使用のために適切な固相支持体は、当業者に公知である。本明
細書で使用される場合、固相支持体は、実質的に固定された配置での材料のマト
リックスである。例示的な固相支持体には、ガラス、プラスチック、ポリマー、
金属、非金属、セラミックス、有機物などが含まれる。固相支持体は、扁平また
は平面であり得るか、または実質的に異なるコンホメーションを有し得る。例え
ば、基質は、粒子、ビーズ、鎖、沈降物、ゲル、シート、チューブ、球、容器、
キャピラリー、パッド、切片、フィルム、プレート、ディップスティック、スラ
イドなどとして存在し得る。磁気ビーズまたは粒子(例えば、磁気ラテックスビ
ーズおよび酸化鉄粒子)は、本発明の方法において使用され得る固体基質の例で
ある。磁気粒子は、例えば、米国特許第4,672,040号に記載され、そし
て例えば、PerSeptive Biosystems,Inc.(Fram
ingham MA)、Ciba Corning(Medfield MA)
、Bangs Laboratories(Carmel IN)、およびBi
oQuest,Inc.(Atkinson NH)から市販されている。その
基質は、シグナル対ノイズ比を最大にするために、主にバックグラウンド結合を
最少にするために、洗浄およびコストの簡便さのために、選択される。
The members of the binding pair to which the tag bound to the enzyme binds are preferably bound to a solid support. Suitable solid phase supports for use are known to those skilled in the art. As used herein, a solid support is a matrix of material in a substantially fixed arrangement. Exemplary solid supports include glass, plastics, polymers,
Metals, non-metals, ceramics, organic substances, etc. are included. The solid support can be flat or planar, or can have substantially different conformations. For example, the substrate can be particles, beads, chains, sediments, gels, sheets, tubes, spheres, containers,
It can be present as a capillary, pad, section, film, plate, dipstick, slide, etc. Magnetic beads or particles such as magnetic latex beads and iron oxide particles are examples of solid substrates that can be used in the methods of the invention. Magnetic particles are described, for example, in US Pat. No. 4,672,040 and are described, for example, in PerSeptive Biosystems, Inc. (Fram
ingham MA), Ciba Corning (Medfield MA)
, Bangs Laboratories (Carmel IN), and Bi
oQuest, Inc. (Atkinson NH). The substrate is chosen to maximize the signal to noise ratio, primarily to minimize background binding, and for ease of washing and cost.

【0138】 他の細胞成分から、または反応物などからの組換え酵素の分離は、例えば、ビ
ーズまたはディップスティックをリザーバーから除去することにより、マイクロ
タイタープレートウェルのようなリザーバーを空にするかまたは希釈することに
より、そのビーズ(鉄の核を有するビーズは、磁気を使用して容易に単離および
洗浄され得る)、粒子、クロマトグラフィーカラムまたはフィルターを洗浄溶液
または溶媒でリンスすることによりなされ得る。分離工程は、ときどき、延長し
たリンスまたは洗浄あるいは複数のリンスまたは洗浄を含む。例えば、固相基質
が、マイクロタイタープレートである場合、そのウェルは、代表的には、有機分
子誘導体(例えば、塩、緩衝液、界面活性剤、非特異的タンパク質など)の引き
続くスクリーニングと干渉し得る反応混合物の成分を含む洗浄溶液で数回洗浄さ
れ得る。
Separation of recombinant enzymes from other cellular components, or from reactants, etc. may be accomplished by emptying a reservoir, such as a microtiter plate well, by removing beads or dipsticks from the reservoir, or Diluting can be done by rinsing the beads (beads with iron nuclei can be easily isolated and washed using magnetism), particles, chromatography columns or filters with wash solution or solvent. . Separation steps sometimes include an extended rinse or wash or multiple rinses or washes. For example, if the solid phase substrate is a microtiter plate, the wells typically interfere with subsequent screening of organic molecule derivatives (eg, salts, buffers, detergents, non-specific proteins, etc.). It may be washed several times with a wash solution containing the components of the resulting reaction mixture.

【0139】 本発明により提供される組換え誘導体化酵素のライブラリーは、有機分子誘導
体のライブラリーを得るために有用であるのみならず、当業者が、目的の特定の
反応を触媒する組換え酵素を同定しうる供給源を提供するためにも有用である。
例えば、一旦、特定の有機分子誘導体が所望の特性を有するとして同定されると
、当業者は、特定の組換え酵素を、特定の誘導体の形成を触媒し得る酵素ライブ
ラリーから同定し得る。
The libraries of recombinant derivatizing enzymes provided by the present invention are not only useful for obtaining libraries of organic molecule derivatives, but those skilled in the art will appreciate that recombinant catalyzed catalysis of a particular reaction of interest. It is also useful to provide a source from which the enzyme can be identified.
For example, once a particular organic molecule derivative is identified as having the desired properties, one of skill in the art can identify particular recombinant enzymes from enzyme libraries that can catalyze the formation of particular derivatives.

【0140】 (3.有機分子誘導体のスクリーニング) 組換え誘導体化酵素のライブラリーは、有機分子誘導体の組換えライブラリー
の産生のために有用である。その有機分子誘導体は次いで、所望の活性を示すも
のを同定するためにスクリーニングされる。これらの実施形態において、スクリ
ーニングの産物は、しばしば、以前に作製されなかった化合物である。さらに、
組換え酵素のライブラリーは、当業者が、有機分子の特定の公知の修飾を触媒す
る酵素を同定し得る供給源を提供する。したがって、例えば、当業者は、ライブ
ラリーから、以前により効率的ではない方法(例えば、化学合成)によって合成
されるにしかすぎなかった公知の化合物の酵素的合成を可能にする酵素を得るこ
とができる。
3. Screening of Organic Molecular Derivatives Recombinant derivatizing enzyme libraries are useful for the production of recombinant libraries of organic molecular derivatives. The organic molecule derivative is then screened to identify those that exhibit the desired activity. In these embodiments, the products of the screen are often compounds not previously made. further,
Recombinant enzyme libraries provide a source by which one of skill in the art can identify enzymes that catalyze certain known modifications of organic molecules. Thus, for example, one of skill in the art can obtain from a library enzymes that allow enzymatic synthesis of known compounds that were previously only synthesized by less efficient methods (eg, chemical synthesis). it can.

【0141】 一旦、有機分子誘導体のライブラリーが合成されると、そのライブラリーは、
一般に、特に興味深い誘導体を同定するためにスクリーニングに供される。一般
に、特定の生物学的活性における改善を示す誘導体を同定するために、当業者は
、所望の活性の検出および/または定量を可能にするように設計されたバイオア
ッセイを使用し得る。所望の生物学的活性(例えば、細胞毒性、遺伝毒性などを
含む)、所望のバイオアベイラビリティー(血漿半減期、腎クリアランスなどの
特性を含む)、所望の物理化学的特性(水溶性、脂質可溶性、有機溶媒における
可溶性(例えば、n−オクタン)、水溶性、pH安定性(例えば、胃の低pH環
境)、温度安定性、胃腸の酵素に対する抵抗性、肝酵素に対する抵抗性、血漿酵
素に対する抵抗性、組織透過性(例えば、真皮、粘膜など)、血液脳関門透過性
)、ならびに誘導体化によって達成され得るその他の所望の特性のためのスクリ
ーニングはすべて、例えば、化合物の構造に関わらず、無作為に行われ得るか、
または特定の目的の構造を有するものを同定するためのライブラリー中の化合物
の構造の分析が先に行われ得る。一旦、所望の生物学的活性を有する化合物が同
定されると、構造分析は、組換え誘導体化酵素のライブラリーによって付与され
る構造的特徴を同定するために利用され得る。
Once a library of organic molecule derivatives has been synthesized, the library is
In general, they are screened to identify derivatives of particular interest. In general, to identify derivatives that show an improvement in a particular biological activity, one of skill in the art can use bioassays designed to allow detection and / or quantification of the desired activity. Desired biological activity (including cytotoxicity, genotoxicity, etc.), desired bioavailability (including properties such as plasma half-life, renal clearance), desired physicochemical properties (water solubility, lipid solubility) , Solubility in organic solvents (eg, n-octane), water solubility, pH stability (eg, low pH environment of stomach), temperature stability, resistance to gastrointestinal enzymes, resistance to liver enzymes, resistance to plasma enzymes , Tissue permeability (eg, dermis, mucosa, etc.), blood-brain barrier permeability, as well as other desired properties that can be achieved by derivatization, are all screened for Can be done intentionally,
Alternatively, an analysis of the structure of compounds in the library to identify those with a particular structure of interest can be performed first. Once a compound having the desired biological activity is identified, structural analysis can be utilized to identify structural features conferred by the library of recombinant derivatizing enzymes.

【0142】 ほとんどの場合、ライブラリーに存在する組換え誘導体化酵素は、所定の基質
を予想可能な様式で化学的に修飾することを予想される。例えば、グルコシルト
ランスフェラーゼは、基質の糖部分をアミンまたはヒドロキシ上に移す。これは
、その分子の物理的振る舞いにおける予想可能な変化を導き、これは、スクリー
ニングのために使用され得る。任意の所定の基質上の特定のライブラリーによっ
て触媒される化学的変換は、同じものである傾向がある。例えば、グリコシルト
ランスフェラーゼは、糖を基質上に配置し、メチルトランスフェラーゼは、メチ
ル基を付加し、そしてP450は、ヒドロキシル基などを付加する傾向がある。
これは、一般的なスクリーニング方法が各ライブラリーに対して考案され得るこ
とを可能にする。例えば、グルコシルトランスフェラーゼは、常に、糖基質連結
を生成する。したがって、連結した糖についての特定の化学試験は、産物の形成
を検出する。キナーゼライブラリーは、リン酸基を基質に移し、そして特異的な
リン酸試験は、産物の存在を検出する。
In most cases, the recombinant derivatizing enzyme present in the library will be expected to chemically modify a given substrate in a predictable manner. For example, glucosyltransferases transfer the sugar moiety of a substrate onto an amine or hydroxy. This leads to predictable changes in the physical behavior of the molecule, which can be used for screening. The chemical transformations catalyzed by a particular library on any given substrate tend to be the same. For example, glycosyltransferases place sugars on substrates, methyltransferases tend to add methyl groups, and P450s tend to add hydroxyl groups and the like.
This allows general screening methods to be devised for each library. For example, glucosyltransferases always produce sugar substrate linkages. Thus, certain chemical tests on linked sugars detect product formation. Kinase libraries transfer phosphate groups to substrates, and specific phosphate tests detect the presence of product.

【0143】 多数の分析スクリーニングツールは、コンビナトリアルライブラリーにおいて
化合物の構造を決定するために利用可能である。例えば、低濃度の化合物を、ハ
イスループットフォーマット(フロー分析NMRおよび質量分析を含む)検出す
ることが可能である多数の方法が公知である。これらの分析ツール、またはUV
/VisおよびIR分光分析、蛍光分光分析、ルミネッセンスなどを含むその他
の分析ツールは、酵素反応において生成される新規化合物を検出および定量する
ための両方に使用され得る。
A number of analytical screening tools are available to determine the structure of compounds in combinatorial libraries. For example, numerous methods are known that are capable of detecting low concentrations of compounds in high throughput formats, including flow analysis NMR and mass spectrometry. These analysis tools or UV
Other analytical tools including / Vis and IR spectroscopy, fluorescence spectroscopy, luminescence, etc. can be used both for detecting and quantifying new compounds produced in enzymatic reactions.

【0144】 基質の産物に対する100パーセントの代謝回転は、ライブラリースクリーニ
ングにおいて予想されず、そしてそのため、その分析技術は、好ましくは、酵素
活性によって産生される特定の変化を検出するために設定される。例えば、組換
え酵素のライブラリーにおける、目的の特定の基質に対するメチルトランスフェ
ラーゼ活性を有する酵素の存在は、酵素との接触後の質量分析において14am
uの増大の観察によって検出され得る。したがって、ライブラリーによって引き
起こされる基質の化学構造におけるその変化は、しばしば、特別にモニターされ
、検出され得る。次いで、これらは、特定の反応を触媒した組換え酵素のライブ
ラリーのメンバーに相関され得る。
A 100 percent turnover for the product of the substrate is not expected in the library screen, and so the analytical technique is preferably set up to detect the specific alteration produced by the enzymatic activity. . For example, the presence of an enzyme having a methyltransferase activity for a particular substrate of interest in a library of recombinant enzymes may result in 14am in mass spectrometry after contact with the enzyme.
It can be detected by observation of an increase in u. Therefore, the changes in the chemical structure of the substrate caused by the library can often be specifically monitored and detected. These can then be correlated to members of a library of recombinant enzymes that catalyzed a particular reaction.

