JP2005514031A - Compositions and methods for hydroxylating epothilone - Google Patents

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Abstract

エポチロンBヒドロキシラーゼおよびその突然変異体および変異体およびエポチロンBヒドロキシラーゼ遺伝子の下流に位置するフェレドキシンの単離核酸配列および該配列によってコードされるポリペプチドが提供される。ベクターおよび該ベクターを含む細胞もまた提供される。さらに、組換え微生物の製造方法、ヒドロキシアルキル含有エポチロンを生成するためにこれら組換え微生物を使用する方法、およびエポチロンBヒドロキシラーゼの突然変異体によって生成したエポチロンアナログも提供される。Epothilone B hydroxylase and mutants and variants thereof and an isolated nucleic acid sequence of ferredoxin located downstream of the epothilone B hydroxylase gene and polypeptides encoded by the sequence are provided. Vectors and cells containing the vectors are also provided. Further provided are methods of producing recombinant microorganisms, methods of using these recombinant microorganisms to produce hydroxyalkyl-containing epothilones, and epothilone analogs produced by mutants of epothilone B hydroxylase.

Description

本発明は、エポチロンBヒドロキシラーゼおよびその突然変異体および変異体およびエポチロンBヒドロキシラーゼ遺伝子の下流に位置するフェレドキシンの単離核酸配列およびそれによってコードされるポリペプチドに関する。本発明はまた、エポチロンなどの末端アルキル基を有する小さな有機分子化合物をヒドロキシル化して末端ヒドロキシアルキル基を有する化合物を生成することのできる、エポチロンBヒドロキシラーゼまたはその突然変異体または変異体および/またはフェレドキシンを発現する組換え微生物に関する。そのような微生物を組換えにより製造する方法並びに末端ヒドロキシアルキル基を有する化合物の合成にこれら組換え微生物を用いる方法もまた提供される。本発明の組成物および方法は、医薬の分野で様々な有用性を有するエポチロンを製造するのに有用である。本発明のエポチロンBヒドロキシラーゼの突然変異体を用いて製造した新規なエポチロンアナログも記載する。   The present invention relates to epothilone B hydroxylase and mutants and variants thereof and to the isolated nucleic acid sequence of ferredoxin located downstream of the epothilone B hydroxylase gene and the polypeptide encoded thereby. The present invention also provides an epothilone B hydroxylase or mutant or variant thereof and / or capable of hydroxylating a small organic molecule compound having a terminal alkyl group such as epothilone to produce a compound having a terminal hydroxyalkyl group. The present invention relates to a recombinant microorganism that expresses ferredoxin. Also provided are methods of recombinantly producing such microorganisms and methods of using these recombinant microorganisms for the synthesis of compounds having terminal hydroxyalkyl groups. The compositions and methods of the present invention are useful for producing epothilones having various utilities in the pharmaceutical field. Also described are novel epothilone analogs produced using mutants of the epothilone B hydroxylase of the present invention.

エポチロンは、医薬の分野で有用性の見出されたマクロライド系化合物である。たとえば、構造:

Figure 2005514031
を有するエポチロンAおよびBは、パクリタキセル(タキソール)と類似の微小管安定化作用を発揮し、それゆえ腫瘍細胞などの迅速に増殖する細胞や他の過剰増殖細胞性疾患に関連する細胞に対して細胞障害作用を発揮することがわかっている(Bollagら、Cancer Res., Vol. 55, No. 11, 2325-2333 (1995)を参照)。 Epothilone is a macrolide compound that has found utility in the field of medicine. For example, the structure:
Figure 2005514031
Epothilone A and B having, compared cells paclitaxel (Taxol R) and exert microtubule-stabilizing effects similar, associated with rapidly proliferating cells or other hyperproliferative cellular disease, such as thus tumor cells (See Bollag et al., Cancer Res ., Vol. 55, No. 11, 2325-2333 (1995)).

エポチロンAおよびBは、Hofleらによって初めて単離および特徴付けられたソランジウム・セルロスム(Sorangium cellulosum)によって産生される天然の抗癌剤である(DE4138042;WO93/10121; Angew. Chem. Int. Ed. Engl. Vol. 35, No13/14, 1567-1569 (1996);およびJ. Antibiot., Vol. 49, No. 6, 560-563 (1996))。その後、エポチロンAおよびBの全合成が、Balogら、Angew. Chem. Int. Ed. Engl. Vol. 35, No. 23/24, 2801-2803, 1996; Mengら、J. Am. Chem. Soc., Vol. 119, No. 42, 10073-10092 (1997); Nicolaouら、J. Am. Chem. Soc., Vol. 119, No. 34, 7974-7991 (1997); Schinzerら、Angew. Chem. Int. Ed. Engl. Vol. 36, No. 5, 523-524 (1997);およびYangら、Angew. Chem. Int. Ed. Engl., Vol. 36, No. 1/2, 166-168, 1997によって刊行されている。WO98/25929は、エポチロンA、エポチロンB、エポチロンのアナログおよびエポチロンアナログのライブラリーの化学合成法を開示している。エポチロンC、D、EおよびFの構造およびソランジウム・セルロスムDSM6773からの産生がWO98/22461に開示されている。図1は、WO00/39276に記載されているように、アクチノミセス種株SC15847(ATCC PT−1043)(その後、アミコラトプシス・オリエンタリス(Amycolatopsis orientalis)として同定された)におけるエポチロンBのエポチロンFへのバイオトランスフォーメーションの図解を示す。 Epothilones A and B are natural anticancer agents produced by Sorangium cellulosum, first isolated and characterized by Hofle et al . (DE 4138042; WO 93/10121; Angew. Chem. Int. Ed. Engl . Vol. 35, No13 / 14, 1567-1569 (1996); and J. Antibiot ., Vol. 49, No. 6, 560-563 (1996)). Subsequently, the total synthesis of epothilones A and B was performed by Balog et al . , Angew. Chem. Int. Ed. Engl . Vol. 35, No. 23/24, 2801-2803, 1996; Meng et al., J. Am. Chem. , Vol. 119, No. 42, 10073-10092 (1997); Nicolaou et al., J. Am. Chem. Soc ., Vol. 119, No. 34, 7974-7991 (1997); Schinzer et al . , Angew. Chem Int. Ed. Engl . Vol. 36, No. 5, 523-524 (1997); and Yang et al . , Angew. Chem. Int. Ed. Engl ., Vol. 36, No. 1/2, 166-168 , 1997. WO 98/25929 discloses a method for chemical synthesis of epothilone A, epothilone B, epothilone analogs and a library of epothilone analogs. The structure of epothilone C, D, E and F and the production from Solandium cellulosum DSM 6773 is disclosed in WO 98/22461. FIG. 1 shows Epothilone B to Epothilone F in Actinomyces sp. Strain SC15847 (ATCC PT-1043) (which was subsequently identified as Amycolatopsis orientalis) as described in WO 00/39276. An illustration of biotransformation of is shown.

シトクロムP450酵素は原核細胞および真核細胞において見出され、一酸化炭素と複合体を形成したときに450nmでの吸収極大により区別することのできるヘム結合ドメインを共通して有する。シトクロムP450酵素は、芳香族およびベンジル環およびアルカンを含む主として疎水性の基質に対して広スペクトルの酸化反応を行う。原核細胞においては、シトクロムP450酵素は、解毒系として、およびトルエン、ベンゼンおよび樟脳などの基質を代謝する最初の酵素過程として見出されている。シトクロムP450遺伝子はまた、ストレプトミセス・テンダエ(Streptomyces tendae)におけるnikkomycin(Bruntner, C.ら、1999, Mol. Gen. Genet. 262: 102-114)、ドキソルビシン(Dickens, M. L., Strohl, W. R., 1996, J. Bacteriol., 178: 3389-3395)、およびソランジウム・セルロスムのエポチロン生合成クラスター(Julien, B.ら、2000, Gene, 249: 153-160)などの二次代謝産物の生合成経路で見出されている。幾つかの例外を除いて、原核生物におけるシトクロムP450系は3つのタンパク質、フェレドキシンNADHまたはNADPH依存性レダクターゼ、鉄−硫黄フェレドキシンおよびシトクロムP450酵素からなっている(Lewis, D. F., Hlavica, P., 2000, Biochim. Biophys. Acta., 1460: 353-374)。電子は分子状酸素の開裂のため、フェレドキシンレダクターゼからフェレドキシンへ、最終的にシトクロムP450酵素に輸送される。   Cytochrome P450 enzymes are found in prokaryotic and eukaryotic cells and have in common a heme-binding domain that can be distinguished by an absorption maximum at 450 nm when complexed with carbon monoxide. The cytochrome P450 enzyme performs a broad spectrum oxidation reaction on predominantly hydrophobic substrates including aromatic and benzylic rings and alkanes. In prokaryotes, the cytochrome P450 enzyme has been found as a detoxification system and as the first enzymatic process to metabolize substrates such as toluene, benzene and camphor. The cytochrome P450 gene is also known as nikkomycin (Bruntner, C. et al., 1999, Mol. Gen. Genet. 262: 102-114), doxorubicin (Dickens, ML, Strohl, WR, 1996, Streptomyces tendae). J. Bacteriol., 178: 3389-3395) and secondary metabolites such as Sorandium cellulosum epothilone biosynthetic cluster (Julien, B. et al., 2000, Gene, 249: 153-160). Has been issued. With some exceptions, the cytochrome P450 system in prokaryotes consists of three proteins, ferredoxin NADH or NADPH-dependent reductase, iron-sulfur ferredoxin and cytochrome P450 enzymes (Lewis, DF, Hlavica, P., 2000). , Biochim. Biophys. Acta., 1460: 353-374). The electrons are transported from ferredoxin reductase to ferredoxin and finally to the cytochrome P450 enzyme for molecular oxygen cleavage.

本発明の目的は、エポチロンBヒドロキシラーゼおよびその変異体または突然変異体をコードする単離核酸配列およびフェレドキシンまたはその変異体または突然変異体をコードする単離核酸配列を提供することである。   It is an object of the present invention to provide an isolated nucleic acid sequence encoding epothilone B hydroxylase and variants or mutants thereof and an isolated nucleic acid sequence encoding ferredoxin or variants or mutants thereof.

本発明の他の目的は、エポチロンBヒドロキシラーゼおよびその変異体または突然変異体のアミノ酸配列を含む単離ポリペプチドおよびフェレドキシンおよびその変異体または突然変異体のアミノ酸を含む単離ポリペプチドを提供することである。   Another object of the present invention provides an isolated polypeptide comprising the amino acid sequence of epothilone B hydroxylase and variants or mutants thereof and an isolated polypeptide comprising the amino acids of ferredoxin and variants or mutants thereof. That is.