【0145】 酵素ライブラリーにおける、新たな基質における特定の反応を触媒する組換え
酵素の存在を検出するための別のアプローチは、例えば、反応の経過の間の分子
マーカーの組み込みである。適切な標識には、例えば、放射標識(例えば、3
14C、32Pなど)が含まれる。これは、33メチルSアデノシルメチオニンの
ような放射活性共基質を使用して達成され得、それにより、反応のメチル化産物
のみが標識される。他の標識がまた使用され得る;多くは、当該分野で公知であ
る。例えば、グルコシル化は、標識を含む糖部分の使用によって検出され得る。
Another approach to detect the presence of a recombinant enzyme that catalyzes a particular reaction on a new substrate in an enzyme library is, for example, the incorporation of molecular markers during the course of the reaction. Suitable labels include, for example, radiolabels (eg, 3 H
, 14 C, 32 P, etc.) are included. This can be accomplished using a radioactive co-substrate such as 3 H 3 methyl S adenosylmethionine, which only labels the methylated product of the reaction. Other labels may also be used; many are known in the art. For example, glycosylation can be detected by the use of sugar moieties that include a label.

【0146】 特定の場合、シャッフリングされたライブラリーの基質に対する作用の産物は
、極端なpH、特定の溶媒中の化合物の可溶性の増大のような外部ストレスに対
して基質よりも安定な産物を提供することが予想される。観察におけるこの変化
はまた、適切な分析またはバイオアッセイ法によってモニターされ得る。
In certain cases, the product of action of the shuffled library on the substrate provides a more stable product than the substrate against external stresses such as extreme pH, increased solubility of the compound in certain solvents. Expected to do. This change in observation can also be monitored by an appropriate analytical or bioassay method.

【0147】 いくつかの場合に、新たに形成された産物の検出は、標準的なクロマトグラフ
ィー法(例えば、TLC、HPLC、CE、またはGC)によるその基質からの
その産物の分離を必要とし得る。この後に、分光学的方法またはその他の方法(
例えば、フレームイオン化、質量分析)が、目的の新規化合物の形成を検出する
ために行われる。
In some cases, detection of the newly formed product may require separation of the product from its substrate by standard chromatographic methods (eg TLC, HPLC, CE, or GC). . After this, spectroscopic or other methods (
Flame ionization, mass spectrometry, for example) is performed to detect the formation of novel compounds of interest.

【0148】 (実施例) 以下の実施例は、本発明を例示するために提供されるが、本発明を限定するた
めには提供されない。
EXAMPLES The following examples are provided to illustrate the present invention, but not to limit the present invention.

【0149】 (実施例1) (グリコシルトランスフェラーゼ酵素ライブラリーの作製およびデスバンコサ
ミンバンコマイシンの生成についての高スループットスクリーニング) 本実施例は、組換えグリコシルトランスフェラーゼのライブラリーを作製し得
、そしてデスバンコサミンバンコマイシンの生成のための酵素を使用し得る、方
法を記載する。
Example 1 Generation of Glycosyltransferase Enzyme Library and High-Throughput Screening for Desvancosamine Vancomycin Production This example can generate a library of recombinant glycosyltransferases and desvancosamine A method is described in which the enzyme for the production of vancomycin can be used.

【0150】 (A.Amycolatopsis orientalis ssp ori
entalis株からのgtfA、B、C、D、E遺伝子のクローニング) (1.gtfをコードするDNAの生成) (ゲノムDNAの調製) Amycolatopsis orientalis ssp. orien
talis株 ATCC43490およびNRRL18098を、ATCCおよ
びNRRLから入手する。アガロースペトリ皿上での開始培養物を、供給業者の
推奨に従って調製する。液体培養物を、25℃〜28℃にてTBS中で2〜5日
間増殖させる。そのゲノムDNAを、標準的手順(Ausubelら(1987
)Current Protocols in Molecular Biol
ogy、第1版、John Wiley & Sons,Inc.、NY)に従
って抽出する。
(A. Amycolatopsis orientalis ssp ori
Cloning of gtfA, B, C, D and E genes from S. entalis strain) (1. Generation of DNA encoding gtf) (Preparation of genomic DNA) Amycolatopsis orientalis ssp. orien
talis strains ATCC 43490 and NRRL 18098 are obtained from ATCC and NRRL. Starter cultures on agarose petri dishes are prepared according to the supplier's recommendations. Liquid cultures are grown in TBS at 25 ° C-28 ° C for 2-5 days. The genomic DNA was subjected to standard procedures (Ausubel et al. (1987)
) Current Protocols in Molecular Biol
Ogy, 1st edition, John Wiley & Sons, Inc. , NY).

【0151】 (付加(add−on)プライマーによるPCR) PCRを、以下を使用して、酵素の供給業者(New England Bi
olabs)の指示に従って、1.5Mベタインおよび1〜3.5mM MgS
4の存在下で50μl容量にて実施する:ゲノムDNA、1pmolの遺伝子
特異的プライマー、200μM dNTP、2単位のDeep Vent Po
lyumeraseおよび0.2単位のDeep Vent Polyumer
aseの5’−3’エキソヌクレア−ゼ活性欠失変異体。すべての場合において
、ワックスビーズ(MβP)を使用するホットスタートを使用する。DNAエン
ジンサーマルサイクラーにおいて、そのサイクルを以下のスキームに設定する:
最初に95℃で5分;95℃で45秒、76℃で1分20秒を5サイクル;95
℃で45秒、75℃で1分20秒を5サイクル;95℃で45秒、74℃で1分
20秒を5サイクル;95℃で45秒、73℃で1分20秒を10サイクル;9
5℃で45秒、73℃で1分20秒を10サイクル。すべてのプライマーは、配
列エントリーU84349およびU84350に従って設計する。gtfAの増
幅のために、プライマーgtfA.ForおよびgtfA.Revを使用する。
gtfBの増幅のために、プライマーgtfB.ForおよびgtfB.Rev
を使用する。gtfCの増幅のために、プライマーgtfC.Forおよびgt
fC.Revを使用する。gtfDの増幅のために、プライマーgtfD.Fo
rおよびgtfD.Revを使用する。gtfEの増幅のために、プライマーg
tfE.ForおよびgtfE.Revを使用する(表1)。
PCR with add-on primers PCR was performed using the following, using the enzyme supplier (New England Bi).
olabs) and 1.5 M betaine and 1-3.5 mM MgS
Performed in a volume of 50 μl in the presence of O 4 : genomic DNA, 1 pmol of gene-specific primer, 200 μM dNTP, 2 units of Deep Vent Po.
Lyumerase and 0.2 units of Deep Vent Polymer
5'-3 'exonuclease activity deletion mutant of ase. In all cases a hot start with wax beads (MβP) is used. In the DNA engine thermal cycler, set the cycle to the following scheme:
5 cycles of 95 ° C for 5 minutes; 95 ° C for 45 seconds, 76 ° C for 1 minute and 20 seconds for 5 cycles;
5 cycles of 45 ° C. for 45 minutes, 1 minute 20 seconds at 75 ° C .; 5 cycles of 45 seconds at 95 ° C., 1 minute 20 seconds at 74 ° C .; 10 cycles of 45 seconds at 95 ° C., 1 minute 20 seconds at 73 ° C. 9
10 cycles of 45 seconds at 5 ° C and 1 minute 20 seconds at 73 ° C. All primers are designed according to sequence entries U84349 and U84350. For amplification of gtfA, the primer gtfA. For and gtfA. Use Rev.
For amplification of gtfB, the primer gtfB. For and gtfB. Rev
To use. For amplification of gtfC, the primer gtfC. For and gt
fC. Use Rev. For amplification of gtfD, the primer gtfD. Fo
r and gtfD. Use Rev. For amplification of gtfE, primer g
tfE. For and gtfE. Rev is used (Table 1).

【0152】 (表1) (プライマー、オリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチド)[0152]   (Table 1)   (Primers, oligonucleotides, polynucleotides)

【0153】[0153]

【表9】 生じたPCR産物を、NdeIおよびEcoRVで消化する。gft遺伝子に
対応する、消化されたPCR産物をアガロースゲル電気泳動およびQIAEXI
I(Qiagen)により精製する。
[Table 9] The resulting PCR product is digested with NdeI and EcoRV. The digested PCR product corresponding to the gft gene was subjected to agarose gel electrophoresis and QIAEXI.
Purify by I (Qiagen).

【0154】 (2.ベクターpCKZEBBの特性および構造) ベクターpCKZEBBを、pAK400(Krebberら(1997)J
.Immunol.Meth.201:35−55から誘導する。pAK400
の以下の特徴は維持される。lacIq遺伝子をlacオペロンの抑制のために
維持する。lacIq遺伝子とlacプロモーター(lacp/o)との間の転写タ
ーミネーター(hpt)を維持してlacIプロモーターからlacIプロモー
ターに制御されるオペロンへの読み通し(read through)転写を終
結させて非誘導性基礎発現を減少させる。lacプロモーターオペレーターを転
写開始および転写制御のために維持した。標的遺伝子開始コドンの前にあるT7
ファージ遺伝子10由来のT7g10リーダーを維持して、NdeI制限部位に
あるATG開始コドンからの強力な翻訳開始を可能にした。NdeI−Hind
IIIのlacプロモーターオペレーターに制御される発現カセットの後ろに、
lpp転写ターミネーター(lppt)がコードされ、その後に一本鎖DNA生
成を可能にするf1複製起点が存在し、その後にクロラムフェニコール耐性遺伝
子(camR)が存在し、そして二本鎖DNA複製のためのColE1起点が存
在する。
2. Properties and Structure of Vector pCKZEBB Vector pCKZEBB was added to pAK400 (Krebber et al. (1997) J).
. Immunol. Meth. 201: 35-55. pAK400
The following features of are maintained. The lacI q gene is maintained for repression of the lac operon. Maintaining a transcription terminator (hp t ) between the lacI q gene and the lac promoter (lac p / o ) to terminate non-induction by terminating the read through transcription from the lacI promoter to the operon controlled by the lacI promoter. Reduces sexual basal expression. The lac promoter operator was maintained for transcription initiation and transcriptional control. T7 before the target gene start codon
The T7g10 leader from phage gene 10 was maintained to allow strong translation initiation from the ATG start codon at the NdeI restriction site. NdeI-Hind
Behind the expression cassette controlled by the lac promoter operator of III,
The lpp transcription terminator (lppt) is encoded, followed by the f1 origin of replication that enables single-stranded DNA production, followed by the chloramphenicol resistance gene (cam R ), and double-stranded DNA replication. There is a ColE1 origin for

【0155】 pCKZEBBにおいて、lacプロモーターオペレーターに制御されるポリ
シストロン性メッセージが、pAK400中にあるlacプロモーターオペレー
ターに制御されるモノシストロン性メッセージと置き換わっている。lacプロ
モーターに転写されるオペロンは、pAK400ベクターの唯一のNdeIとH
indIIIとの間に位置する。pCKZEBBにおいて、lacZ遺伝子の改
変体(開始コドンATGがNdeI部位に組み込まれ、内部NdeIが除去され
、EcoRV部位が終止コドンの前の遺伝子の末端に付加されて、ベクター中に
反転したEcoRV lacZ片を生じる)を、NdeI EcoRV標的遺伝
子クローニング部位中にスタッファーフラグメントとして挿入する。このlac
Zフラグメントを、標的グリコシルトランスフェラーゼ遺伝子により置換する。
lacZの後ろに、ビオチン化タグがコードされ(アミノ酸配列)、その後にt
rpBの末端に由来する翻訳カップリングタグが存在する。標的グリコシルトラ
ンスフェラーゼがlacZスタッファーフラグメントを置換する場合にその標的
グリコシルトランスフェラーゼにインフレームで、両方のタグを融合する。翻訳
カップリングタグの終止コドン(TGA)のAヌクレオチドは、グリーン蛍光タ
ンパク質コード遺伝子(GFP;Crameriら(1996)Nature
Biotechnol.14:315〜319)の翻訳開始コドンの一部を構成
する。このGFP遺伝子の後に、BL21(DE3)由来のリボソーム結合部位
を含む、PCRクローニングされたbirA遺伝子が続く。このbirA遺伝子
中に配列曖昧性が存在するようである。なぜなら、この領域中にNcoI制限部
位が存在するからである。pCKZEBBのマップを図19に示し、このベクタ
ーのヌクレオチド配列を配列番号19として示す。
In pCKZEBB, the lac promoter operator-controlled polycistronic message replaces the lac promoter operator-controlled monocistronic message in pAK400. The operon transcribed in the lac promoter is the only NdeI and H of the pAK400 vector.
It is located between indIII. In pCKZEBB, a variant of the lacZ gene (the start codon ATG was integrated at the NdeI site, the internal NdeI was removed, an EcoRV site was added to the end of the gene before the stop codon, and the inverted EcoRV lacZ piece was inserted into the vector. Resulting) is inserted as a stuffer fragment into the NdeI EcoRV target gene cloning site. This lac
The Z fragment is replaced by the target glycosyltransferase gene.
After lacZ, a biotinylated tag is encoded (amino acid sequence), followed by t
There is a translational coupling tag derived from the end of rpB. Both tags are fused in-frame to the target glycosyltransferase when it replaces the lacZ stuffer fragment. The A nucleotide of the stop codon (TGA) of the translation coupling tag is a green fluorescent protein-encoding gene (GFP; Crameri et al.
Biotechnol. 14: 315-319) and constitutes a part of the translation initiation codon. This GFP gene is followed by the PCR-cloned birA gene containing the ribosome binding site from BL21 (DE3). There appears to be sequence ambiguity in this birA gene. This is because there is an NcoI restriction site in this region. A map of pCKZEBB is shown in Figure 19 and the nucleotide sequence of this vector is given as SEQ ID NO: 19.