本発明の他の目的は、エポチロンBヒドロキシラーゼのホモロジーモデルの構造座標を提供することである。構造座標は付表1に列挙してある。この本発明のモデルは、エポチロンBヒドロキシラーゼの生物学的機能のモデュレーター並びに特異性の変化したエポチロンBヒドロキシラーゼのさらなる突然変異体をデザインする手段を提供する。   Another object of the present invention is to provide the structural coordinates of the homology model of epothilone B hydroxylase. The structural coordinates are listed in Appendix Table 1. This model of the invention provides a modulator of the biological function of epothilone B hydroxylase as well as a means to design additional mutants of epothilone B hydroxylase with altered specificity.

本発明の他の目的は、エポチロンBヒドロキシラーゼまたはその変異体または突然変異体および/またはフェレドキシンまたはその変異体または突然変異体をコードする単離核酸配列を含むベクターを提供することである。好ましい態様において、これらベクターは、フェレドキシンをコードする核酸配列をさらに含む。   Another object of the present invention is to provide a vector comprising an isolated nucleic acid sequence encoding epothilone B hydroxylase or a variant or mutant thereof and / or ferredoxin or a variant or mutant thereof. In a preferred embodiment, these vectors further comprise a nucleic acid sequence encoding ferredoxin.

本発明の他の目的は、エポチロンBヒドロキシラーゼまたはその変異体または突然変異体および/またはフェレドキシンまたはその変異体または突然変異体をコードする単離核酸配列を含むベクターを含む宿主細胞を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a host cell comprising a vector comprising an isolated nucleic acid sequence encoding epothilone B hydroxylase or a variant or mutant thereof and / or ferredoxin or a variant or mutant thereof. It is.

本発明の他の目的は、末端アルキル基を有する化合物、とりわけエポチロンをヒドロキシル化して末端ヒドロキシアルキル基を有する化合物を生成することのできる組換え微生物の製造方法を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a method for producing a recombinant microorganism capable of producing a compound having a terminal alkyl group, particularly a compound having a terminal hydroxyalkyl group by hydroxylating an epothilone.

本発明の他の目的は、末端アルキル基を有する化合物、とりわけエポチロンをヒドロキシル化して末端ヒドロキシアルキル基を有する化合物を生成することのできる組換えにより生成した微生物を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a recombinantly produced microorganism capable of producing a compound having a terminal alkyl group, particularly a compound having a terminal hydroxyalkyl group by hydroxylating an epothilone.

本発明の他の目的は、これら組換え微生物において化合物をヒドロキシル化する方法を提供することである。とりわけ本発明は、ヒドロキシアルキル含有エポチロンの製造方法を提供するものであるが、該ヒドロキシアルキル含有エポチロンは、抗癌剤として、および他のエポチロンアナログの調製における出発物質として有用である。   Another object of the present invention is to provide a method for hydroxylating compounds in these recombinant microorganisms. In particular, the present invention provides a process for producing hydroxyalkyl-containing epothilones, which are useful as anticancer agents and as starting materials in the preparation of other epothilone analogs.

本発明の他の目的は、本明細書で24−OHエポチロンBまたは24−OH EpoBと称する、式A:

Figure 2005514031
で示される化合物、並びに式Aの化合物を含む組成物および該組成物の製造方法を提供することである。 Another object of the invention is a compound of formula A, designated herein as 24-OH epothilone B or 24-OH EpoB:
Figure 2005514031
And a composition comprising the compound of formula A and a process for preparing the composition.

本発明は、単離核酸配列およびポリペプチドおよび末端炭素原子位置に所望の置換基を有する化合物を得る方法に関する。とりわけ本発明は、ヒドロキシアルキル含有エポチロンの組成物および製造方法を提供するものであるが、該ヒドロキシアルキル含有エポチロンは、抗癌剤として、および他のエポチロンアナログの調製における出発物質として有用である。   The present invention relates to isolated nucleic acid sequences and methods for obtaining polypeptides and compounds having the desired substituent at the terminal carbon atom position. In particular, the present invention provides compositions and methods for producing hydroxyalkyl-containing epothilones, which are useful as anticancer agents and as starting materials in the preparation of other epothilone analogs.

本明細書において「エポチロン」とは、本明細書において定義するエポチロンコアと側鎖基とを含む化合物をいう。本明細書において「エポチロンコア」とは、コア構造(本明細書に用いた環系位置の番号付けを示す):

Figure 2005514031
を含む残基をいい、上記式において置換基は以下のとおりである:
Qは、
Figure 2005514031
よりなる群から選ばれる;
Wは、OまたはNR
Xは、O、HおよびORよりなる群から選ばれる;
Mは、O、S、NR、CR10
およびBは、OR11、OCOR12よりなる群から選ばれる;
−RおよびR12−R17は、H、アルキル、置換アルキル、アリール、およびへテロシクロよりなる群から選ばれ、RおよびRがアルキルである場合はこれらは一緒になってシクロアルキルを形成することができる;
は、H、アルキル、および置換アルキルよりなる群から選ばれる;
およびR11は、H、アルキル、置換アルキル、トリアルキルシリル、アルキルジアリールシリルおよびジアルキルアリールシリルよりなる群から選ばれる;
は、H、アルキル、置換アルキル、R13C=O、R14OC=OおよびR15SOよりなる群から選ばれる;および
およびR10は、H、ハロゲン、アルキル、置換アルキル、アリール、へテロシクロ、ヒドロキシ、R16C=O、およびR17OC=Oよりなる群から選ばれる。 As used herein, “epothilone” refers to a compound containing an epothilone core and a side chain group as defined herein. As used herein, “epothilone core” refers to a core structure (indicating the numbering of the ring system positions used herein):
Figure 2005514031
In the above formula, the substituents are as follows:
Q is
Figure 2005514031
Selected from the group consisting of:
W is O or NR 6 ;
X is selected from the group consisting of O, H and OR 7 ;
M is O, S, NR 8 , CR 9 R 10 ;
B 1 and B 2 are selected from the group consisting of OR 11 , OCOR 12 ;
R 1 -R 5 and R 12 -R 17 are selected from the group consisting of H, alkyl, substituted alkyl, aryl, and heterocyclo, and when R 1 and R 2 are alkyl, these together are cyclo Can form alkyl;
R 6 is selected from the group consisting of H, alkyl, and substituted alkyl;
R 7 and R 11 are selected from the group consisting of H, alkyl, substituted alkyl, trialkylsilyl, alkyldiarylsilyl and dialkylarylsilyl;
R 8 is selected from the group consisting of H, alkyl, substituted alkyl, R 13 C═O, R 14 OC═O and R 15 SO 2 ; and R 9 and R 10 are H, halogen, alkyl, substituted alkyl , Aryl, heterocyclo, hydroxy, R 16 C═O, and R 17 OC═O.

「側鎖基」とは、エポチロンAまたはBについて上記で定義した置換基Gまたは以下に示すGおよびGをいう。 The “side chain group” refers to the substituent G defined above for epothilone A or B or G 1 and G 2 shown below.

は、下記式V:
HO−CH−(A−(Q)−(A (V)
であり、
は、下記式VI:
CH−(A−(Q)−(A (VI)
(上記式中、AおよびAは、任意に置換されたC−Cアルキルおよびアルケニルよりなる群から独立に選ばれる;
Qは、1〜3の環および少なくとも一つの環中に少なくとも一つの炭素−炭素二重結合を含む任意に置換された環であり;
n、mおよびoは、0および1よりなる群から独立に選ばれた整数であり、n、mまたはoの少なくとも一つが1である)
である。
G 1 represents the following formula V:
HO-CH 2 - (A 1 ) n - (Q) m - (A 2) o (V)
And
G 2 represents the following formula VI:
CH 3 - (A 1) n - (Q) m - (A 2) o (VI)
Wherein A 1 and A 2 are independently selected from the group consisting of optionally substituted C 1 -C 3 alkyl and alkenyl;
Q is an optionally substituted ring containing 1 to 3 rings and at least one carbon-carbon double bond in at least one ring;
n, m and o are integers independently selected from the group consisting of 0 and 1, and at least one of n, m or o is 1.
It is.

「末端炭素原子」または「末端アルキル基」とは、エポチロンコアに15位にて直接結合している残基の末端炭素原子または末端アルキル基あるいは15位に結合した側鎖基の末端炭素原子または末端アルキル基をいう。「アルキル基」は、本明細書に記載のアルキルおよび置換アルキルを包含することが理解されなければならない。   “Terminal carbon atom” or “terminal alkyl group” means the terminal carbon atom of the residue directly bonded to the epothilone core at the 15th position, the terminal alkyl group or the terminal carbon atom of the side chain group bonded to the 15th position, or Refers to a terminal alkyl group. It should be understood that “alkyl group” includes alkyl and substituted alkyl as described herein.

「アルキル」とは、炭素数が1〜20、好ましくは炭素数が1〜7の、任意に置換された直鎖または分枝鎖の飽和炭化水素基をいう。「低級アルキル」なる語は、炭素数1〜4の任意に置換されたアルキル基をいう。   “Alkyl” refers to an optionally substituted linear or branched saturated hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 7 carbon atoms. The term “lower alkyl” refers to an optionally substituted alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.

「置換アルキル」とは、たとえば、ハロ、トリフルオロメチル、トリフルオロメトキシ、ヒドロキシ、アルコキシ、シクロアルキルオキシ、ヘテロシクロオキシ、オキソ、アルカノイル、アリールオキシ、アルカノイルオキシ、アミノ、アルキルアミノ、アリールアミノ、アラルキルアミノ、シクロアルキルアミノ、ヘテロシクロアミノ、二置換アミン(二つのアミノ置換基はアルキル、アリールまたはアラルキルから選ばれる)、アルカノイルアミノ、アロイルアミノ、アラルカノイルアミノ、置換アルカノイルアミノ、置換アリールアミノ、置換アラルカノイルアミノ、チオール、アルキルチオ、アリールチオ、アラルキルチオ、シクロアルキルチオ、ヘテロシクロチオ、アルキルチオノ、アリールチオノ、アラルキルチオノ、アルキルスルホニル、アリールスルホニル、アラルキルスルホニル、スルホンアミド(たとえば、SONH)、置換スルホンアミド、ニトロ、シアノ、カルボキシ、カルバミル(たとえば、CONH)、置換カルバミル(たとえば、CONHアルキル、CONHアリール、CONHアラルキル、または窒素原子上にアルキル、アリールまたはアラルキルから選ばれる2つの置換基が存在する場合)、アルコキシカルボニル、アリール、置換アリール、グアニジノおよびへテロシクロ(たとえば、インドリル、イミダゾリル、フリル、チエニル、チアゾリル、ピロリジル、ピリジル、ピリミジルなど)などの1ないし4の置換基で置換されたアルキル基をいう。上記において置換基がさらに置換されている場合、ハロゲン、アルキル、アルコキシ、アリールまたはアラルキルで置換されているであろう。 “Substituted alkyl” means, for example, halo, trifluoromethyl, trifluoromethoxy, hydroxy, alkoxy, cycloalkyloxy, heterocyclooxy, oxo, alkanoyl, aryloxy, alkanoyloxy, amino, alkylamino, arylamino, aralkyl Amino, cycloalkylamino, heterocycloamino, disubstituted amine (the two amino substituents are selected from alkyl, aryl or aralkyl), alkanoylamino, aroylamino, aralkanoylamino, substituted alkanoylamino, substituted arylamino, substituted arano Lucanoylamino, thiol, alkylthio, arylthio, aralkylthio, cycloalkylthio, heterocyclothio, alkylthiono, arylthiono, aralkylthiono, alkyl Ruhoniru, arylsulfonyl, aralkylsulfonyl, sulfonamido (e.g., SO 2 NH 2), substituted sulfonamido, nitro, cyano, carboxy, carbamyl (e.g., CONH 2), substituted carbamyl (e.g., CONH alkyl, CONH aryl, CONH aralkyl Or when there are two substituents selected from alkyl, aryl or aralkyl on the nitrogen atom), alkoxycarbonyl, aryl, substituted aryl, guanidino and heterocyclo (eg, indolyl, imidazolyl, furyl, thienyl, thiazolyl, pyrrolidyl) , Pyridyl, pyrimidyl, and the like). Where the substituent is further substituted in the above, it will be substituted with halogen, alkyl, alkoxy, aryl or aralkyl.

本発明の一つの側面によれば、末端アルキル基を有するエポチロンをヒドロキシル化して末端ヒドロキシアルキル基を有するエポチロンを生成できる酵素であるエポチロンBヒドロキシラーゼをコードする単離ポリヌクレオチドが提供される。   According to one aspect of the present invention, there is provided an isolated polynucleotide encoding an epothilone B hydroxylase, an enzyme that can hydroxylate an epothilone having a terminal alkyl group to produce an epothilone having a terminal hydroxyalkyl group.

本発明の他の側面によれば、エポチロンBヒドロキシラーゼ遺伝子の下流に位置する遺伝子であるフェレドキシンをコードする単離ポリヌクレオチドが提供される。フェレドキシンは、シトクロムP450系のタンパク質である。   According to another aspect of the present invention, an isolated polynucleotide encoding ferredoxin, a gene located downstream of the epothilone B hydroxylase gene, is provided. Ferredoxin is a cytochrome P450 protein.

本明細書において使用する「ポリヌクレオチド」とは、これら酵素またはその活性断片をコードするあらゆる形態のDNAまたはRNA、たとえば、それぞれcDNAまたはゲノムDNAまたはmRNAを包含することを意味し、かかるポリヌクレオチドはクローニングにより得られ、またはよく知られた化学的方法により合成して製造される。DNAは二本鎖であっても一本鎖であってもよい。一本鎖DNAは、コードすなわちセンス鎖かまたは非コードすなわちアンチセンス鎖のいずれを含んでいてもよい。それゆえ、ポリヌクレオチドなる語はまた、本明細書に開示する配列に対して少なくとも60%またはそれ以上、好ましくは少なくとも80%のホモロジーを示し、上記ポリヌクレオチドにストリンジェントな条件下でハイブリダイズするポリヌクレオチドをも包含する。本明細書において「ストリンジェントな条件」なる語は、2×SSC緩衝液で60℃でのハイブリダイゼーション条件を意味する。さらに好ましいのは、配列番号1、30、32、34、36、37、38、39、40、41、42、60、62、64、66、68、70、72または74または配列番号3に示す核酸配列に、または配列番号1、30、32、34、36、37、38、39、40、41、42、60、62、64、66、68、70、72または74または配列番号3に示す核酸配列の相補的配列に65℃にて3×SSCのハイブリダイゼーション条件下で16時間ハイブリダイズすることができ、かつ配列番号1、30、32、34、36、37、38、39、40、41、42、60、62、64、66、68、70、72または74または配列番号3に示す核酸配列に、または配列番号1、30、32、34、36、37、38、39、40、41、42、60、62、64、66、68、70、72または74または配列番号3に示す核酸配列の相補的配列に55℃での0.5×SSCの洗浄条件下で30分間、ハイブリダイズしたままでいることができる単離核酸である。   As used herein, “polynucleotide” is meant to encompass any form of DNA or RNA encoding these enzymes or active fragments thereof, eg, cDNA or genomic DNA or mRNA, respectively, such polynucleotides It can be obtained by cloning or synthesized by well-known chemical methods. The DNA may be double-stranded or single-stranded. Single stranded DNA may contain either a coding or sense strand or a non-coding or antisense strand. Therefore, the term polynucleotide also exhibits at least 60% or more, preferably at least 80% homology to the sequences disclosed herein and hybridizes to the polynucleotide under stringent conditions. Polynucleotides are also included. As used herein, the term “stringent conditions” means hybridization conditions at 60 ° C. in 2 × SSC buffer. Further preferred is shown in SEQ ID NO: 1, 30, 32, 34, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 or 74 or SEQ ID NO: 3. Shown in the nucleic acid sequence or in SEQ ID NO: 1, 30, 32, 34, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 or 74 or SEQ ID NO: 3. It can hybridize to the complementary sequence of the nucleic acid sequence at 65 ° C. under 3 × SSC hybridization conditions for 16 hours, and SEQ ID NOs: 1, 30, 32, 34, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 or 74 or the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 or SEQ ID NO: 1, 30, 32, 34, 36, 37, 38, 39, 40, 4 , 42, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 or 74 or the complementary sequence of the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 for 30 minutes under a wash condition of 0.5 × SSC at 55 ° C. An isolated nucleic acid that can remain intact.

一つの態様において、本発明のポリヌクレオチドは、配列番号1に示すゲノムDNAまたはその相同配列またはこのエポチロンBヒドロキシラーゼと同様の活性を有するポリペプチドをコードするその断片を含む。あるいは、本発明のポリヌクレオチドは、配列番号3に示すゲノムDNAまたはその相同配列またはこのフェレドキシンと同様の活性を有するポリペプチドをコードするその断片を含んでいてよい。遺伝暗号の縮重のため、本発明のポリヌクレオチドはまた、この酵素およびその誘導体、変異体または活性な断片をコードする他の核酸配列をも包含する。   In one embodiment, the polynucleotide of the present invention comprises the genomic DNA shown in SEQ ID NO: 1 or a homologous sequence thereof or a fragment encoding a polypeptide having the same activity as this epothilone B hydroxylase. Alternatively, the polynucleotide of the present invention may comprise the genomic DNA shown in SEQ ID NO: 3 or a homologous sequence thereof or a fragment encoding a polypeptide having the same activity as this ferredoxin. Because of the degeneracy of the genetic code, the polynucleotides of the present invention also include other nucleic acid sequences that encode this enzyme and its derivatives, variants, or active fragments.

本発明はまた、天然に存在する、すなわちアミコラトプシス・オリエンタリスおよびアミコラタ・オートロフィカ(Amicolata autorophica)などの微生物に、または核酸を単離することのできる土または他の採取源に存在するこれらポリヌクレオチドの変異体、またはよく知られた突然変異誘発法により調製した突然変異体にも関する。本発明の変異体の例示は配列番号36〜42に示してある。   The invention also relates to these polynucleotides that are naturally occurring, ie, in microorganisms such as Amycolatopsis orientalis and Amicolata autorophica, or in soil or other sources from which nucleic acids can be isolated. Or mutants prepared by well-known mutagenesis methods. Examples of variants of the present invention are shown in SEQ ID NOs: 36-42.

本明細書において使用する「突然変異体」とは、配列番号1または配列番号3と比べて1またはそれ以上の点変異、または欠失または核酸の付加を有するが、配列番号1または配列番号3によってコードされるポリペプチドと同様の活性を有するポリペプチドまたは断片をコードしている核酸配列を含むことを意味する。好ましい態様において、基質特異性および/または酵素の収率の変化した突然変異体が製造される。エポチロンBヒドロキシラーゼ遺伝子に関して突然変異の好ましい領域は、該酵素の活性部位を含む約113アミノ酸をコードする核酸配列の領域である。配列番号1のアミノ酸位置GLU31、ARG67、ARG88、ILE92、ALA93、VAL106、ILE130、ALA140、MET176、PHE190、GLU231、SER294、PHE237、またはILE365に少なくとも一つのアミノ酸置換を有するポリペプチドをコードする突然変異体もまた好ましい。本発明のポリヌクレオチド突然変異体の例示を、配列番号30、32、34、60、62、64、66、68、70、72および74に示してある。   As used herein, a “mutant” has one or more point mutations or deletions or additions of nucleic acids compared to SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3, but SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3 Is meant to include a nucleic acid sequence encoding a polypeptide or fragment having similar activity as the polypeptide encoded by. In a preferred embodiment, mutants with altered substrate specificity and / or enzyme yield are produced. A preferred region of mutation for the epothilone B hydroxylase gene is a region of nucleic acid sequence encoding about 113 amino acids that includes the active site of the enzyme. Mutant encoding a polypeptide having at least one amino acid substitution at amino acid position GLU31, ARG67, ARG88, ILE92, ALA93, VAL106, ILE130, ALA140, MET176, PHE190, GLU231, SER294, PHE237, or ILE365 of SEQ ID NO: 1 Is also preferred. Illustrative polynucleotide mutants of the invention are shown in SEQ ID NOs: 30, 32, 34, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 and 74.

エポチロンBヒドロキシラーゼをコードする配列番号1の核酸配列のクローニングを、細菌からの6つのシトクロムP450遺伝子の核酸配列をアラインメントすることによりデザインしたPCRプライマーを用いて行った。以下のシトクロムP450遺伝子をアラインメントした:
配列1:遺伝子座:STMSUACB;受け入れ番号:M32238;文献:Omer, C. A., J. Bacteriol. 172: 3335-3345 (1990)
配列2:遺伝子座:STMSUBCB;受け入れ番号:M32239;文献:Omer, C. A., J. Bacteriol. 172: 3335-3345 (1990)
配列3:遺伝子座:AB018074(以前はSTMORFA);受け入れ番号:AB018074;文献:Ueda, K., J. Antibiot. 48: 638-646 (1995)
配列4:遺伝子座:SSU65940;受け入れ番号:U65940;文献:Motamedi, H., J. Bacteriol. 178: 5243-5248 (1996)
配列5:遺伝子座:STMOLEP;受け入れ番号:L37200;文献:Rodriguez, A. M., FEMS Microbiol. Lett. 127: 117-120 (1995)
配列6:遺伝子座:SERCP450A;受け入れ番号:M83110;文献:Andersen, J. F.およびHutchinson, C. R., J. Bacteriol. 174: 725-735 (1992)。
Cloning of the nucleic acid sequence of SEQ ID NO: 1 encoding epothilone B hydroxylase was performed using PCR primers designed by aligning the nucleic acid sequences of six cytochrome P450 genes from bacteria. The following cytochrome P450 genes were aligned:
Sequence 1: locus: STMSUACB; accession number: M32238; literature: Omer, CA, J. Bacteriol. 172: 3335-3345 (1990)
Sequence 2: locus: STMSUBCB; accession number: M32239; literature: Omer, CA, J. Bacteriol. 172: 3335-3345 (1990)
Sequence 3: locus: AB018807 (formerly STMORFA); accession number: AB018807; literature: Ueda, K., J. Antibiot. 48: 638-646 (1995)
Sequence 4: Locus: SSU65940; Accession number: U65940; Literature: Motamedi, H., J. Bacteriol. 178: 5243-5248 (1996)
Sequence 5: locus: STMOLEP; accession number: L37200; literature: Rodriguez, AM, FEMS Microbiol. Lett. 127: 117-120 (1995)
Sequence 6: locus: SERCP450A; accession number: M83110; literature: Andersen, JF and Hutchinson, CR, J. Bacteriol. 174: 725-735 (1992).