【0156】 pCKZEBBで形質転換されたE.coliは、30μg/mlのクロラム
フェニコールおよび1mM IPTG上で増殖させた場合、グリーン蛍光になら
ない。スタッファーlacZフラグメントを、ビオチン化翻訳カップリングタグ
とインフレームで全長標的遺伝子により置換すると、A)標的遺伝子のIPTG
誘導発現が、GFT遺伝子への翻訳カップリングによってプラスミド保有細菌を
グリーン蛍光にし(OppenheimおよびYanofsky(1980)G
enetics 95、785〜795)、そしてB)標的遺伝子は、birA
由来のビオチンホロ酵素リガーゼ(Smithら(1998)Nucl.Aci
ds Res.26:1414〜1420)を介して、ビオチン化タグ(Sch
atz(1993)Bio/Technology 11:1138〜1143
)によりインビボでビオチン化される。
E. coli transformed with pCKZEBB. E. coli does not become green fluorescent when grown on 30 μg / ml chloramphenicol and 1 mM IPTG. Replacement of the stuffer lacZ fragment with the biotinylated translational coupling tag in frame with the full length target gene results in: A) IPTG of the target gene
Inducible expression renders plasmid-harvesting bacteria green fluorescent by translational coupling to the GFT gene (Openpenheim and Yanofsky (1980) G
enetics 95, 785-795), and B) the target gene is birA.
Derived biotin holoenzyme ligase (Smith et al. (1998) Nucl. Aci
ds Res. 26: 1414-1420) via a biotinylated tag (Sch
atz (1993) Bio / Technology 11: 1138 to 1143.
) Is biotinylated in vivo.

【0157】 (3.pCKZEBB中へのgftPCRのクローニング) ベクターpCKZEBBをNdeIおよびEcoRVで切断し、lacZ遺伝
子スタッファーを2つの部分として除去する。得られたベクターを、仔ウシ腸ホ
スファターゼを使用することにより脱リン酸化する。このベクターに対応するD
NAフラグメントを、QIAEXII(Qiagen)によってアガロースゲル
から単離する。上記のEcoRVおよびNdeIで消化したPCR産物を、標準
的手順に従ってこのベクターフラグメントに連結する。連結後、E.coli
TG1エレクトロコンピテント細胞(Stratagene)を、この連結物を
用いてエレクトロポレーションし、そして30μg/mlのクロラムフェニコー
ルおよび1mM IPTGを含むLB−Agarプレート上にプレーティングし
、そして37℃で一晩増殖させる。種々の程度の蛍光を示すグリーン蛍光コロニ
ーを選択し、そしてプラスミドDNAを調製する。
3. Cloning of gftPCR into pCKZEBB The vector pCKZEBB is cut with NdeI and EcoRV to remove the lacZ gene stuffer in two parts. The resulting vector is dephosphorylated by using calf intestinal phosphatase. D corresponding to this vector
The NA fragment is isolated from the agarose gel by QIAEXII (Qiagen). The PCR product digested with EcoRV and NdeI described above is ligated into this vector fragment according to standard procedures. After ligation, E. coli
TG1 electrocompetent cells (Stratagene) were electroporated with this ligation and plated on LB-Agar plates containing 30 μg / ml chloramphenicol and 1 mM IPTG and plated at 37 ° C. Grow overnight. Green fluorescent colonies showing varying degrees of fluorescence are selected and plasmid DNA is prepared.

【0158】 (4.制限分析および配列決定) 得られたベクターを、制限酵素により分析し、そしてインサートを含むクロー
ンを配列決定する。グリコシルトランスフェラーゼの1つをビオチン化−翻訳カ
ップリングタグ融合タンパク質として発現するプラスミドを同定する。公開され
た配列に対応する遺伝子を保有するクローンを、シャッフリングのテンプレート
として使用する。
4. Restriction Analysis and Sequencing The resulting vector is analyzed with restriction enzymes and the clones containing the insert are sequenced. A plasmid is identified that expresses one of the glycosyltransferases as a biotinylated-translational coupling tag fusion protein. Clones carrying the gene corresponding to the published sequence are used as shuffling templates.

【0159】 (B.ファミリーシャッフリングによる、単一(single)、二種(do
uble)、三種(triple)、四種(quadruple)および5つ全
ての遺伝子組み合わせの組換えおよび変異) (1.pCKベクター中のwt遺伝子の増幅) グリコシルトランスフェラーゼ遺伝子(いくつかのベクター由来の隣接領域を
含む)を、得られたプラスミドから、製造業者の推奨に従ってポリメラーゼを使
用して、プライマーCK.For3およびH3.Revによって増幅する。この
PCRをQiaquickカラム(Qiagen)により精製する。
(B. Family shuffling, single, dual (do)
recombination and mutation of gene combinations of triple, triple, quadruple and all 5) 1. Amplification of wt gene in pCK vector Glycosyltransferase gene (flanking region from some vectors) From the resulting plasmid using the polymerase according to the manufacturer's recommendations and using the primers CK. For3 and H3. Amplify by Rev. The PCR is purified on a Qiaquick column (Qiagen).

【0160】 (2.ランダムDNAフラグメントの生成) これらのプラスミドいずれかに由来するPCR産物をDNAseI(Boeh
ringer)で消化する。この反応をドライアイス上で停止し、そして所望の
サイズ範囲のフラグメントを、ガラスフィルターディスク(Whatman)お
よび透析膜(Spectrapor)を使用して、2%アガロースゲルから単離
する(Stemmer(1994)Proc.Nat’l.Acad.Sci.
USA 91:10747〜10751およびStemmer(1994)Na
ture 370:389〜391)。
(2. Generation of Random DNA Fragment) A PCR product derived from any of these plasmids was used as DNAseI (Boehh).
digest with a ringer). The reaction is stopped on dry ice and fragments of the desired size range are isolated from a 2% agarose gel using glass filter disks (Whatman) and dialysis membranes (Spectrapor) (Stemmer (1994) Proc. Nat'l. Acad. Sci.
USA 91: 10747-10751 and Stemmer (1994) Na.
true 370: 389-391).

【0161】 (3.グリコシルトランスフェラーゼ遺伝子のアセンブリー) 各ファミリーアセンブリー反応について、いくつかの濃度および比のDNAs
e消化DNAフラグメント、ならびにPCRサイクリングパラメーターを、ステ
ップ4で最大量のシャッフリングされた遺伝子が得られるように調整する(Cr
ameriら(1998)Nature 391:288〜291、Chris
tiansら(1999)Nature Biotechnol.17:259
〜64)。
3. Glycosyltransferase Gene Assembly Several concentrations and ratios of DNAs for each family assembly reaction.
Adjust the e-digested DNA fragment, as well as the PCR cycling parameters to obtain the maximum amount of shuffled gene in step 4 (Cr
ameri et al. (1998) Nature 391: 288-291, Chris.
tians et al. (1999) Nature Biotechnol. 17: 259
~ 64).

【0162】 (4.PCRによるグリコシルトランスフェラーゼ遺伝子のレスキュー) 2μlの最終アセンブリー反応物をテンプレートとして使用する。最終PCR
反応において、1μMのプライマーCK.For2およびN3.Rev、0.2
mMの各ヌクレオチド、1単位のTagポリメラーゼを添加する。以下のPCR
パラメーターを設定する:96℃で3分間を1サイクル;96℃で0.5分間、
60℃で0.5分間、72℃で1.5分間を30サイクル;72℃で5分間を1
サイクル。
4. Rescue of Glycosyltransferase Gene by PCR 2 μl of final assembly reaction is used as template. Final PCR
In the reaction, 1 μM of primer CK. For2 and N3. Rev, 0.2
Add each unit of mM, 1 unit of Tag polymerase. The following PCR
Set parameters: 96 ° C for 3 minutes for 1 cycle; 96 ° C for 0.5 minutes,
30 cycles of 0.5 minutes at 60 ° C, 1.5 minutes at 72 ° C; 1 minute at 72 ° C for 5 minutes
cycle.

【0163】 (C.pCKZEBB中へのgtf PCR産物のクローニング) 発現ベクターpCKZEBB、およびPCRでレスキューされたシャッフリン
グされたグリコシルトランスフェラーゼ遺伝子を、XbaIおよびEcoRVで
消化する。ベクターpCKZEBBを、さらに脱リン酸化する。このベクターフ
ラグメント、およびグリコシルトランスフェラーゼをコードするPCRフラグメ
ントを、アガロースゲルから単離し、そして互いに連結する。
C. Cloning of the gtf PCR product into pCKZEBB The expression vector pCKZEBB and the PCR rescued shuffled glycosyltransferase gene are digested with XbaI and EcoRV. The vector pCKZEBB is further dephosphorylated. This vector fragment and the PCR fragment encoding the glycosyltransferase are isolated from an agarose gel and ligated together.

【0164】 エレクトロコンピテントなE.coli TG1をこの連結混合物で形質転換
し、そして37℃で1時間振盪した後、30μg/mlのクロラムフェニコール
、1%のグルコースを含むLB寒天上にプレーティングし、そして37℃で一晩
増殖させる。
Electrocompetent E. E. coli TG1 was transformed with this ligation mixture and shaken for 1 hour at 37 ° C. before plating on LB agar containing 30 μg / ml chloramphenicol, 1% glucose and overnight at 37 ° C. Proliferate.

【0165】 (D.グリコシルトランスフェラーゼライブラリーのプレスクリーニング、マ
スタープレートの作製、および発現) コロニーをLB−Cam−Glucose中に釣菌し、そして37℃で一晩増
殖させてマスタープレートを作製する。マスタープレートから、LB−Cam−
IPTG−Agar上にコロニーを整列させ、そしてそのプレートを37℃で一
晩インキュベートする。グリーン蛍光コロニーを、365nmの紫外光へそのプ
レートを曝露することによって同定する。マスタープレートからの各グリーン蛍
光コロニーを、各ウェルに100μlの2YT−Cam 30−1%グルコース
を満たした96ウェルプレートに再整列させ、そして37℃で一晩増殖させる。
50μl培養物を1mlの2YT−Cam30−1mg/mlビオチンに移し、
そして16℃で7時間増殖させる。次いで、100μMのIPTGを50μl添
加し、そしてその培養物を16℃で一晩増殖させる。
D. Glycosyltransferase Library Prescreening, Masterplate Generation, and Expression Colonies are picked in LB-Cam-Glucose and grown overnight at 37 ° C. to generate master plates. From the master plate, LB-Cam-
Align the colonies on IPTG-Agar and incubate the plate at 37 ° C overnight. Green fluorescent colonies are identified by exposing the plate to 365 nm UV light. Each green fluorescent colony from the master plate is realigned in a 96 well plate filled with 100 μl of 2YT-Cam 30-1% glucose in each well and grown overnight at 37 ° C.
Transfer 50 μl culture to 1 ml 2YT-Cam30-1 mg / ml biotin,
And it is made to grow at 16 degreeC for 7 hours. 50 μl of 100 μM IPTG is then added and the culture is grown overnight at 16 ° C.