Scientific and Educational Software(ダラム、ノースカロライナ、米国)からの整列(Align)プログラムであるMyers, E. W.およびW. Miller. 1988. CABIOS 4:1, 11-17のアルゴリズムの実行によりアラインメントを行った。I−ヘリックス(酸素結合ドメインを含む)中、K−ヘリックス中、および保存されたヘム結合ドメインを含むB−バルジとL−ヘリックスとのスパニング中に3つの高度に保存された領域が同定された。アラインメントで同定された3つの保存領域に対してプライマーをデザインした。プライマーのP450−1(配列番号23)およびP450−1a(配列番号24)はIヘリックスからデザインし、プライマーのP450−2(配列番号25)はB−バルジおよびL−ヘリックス領域からデザインし、プライマーのP450−3(配列番号27)はヘム結合タンパク質に対する逆相補鎖としてデザインした。 Alignment was performed by executing the algorithm of Myers, EW and W. Miller. 1988. CABIOS 4: 1, 11-17, an Align program from Scientific and Educational Software (Durham, North Carolina, USA). Three highly conserved regions were identified in the I-helix (including the oxygen binding domain), in the K-helix, and during spanning of the B-bulge and L-helix containing the conserved heme-binding domain. . Primers were designed for the three conserved regions identified in the alignment. Primers P450-1 + (SEQ ID NO: 23) and P450-1a + (SEQ ID NO: 24) are designed from the I helix, and primer P450-2 + (SEQ ID NO: 25) is designed from the B-bulge and L-helix regions. and, primer P450-3 - (SEQ ID NO: 27) was designed as the reverse complement for the heme-binding protein.

ついで、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)によりゲノム断片を増幅した。PCR増幅の後、反応生成物をゲル電気泳動により分離し、予期したサイズの断片を切り出した。Qiaquickゲル抽出法(Qiagen、サンタクラリタ、カリフォルニア、米国)を用いてアガロースゲルスライスからDNAを抽出した。ついで、PCRscript Ampクローニングキット(Stratagene、ラジョラ、カリフォルニア、米国)を用い、断片をPCRscriptベクター(Stratagene)にクローニングした。挿入物を含むコロニーを、100μg/mlのアンピシリンを含む1〜2mlのLBブロスに30〜37℃にて16〜24時間、230〜300rpmで選び取った。Mo Bioミニプラスミドプレプキット(Mo Bio、ソラノビーチ、カリフォルニア、米国)を用いてプラスミドの単離を行った。このプラスミドDNAをPCRおよびシークエンシングの鋳型として、および制限消化分析のために用いた。   Subsequently, the genomic fragment was amplified by polymerase chain reaction (PCR). After PCR amplification, the reaction products were separated by gel electrophoresis and excised fragments of the expected size. DNA was extracted from agarose gel slices using the Qiaquick gel extraction method (Qiagen, Santa Clarita, California, USA). The fragment was then cloned into a PCRscript vector (Stratagene) using a PCRscript Amp cloning kit (Stratagene, La Jolla, California, USA). Colonies containing the insert were picked in 1-2 ml LB broth containing 100 μg / ml ampicillin at 30-37 ° C. for 16-24 hours at 230-300 rpm. Plasmid isolation was performed using the Mo Bio mini-plasmid prep kit (Mo Bio, Sorano Beach, California, USA). This plasmid DNA was used as a template for PCR and sequencing and for restriction digest analysis.

クローニングしたPCR産物を、Applied Biosystems(フォスターシティー、カリフォルニア、米国)からのBig-Dyeシークエンシングキットを用いてシークエンシングし、ABI310シークエンサー(Applied Biosystems、フォスターシティー、カリフォルニア、米国)を用いて分析した。非重複(non-redundant)タンパク質データベースのAltschul, S. F.ら、Mol. Biol. 215: 403-410 (1990)のプロトコールを用い、挿入物の配列を用いてTblastXサーチを行った。既知のP450タンパク質に有意の類似性を有する独特の配列が保持された。このアプローチを用い、全部で9つの異なるP450配列がSC15847から、7つがゲノムDNA鋳型から、および2つがcDNAから同定された。2つのP450配列が該DNAおよびcDNA鋳型でともに見出された。分析した50のcDNAクローンのうち、2つの配列が優勢であり、それぞれ20クローンであった。ついで、これら2つの遺伝子をゲノムDNAからクローニングした。 Cloned PCR products were sequenced using the Big-Dye sequencing kit from Applied Biosystems (Foster City, CA, USA) and analyzed using the ABI310 sequencer (Applied Biosystems, Foster City, CA, USA). A TblastX search was performed using the sequence of the insert, using the protocol of Altschul, SF et al . , Mol. Biol. 215: 403-410 (1990) of the non-redundant protein database. A unique sequence with significant similarity to the known P450 protein was retained. Using this approach, a total of 9 different P450 sequences were identified from SC15847, 7 from the genomic DNA template, and 2 from the cDNA. Two P450 sequences were found together in the DNA and cDNA templates. Of the 50 cDNA clones analyzed, two sequences were dominant, 20 clones each. These two genes were then cloned from genomic DNA.

ゲノムDNAの核酸配列をBig-Dyeシークエンシングシステム(Applied Biosystems)を用いて決定し、ABI310シークエンサーを用いて分析した。この配列を配列番号1に示す。404アミノ酸で予想分子量が44.7kDaのタンパク質をコードするオープンリーディングフレームがクローニングしたBglII断片内に認められた。このポリペプチドの推定アミノ酸配列を配列番号2に示す。このポリペプチドのアミノ酸配列は、ストレプトミセス・テンダエのNikFタンパク質(Bruntner, C.ら、1999, Mol. Gen. Genet. 262: 102-114)と51%の同一性を、ストレプトミセス・カーボフィルス(S. carbophilus)のSca−2タンパク質(Watanabe, I.ら、1995, Gene 163: 81-85)と48%の同一性を有することがわかった。これら両酵素ともにシトクロムP450ファミリー105に属する。すべてのシトクロムP450酵素のヘム結合ドメインに認められる不変のシステインは、残基356に見出される。このエポチロンBの遺伝子をebhと命名した。64アミノ酸の推定フェレドキシン遺伝子のATG開始コドンは、ebhの停止コドンの9塩基対下流に見出される。この酵素は、ストレプトミセス・グリセオウルス(S. griseoulus)のフェレドキシン遺伝子(O'Keefe, D. P.ら、1991, Biochemistry 30: 447-455)およびストレプトミセス・ノウルセイ(S. noursei)のフェレドキシン遺伝子(Brautaset, T.ら、2000, Chem. Biol. 7: 395-403)と50%の同一性を有することがわかった。このフェレドキシンをコードする核酸配列を配列番号3に示してあり、このフェレドキシンポリペプチドのアミノ酸配列を配列番号4に示してある。   The genomic DNA nucleic acid sequence was determined using the Big-Dye sequencing system (Applied Biosystems) and analyzed using the ABI310 sequencer. This sequence is shown in SEQ ID NO: 1. An open reading frame encoding a protein of 404 amino acids and a predicted molecular weight of 44.7 kDa was found in the cloned BglII fragment. The deduced amino acid sequence of this polypeptide is shown in SEQ ID NO: 2. The amino acid sequence of this polypeptide is 51% identical to Streptomyces tendae NikF protein (Bruntner, C. et al., 1999, Mol. Gen. Genet. 262: 102-114) S. carbophilus) Sca-2 protein (Watanabe, I. et al., 1995, Gene 163: 81-85) was found to have 48% identity. Both these enzymes belong to the cytochrome P450 family 105. An invariant cysteine found in the heme binding domain of all cytochrome P450 enzymes is found at residue 356. This epothilone B gene was named ebh. The ATG start codon of the 64 amino acid putative ferredoxin gene is found 9 base pairs downstream of the ebh stop codon. This enzyme is a ferredoxin gene from S. griseoulus (O'Keefe, DP et al., 1991, Biochemistry 30: 447-455) and a ferredoxin gene from S. noursei (Brautaset, T Et al., 2000, Chem. Biol. 7: 395-403) and 50% identity. The nucleic acid sequence encoding this ferredoxin is shown in SEQ ID NO: 3, and the amino acid sequence of this ferredoxin polypeptide is shown in SEQ ID NO: 4.

ebh遺伝子配列はまた、他の微生物から変異体のシトクロムP450遺伝子を単離するのにも用いた。本発明の例示的変異体ポリヌクレオチドであるebh43491、ebh14930、ebh53630、ebh53550、ebh39444、ebh43333およびebh35165をそれらを単離した種とともに下記表1に示す。これら変異体の核酸配列は、配列番号36〜42にそれぞれ示してある。   The ebh gene sequence was also used to isolate mutant cytochrome P450 genes from other microorganisms. Exemplary mutant polynucleotides of the present invention, ebh43491, ebh14930, ebh53630, ebh53550, ebh39444, ebh43333 and ebh35165, along with the species from which they were isolated, are shown in Table 1 below. The nucleic acid sequences of these variants are shown in SEQ ID NOs: 36-42, respectively.

表1:変異体ポリヌクレオチド

Figure 2005514031
Table 1 : Mutant polynucleotides
Figure 2005514031

例示的変異体であるebh43491、ebh14930、ebh53630、ebh53550、ebh39444、ebh43333およびebh35165によってコードされるアミノ酸配列は、配列番号43〜49にそれぞれ示してある。表2は、これら例示的変異体のアミノ酸置換の要約を示す。   The amino acid sequences encoded by the exemplary mutants ebh43491, ebh14930, ebh53630, ebh53550, ebh39444, ebh43333 and ebh35165 are shown in SEQ ID NOs: 43-49, respectively. Table 2 shows a summary of amino acid substitutions for these exemplary variants.

表2:アミノ酸置換

Figure 2005514031
Table 2 : Amino acid substitution
Figure 2005514031

また、ebh遺伝子のコード領域に突然変異を導入して、改善された収率、および/またはバイオコンバージョンの速度、および/または変化した基質特異性を有する突然変異体を同定した。本発明の例示的な突然変異体の核酸配列を配列番号30、32、34、60、62、64、66、68、70、72および74に示す。   Mutations were also introduced into the coding region of the ebh gene to identify mutants with improved yield, and / or rate of bioconversion, and / or altered substrate specificity. Exemplary mutant nucleic acid sequences of the present invention are shown in SEQ ID NOs: 30, 32, 34, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 and 74.

配列番号30の核酸配列は突然変異体ebh25−1をコードし、この突然変異体は変化した基質特異性を示す。この突然変異遺伝子を含むプラスミドpANT849ebh25−1を寄託してあり、ブダペスト条約の規定のもと、国際寄託当局により受託されている。寄託は、2002年11月 日にアメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション(10801、ユニバーシティーブールバール、マナサス、バージニア20110−2209)に対して行った。ATCC受託番号は、 である。このプラスミドへの公的アクセスに対するすべての制限は、この特許出願が特許されると直ちに変更不能に解除されるであろう。寄託は、寄託日後の30年間の期間または最近の試料請求後の5年間または特許の有効期間のうちいずれか長い期間、公的寄託機関で維持されるであろう。上記プラスミドは、寄託のときには生存していた。寄託は、寄託機関によって生きた試料を分与することができないときには置き換えられるであろう。 The nucleic acid sequence of SEQ ID NO: 30 encodes mutant ebh25-1, which exhibits altered substrate specificity. Plasmid pANT849ebh25-1 containing this mutated gene has been deposited and is deposited by the International Depositary Authority under the provisions of the Budapest Treaty. Deposit is November 2002 The day went to the American Type Culture Collection (10801, University Boulevard, Manassas, Virginia 20110-2209). The ATCC accession number is It is. All restrictions on public access to this plasmid will be irrevocably removed as soon as this patent application is patented. The deposit will be maintained at a public depository for a period of 30 years after the date of deposit or 5 years after a recent sample request or the validity period of the patent, whichever is longer. The plasmid was alive at the time of deposit. The deposit will be replaced when live samples cannot be dispensed by the depository.

突然変異25のスクリーニング(プライマーNPB29−mut25f(配列番号58)およびNPB29−mut25r(配列番号59))の際に同定されたこのストレプトミセス・リビダンス(S. lividans)形質転換体は、エポチロンBまたはエポチロンFとはHPLC溶出時間が異なる産物を生成することがわかった。この未知の試料をLC−MSにより分析したところ、分子量が523(M.W.)であることがわかったが、これはエポチロンBの単一のヒドロキシル化と一致していた。プラスミドDNAをストレプトミセス・リビダンスの培養液から単離し、プライマーNPB29−6f(配列番号28)およびNPB29−7r(配列番号29)を用いたPCR増幅の鋳型として用いた(実施例17参照)。予期された断片が得られ、Big-Dyeシークエンシングシステムを用いてシークエンシングした。ebh25−1突然変異体は、タンパク質のアミノ酸配列の変化となる2つの突然変異を有することがわかった(アスパラギン195がセリンに変わり、セリン294がプロリンに変わる)。コドン238で突然変異のためにターゲティングした位置は2つのヌクレオチド変化をもたらすことがわかったが、これはタンパク質のアミノ酸配列の変化という結果とはならなかった。配列番号30によってコードされる突然変異体ポリペプチドのアミノ酸配列を配列番号31に示す。   This S. lividans transformant identified during the screening for mutation 25 (primers NPB29-mut25f (SEQ ID NO: 58) and NPB29-mut25r (SEQ ID NO: 59)) is epothilone B or epothilone It was found to produce a product with a different HPLC elution time than F. This unknown sample was analyzed by LC-MS and found to have a molecular weight of 523 (M.W.), consistent with a single hydroxylation of epothilone B. Plasmid DNA was isolated from a culture of Streptomyces lividans and used as a template for PCR amplification using primers NPB29-6f (SEQ ID NO: 28) and NPB29-7r (SEQ ID NO: 29) (see Example 17). The expected fragment was obtained and sequenced using the Big-Dye sequencing system. The ebh25-1 mutant was found to have two mutations that resulted in changes in the amino acid sequence of the protein (asparagine 195 changed to serine and serine 294 changed to proline). The position targeted for mutation at codon 238 was found to result in two nucleotide changes, but this did not result in a change in the amino acid sequence of the protein. The amino acid sequence of the mutant polypeptide encoded by SEQ ID NO: 30 is shown in SEQ ID NO: 31.

配列番号32の核酸配列は、突然変異体ebh10−53(改善されたバイオコンバージョン収率を示す)をコードする。突然変異10のスクリーニング(プライマーNPB29−mut10f(配列番号54)およびNPB29−mut10r(配列番号55))の際に同定されたこのストレプトミセス・リビダンス形質転換体は、エポチロンFの一層高い収率をもたらした。プラスミドDNAをストレプトミセス・リビダンスの培養液から単離し、プライマーNPB29−6f(配列番号28)およびNPB29−7r(配列番号29)を用いたPCR増幅の鋳型として用いた(実施例16参照)。予期された断片が得られ、Big-Dyeシークエンシングシステムを用いてシークエンシングした。ebh10−53突然変異体は、タンパク質のアミノ酸配列の変化となる2つの突然変異を有することがわかった(グルタミン酸231がアルギニンに変わり、フェニルアラニン190がチロシンに変わる)。位置231が突然変異誘発の標的であったが、残基190での変化は偶然の変化であり、突然変異誘発法の人工産物である。配列番号32によってコードされる突然変異体ポリペプチドのアミノ酸配列を配列番号33に示す。   The nucleic acid sequence of SEQ ID NO: 32 encodes mutant ebh10-53 (showing improved bioconversion yield). This Streptomyces lividans transformant identified during screening for mutation 10 (primers NPB29-mut10f (SEQ ID NO: 54) and NPB29-mut10r (SEQ ID NO: 55)) resulted in a higher yield of epothilone F. It was. Plasmid DNA was isolated from a culture of Streptomyces lividans and used as a template for PCR amplification using primers NPB29-6f (SEQ ID NO: 28) and NPB29-7r (SEQ ID NO: 29) (see Example 16). The expected fragment was obtained and sequenced using the Big-Dye sequencing system. The ebh10-53 mutant was found to have two mutations that resulted in changes in the amino acid sequence of the protein (glutamic acid 231 changed to arginine and phenylalanine 190 changed to tyrosine). Position 231 was the target for mutagenesis, but the change at residue 190 is a coincidence change and is a mutagenesis artifact. The amino acid sequence of the mutant polypeptide encoded by SEQ ID NO: 32 is shown in SEQ ID NO: 33.

配列番号34の核酸配列は、突然変異体ebh24−16(これも改善されたバイオコンバージョン収率を示す)をコードする。突然変異24のスクリーニング(プライマーNPB29−mut24f(配列番号56)およびNPB29−mut24r(配列番号57))の際に同定されたこのストレプトミセス・リビダンス形質転換体ebh24−16もまた、エポチロンFの一層高い収率をもたらした。プラスミドDNAをストレプトミセス・リビダンスの培養液から単離し、プライマーNPB29−6f(配列番号28)およびNPB29−7r(配列番号29)を用いたPCR増幅の鋳型として用いた。予期された断片が得られ、Big-Dyeシークエンシングシステムを用いてシークエンシングした。ebh24−16突然変異体は、タンパク質のアミノ酸配列の変化となる2つの突然変異を有することがわかった(フェニルアラニン237がアラニンに変わり、イソロイシン92がバリンに変わる)。位置237が突然変異誘発の標的であったが、残基92での変化は偶然の変化であり、突然変異誘発法の人工産物である。配列番号34によってコードされる突然変異体ポリペプチドのアミノ酸配列を配列番号35に示す。   The nucleic acid sequence of SEQ ID NO: 34 encodes mutant ebh24-16 (which also exhibits improved bioconversion yield). This Streptomyces lividans transformant ebh24-16 identified during the screening of mutation 24 (primers NPB29-mut24f (SEQ ID NO: 56) and NPB29-mut24r (SEQ ID NO: 57)) is also higher of epothilone F. Yielded yield. Plasmid DNA was isolated from a Streptomyces lividans culture and used as a template for PCR amplification using primers NPB29-6f (SEQ ID NO: 28) and NPB29-7r (SEQ ID NO: 29). The expected fragment was obtained and sequenced using the Big-Dye sequencing system. The ebh24-16 mutant was found to have two mutations that resulted in changes in the amino acid sequence of the protein (phenylalanine 237 changed to alanine and isoleucine 92 changed to valine). Although position 237 was the target for mutagenesis, the change at residue 92 is a coincidence change and is a mutagenesis artifact. The amino acid sequence of the mutant polypeptide encoded by SEQ ID NO: 34 is shown in SEQ ID NO: 35.

配列番号60の核酸配列は、突然変異体ebh24−16d8(これも改善されたバイオコンバージョン収率を示す)をコードする。突然変異59のスクリーニング(プライマーNPB29mut59(配列番号77))の際に同定されたこのストレプトミセス・リモスス(S. rimosus)形質転換体ebh24−16d8もまた、エポチロンFの一層高い収率をもたらした。プラスミドDNAをストレプトミセス・リモススの培養液から単離し、プライマーNPB29−6f(配列番号28)およびNPB29−7r(配列番号29)を用いたPCR増幅の鋳型として用いた。予期された断片が得られ、Big-Dyeシークエンシングシステムを用いてシークエンシングした。ebh24−16d8突然変異体は、タンパク質のアミノ酸配列の変化となる1つの突然変異を有することがわかった(アルギニン67がグルタミンに変わる)。この変化は、突然変異誘発法の人工産物である。配列番号60によってコードされる突然変異体ポリペプチドのアミノ酸配列を配列番号61に示す。   The nucleic acid sequence of SEQ ID NO: 60 encodes mutant ebh24-16d8 (which also exhibits improved bioconversion yield). This S. rimosus transformant ebh24-16d8 identified during screening of mutation 59 (primer NPB29mut59 (SEQ ID NO: 77)) also resulted in higher yields of epothilone F. Plasmid DNA was isolated from a Streptomyces limos culture and used as a template for PCR amplification using primers NPB29-6f (SEQ ID NO: 28) and NPB29-7r (SEQ ID NO: 29). The expected fragment was obtained and sequenced using the Big-Dye sequencing system. The ebh24-16d8 mutant was found to have a single mutation that resulted in a change in the amino acid sequence of the protein (arginine 67 changed to glutamine). This change is an artifact of mutagenesis. The amino acid sequence of the mutant polypeptide encoded by SEQ ID NO: 60 is shown in SEQ ID NO: 61.