【0166】 (E.リゾチームおよび硫酸ポリミキシンBの組み合わせによる細胞の溶解) この培養物を遠心分離(4000rpmで15分間)し、細胞をペレットにす
る。この細胞ペレットを50mMのギ酸アンモニウム(pH7.4)500μl
で洗浄し、そしてもう1回ペレットにする。この細胞を、300μlの溶解緩衝
液(10mlの1mg/ml 硫酸ポリミキシンB(Sigma)中の、10μ
LのReady to Lyse lysozyme(Epicentre)、
2μLのRNAse A(Qiagen)、2μLのDNAseI(Boehr
inger)、2μLの1M MgSO4、50mMのギ酸アンモニウム(pH
7.4)中の2mM DTT)中に再懸濁し、そして周囲温度で30分間攪拌す
る。次いで、この溶解物を遠心分離(4000rpmで15分間)により清澄化
する。
E. Lysis of Cells with a Combination of Lysozyme and Polymyxin B Sulfate The culture is centrifuged (15 minutes at 4000 rpm) to pellet the cells. 500 μl of this cell pellet containing 50 mM ammonium formate (pH 7.4)
Wash with and pellet again. These cells were treated with 300 μl of lysis buffer (10 μl in 10 ml of 1 mg / ml polymyxin sulfate B (Sigma)).
L's Ready to Lyse lysozyme (Epicentre),
2 μL of RNAse A (Qiagen), 2 μL of DNAse I (Boehr
inger), 2 μL of 1M MgSO 4 , 50 mM ammonium formate (pH
Resuspend in 2 mM DTT in 7.4) and stir at ambient temperature for 30 minutes. The lysate is then clarified by centrifugation (4000 rpm for 15 minutes).

【0167】 (F.磁気ビーズによる単コロニーからのタンパク質の精製) ストレプトアビジンでコートした磁気ビーズを、96ウェルプレート中に整列
させる。このビーズを、ビーズの磁気特性を使用して、緩衝液(50μMギ酸ア
ンモニウム(pH7.4)、2mM DTT)で洗浄し、そして1ウェルあたり
20μlの緩衝液中に再懸濁する。清澄化した細胞溶解物(100μL)を、溶
解プレートからこのビーズに移し、そして周囲温度で15分間インキュベートす
る。次いで、このビーズを緩衝液(150μL)で5回洗浄し、そして最終的に
20μl緩衝液中に再懸濁する。
F. Purification of Proteins from Single Colonies by Magnetic Beads Streptavidin-coated magnetic beads are aligned in 96 well plates. The beads are washed with buffer (50 μM ammonium formate (pH 7.4), 2 mM DTT) using the magnetic properties of the beads and resuspended in 20 μl buffer per well. Clarified cell lysate (100 μL) is transferred from the lysis plate to the beads and incubated at ambient temperature for 15 minutes. The beads are then washed 5 times with buffer (150 μL) and finally resuspended in 20 μl buffer.

【0168】 (G.ライブラリー由来のグリコシルトランスフェラーゼによる化合物のイン
ビトロ改変の実施) 反応混合物(80μL)をビーズ上の精製タンパク質に添加し、そしてそのビ
ーズを周囲温度で一晩攪拌する。反応混合物は、150μMのバンコマイシンア
グリコン(J.Chem.Soc.Chem,.Commun.(1988)1
306〜1307に記載されるように合成する)、500μM UDPグルコー
ス、2mM DTTを、50mMのギ酸アンモニウム(pH7.4)中に含む。
この反応を、1容量のメタノールの添加によりクエンチングし、そして混合物を
遠心分離(2000rpmで5分間)する。上清(100μL)を新しい96ウ
ェルプレートに取り、そして質量分析に供する。
G. Performing In Vitro Modification of Compounds with Glycosyltransferases from the Library The reaction mixture (80 μL) is added to the purified protein on the beads and the beads are stirred overnight at ambient temperature. The reaction mixture contained 150 μM vancomycin aglycone (J. Chem. Soc. Chem ,. Commun. (1988) 1
500 μM UDP glucose, 2 mM DTT in 50 mM ammonium formate, pH 7.4.
The reaction is quenched by the addition of 1 volume of methanol, and the mixture is centrifuged (2000 rpm for 5 minutes). The supernatant (100 μL) is transferred to a new 96-well plate and subjected to mass spectrometry.

【0169】 (H.グリコシル化の発生の測定) クエンチングした反応混合物(10μl)を、ポジティブモードに設定した三
連四重極エレクトロスプレー質量分析計に注入する。分子イオンを第1の四重極
に通し(バンコマイシンアグリコンについて1143amu、デスバンコサミン
バンコマイシンについて1305amu)、そして第2の四重極中での衝突に供
し、その後、第3の四重極にて100amuの娘イオンのピーク検出をする。こ
のプロセスから得られたピークの積分は、生成物形成に正比例する。これは、デ
スバンコサミンバンコマイシンの生成物中のライブラリークローンの相対的適応
度(fitness)を決定する。
H. Measurement of Glycosylation Occurrence The quenched reaction mixture (10 μl) is injected into a triple quadrupole electrospray mass spectrometer set in positive mode. The molecular ion was passed through a first quadrupole (1143 amu for vancomycin aglycone, 1305 amu for desvancosamine vancomycin) and subjected to collisions in a second quadrupole, then 100 amu at the third quadrupole. The peak detection of the daughter ion of. The integral of the peak obtained from this process is directly proportional to product formation. This determines the relative fitness of library clones in the product of desvancosamine vancomycin.

【0170】 (I.この手順の反復使用) 所望される場合、これらの工程を反復し得る。例えば、工程B〜Hを、特定の
誘導体化酵素の改変体をコードする複数の遺伝子を使用して、ライブラリーから
得られた単一の遺伝子を使用して、検定交雑のために野生型遺伝子とシャッフリ
ングされた単一の遺伝子を使用して、そして各々が異なる活性を有する酵素をコ
ードする複数の遺伝子を用いて、反復し得る。
I. Repeated Use of This Procedure These steps can be repeated if desired. For example, steps B-H can be performed using multiple genes encoding variants of a particular derivatizing enzyme, using a single gene obtained from the library, and wild-type genes for assay crosses. Can be repeated with a single gene shuffled, and with multiple genes each encoding an enzyme with a different activity.

【0171】 この手順の改変形において、工程GにおけるUDP−グルコースを、他のND
P−糖により置換する。工程HにおけるMSパラメーターを、推定分子イオンを
検出するように適合させる。
In a modification of this procedure, UDP-glucose in step G was replaced with other NDs.
Substitute with P-sugar. The MS parameters in step H are adapted to detect putative molecular ions.

【0172】 (実施例2) (メチルトランスフェラーゼライブラリーの作製およびクラリスロマイシンの
生成のためのエリスロマイシン6−O−メチルトランスフェラーゼの進化) 本実施例は、組換えO−メチルトランスフェラーゼ(OMTase)のライブ
ラリーの作製、ならびにクラリスロマイシン(6−O−メチルエリスロマイシン
)の誘導体を合成するためのそのライブラリー由来の酵素の使用を記載する。
Example 2 Generation of Methyltransferase Library and Evolution of Erythromycin 6-O-Methyltransferase for Clarithromycin Production This example demonstrates the live production of recombinant O-methyltransferase (OMTase). The production of rallies, as well as the use of enzymes from that library to synthesize derivatives of clarithromycin (6-O-methylerythromycin) is described.

【0173】 6−メトキシ基を有するエリスロマイシンアナログのファミリーは、有用な薬
学的特性を有することが示されている。これらの化合物は、現在、エリスロマイ
シンAおよびそのアナログの多工程の化学的メチル化により調製される(図11
)。活性化メチル基を6−ヒドロキシル基に選択的に転移し得る酵素は、この種
類のエリスロマイシンアナログのインビボでの1工程高収率生成またはインビト
ロでの単一生物変換を可能にする。本実施例は、このようなメチルトランスフェ
ラーゼを得るためのアプローチを記載する。
A family of erythromycin analogs having a 6-methoxy group has been shown to have useful pharmaceutical properties. These compounds are currently prepared by multi-step chemical methylation of erythromycin A and its analogs (FIG. 11).
). An enzyme capable of selectively transferring an activated methyl group to a 6-hydroxyl group allows for one step high yield production in vivo of this type of erythromycin analog or single biotransformation in vitro. This example describes an approach for obtaining such a methyltransferase.

【0174】 この時点では、何のエリスロマイシン6−OMTase活性も検出されていな
い。従って、新規な特異性のOMTaseを生成することが必要である。シャッ
フリングされたライブラリーの104〜105個のメンバーをサンプリングするこ
とによって、新規な活性を見出す機会は、そのライブラリーの配列多様性がラン
ダムな点変異からではなく天然に存在する配列から始まる場合に、非常に増大さ
れる。このようなライブラリーは、比較的大きな部分の配列領域に広がり、そし
て機能性配列とともに濃縮される。従って、DNAシャッフリングを、エリスロ
マイシンの6−ヒドロキシルと類似する基質を特異的にメチル化するOMTas
eをコードする相同遺伝子のファミリーを使用して、実施する。このファミリー
のどのメンバーが6−OMTase活性の生成においてより影響力があるか不確
かであるので、種々のシャッフリングされたライブラリーを生成する。例えば、
そのサブファミリーの各々を単独でシャッフリングし、ならびにファミリー全体
を一緒にシャッフリングする。これは、高い配列同一性および低い配列同一性の
両方の遺伝子の組換えをもたらすように設計されたいくつかのシャッフリング形
態を使用して、達成する。
At this point no erythromycin 6-OMTase activity was detected. Therefore, it is necessary to generate OMTases of novel specificity. By sampling 10 4 to 10 5 members of the shuffled library, the opportunity to find new activity begins with the naturally occurring sequence rather than random point mutations in the sequence diversity of that library. In some cases, it will be greatly increased. Such libraries span a relatively large portion of the sequence region and are enriched with functional sequences. Thus, DNA shuffling causes OMTas to specifically methylate substrates similar to the 6-hydroxyl of erythromycin.
Perform using a family of homologous genes that encode e. It is uncertain which members of this family are more influential in producing 6-OMTase activity, thus producing a variety of shuffled libraries. For example,
Shuffling each of its subfamilies alone, as well as shuffling the entire family together. This is accomplished using several shuffling forms designed to result in the recombination of both high and low sequence identity genes.

【0175】 S−アデノシルメチオニン(SAM)依存性メチルトランスフェラーゼ(MT
)は、タンパク質、核酸、糖、多糖、脂質、リグニン、および種々の低分子量化
合物(例えば、マクロライド)の、メチル−エステル誘導体、メチル−エーテル
誘導体、メチル−チオエーテル誘導体、メチル−アミン誘導体、およびメチル−
アミド誘導体を形成する酵素の種類を構成する。SAMは、広い範囲の化学反応
性を有する求核試薬に効率的に転移される、活性化メチル基を保有する。SAM
からレシピエント求核試薬への活性化メチル基の転移は、熱力学的に有利であり
、それによりこのメチル転移反応を本質的に完了するように駆動する(図12)
。カルボマイシン、ミデカマイシン、サフラマイシン、ラパマイシン、リファマ
イシンおよびFK506上の二級アルコールに特異的な、SAM依存性OMTa
seをコードする7つの遺伝子のファミリーが、公知である(図13)。これら
の基質求核試薬とエリスロマイシンAの6−ヒドロキシとの比較は、局所的特異
性におけるわずかな調節のみが、親OMTaseがエリスロマイシンを基質とし
て受けるのに必要であること示唆する。目的の別の遺伝子は、ERYGをコード
する遺伝子であり、このERYGは、エリスロマイシンCのミカロース部分をO
−メチル化し、エリスロマイシンAの合成をもたらす。EryGは、DNAレベ
ルでrapQと54%の同一性を共有し、おそらく、三級アルコールOMTas
e活性を含むOMTaseのさらなるサブファミリーを提供する(図14)。
S-adenosylmethionine (SAM) -dependent methyltransferase (MT
) Is a methyl-ester derivative, methyl-ether derivative, methyl-thioether derivative, methyl-amine derivative of proteins, nucleic acids, sugars, polysaccharides, lipids, lignin, and various low molecular weight compounds (for example, macrolides), and Methyl-
It constitutes a class of enzymes that form amide derivatives. SAMs carry activated methyl groups that are efficiently transferred to nucleophiles with a wide range of chemical reactivity. SAM
Transfer of an activated methyl group to a recipient nucleophile is thermodynamically favored, thereby driving this methyl transfer reaction to essentially complete (FIG. 12).
. SAM-dependent OMTa specific for secondary alcohols on carbomycin, midecamycin, saframycin, rapamycin, rifamycin and FK506
A family of seven genes encoding se is known (Fig. 13). Comparison of these substrate nucleophiles with the 6-hydroxy of erythromycin A suggests that only slight regulation in local specificity is required for the parent OMTase to receive erythromycin as a substrate. Another gene of interest is the gene that encodes ERYG, which encodes the mycarose portion of erythromycin C
-Methylation, leading to the synthesis of erythromycin A. EryG shares 54% identity with rapQ at the DNA level, presumably the tertiary alcohol OMTas.
An additional subfamily of OMTases containing e-activity is provided (Figure 14).