配列番号62の核酸配列は、突然変異体ebh24−16c11(これも改善されたバイオコンバージョン収率を示す)をコードする。突然変異59のスクリーニング(プライマーNPB29mut59(配列番号77))の際に同定されたこのストレプトミセス・リモスス形質転換体ebh24−16c11もまた、エポチロンFの一層高い収率をもたらした。プラスミドDNAをストレプトミセス・リモススの培養液から単離し、プライマーNPB29−6f(配列番号28)およびNPB29−7r(配列番号29)を用いたPCR増幅の鋳型として用いた。予期された断片が得られ、Big-Dyeシークエンシングシステムを用いてシークエンシングした。ebh24−16c11突然変異体は、タンパク質のアミノ酸配列の変化となるさらに2つの突然変異を有することがわかった(アラニン93がグリシンに変わり、イソロイシン365がトレオニンに変わる)。位置93が突然変異誘発の標的であったが、365での変化は突然変異誘発法の人工産物である。配列番号62によってコードされる突然変異体ポリペプチドのアミノ酸配列を配列番号63に示す。   The nucleic acid sequence of SEQ ID NO: 62 encodes the mutant ebh24-16c11 (which also exhibits improved bioconversion yield). This Streptomyces limos transformant ebh24-16c11 identified during the screening of mutation 59 (primer NPB29mut59 (SEQ ID NO: 77)) also resulted in higher yields of epothilone F. Plasmid DNA was isolated from a Streptomyces limos culture and used as a template for PCR amplification using primers NPB29-6f (SEQ ID NO: 28) and NPB29-7r (SEQ ID NO: 29). The expected fragment was obtained and sequenced using the Big-Dye sequencing system. The ebh24-16c11 mutant was found to have two additional mutations that resulted in a change in the amino acid sequence of the protein (alanine 93 changed to glycine and isoleucine 365 changed to threonine). Position 93 was the target for mutagenesis, but the change at 365 is an artifact of the mutagenesis method. The amino acid sequence of the mutant polypeptide encoded by SEQ ID NO: 62 is shown in SEQ ID NO: 63.

配列番号64の核酸配列は、突然変異体ebh24−16−16(これも改善されたバイオコンバージョン収率を示す)をコードする。ebh24−16のランダム突然変異体のスクリーニングの際に同定されたこのストレプトミセス・リモスス形質転換体ebh24−16−16もまた、エポチロンFの一層高い収率をもたらした。プラスミドDNAをストレプトミセス・リモススの培養液から単離し、プライマーNPB29−6f(配列番号28)およびNPB29−7r(配列番号29)を用いたPCR増幅の鋳型として用いた。予期された断片が得られ、Big-Dyeシークエンシングシステムを用いてシークエンシングした。ebh24−16−16突然変異体は、タンパク質のアミノ酸配列の変化となるさらに1つの突然変異を有することがわかった(バリン106がアラニンに変わる)。配列番号64によってコードされる突然変異体ポリペプチドのアミノ酸配列を配列番号65に示す。   The nucleic acid sequence of SEQ ID NO: 64 encodes mutant ebh24-16-16 (which also exhibits improved bioconversion yield). This Streptomyces limos transformant ebh24-16-16, which was identified during screening of ebh24-16 random mutants, also resulted in higher yields of epothilone F. Plasmid DNA was isolated from a Streptomyces limos culture and used as a template for PCR amplification using primers NPB29-6f (SEQ ID NO: 28) and NPB29-7r (SEQ ID NO: 29). The expected fragment was obtained and sequenced using the Big-Dye sequencing system. The ebh24-16-16 mutant was found to have one more mutation that resulted in a change in the amino acid sequence of the protein (valine 106 changed to alanine). The amino acid sequence of the mutant polypeptide encoded by SEQ ID NO: 64 is shown in SEQ ID NO: 65.

配列番号66の核酸配列は、突然変異体ebh24−16−74(これも改善されたバイオコンバージョン収率を示す)をコードする。ebh24−16のランダム突然変異体のスクリーニングの際に同定されたこのストレプトミセス・リモスス形質転換体ebh24−16−74もまた、エポチロンFの一層高い収率をもたらした。プラスミドDNAをストレプトミセス・リモススの培養液から単離し、プライマーNPB29−6f(配列番号28)およびNPB29−7r(配列番号29)を用いたPCR増幅の鋳型として用いた。予期された断片が得られ、Big-Dyeシークエンシングシステムを用いてシークエンシングした。ebh24−16−74突然変異体は、タンパク質のアミノ酸配列の変化となるさらに1つの突然変異を有することがわかった(アルギニン88がヒスチジンに変わる)。配列番号66によってコードされる突然変異体ポリペプチドのアミノ酸配列を配列番号67に示す。   The nucleic acid sequence of SEQ ID NO: 66 encodes mutant ebh24-16-74, which also exhibits improved bioconversion yield. This Streptomyces limos transformant ebh24-16-74, identified during screening of ebh24-16 random mutants, also resulted in higher yields of epothilone F. Plasmid DNA was isolated from a Streptomyces limos culture and used as a template for PCR amplification using primers NPB29-6f (SEQ ID NO: 28) and NPB29-7r (SEQ ID NO: 29). The expected fragment was obtained and sequenced using the Big-Dye sequencing system. The ebh24-16-74 mutant was found to have one more mutation that resulted in a change in the amino acid sequence of the protein (arginine 88 changed to histidine). The amino acid sequence of the mutant polypeptide encoded by SEQ ID NO: 66 is shown in SEQ ID NO: 67.

配列番号68の核酸配列は、突然変異体ebh24−M18(これも改善されたバイオコンバージョン収率を示す)をコードする。ebhのランダム突然変異体のスクリーニングの際に同定されたこのストレプトミセス・リモスス形質転換体ebhM−18もまた、エポチロンFの一層高い収率をもたらした。プラスミドDNAをストレプトミセス・リモススの培養液から単離し、プライマーNPB29−6f(配列番号28)およびNPB29−7r(配列番号29)を用いたPCR増幅の鋳型として用いた。予期された断片が得られ、Big-Dyeシークエンシングシステムを用いてシークエンシングした。ebhM−18突然変異体は、タンパク質のアミノ酸配列の変化となる2つの突然変異を有することがわかった(グルタミン酸31がリシンに変わり、メチオニン176がバリンに変わる)。配列番号68によってコードされる突然変異体ポリペプチドのアミノ酸配列を配列番号69に示す。   The nucleic acid sequence of SEQ ID NO: 68 encodes mutant ebh24-M18 (which also exhibits improved bioconversion yield). This Streptomyces limosus transformant ebhM-18, identified during screening of ebh random mutants, also resulted in higher yields of epothilone F. Plasmid DNA was isolated from a Streptomyces limos culture and used as a template for PCR amplification using primers NPB29-6f (SEQ ID NO: 28) and NPB29-7r (SEQ ID NO: 29). The expected fragment was obtained and sequenced using the Big-Dye sequencing system. The ebhM-18 mutant was found to have two mutations that resulted in changes in the amino acid sequence of the protein (glutamate 31 changed to lysine and methionine 176 changed to valine). The amino acid sequence of the mutant polypeptide encoded by SEQ ID NO: 68 is shown in SEQ ID NO: 69.

配列番号72の核酸配列は、突然変異体ebh24−16g8(これも改善されたバイオコンバージョン収率を示す)をコードする。突然変異50のスクリーニング(プライマーNPB29mut50(配列番号78))の際に同定されたこのストレプトミセス・リモスス形質転換体ebh24−16g8もまた、エポチロンFの一層高い収率をもたらした。プラスミドDNAをストレプトミセス・リモススの培養液から単離し、プライマーNPB29−6f(配列番号28)およびNPB29−7r(配列番号29)を用いたPCR増幅の鋳型として用いた。予期された断片が得られ、Big-Dyeシークエンシングシステムを用いてシークエンシングした。ebh24−16g8突然変異体は、タンパク質のアミノ酸配列の変化となるさらに2つの突然変異を有することがわかった(メチオニン176がアラニンに変わり、イソロイシン130がトレオニンに変わる)。位置176が突然変異誘発の標的であったが、130での変化は突然変異誘発法の人工産物である。配列番号72によってコードされる突然変異体ポリペプチドのアミノ酸配列を配列番号73に示す。   The nucleic acid sequence of SEQ ID NO: 72 encodes mutant ebh24-16g8 (which also exhibits improved bioconversion yield). This Streptomyces limos transformant ebh24-16g8, identified during mutation 50 screening (primer NPB29mut50 (SEQ ID NO: 78)), also resulted in higher yields of epothilone F. Plasmid DNA was isolated from a Streptomyces limos culture and used as a template for PCR amplification using primers NPB29-6f (SEQ ID NO: 28) and NPB29-7r (SEQ ID NO: 29). The expected fragment was obtained and sequenced using the Big-Dye sequencing system. The ebh24-16g8 mutant was found to have two more mutations that resulted in a change in the amino acid sequence of the protein (methionine 176 changed to alanine and isoleucine 130 changed to threonine). Position 176 was the target for mutagenesis, but the change at 130 is a mutagenesis artifact. The amino acid sequence of the mutant polypeptide encoded by SEQ ID NO: 72 is shown in SEQ ID NO: 73.

配列番号74の核酸配列は、突然変異体ebh24−16b9(これも改善されたバイオコンバージョン収率を示す)をコードする。突然変異50のスクリーニング(プライマーNPB29mut50(配列番号78))の際に同定されたこのストレプトミセス・リモスス形質転換体ebh24−16b9もまた、エポチロンFの一層高い収率をもたらした。プラスミドDNAをストレプトミセス・リモススの培養液から単離し、プライマーNPB29−6f(配列番号28)およびNPB29−7r(配列番号29)を用いたPCR増幅の鋳型として用いた。予期された断片が得られ、Big-Dyeシークエンシングシステムを用いてシークエンシングした。ebh24−16b9突然変異体は、タンパク質のアミノ酸配列の変化となるさらに2つの突然変異を有することがわかった(メチオニン176がセリンに変わり、アラニン140がトレオニンに変わる)。位置176が突然変異誘発の標的であったが、140での変化は突然変異誘発法の人工産物である。配列番号74によってコードされる突然変異体ポリペプチドのアミノ酸配列を配列番号75に示す。   The nucleic acid sequence of SEQ ID NO: 74 encodes mutant ebh24-16b9 (which also exhibits improved bioconversion yield). This Streptomyces limos transformant ebh24-16b9, identified during mutation 50 screening (primer NPB29mut50 (SEQ ID NO: 78)), also resulted in higher yields of epothilone F. Plasmid DNA was isolated from a Streptomyces limos culture and used as a template for PCR amplification using primers NPB29-6f (SEQ ID NO: 28) and NPB29-7r (SEQ ID NO: 29). The expected fragment was obtained and sequenced using the Big-Dye sequencing system. The ebh24-16b9 mutant was found to have two additional mutations that resulted in changes in the amino acid sequence of the protein (methionine 176 changed to serine and alanine 140 changed to threonine). Position 176 was the target for mutagenesis, but the change at 140 is a mutagenesis artifact. The amino acid sequence of the mutant polypeptide encoded by SEQ ID NO: 74 is shown in SEQ ID NO: 75.