【0176】 シャッフリングすべき遺伝子を、ゲノムDNAまたは合成オリゴヌクレオチド
のいずれかから、PCRにより合成する。次いで、これらの遺伝子を適切な発現
用ベクターにクローニングする。カルボマイシン−4−OMTaseをコードす
る遺伝子の完全配列は、公知ではないが、その遺伝子をクローニングし得るか、
または部分配列を他のOMTaseの完全配列とシャッフリングし得る。
The gene to be shuffled is synthesized by PCR from either genomic DNA or synthetic oligonucleotides. Then, these genes are cloned into an appropriate expression vector. The complete sequence of the gene encoding carbomycin-4-OMtase is not known, but is it possible to clone it?
Alternatively, a partial sequence may be shuffled with the complete sequence of another OMTase.

【0177】 SAM依存性OMTaseのいくつかのライブラリーを作製する。これらのラ
イブラリーを、エリスロマイシンAおよびそのアナログに対して、6−OMTa
se活性についてスクリーニングする。同定したクローンをプールし、そして実
用レベルの活性までその酵素を改善するためにさらに進化させる。
We make several libraries of SAM-dependent OMTases. These libraries were run against 6-OMTa against erythromycin A and its analogs.
Screen for se activity. The identified clones are pooled and further evolved to improve the enzyme to practical levels of activity.

【0178】 一般的に、このファミリーシャッフリングされたライブラリー由来の104
105クローンをスクリーニングして、デスエリスロマイシン6−OMTase
活性を有するクローンを同定する。細胞培養物を、デスエリスロマイシンAの存
在下で増殖させ、次いでこれらの培養物の上清を取り出して、6−O−メチルデ
スエリスロマイシンAオキシムの存在についてアッセイする。同定したクローン
からOMTase遺伝子を単離し、プールし、シャッフリングし、次いでデスエ
リスロマイシンA 6−OMTase活性の増加についてスクリーニングする。
さらなるサイクルのシャッフリングおよびスクリーニングを、その酵素活性が6
−O−メチルデスエリスロマイシンの生成に適切なレベルに達するまで続ける。
In general, 10 4 ~ from this family shuffled library.
10 5 clones were screened for deserythromycin 6-OMTase
Identify active clones. Cell cultures are grown in the presence of deserythromycin A, then the supernatants of these cultures are removed and assayed for the presence of 6-O-methyldeserythromycin A oxime. The OMTase gene is isolated from the identified clones, pooled, shuffled, and then screened for increased deserythromycin A 6-OMTase activity.
For additional cycles of shuffling and screening, the enzymatic activity of 6
Continue until an appropriate level is reached for the production of -O-methyldeserythromycin.

【0179】 有用な活性の同定を確実にするために、シャッフリングしたライブラリーを、
エリスロノライドB、デスエリスロマイシンA、エリスロマイシンAおよびそれ
らのオキシム誘導体に対する6−OMTase活性についてスクリーニングし得
る。最初のライブラリーにおいて何のデスエリスロマイシンAオキシム6−OM
Tase活性も検出されないことが起こり得るが、他の6−OMTase活性を
有するクローンが存在し得る。次いで、これらのクローンをさらなる回のシャッ
フリングにおいて使用して、6−OMTase特異性をさらに変更し得る。例え
ば、エリスロマイシンAについて活性を検出した場合、その後のライブラリーを
まず、デスエリスロマイシンAについての活性についてスクリーニングし得、最
後にデスエリスロマイシンオキシムについての活性についてスクリーニングし得
る。この様式において、特異性における微妙な変化のみしか新しいライブラリー
の各々から予測されない。
To ensure the identification of useful activities, the shuffled library was
One may screen for 6-OMTase activity against erythronolide B, deserythromycin A, erythromycin A and their oxime derivatives. What's deserythromycin A oxime 6-OM in the first library
It is possible that no Tase activity will also be detected, although there may be other clones with 6-OMTase activity. These clones can then be used in additional rounds of shuffling to further alter the 6-OMTase specificity. For example, if activity is detected for erythromycin A, subsequent libraries may be first screened for activity for deserythromycin A and finally screened for activity for deserythromycin oxime. In this manner, only subtle changes in specificity are predicted from each new library.

【0180】 (遺伝子およびライブラリーの作製) ミデカマイシン3’ O−メチルトランスフェラーゼ(mdmC)、サフロマ
イシンO−メチルトランスフェラーゼ(safC)、ラパマイシン31−O−メ
チルトランスフェラーゼ(rapI)およびFK506 31−O−メチルトラ
ンスフェラーゼ(fkbM)(図13)についてのオープンリーディングフレー
ムをコードする遺伝子を単離し、そして適切なE.coli発現ベクター(pE
T22B(+))中にクローニングする。次いで、これらの遺伝子(50〜80
%同一性の範囲)を、ファミリーシャッフリングによりシャッフリングして、キ
メラO−メチルトランスフェラーゼ(OMTase)をコードする遺伝子のライ
ブラリーを作製する。このライブラリーを発現ベクター中にクローニングし戻し
、そして適切なE.coli宿主(BL21(DE3))にて発現させる。ここ
で、このライブラリーを、新規な特性(例えば、標的メチル化についての新規な
特異性)を有するキメラ酵素についてスクリーニングし得る。
(Generation of Gene and Library) Midecamycin 3'O-methyl transferase (mdmC), safromycin O-methyl transferase (safC), rapamycin 31-O-methyl transferase (rapI) and FK506 31-O-methyl transferase. The gene encoding the open reading frame for (fkbM) (FIG. 13) was isolated and the appropriate E. E. coli expression vector (pE
Clone in T22B (+). Then these genes (50-80
% Identity range) is shuffled by family shuffling to create a library of genes encoding chimeric O-methyl transferases (OMTases). This library was cloned back into an expression vector and the appropriate E. Expression in E. coli host (BL21 (DE3)). Here, the library can be screened for chimeric enzymes with novel properties, such as novel specificity for target methylation.

【0181】 (OMTase活性についての包括的(generic)スクリーニング) OMTase活性を、所望のドナー分子への(3H)S−アデノシルメチオニ
ンの放射性標識メチル基の転移を測定するアッセイを使用することによって、高
スループットで測定し得る(図15を参照のこと)。このアッセイは、高度に荷
電した分子(SAM)からより疎水性の分子への、標識メチル基の転移に基づく
(図12)。この反応を、未反応のSAMが水相に残りそしてメチル化基質が選
択的に有機相に抽出されるように、有機溶媒で抽出する。次いで、この有機相を
、その放射能含有量について測定し得る。このアッセイの利点は、抽出可能な基
質に一般的に適用可能であり、このアッセイが非常に高スループットであり、そ
してこのアッセイを使用して、化合物のプールに対して活性について同時にスク
リーニングし得ることである。このプロセスは、以下の通りである。
Generic Screen for OMTase Activity OMTase activity was measured by using an assay that measures the transfer of radiolabeled methyl groups of ( 3 H) S-adenosylmethionine to the desired donor molecule. , Can be measured with high throughput (see FIG. 15). This assay is based on the transfer of labeled methyl groups from highly charged molecules (SAM) to more hydrophobic molecules (Figure 12). The reaction is extracted with an organic solvent such that unreacted SAM remains in the aqueous phase and the methylated substrate is selectively extracted into the organic phase. The organic phase can then be measured for its radioactivity content. The advantage of this assay is that it is generally applicable to extractable substrates, that this assay has very high throughput, and that it can be used to simultaneously screen against pools of compounds for activity. Is. This process is as follows.

【0182】 Streptomyces lividansは、少なくとも2つの理由につ
いて特に適切な宿主である。第1に、これは、E.coliから単離したプラス
ミドDNAにより高効率で形質転換される。第2に、エリスロマイシンおよびそ
のアナログに対して非常に浸透性であり、従って、溶解物ではなく全細胞をアッ
セイし得る。あるいは、Escherichia coli細胞抽出物またはB
acillus subtilis細胞抽出物からの酵素活性を測定するために
高スループット形式を使用し得る。精製酵素または細胞溶解物を、50mMリン
酸緩衝液(pH7.5)のアッセイ混合物(0.4mM MgSO4、0.1m
M DTT、0.1mM(3H)S−アデノシルメチオニン、および1〜10m
Mの標的基質を含む)に添加する。インキュベーション後、この反応を、酢酸エ
チルでの抽出によってクエンチングする。有機相のサンプル(50μl)を取り
出し、閃光物質(scintillant)(150μL)と混合し、そして9
6ウェルシンチレーション計数管を使用して放射能について測定する。酵素を添
加していないコントロールサンプルよりも高い放射能を有するサンプル由来のク
ローンを、ポジティブとみなし、そしてより定量的アッセイにおいてさらに調査
し得る。
Streptomyces lividans is a particularly suitable host for at least two reasons. First, this is an E. It is transformed with high efficiency by the plasmid DNA isolated from E. coli. Second, it is highly permeable to erythromycin and its analogs, and therefore can assay whole cells rather than lysates. Alternatively, Escherichia coli cell extract or B
A high-throughput format can be used to measure enzyme activity from an acillus subtilis cell extract. Purified enzyme or cell lysate was added to an assay mixture (0.4 mM MgSO 4 , 0.1 m) in 50 mM phosphate buffer (pH 7.5).
MDTT, 0.1 mM ( 3 H) S-adenosylmethionine, and 1-10 m
M target substrate). After incubation, the reaction is quenched by extraction with ethyl acetate. A sample of the organic phase (50 μl) was removed, mixed with scintillant (150 μL), and 9
Radioactivity is measured using a 6-well scintillation counter. Clones from samples with higher radioactivity than control samples without added enzyme are considered positive and can be further investigated in a more quantitative assay.

【0183】 (クラリスロマイシンシンターゼの進化) クラリスロマイシンは、6−O−メチルエリスロマイシンである。クラリスロ
マイシンの調製のための現在のプロセスは、7工程でのエリスロマイシンの化学
メチル化である。1工程でこの化学反応を実行し得る酵素は、発酵または生物変
換によるクラリスロマイシンを調製する手段を提供し得る(図16を参照のこと
)。このような酵素を生成するために、OMTaseライブラリーを、エリスロ
マイシン6−Oメチラーゼ活性についてスクリーニングする。
Evolution of Clarithromycin Synthase Clarithromycin is 6-O-methylerythromycin. The current process for the preparation of clarithromycin is a seven-step chemical methylation of erythromycin. Enzymes that can carry out this chemical reaction in one step may provide a means to prepare clarithromycin by fermentation or biotransformation (see Figure 16). To generate such enzymes, OMTase libraries are screened for erythromycin 6-O methylase activity.

【0184】 シャッフリングしたOMTaseライブラリーを、固体培地上にプレーティン
グして、個別のクローンを分離する。個々のクローンを、LB培地(200μL
)およびアンピシリン(100μg/ml)を含む96ウェルプレート中に釣菌
する。このプレートを、30℃で10時間増殖させるか、またはその培養物が光
学密度0.7に達するまで増殖させる。イソプロピルチオガラクトシド(IPT
G)を0.1mMまで添加して、そのMTaseの発現を誘導し、そしてその細
胞をさらに3時間インキュベートする。そのプレートを遠心分離し、そして上清
を捨てる。細胞ペレットを、50mMリン酸緩衝液(pH7.5)の溶解緩衝液
(200μl)(1mM EDTA、1mM DTT、2μg/mlの硫酸ポリ
ミキシンB、および1mg/mlのT4リゾチームを含む)中に再懸濁する。こ
の反応物を、30℃で15分間インキュベートする。
The shuffled OMTase library is plated on solid medium to separate individual clones. Individual clones were added to LB medium (200 μL
) And ampicillin (100 μg / ml) in a 96-well plate. The plates are grown at 30 ° C. for 10 hours or until the culture reaches an optical density of 0.7. Isopropyl thiogalactoside (IPT
G) is added to 0.1 mM to induce expression of the MTase and the cells are incubated for a further 3 hours. Centrifuge the plate and discard the supernatant. The cell pellet was resuspended in lysis buffer (200 μl) in 50 mM phosphate buffer (pH 7.5) containing 1 mM EDTA, 1 mM DTT, 2 μg / ml polymyxin B sulfate, and 1 mg / ml T4 lysozyme. It becomes cloudy. The reaction is incubated at 30 ° C for 15 minutes.