これら9つの突然変異体遺伝子のプラスミドpANT849ebh−24−16、pANT849ebh−10−53、pANT849ebh−24−16d8、pANT849ebh−24−16c11、pANT849ebh−16−16、pANT849ebh−24−16−74、pANT849ebh−24−16b9、pANT849ebh−M18およびpANT849ebh−24−16g8からなる混合物を寄託してあり、ブダペスト条約の規定のもと、国際寄託当局により受託されている。寄託は、2002年11月 日にアメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション(10801、ユニバーシティーブールバール、マナサス、バージニア20110−2209)に対して行った。ATCC受託番号は、 である。このプラスミドへの公的アクセスに対するすべての制限は、この特許出願が特許されると直ちに変更不能に解除されるであろう。寄託は、寄託日後の30年間の期間または最近の試料請求後の5年間または特許の有効期間のうちいずれか長い期間、公的寄託機関で維持されるであろう。上記プラスミドは、寄託のときには生存していた。寄託は、寄託機関によって生きた試料を分与することができないときには置き換えられるであろう。 Plasmids pANT849ebb-24-16, pANT849ebh-10-53, pANT849ebb-24-16d8, pANT849ebb-24-16c11, pANT849ebb-16-16, pANT849ebb-24-16-74, pANT849ebb-24 of these nine mutant genes A mixture of -16b9, pANT849ebh-M18 and pANT849ebh-24-24g8 has been deposited and is deposited by the International Depositary Authority under the provisions of the Budapest Treaty. Deposit is November 2002 The day went to the American Type Culture Collection (10801, University Boulevard, Manassas, Virginia 20110-2209). The ATCC accession number is It is. All restrictions on public access to this plasmid will be irrevocably removed as soon as this patent application is patented. The deposit will be maintained at a public depository for a period of 30 years after the date of deposit or 5 years after a recent sample request or the validity period of the patent, whichever is longer. The plasmid was alive at the time of deposit. The deposit will be replaced when live samples cannot be dispensed by the depository.

それゆえ、本発明の他の側面によれば、エポチロンBヒドロキシラーゼおよびその変異体および突然変異体の単離ポリペプチドおよびフェレドキシンまたはその変異体の単離ポリペプチドが提供される。本発明の一つの態様において、「ポリペプチド」は配列番号2のアミノ酸配列、およびこのエポチロンBヒドロキシラーゼと本質的に同じ生物学的活性および/または機能を保持した断片または変異体を含むことを意味する。本発明の他の態様において、「ポリペプチド」は配列番号4のアミノ酸配列、およびこのフェレドキシンと本質的に同じ生物学的活性および/または機能を保持した断片または変異体を含むことを意味する。   Therefore, according to another aspect of the present invention, there are provided isolated polypeptides of epothilone B hydroxylase and variants and mutants thereof, and isolated polypeptides of ferredoxin or variants thereof. In one embodiment of the invention, the “polypeptide” comprises the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 and fragments or variants that retain essentially the same biological activity and / or function as this epothilone B hydroxylase. means. In another embodiment of the invention, “polypeptide” is meant to include the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 and fragments or variants that retain essentially the same biological activity and / or function as this ferredoxin.

本明細書において「変異体」とは、配列番号2または4と比較して保存的なアミノ酸置換のあるアミノ酸配列を有し、配列番号2または4と同じ生物学的活性および/または機能を示すことが証明されたポリペプチドを含むことを意味する。「保存的なアミノ酸置換」とは、脂肪族アミノ酸(Ala、Val、LeuおよびIleなど)、ヒドロキシル残基SerおよびThr、酸性残基AspおよびGlu、およびアミド残基AsnおよびGlnのうちのあるアミノ酸を別のアミノ酸で置き換えることを含むことを意味する。本発明の例示的な変異体のアミノ酸配列は配列番号43〜49に示してあり、これら例示的な変異体のアミノ酸置換は上記の表2に記載してある。   As used herein, “variant” has an amino acid sequence having a conservative amino acid substitution compared to SEQ ID NO: 2 or 4, and exhibits the same biological activity and / or function as SEQ ID NO: 2 or 4. It is meant to include a proven polypeptide. A “conservative amino acid substitution” is an amino acid of an aliphatic amino acid (such as Ala, Val, Leu and Ile), hydroxyl residues Ser and Thr, acidic residues Asp and Glu, and amide residues Asn and Gln. Is meant to include replacing with another amino acid. The amino acid sequences of exemplary variants of the invention are shown in SEQ ID NOs: 43-49, and the amino acid substitutions of these exemplary variants are listed in Table 2 above.

本明細書において「突然変異体」とは、配列番号1または3と比較して核酸の1またはそれ以上の点変異、または欠失または付加を有する核酸配列によってコードされているが、配列番号1または3によってコードされたポリペプチドと同様の活性を依然として有するポリペプチドを含むことを意味する。好ましい態様において、基質特異性および/またはそれによってコードされるポリペプチドからの収率を変えるような突然変異を核酸に生じさせる。エポチロンBヒドロキシラーゼ遺伝子に関して突然変異の好ましい領域は、該酵素の活性部位を含む約113アミノ酸残基をコードする核酸配列の領域である。同様に好ましいのは、配列番号1のアミノ酸位置GLU31、ARG67、ARG88、ILE92、ALA93、VAL106、ILE130、ALA140、MET176、PHE190、GLU231、SER294、PHE237、またはILE365に少なくとも一つのアミノ酸置換を有する突然変異である。本発明の例示的な突然変異体ebh25−1、ebh10−53、ebh24−16、ebh24−16d8、ebh24−16c11、ebh24−16−16、ebh24−16−74、ebh24−16g8、ebh24−16b9、およびそのような突然変異体をコードする核酸配列を、それぞれ配列番号31、33、35、61、63、65、67、69、71、73および75、および配列番号30、32、34、60、62、64、66、68、70、72および74に示す。   As used herein, a “mutant” is encoded by a nucleic acid sequence having one or more point mutations, deletions or additions of nucleic acid compared to SEQ ID NO: 1 or 3. Or is meant to include polypeptides that still have similar activity as the polypeptide encoded by 3. In a preferred embodiment, the nucleic acid is mutated to alter substrate specificity and / or yield from the polypeptide encoded thereby. A preferred region of mutation for the epothilone B hydroxylase gene is a region of the nucleic acid sequence that encodes about 113 amino acid residues including the active site of the enzyme. Also preferred are mutations having at least one amino acid substitution at amino acid positions GLU31, ARG67, ARG88, ILE92, ALA93, VAL106, ILE130, ALA140, MET176, PHE190, GLU231, SER294, PHE237, or ILE365 of SEQ ID NO: 1 It is. Exemplary mutants ebh25-1, ebh10-53, ebh24-16, ebh24-16d8, ebh24-16c11, ebh24-16-16, ebh24-16-74, ebh24-16g8, ebh24-16b9, and Nucleic acid sequences encoding such mutants are shown in SEQ ID NOs: 31, 33, 35, 61, 63, 65, 67, 69, 71, 73 and 75, and SEQ ID NOs: 30, 32, 34, 60, 62, respectively. 64, 66, 68, 70, 72 and 74.

エポチロンBヒドロキシラーゼの三次元モデルもまた、相同タンパク質であるEryF(PDBコード1KIN鎖A)の既知構造に基づき、Greerら(Comparative modeling of homologous proteins. Methods In Enzymology 202239-52, 1991)、Leskら(Homology Modeling: Inferences from Tables of Aligned Sequences. Curr. Op. Struc. Biol. (2) 242-247, 1992)、およびCardozoら(Homology modeling by the ICM method. Proteins 23, 403-14, 1995)の一般的教示に従って構築した。これら配列のホモロジーは34%である。エポチロンBヒドロキシラーゼの配列(配列番号2)とEryFの配列(PDBコード1KIN鎖A;配列番号76)とのアラインメントを図3に示す。EryFとの配列アラインメントに基づくエポチロンBヒドロキシラーゼのホモロジーモデルを図4に示す。   The three-dimensional model of epothilone B hydroxylase is also based on the known structure of the homologous protein EryF (PDB code 1KIN chain A), Greer et al. (Comparative modeling of homologous proteins. Methods In Enzymology 202239-52, 1991), Lesk et al. (Homology Modeling: Inferences from Tables of Aligned Sequences. Curr. Op. Struc. Biol. (2) 242-247, 1992) and Cardozo et al. (Homology modeling by the ICM method. Proteins 23, 403-14, 1995). Constructed according to general teachings. The homology of these sequences is 34%. FIG. 3 shows an alignment between the sequence of epothilone B hydroxylase (SEQ ID NO: 2) and the sequence of EryF (PDB code 1KIN chain A; SEQ ID NO: 76). A homology model of epothilone B hydroxylase based on sequence alignment with EryF is shown in FIG.

EryF(PDBコード1JIN)と対比したエポチロンBヒドロキシラーゼモデルのエネルギープロットも作製し、図5に示す。51残基の平均ウインドウサイズをある残基位置で用いて、該残基を中央位置とした配列にある51残基のエネルギーの平均を計算した。図5に示すように、配列に沿ったすべてのエネルギーは0未満であり、図4および付表1に示すモデル構造が妥当であることを示していた。   An energy plot of the epothilone B hydroxylase model compared to EryF (PDB code 1JIN) was also generated and is shown in FIG. Using the average window size of 51 residues at a residue position, the average of the energy of 51 residues in the sequence with that residue in the middle position was calculated. As shown in FIG. 5, all the energy along the array was less than 0, indicating that the model structure shown in FIG. 4 and Appendix 1 is valid.

図4のエポチロンBヒドロキシラーゼのホモロジーモデルに示す三次元構造は、付表1に示す構造座標によって定められる。「構造座標」とは、ホモロジーモデルの構築から生成したデカルト座標をいう。しかしながら、当業者には理解されるであろうように、あるタンパク質についての構造座標のセットは三次元での形状を定める点の相対的なセットである。それゆえ、全く異なる座標のセットが同様のまたは同一の形状を定め得ることがありうる。さらに、異なるアラインメント鋳型を用いおよび/またはホモロジーモデルを生成する際に異なる方法を用いた同様のホモロジーモデルの生成から生じるように、個々の座標の些細な変化は全体の形状にはわずかな影響しか及ぼさないであろう。座標における変化はまた、構造座標の数学的操作ゆえにも生じる。たとえば、付表1に示す構造座標は、構造座標の細分化(fractionalization)、構造座標のセットへの整数の加法または減法、構造座標の反転またはこれらの組み合わせによって操作することができるであろう。   The three-dimensional structure shown in the homology model of epothilone B hydroxylase in FIG. 4 is defined by the structure coordinates shown in Appendix Table 1. “Structural coordinates” refers to Cartesian coordinates generated from the construction of a homology model. However, as will be appreciated by those skilled in the art, the set of structural coordinates for a protein is a relative set of points that define a shape in three dimensions. Thus, it is possible that an entirely different set of coordinates may define a similar or identical shape. In addition, minor changes in individual coordinates have a minor effect on the overall shape, as may result from the generation of similar homology models using different alignment templates and / or different methods when generating homology models. It will not reach. Changes in coordinates also occur due to mathematical manipulation of structural coordinates. For example, the structural coordinates shown in Appendix 1 could be manipulated by fractionalization of structural coordinates, addition or subtraction of integers to a set of structural coordinates, inversion of structural coordinates, or a combination thereof.