【0185】 各ウェルからのサンプル(20μl)を、96ヘッド液体取り扱いステーショ
ン(例えば、MultimekTM)を使用して、クラリスロマイシンシンターゼ
アッセイ緩衝液(280μl)を含む96ディープウェルプレートに移す。この
緩衝液は、0.4mM MgSO4、0.1mM DTT、0.1mM(3H)S
−アデノシルメチオニン、および1mMエリスロマイシンを含む、50mMリン
酸緩衝液(pH7.5)である。この反応物を、30℃で1時間インキュベート
する。酢酸エチル(300μL)を各ウェルに添加し、プレートを激しく振盪し
、遠心分離し、そして上側の有機相のサンプル(50μL)を取り出し、そして
閃光物質(scintillant)(150μL)を含むプレートに添加する
。次いで、このプレートを、プレートシンチレーション計数管を使用して読み取
る。親遺伝子を保有するサンプルまたはMTase遺伝子を保有しないサンプル
からの放射能よりも高い放射能を有する有機相中のすべてのサンプルは、おそら
く、エリスロマイシンにメチル基を転移する酵素を含む。メチル基が転移され得
る可能性がある5つのヒドロキシル基がエリスロマイシン上に存在するので、メ
チル基が6−ヒドロキシルに転移されたか否かを識別する必要がある。
Samples (20 μl) from each well are transferred to 96 deep well plates containing clarithromycin synthase assay buffer (280 μl) using a 96 head liquid handling station (eg Multimek ). This buffer solution is 0.4 mM MgSO 4 , 0.1 mM DTT, 0.1 mM ( 3 H) S.
50 mM phosphate buffer (pH 7.5) containing adenosylmethionine and 1 mM erythromycin. The reaction is incubated at 30 ° C for 1 hour. Ethyl acetate (300 μL) is added to each well, the plate is shaken vigorously, centrifuged, and a sample of the upper organic phase (50 μL) is removed and added to the plate containing scintillant (150 μL). . The plate is then read using a plate scintillation counter. All samples in the organic phase that have a higher radioactivity than those with the parent gene or those without the MTase gene probably contain an enzyme that transfers a methyl group to erythromycin. Since there are 5 hydroxyl groups on the erythromycin that the methyl group could potentially be transferred to, it is necessary to distinguish whether the methyl group was transferred to 6-hydroxyl.

【0186】 (クラリスロマイシンシンターゼについての二次アッセイ) クラリスロマイシンシンターゼ活性についての二次アッセイは、フェニルボロ
ネートでの化学修飾および質量分析による分析に基づく。エリスロマイシンは、
5つの位置(マクロライド環の6位、11位または12位、あるいはクラジノー
ス部分もしくはデソサミン部分のいずれか)においてO−メチル化され得る。フ
ェニルボロネートは、cisジオール(例えば、エリスロマイシンの11,12
ジオール)に特異的に結合する。従って、フェニルボロネートが、酵素によりメ
チル化されたエリスロマイシンに結合する場合、そのメチル基は、11位または
12位に位置し得ない。改変されたエリスロマイシンがクラリスロマイシンであ
るか否かを決定するために、以下のアッセイを実施する。
Secondary Assay for Clarithromycin Synthase The secondary assay for clarithromycin synthase activity is based on chemical modification with phenylboronate and analysis by mass spectrometry. Erythromycin is
It can be O-methylated at five positions (positions 6, 11 or 12 of the macrolide ring, or either the cladinose or desosamine moieties). Phenylboronate is a cis diol (eg, 11,12 of erythromycin).
Diol) specifically binds. Thus, when phenylboronate binds to enzymatically methylated erythromycin, the methyl group cannot be located at the 11 or 12 position. The following assay is performed to determine if the modified erythromycin is clarithromycin.

【0187】 エリスロマイシンの酵素的メチル化を、上記のように実施するが、ただし、改
変に使用するSAMは、放射性標識せず、そして細胞抽出物は、ポジティブな放
射能アッセイを示す細胞に由来する。反応混合物からの抽出の後、有機相を、2
次元質量分光法(MS/MS)により分析する。この2次元分光法において、親
イオンが亜分子(submolecular)フラグメントに断片化される(図
17を参照のこと)。
Enzymatic methylation of erythromycin is performed as described above, except that the SAM used for the modification is not radiolabeled and the cell extract is derived from cells showing a positive radioactivity assay. . After extraction from the reaction mixture, the organic phase is washed with 2
Analyze by dimensional mass spectroscopy (MS / MS). In this two-dimensional spectroscopy, the parent ion is fragmented into submolecular fragments (see Figure 17).

【0188】 クラリスロマイシンは、陽イオン分子量748.48を有し、正電荷は、デソ
サミン部分のアミンのプロトン化に起因する。クラリスロマイシン陽イオンの断
片化の際に、クラジノースおよびデソサミンが、マクロライド環から分離し得る
が、デソサミン部分を含む分子のみしか検出されない。なぜなら、その分子は、
アミンを保有するからである。748.48イオンの断片化は、2つの異なる新
しいイオン590.4および158.12を生じる。この590イオンは、6−
O−メチルデスエリスロマイシンA(クラジノース部分を欠くクラリスロマイシ
ン)である。この158.12イオンは、デヒドロデソサミンであり、マクロラ
イド環の5−ヒドロキシ基の除去の結果である。590イオンおよび158イオ
ンを有する748.48ピークのMS/MSスペクトルは、マクロライド環上(
すなわち、6位、11位または12位)でメチル化されたエリスロマイシン誘導
体と異なる。サンプルがこのスペクトルを示す場合、そのサンプルをさらに分析
して、そのサンプルが6位でメチル化されているか否かを決定する。有機抽出物
を、中性条件下で過剰のフェニルボロネートで処理し、そして質量分光法により
分析する。修飾が6位にある場合にのみ、11位および12位は、フェニルボロ
ネートと自由に付加物を形成する。従って、分子イオン834.52(クラリス
ロマイシンのフェニルボロネート付加物)の存在は、そのサンプルがクラリスロ
マイシンを含み、そして対応するクローンがエリスロマイシン6−O−メチルト
ランスフェラーゼをコードすることを示す。
Clarithromycin has a cationic molecular weight of 748.48 and the positive charge is due to the protonation of the amine on the desosamine moiety. Upon fragmentation of the clarithromycin cation, cladinose and desosamine can be separated from the macrolide ring, but only the molecule containing the desosamine moiety is detected. Because the molecule is
This is because it possesses an amine. Fragmentation of the 748.48 ion yields two different new ions 590.4 and 158.12. This 590 ion is 6-
O-methyldeserythromycin A (clarithromycin lacking the cladinose moiety). The 158.12 ion is dehydrodesosamine and is the result of the removal of the 5-hydroxy group on the macrolide ring. The MS / MS spectrum of the 748.48 peak with 590 and 158 ions is on the macrolide ring (
That is, it differs from the erythromycin derivative methylated at the 6-, 11- or 12-positions. If the sample shows this spectrum, it is analyzed further to determine if the sample is methylated at the 6-position. The organic extract is treated with excess phenylboronate under neutral conditions and analyzed by mass spectroscopy. Positions 11 and 12 are free to form adducts with phenylboronate only when the modification is in the 6-position. Thus, the presence of molecular ion 834.52 (a phenylboronate adduct of clarithromycin) indicates that the sample contains clarithromycin and that the corresponding clone encodes erythromycin 6-O-methyltransferase.

【0189】 本明細書中に記載される例および実施形態は、例示目的のみのためであること
、そしてそれを考慮した種々の改変もしくは変更が、当業者に示唆され、かつ本
出願の趣旨および範囲ならびに添付の特許請求の範囲の内に含まれることが、理
解される。本明細書中に引用されるすべての刊行物、特許および特許出願は、す
べての目的のために、本明細書により参考として援用される。
The examples and embodiments described herein are for illustration purposes only, and various modifications or alterations in light thereof are suggested to those skilled in the art and are intended to be within the spirit and scope of the present application. It is understood that the scope is included within the scope of the appended claims. All publications, patents and patent applications cited herein are hereby incorporated by reference for all purposes.

【0190】 (配列表) (配列番号19:pCKZEBBベクターの配列)[0190]   (Sequence list)   (SEQ ID NO: 19: Sequence of pCKZEBB vector)

【0191】[0191]

【表10】 [Table 10]

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

【図1】 図1は、塩酸バンコマイシン上の潜在的な糖結合点を示す。[Figure 1]   FIG. 1 shows potential sugar attachment points on vancomycin hydrochloride.

【図2】 図2は、ソマトスタチン上の潜在的な糖結合点を示す。[Fig. 2]   Figure 2 shows potential sugar attachment points on somatostatin.

【図3】 図3は、コール酸上の潜在的な糖結合点を示す。[Figure 3]   Figure 3 shows potential sugar attachment points on cholic acid.

【図4】 図4は、L−チロキシン上の潜在的な糖結合点を示す。[Figure 4]   FIG. 4 shows potential sugar attachment points on L-thyroxine.

【図5】 図5は、ノガラマイシン上の潜在的な糖結合点を示す。[Figure 5]   Figure 5 shows potential sugar attachment points on nogaramycin.

【図6】 図6は、シリンガルダジン(syringaldazine)上の潜在的な糖
結合点を示す。
FIG. 6 shows potential sugar attachment points on syringaldazine.

【図7】 図7は、アクラルビシン(alcarubicin)上の潜在的な糖結合点を
示す。
FIG. 7 shows potential sugar attachment points on alcarubicin.

【図8】 図8は、塩酸リトドリン上の潜在的な糖結合点を示す。[Figure 8]   FIG. 8 shows potential sugar attachment points on ritodrine hydrochloride.

【図9】 図9は、リファマイシン上の潜在的な糖結合点を示す。[Figure 9]   Figure 9 shows potential sugar attachment points on rifamycin.

【図10】 図10は、硫酸リストマイシン(ristomycin sulfate)上
の潜在的な糖結合点を示す。この骨格上の5つのさらなるヒドロキシルがまた、
示される(が、矢印によって示されていない);これらは、潜在的な糖結合点を
構成する。
FIG. 10 shows potential sugar attachment points on ristomycin sulphate. Five additional hydroxyls on this backbone also
Shown (but not shown by arrows); these constitute potential sugar attachment points.

【図11】 図11は、エリスロマイシンAおよびそのアナログの多工程化学メチル化を示
す。
FIG. 11 shows multi-step chemical methylation of erythromycin A and its analogs.

【図12】 図12は、S−アデノシルメチオニン(SAM)依存性メチルトランスフェラ
ーゼによって触媒される反応を示す。
FIG. 12 shows a reaction catalyzed by S-adenosylmethionine (SAM) -dependent methyltransferase.

【図13】 図13は、エリスロマイシンおよびそのアナログを基質として用いて6−OM
Tase活性を有する組換え酵素を得るためにシャッフリングされ得るO−メチ
ルトランスフェラーゼの特異性を示す。
FIG. 13 shows 6-OM using erythromycin and its analogs as substrates.
Figure 3 shows the specificity of O-methyl transferases that can be shuffled to obtain a recombinant enzyme with Tase activity.

【図14】 図14は、エリスロマイシンおよびそのアナログを基質として用いて6−OM
Tase活性を有する組換え酵素を得るためにシャッフリングされる、O−メチ
ルトランスフェラーゼの、DNAおよびタンパク質の配列類似性を示す。
FIG. 14 shows 6-OM using erythromycin and its analogs as substrates.
Figure 3 shows the DNA and protein sequence similarity of O-methyl transferase shuffled to obtain a recombinant enzyme with Tase activity.

【図15】 図15は、新規な特異性を有するメチルトランスフェラーゼの同定のための、
マイクロタイタープレート高スループット一次スクリーニングを示す。
FIG. 15 shows the identification of methyltransferases with novel specificity,
Microtiter plate high throughput primary screening.

【図16】 図16は、クラリスロマイシンの生体触媒合成に関する、エリスロマイシンA
6−O−メチルトランスフェラーゼの使用の模式図を示す。
FIG. 16: Erythromycin A for biocatalytic synthesis of clarithromycin
Figure 3 shows a schematic of the use of 6-O-methyl transferase.

【図17】 図17は、クラリスロマイシンシンターゼに関する二次アッセイを示す。59
0/158対のMS/MS検出によって、マクロライド環のメチル化が同定され
る。
FIG. 17 shows a secondary assay for clarithromycin synthase. 59
MS / MS detection of the 0/158 pair identifies methylation of the macrolide ring.

【図18】 図18は、クラリスロマイシンシンターゼに関する、さらなる二次アッセイを
示す。フェニルボロネートは、中性のpHにおいてcisジオールと特異的に反
応する。クラリスロマイシンのみが、反応して834.5イオンを生じ得る11
−12−cisジオールを有する。
FIG. 18 shows a further secondary assay for clarithromycin synthase. Phenylboronate reacts specifically with cis diols at neutral pH. Only clarithromycin can react to give the 834.5 ion 11
-12-cis diol.

【図19】 図19は、ベクターpCKZEBBのマップを示す。FIG. 19   FIG. 19 shows a map of the vector pCKZEBB.

【配列表】 [Sequence list]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ,UG ,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD, RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM,AT, AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,BZ,C A,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK,DM ,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH, GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,K E,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS ,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK,MN, MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,RO,R U,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM ,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VN, YU,ZA,ZW (72)発明者 デルカデア, スティーブン アメリカ合衆国 カリフォルニア 94002, ベルモント, モンロー アベニュー 2049 (72)発明者 セリフォノフ, セルゲイ エイ. アメリカ合衆国 カリフォルニア 94024, ロス アルトス, ホームステッド コ ート 2240 (72)発明者 ハワード, ラッセル アメリカ合衆国 カリフォルニア 94022, ロス アルトス ヒルズ, ヴィスカイ ノ ロード 12700 Fターム(参考) 4B024 AA01 AA03 AA20 BA07 BA67 CA03 CA07 CA20 DA06 EA04 GA11 GA27 HA01 HA03 HA20 4B050 CC04 CC05 EE01 FF14E GG01 LL01 LL05 4B064 AF54 CA22 DA01 DA16 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I T, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ , CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, K E, LS, MW, MZ, SD, SL, SZ, TZ, UG , ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, BZ, C A, CH, CN, CR, CU, CZ, DE, DK, DM , DZ, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, K E, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS , LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NO, NZ, PL, PT, RO, R U, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM , TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZA, ZW (72) Inventor Del Cadea, Stephen             United States California 94002,               Belmont, Monroe Avenue             2049 (72) Inventor Serifonov, Sergey A ..             United States California 94024,               Los Altos, Homestead Co             2240 (72) Inventor Howard, Russell             United States California 94022,               Los Altos Hills, Vizcai             Noroad 12700 F-term (reference) 4B024 AA01 AA03 AA20 BA07 BA67                       CA03 CA07 CA20 DA06 EA04                       GA11 GA27 HA01 HA03 HA20                 4B050 CC04 CC05 EE01 FF14E                       GG01 LL01 LL05                 4B064 AF54 CA22 DA01 DA16

Claims (50)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 有機分子誘導体のライブラリーを得るための方法であって、
該方法は、有機分子を、組換え誘導体化酵素のライブラリーの1つ以上のメンバ
ーおよび他の必要な反応物と、該有機分子誘導体のライブラリーを形成するよう
に接触させる工程を包含し、ここで該誘導体化酵素は、以下: a)該有機分子上に存在する1つ以上の官能基の改変; b)該有機分子上に存在する1つ以上の官能基上への化学的部分の付加;およ
び c)新規な官能基の導入、 からなる群より選択される反応を触媒する、方法。
1. A method for obtaining a library of organic molecule derivatives, comprising:
The method comprises contacting an organic molecule with one or more members of a library of recombinant derivatizing enzymes and other necessary reactants to form a library of organic molecule derivatives, Wherein the derivatizing enzyme is: a) modification of one or more functional groups present on the organic molecule; b) modification of a chemical moiety onto one or more functional groups present on the organic molecule. Addition; and c) introducing a new functional group, which catalyzes a reaction selected from the group consisting of:
【請求項2】 請求項1に記載の方法であって、該方法は、前記有機分子誘
導体のライブラリーを、組換え誘導体化酵素の第2のライブラリーの1つ以上の
メンバーおよび他の必要な反応物と、有機分子誘導体のさらなるライブラリーを
形成するように接触させる工程をさらに包含し、ここで該第2のライブラリーの
該誘導体化酵素は、以下: a)前記官能基のうちの1つ以上の改変; b)前記官能基のうちの1つ以上への化学的部分の付加;および c)新規な官能基の導入 からなる群より選択される反応を触媒する、方法。
2. The method of claim 1, wherein the library of organic molecule derivatives comprises one or more members of a second library of recombinant derivatizing enzymes and other requirements. Further reacting the various reactants to form a further library of organic molecule derivatives, wherein the derivatizing enzyme of the second library comprises: a) one of the functional groups One or more modifications; b) catalyzing a reaction selected from the group consisting of the addition of a chemical moiety to one or more of said functional groups; and c) the introduction of new functional groups.
【請求項3】 請求項2に記載の方法であって、前記第2のライブラリーの
前記誘導体化酵素は、前記第1のライブラリーの前記誘導体化酵素により改変も
しくは付加された官能基の改変または該官能基上への化学的部分の付加を触媒す
る、方法。
3. The method according to claim 2, wherein the derivatizing enzyme of the second library is a functional group modified or added by the derivatizing enzyme of the first library. Alternatively, a method of catalyzing the addition of a chemical moiety onto the functional group.
【請求項4】 請求項1に記載の方法であって、前記有機分子誘導体のライ
ブラリーの前記1つ以上のメンバーが、前記組換え誘導体化酵素のライブラリー
と接触する工程の後に、化学反応または酵素反応によってさらに誘導体化される
、方法。
4. The method of claim 1, wherein the one or more members of the library of organic molecule derivatives comprises a chemical reaction after the step of contacting the library of recombinant derivatizing enzymes. Alternatively, the method is further derivatized by an enzymatic reaction.
【請求項5】 請求項1に記載の方法であって、前記組換え誘導体化酵素の
ライブラリーがシャッフリング法により得られる、方法。
5. The method according to claim 1, wherein the library of recombinant derivatizing enzymes is obtained by the shuffling method.
【請求項6】 請求項5に記載の方法であって、前記シャッフリング法が、
以下: (1)誘導体化酵素をコードする核酸の少なくとも第1の形態および第2の形
態を、組換えポリヌクレオチドのライブラリーを生成するように組換える工程で
あって、該第1の形態と第2の形態は2つ以上のヌクレオチドで互いに異なる、
工程;ならびに (2)該組換えポリヌクレオチドのライブラリーを、該組換え誘導体化酵素の
ライブラリーを得るように発現させる工程、 を包含する、方法。
6. The method of claim 5, wherein the shuffling method comprises:
The following: (1) a step of recombining at least a first form and a second form of a nucleic acid encoding a derivatizing enzyme so as to generate a library of recombinant polynucleotides, wherein The second form differs from each other by two or more nucleotides,
And (2) expressing the library of recombinant polynucleotides so as to obtain the library of recombinant derivatizing enzymes.
【請求項7】 請求項6に記載の方法であって、前記組換え工程がインビト
ロで実施される、方法。
7. The method of claim 6, wherein the recombination step is performed in vitro.
【請求項8】 請求項6に記載の方法であって、前記方法がさらに、以下: (3)前記組換え誘導体化酵素のライブラリーのメンバーをコードする少なく
とも1つの組換えポリヌクレオチドを、誘導体化酵素をコードする前記核酸のさ
らなる形態と、組換え核酸のさらなるライブラリーを生成するように組換える工
程であって、該核酸のさらなる形態は、前記第1の形態および第2の形態と同じ
であるかまたは異なる、工程; (4)該組換えポリヌクレオチドのさらなるライブラリーを、組換え誘導体化
酵素のさらなるライブラリーを得るように発現させる工程;ならびに (5)必要な場合、該組換え誘導体化酵素のさらなるライブラリーが所望の数
の異なる組換え誘導体化酵素を含むまで、(3)および(4)を反復する工程、 を包含する、方法。
8. The method of claim 6, wherein the method further comprises: (3) derivatizing at least one recombinant polynucleotide encoding a member of the library of recombinant derivatizing enzymes. A further form of said nucleic acid encoding a phosphatase and a step of recombining to produce a further library of recombinant nucleic acids, said further form being the same as said first and second forms. Or different; (4) expressing a further library of said recombinant polynucleotides to obtain a further library of recombinant derivatizing enzymes; and (5) said recombination, if necessary. Repeating (3) and (4) until a further library of derivatizing enzymes contains the desired number of different recombinant derivatizing enzymes. , Method.
【請求項9】 請求項8に記載の方法であって、少なくとも1つの組換え工
程がインビトロで実施される、方法。
9. The method of claim 8, wherein at least one recombination step is performed in vitro.
【請求項10】 請求項5に記載の方法であって、前記シャッフリング法が
以下: (1)改変体ポリヌクレオチドの集団の重複するセグメントに対するポリヌク
レオチド増幅プロセスを、1つのセグメントが別のセグメントの伸長のためのテ
ンプレートとして作用する条件下で、組換えポリヌクレオチドの集団を生成する
ように開始する工程;ならびに (2)所望の特性について組換えポリヌクレオチドを選択もしくはスクリーニ
ングする工程、 を包含する、方法。
10. The method of claim 5, wherein the shuffling method comprises: (1) performing a polynucleotide amplification process on overlapping segments of a population of variant polynucleotides, one segment of another segment; Starting to produce a population of recombinant polynucleotides under conditions that act as a template for extension; and (2) selecting or screening the recombinant polynucleotides for desired characteristics, Method.
【請求項11】 請求項10に記載の方法であって、前記重複するセグメン
トが前記改変体ポリヌクレオチドの集団の切断によって生成される、方法。
11. The method of claim 10, wherein the overlapping segment is produced by cleavage of the population of variant polynucleotides.
【請求項12】 請求項11に記載の方法であって、前記切断がDNアーゼ
I消化による、方法。
12. The method of claim 11, wherein the cleaving is by DNase I digestion.
【請求項13】 請求項10に記載の方法であって、前記重複するセグメン
トが化学合成により生成される、方法。
13. The method of claim 10, wherein the overlapping segments are produced by chemical synthesis.
【請求項14】 請求項10に記載の方法であって、前記重複するセグメン
トが前記ポリヌクレオチドの集団の増幅により生成される、方法。
14. The method of claim 10, wherein the overlapping segments are produced by amplification of the population of polynucleotides.
【請求項15】 請求項10に記載の方法であって、前記改変体ポリヌクレ
オチドの集団が対立遺伝子改変体である、方法。
15. The method of claim 10, wherein the population of variant polynucleotides is an allelic variant.
【請求項16】 請求項10に記載の方法であって、前記改変体ポリヌクレ
オチドの集団が種改変体である、方法。
16. The method of claim 10, wherein the population of variant polynucleotides is a species variant.
【請求項17】 請求項5に記載の方法であって、前記シャッフリング法が
、以下: (1)少なくとも2つの核酸セットをハイブリダイズする工程であって、第1
の核酸セットは一本鎖核酸テンプレートを含み、そして第2の核酸セットが少な
くとも1つの核酸フラグメントセットを含む、工程;ならびに (2)該ハイブリダイズした核酸フラグメント間の配列ギャップを、該一本鎖
核酸テンプレートに対応する少なくとも実質的に全長のキメラ核酸配列を生成す
るように、伸長するか、連結するか、またはその両方を行い、それにより該核酸
フラグメントセットを組換える、工程、 を包含する、方法。
17. The method according to claim 5, wherein the shuffling method is the following: (1) hybridizing at least two nucleic acid sets,
Wherein the nucleic acid set comprises a single-stranded nucleic acid template, and the second nucleic acid set comprises at least one nucleic acid fragment set; and (2) a sequence gap between the hybridized nucleic acid fragments Extending, ligating, or both, so as to produce an at least substantially full-length chimeric nucleic acid sequence corresponding to the nucleic acid template, thereby recombination of the set of nucleic acid fragments. Method.
【請求項18】 請求項17に記載の方法であって、さらに以下: (3)前記少なくとも実質的に全長のキメラ核酸配列および前記一本鎖核酸テ
ンプレートを変性する工程; (4)該少なくとも実質的に全長のキメラ核酸配列を、少なくとも1つの分離
技術によって、該一本鎖核酸テンプレートから分離する工程;ならびに該分離さ
れた少なくとも実質的に全長のキメラ核酸配列を、ヌクレアーゼ消化もしくは物
理的断片化によって、キメラ核酸フラグメントを提供するように断片化する工程
、 を包含する、方法。
18. The method according to claim 17, further comprising: (3) denaturing the at least substantially full-length chimeric nucleic acid sequence and the single-stranded nucleic acid template; (4) the at least substantial. Separating the full-length chimeric nucleic acid sequence from the single-stranded nucleic acid template by at least one separation technique; and separating the separated at least substantially full-length chimeric nucleic acid sequence by nuclease digestion or physical fragmentation. Fragmenting to provide a chimeric nucleic acid fragment according to.
【請求項19】 請求項1に記載の方法であって、前記有機分子がリード化
合物である、方法。
19. The method of claim 1, wherein the organic molecule is a lead compound.
【請求項20】 請求項1に記載の方法であって、前記有機分子が天然に存
在する化合物である、方法。
20. The method of claim 1, wherein the organic molecule is a naturally occurring compound.
【請求項21】 請求項1に記載の方法であって、前記有機分子が天然に存
在しない化合物である、方法。
21. The method of claim 1, wherein the organic molecule is a non-naturally occurring compound.
【請求項22】 請求項1に記載の方法であって、前記組換え誘導体化酵素
のライブラリーの前記メンバーが、前記有機分子に個々に接触される、方法。
22. The method of claim 1, wherein the members of the library of recombinant derivatizing enzymes are individually contacted with the organic molecule.
【請求項23】 請求項1に記載の方法であって、前記組換え誘導体化酵素
のライブラリーの前記メンバーが、前記有機分子を接触させる工程の前に、細分
されてプールになっている、方法。
23. The method of claim 1, wherein the members of the library of recombinant derivatizing enzymes are subdivided into pools prior to contacting the organic molecule. Method.
【請求項24】 請求項1に記載の方法であって、前記組換え誘導体化酵素
のライブラリーの前記メンバーが、組換え誘導体化酵素の混合物として、前記有
機分子と接触される、方法。
24. The method of claim 1, wherein the member of the library of recombinant derivatizing enzymes is contacted with the organic molecule as a mixture of recombinant derivatizing enzymes.
【請求項25】 請求項1に記載の方法であって、前記組換えポリヌクレオ
チドを、複製可能な遺伝子パッケージングベクター中への該組換えポリヌクレオ
チドの導入によって、該コードされる組換え誘導体化酵素が複製可能な遺伝子パ
ッケージの表面上に提示されるタンパク質との融合物として生成されるように、
発現させる、方法。
25. The method of claim 1, wherein the recombinant polynucleotide is encoded by a recombinant derivatization of the recombinant polynucleotide by introducing the recombinant polynucleotide into a replicable gene packaging vector. As the enzyme is produced as a fusion with a protein displayed on the surface of a replicable genetic package,
How to express.
【請求項26】 請求項25に記載の方法であって、前記複製可能な遺伝子
パッケージが、バクテリオファージ、細胞、胞子、およびウイルスからなる群よ
り選択される、方法。
26. The method of claim 25, wherein the replicable genetic package is selected from the group consisting of bacteriophage, cells, spores, and viruses.
【請求項27】 請求項1に記載の方法であって、前記誘導体化酵素が、前
記有機分子上の1つ以上の官能基の改変を触媒するか、または別の官能基による
前記官能基のうちの1つ以上の置換を触媒する、方法。
27. The method according to claim 1, wherein the derivatizing enzyme catalyzes the modification of one or more functional groups on the organic molecule or the functional group is modified by another functional group. A method of catalyzing one or more substitutions therein.
【請求項28】 請求項27に記載の方法であって、前記官能基が水素であ
り、そして前記置換がヒドロキシル基による、方法。
28. The method of claim 27, wherein the functional group is hydrogen and the substitution is with a hydroxyl group.
【請求項29】 請求項28に記載の方法であって、前記誘導体化酵素が、
モノオキシゲナーゼおよびジオキシゲナーゼからなる群より選択される、方法。
29. The method of claim 28, wherein the derivatizing enzyme is
A method selected from the group consisting of monooxygenase and dioxygenase.
【請求項30】 請求項27に記載の方法であって、前記誘導体化酵素が、
有機分子上への新しい官能基の導入を触媒する、方法。
30. The method of claim 27, wherein the derivatizing enzyme is
A method for catalyzing the introduction of new functional groups onto organic molecules.
【請求項31】 請求項30に記載の方法であって、前記誘導体化酵素が、
ハロゲナーゼおよびスルホトランスフェラーゼからなる群より選択される、方法
31. The method of claim 30, wherein the derivatizing enzyme is
A method selected from the group consisting of halogenases and sulfotransferases.
【請求項32】 請求項1に記載の方法であって、前記誘導体化酵素が、前
記官能基のうちの1つ以上への化学的部分の付加を触媒する、方法。
32. The method of claim 1, wherein the derivatizing enzyme catalyzes the addition of chemical moieties to one or more of the functional groups.
【請求項33】 請求項32に記載の方法であって、前記誘導体化酵素が、
グリコシルトランスフェラーゼ、アシルトランスフェラーゼ、アミダーゼ、メチ
ルトランスフェラーゼ、およびホスホトランスフェラーゼからなる群より選択さ
れる、方法。
33. The method of claim 32, wherein the derivatizing enzyme is
A method selected from the group consisting of glycosyltransferases, acyltransferases, amidases, methyltransferases, and phosphotransferases.
【請求項34】 請求項33に記載の方法であって、前記誘導体化酵素がア
シルトランスフェラーゼであり、そして前記化学的部分が、ビニルエステル、ト
リハロエチル、エステル、ビニルカルボネート、ビニルカルバメート、オキシム
エステル、オキシムカルボネート、および二官能性部分からなる群より選択され
る、方法。
34. The method of claim 33, wherein the derivatizing enzyme is an acyltransferase and the chemical moiety is a vinyl ester, trihaloethyl, ester, vinyl carbonate, vinyl carbamate, oxime ester. A oxime carbonate, and a bifunctional moiety.
【請求項35】 請求項33に記載の方法であって、前記誘導体化酵素がグ
リコシルトランスフェラーゼであり、そして前記化学的部分が、グリコシド、ア
ミノグリコシド、およびグリコシド酸からなる群より選択される、方法。
35. The method of claim 33, wherein the derivatizing enzyme is a glycosyltransferase and the chemical moiety is selected from the group consisting of glycosides, aminoglycosides, and glycosid acids.
【請求項36】 請求項33に記載の方法であって、前記誘導体化酵素がグ
リコシルトランスフェラーゼであり、そして前記有機分子が、アグリコシル塩酸
バンコマイシン、ソマトスタチン、コール酸、L−チロキシン、ノガラマイシン
、シリンガルダジン、アクラルビシン、塩酸リトドリン、リファマイシン、およ
び硫酸リストマイシンからなる群より選択される、方法。
36. The method of claim 33, wherein the derivatizing enzyme is a glycosyltransferase and the organic molecule is aglycosyl vancomycin hydrochloride, somatostatin, cholic acid, L-thyroxine, nogaramycin, syringalda. A method selected from the group consisting of gin, aclarubicin, ritodrine hydrochloride, rifamycin, and ristomycin sulfate.
【請求項37】 請求項33に記載の方法であって、前記誘導体化酵素がO
−メチルトランスフェラーゼであり、そして前記有機分子がエリスロマイシンで
ある、方法。
37. The method of claim 33, wherein the derivatizing enzyme is O.
A method, which is a methyltransferase and the organic molecule is erythromycin.
【請求項38】 請求項33に記載の方法であって、前記誘導体化酵素がア
ミダーゼであり、そして前記化学的部分が、アミドおよびペプチドからなる群よ
り選択される、方法。
38. The method of claim 33, wherein the derivatizing enzyme is amidase and the chemical moiety is selected from the group consisting of amides and peptides.
【請求項39】 請求項1に記載の方法であって、所望の特性を示す有機分
子誘導体を同定するために前記有機分子誘導体のライブラリーをスクリーニング
する工程をさらに包含する、方法。
39. The method of claim 1, further comprising the step of screening a library of organic molecule derivatives to identify those organic molecule derivatives that exhibit the desired properties.
【請求項40】 請求項39に記載の方法であって、前記所望の特性が、標
的分子への結合である、方法。
40. The method of claim 39, wherein the desired property is binding to a target molecule.
【請求項41】 請求項40に記載の方法であって、前記標的分子が、レセ
プター、シグナル伝達タンパク質、およびリガンドからなる群より選択される、
方法。
41. The method of claim 40, wherein the target molecule is selected from the group consisting of receptors, signaling proteins, and ligands.
Method.
【請求項42】 請求項39に記載の方法であって、生じる有機分子誘導体
に前記所望の特性を付与する前記有機分子の改変を触媒するメンバーを同定する
ために、前記組換え誘導体化酵素のライブラリーのメンバーをスクリーニングす
る工程をさらに包含する、方法。
42. The method of claim 39, wherein the recombinant derivatizing enzyme is used to identify a member that catalyzes the modification of the organic molecule that imparts the desired property to the resulting organic molecule derivative. The method further comprising screening the members of the library.
【請求項43】 所望の有機分子誘導体の合成を触媒する酵素を得る方法で
あって、該方法は、以下: 有機分子を、組換え誘導体化酵素のライブラリーのメンバーおよび他の必要な
反応物と、有機分子誘導体のライブラリーを形成するように接触させる工程; 該有機分子誘導体のライブラリーにおいて該所望の有機分子誘導体を同定する
工程;ならびに 該所望の有機分子誘導体の合成を触媒する該組換え誘導体化酵素のライブラリ
ーのメンバーを同定する工程、 を包含する、方法。
43. A method of obtaining an enzyme that catalyzes the synthesis of a desired organic molecule derivative, the method comprising: the step of: adding an organic molecule to a member of a library of recombinant derivatizing enzymes and other necessary reactants. A step of contacting the organic molecule derivative to form a library of organic molecule derivatives; identifying the desired organic molecule derivative in the library of organic molecule derivatives; and the set that catalyzes the synthesis of the desired organic molecule derivative. Identifying a member of the library of recombinant derivatizing enzymes.
【請求項44】 請求項43に記載の方法であって、前記組換え誘導体化酵
素のライブラリーの前記メンバーが、前記有機分子と個々に接触する、方法。
44. The method of claim 43, wherein the members of the library of recombinant derivatizing enzymes are individually contacted with the organic molecule.
【請求項45】 請求項43に記載の方法であって、前記組換え誘導体化酵
素のライブラリーの前記メンバーが、前記有機分子を接触する工程の前に、細分
されてプールになっている、方法。
45. The method of claim 43, wherein the members of the library of recombinant derivatizing enzymes are subdivided into pools prior to contacting the organic molecule. Method.
【請求項46】 組換え誘導体化酵素のライブラリーであって、ここで、該
組換え誘導体化酵素が、1つ以上の官能基を有する有機分子と接触される場合に
、以下: a)該官能基のうちの1つ以上の改変; b)該官能基のうちの1つ以上への化学的部分の付加;ならびに c)新しい官能基の導入、 からなる群より選択される反応を触媒する、ライブラリー。
46. A library of recombinant derivatizing enzymes, wherein when said recombinant derivatizing enzyme is contacted with an organic molecule having one or more functional groups: a) said Catalyze a reaction selected from the group consisting of: modification of one or more of the functional groups; b) addition of a chemical moiety to one or more of the functional groups; and c) introduction of a new functional group. ,Library.
【請求項47】 請求項46に記載のライブラリーであって、前記組換え誘
導体化酵素の各々が、アミノ酸の複数のブロックを含み、該ブロックは、天然に
存在する誘導体化酵素中では連続していない、ライブラリー。
47. The library of claim 46, wherein each of the recombinant derivatizing enzymes comprises multiple blocks of amino acids, the blocks being contiguous in the naturally occurring derivatizing enzyme. Not a library.
【請求項48】 請求項47に記載のライブラリーであって、前記組換え誘
導体化酵素の各々が、該誘導体化酵素の2つ以上のホモログから生じるアミノ酸
のブロックを含む、ライブラリー。
48. The library of claim 47, wherein each of said recombinant derivatizing enzymes comprises a block of amino acids resulting from two or more homologues of said derivatizing enzyme.
【請求項49】 有機分子誘導体のライブラリーであって、該ライブラリー
は、1つ以上の官能基を有する有機分子を、以下: a)該官能基のうちの1つ以上の改変; b)該官能基のうちの1つ以上への化学的部分の付加;ならびに c)新しい官能基の導入 からなる群より選択される反応を触媒する組換え誘導体化酵素のライブラリーの
複数のメンバーと接触させる工程によって生体触媒合成される、ライブラリー。
49. A library of organic molecule derivatives, wherein the library comprises organic molecules having one or more functional groups comprising: a) a modification of one or more of said functional groups; b). Addition of a chemical moiety to one or more of said functional groups; and c) contact with multiple members of a library of recombinant derivatizing enzymes that catalyze a reaction selected from the group consisting of the introduction of new functional groups. A library that is biocatalyst-synthesized by the step of allowing.
【請求項50】 請求項49に記載のライブラリーであって、前記組換え誘
導体化酵素が、以下: 誘導体化酵素をコードする核酸の少なくとも第1の形態および第2の形態を、
組換えポリヌクレオチドのライブラリーを生成するように組換える工程であって
、該第1の形態と第2の形態が2つ以上のヌクレオチドで互いに異なる、工程;
ならびに 該組換えポリヌクレオチドのライブラリーを、該組換え誘導体化酵素のライブ
ラリーを得るように発現する工程、 によって得られる、ライブラリー。
50. The library of claim 49, wherein the recombinant derivatizing enzyme comprises: at least a first form and a second form of a nucleic acid encoding the derivatizing enzyme,
Recombining to produce a library of recombinant polynucleotides, wherein the first and second forms differ from each other in two or more nucleotides;
And a step of expressing the library of recombinant polynucleotides to obtain a library of the recombinant derivatizing enzyme.
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