それゆえ、ある分子またはその一部が上記エポチロンBヒドロキシラーゼの全体または一部と同じと考えられるほどに充分に類似しているか否かを決定するために種々のコンピューター分析が必要である。そのような分析は、SYBYLバージョン6.7またはINSIGHTII(Molecular Simulations Inc.、サンジエゴ、カリフォルニア)バージョン2000などの現行のソフトウエアアプリケーションで添付の使用者仕様の記載に従って行うことができる。   Therefore, various computer analyzes are required to determine whether a molecule or part thereof is sufficiently similar to be considered the same as all or part of the epothilone B hydroxylase. Such an analysis can be performed with current software applications such as SYBYL version 6.7 or INSIGHTII (Molecular Simulations Inc., San Diego, Calif.) Version 2000, as described in the accompanying user specifications.

たとえば、プログラムSYBYLの重ね合わせツールは、異なる構造間および同じ構造の異なるコンホメーション間での比較を可能にする。SYBYLに用いられた構造を比較するための手順は4つのステップに分けられる:(1)比較すべき構造をローディングする;(2)これら構造における原子の等価性を定める;(3)適合操作を行う;ついで(4)結果を分析する。各構造を名称により確認する。一つの構造を標的(すなわち、固定した構造)とし、第二の構造(すなわち、移動させる構造)をソース構造とする。SYBYL内での原子の等価性は使用者の入力によって定められるので、本発明のこの側面の目的のためには、等価な原子は比較した2つの構造間のすべての保存された残基についてのタンパク質骨格原子(N、Cα、CおよびO)として定めることにする。さらに、リジッドな適合操作のみを考慮する。リジッドな適合法を使用する場合は、作業している構造を平行移動させ、回転させて標的構造との最適の適合が得られるようにする。適合操作は、等価な原子の特定したペアの適合の二乗平均差が絶対的な最小値となるよう、移動させる構造に適用すべき最適の平行移動および回転を計算するアルゴリズムを用いる。この数字(オングストロームで与えられる)はSYBYLにより報告されている。   For example, the overlay tool of the program SYBYL allows comparisons between different structures and between different conformations of the same structure. The procedure for comparing the structures used in SYBYL is divided into four steps: (1) loading the structures to be compared; (2) defining atomic equivalence in these structures; (3) matching operations. Then (4) analyze the results. Identify each structure by name. One structure is the target (ie, the fixed structure) and the second structure (ie, the structure to be moved) is the source structure. Since the equivalence of atoms within SYBYL is determined by user input, for the purposes of this aspect of the invention, the equivalent atoms are the same for all conserved residues between the two structures compared. We will define it as protein backbone atoms (N, Cα, C and O). In addition, only rigid fitting operations are considered. When using a rigid fitting method, the working structure is translated and rotated to obtain the best fit with the target structure. The fitting operation uses an algorithm that calculates the optimal translation and rotation to be applied to the moving structure so that the root mean square difference of the fit of a specified pair of equivalent atoms is an absolute minimum. This number (given in Angstroms) is reported by SYBYL.

本発明の目的のためには、付表1に列挙した構造座標によって記載された対応骨格原子上で重ね合わせたときに、保存された残基骨格原子(N、Cα、CおよびO)の二乗平均偏差が約4.0オングストローム未満であるエポチロンBヒドロキシラーゼのホモロジーモデルはすべて同一であると考えられる。さらに好ましくは、二乗平均偏差は約3.0オングストローム未満である。さらに好ましくは、二乗平均偏差は約2.0オングストローム未満である。   For purposes of the present invention, the root mean square of conserved residue skeleton atoms (N, Cα, C and O) when superimposed on the corresponding skeleton atoms described by the structural coordinates listed in Appendix Table 1 All homology models of epothilone B hydroxylase with a deviation of less than about 4.0 angstroms are considered identical. More preferably, the root mean square deviation is less than about 3.0 angstroms. More preferably, the root mean square deviation is less than about 2.0 angstroms.

本発明の目的のためには、付表1に列挙した構造座標によって記載された対応骨格原子上で重ね合わせたときに、保存された残基骨格原子(N、Cα、CおよびO)の二乗平均偏差が約2.0オングストローム未満であるエポチロンBヒドロキシラーゼのホモロジーモデルはすべて同一であると考えられる。さらに好ましくは、二乗平均偏差は約1.0オングストローム未満である。   For purposes of the present invention, the root mean square of conserved residue skeleton atoms (N, Cα, C and O) when superimposed on the corresponding skeleton atoms described by the structural coordinates listed in Appendix Table 1 All homology models of epothilone B hydroxylase with deviations less than about 2.0 angstroms are considered identical. More preferably, the root mean square deviation is less than about 1.0 angstrom.

本発明の他の態様において、骨格原子が他の元素で置換され、対応の骨格原子上で重ね合わせたときに低い二乗平均偏差を有する構造モデルは同一であると考えられる。たとえば、もとの骨格炭素原子、および/または窒素原子、および/または酸素原子が他の元素で置換されており、付表1に列記する構造座標によって記載された対応の骨格原子上で重ね合わせたときに約4.0オングストローム、好ましくは約3.0オングストローム、さらに一層好ましくは約2オングストローム未満の二乗平均偏差を有するホモロジーモデルは同一であると考えられる。   In other embodiments of the invention, the structural models that have a low mean square deviation when the skeletal atoms are replaced with other elements and are superimposed on the corresponding skeletal atoms are considered identical. For example, the original skeletal carbon atom and / or nitrogen atom and / or oxygen atom are substituted with other elements and superimposed on the corresponding skeletal atoms described by the structural coordinates listed in Appendix Table 1. Sometimes homology models having a mean square deviation of about 4.0 angstroms, preferably about 3.0 angstroms, and even more preferably less than about 2 angstroms are considered identical.

「二乗平均偏差」とは、平均からの偏差の二乗の算術平均の平方根を意味する。それは、トレンドまたは対象からの偏差または変異を表現するための一つの方法である。本発明の目的のためには、「二乗平均偏差」は、本明細書に記載した構造座標によって定められる複合体のエポチロンBヒドロキシラーゼ部分の骨格の関連部分からのタンパク質の骨格の変異を定める。   “Root mean square deviation” means the square root of the arithmetic mean of the square of the deviation from the mean. It is one way to express a deviation or variation from a trend or subject. For the purposes of the present invention, the “root mean square deviation” defines the variation of the protein backbone from the relevant portion of the backbone of the epothilone B hydroxylase portion of the complex defined by the structural coordinates described herein.

本発明は、ホモロジーモデルによって具体化されるように、エポチロンBヒドロキシラーゼのさらなる突然変異体の構造ベースのデザインを可能にする。たとえば、本発明のホモロジーモデルを用い、エポチロンBヒドロキシラーゼの結合部位の10オングストローム内に存在する残基が今や定められた。これら残基は、付表1に示すように、LEU39、GLN43、ALA45、MET57、LEU58、HIS62、PHE63、SER64、SER65、ASP66、ARG67、GLN68、SER69、LEU74、MET75、VAL76、ALA77、ARG78、GLN79、ILE80、ASP84、LYS85、PRO86、PHE87、ARG88、PRO89、SER90、LEU91、ILE92、ALA93、MET94、ASP95、HIS99、ARG103、PHE110、ILE155、PHE169、GLN170、CYS172、SER173、SER174、ARG175、MET176、LEU177、SER178、ARG179、ARG186、PHE190、LEU193、VAL233、GLY234、LEU235、ALA236、PHE237、LEU238、LEU239、LEU240、ILE241、ALA242、GLY243、HIS244、GLU245、THR246、THR247、ALA248、ASN249、MET250、LEU283、THR287、ILE288、ALA289、GLU290、THR291、ALA292、THR293、SER294、ARG295、PHE296、ALA297、THR298、GLU312、GLY313、VAL314、VAL315、GLY316、VAL344、ALA345、PHE346、GLY347、PHE348、VAL350、HIS351、GLN352、CYS353、LEU354、GLY355、GLN356、LEU358、ALA359、GLU362、LYS389、ASP391、SER392、THR393、ILE394およびTYR395を含む。これら位置の1またはそれ以上に突然変異を有する突然変異体は変化した生物学的機能および/または特異性を示すことが予期され、それゆえ本発明の好ましい突然変異体の他の態様を構成する。好ましい突然変異体の他の態様は、該エポチロンBヒドロキシラーゼの骨格原子からの二乗平均偏差が約4.0オングストローム以下である分子である。   The present invention allows structure-based design of additional mutants of epothilone B hydroxylase, as embodied by the homology model. For example, using the homology model of the present invention, residues present within 10 angstroms of the binding site of epothilone B hydroxylase have now been defined. As shown in Appendix Table 1, these residues are LEU39, GLN43, ALA45, MET57, LEU58, HIS62, PHE63, SER64, SER65, ASP66, ARG67, GLN68, SER69, LEU74, MET75, VAL76, ALA77, ARG78, GLN79, ILE80, ASP84, LYS85, PRO86, PHE87, ARG88, PRO89, SER90, LEU91, ILE92, ALA93, MET94, ASP95, HIS99, ARG103, PHE110, ILE155, PHE169, GNL170, CYS172, SER173AR17E17U17 SER178, ARG179, ARG186, PHE190, LEU193, VAL233 GLY234, LEU235, ALA236, PHE237, LEU238, LEU239, LEU240, ILE241, ALA242, GLY243, HIS244, GLU245, THR246, THR247, ALA248, ASN249, MET250, LEU283, 2829 SER294, ARG295, PHE296, ALA297, THR298, GLU312, GLY313, VAL314, VAL315, GLY316, VAL344, ALA345, PHE346, GLY347, PHE348, VAL350, HIS351, GLN352EL35G 58, including the ALA359, GLU362, LYS389, ASP391, SER392, THR393, ILE394 and TYR395. Mutants with mutations at one or more of these positions are expected to exhibit altered biological function and / or specificity and thus constitute another aspect of preferred mutants of the invention . Another embodiment of the preferred mutant is a molecule having a mean square deviation from the backbone atom of the epothilone B hydroxylase of about 4.0 angstroms or less.

エポチロンBヒドロキシラーゼホモロジーモデルまたはその部分の構造座標は、機械読み取り可能な記憶媒体に入れておく。そのようなデータは、医薬の発見などの種々の目的に用いることができる。   The structural coordinates of the epothilone B hydroxylase homology model or part thereof are stored in a machine-readable storage medium. Such data can be used for various purposes such as drug discovery.

従って、本発明の他の側面は、付表1に示す構造座標でコードしたデータ記憶材料を含む機械読み取り可能なデータ記憶媒体に関する。   Accordingly, another aspect of the present invention relates to a machine readable data storage medium comprising a data storage material encoded with structural coordinates shown in Appendix 1.

エポチロンBヒドロキシラーゼの三次元モデル構造はまた、生物学的機能のモデュレーターおよび該酵素の潜在的な基質を同定するのに用いることもできる。そのようなモデュレーターを同定するのに種々の方法またはその組み合わせを用いることができる。   The three-dimensional model structure of epothilone B hydroxylase can also be used to identify modulators of biological function and potential substrates for the enzyme. Various methods or combinations thereof can be used to identify such modulators.

たとえば、付表1に従い、エポチロンBヒドロキシラーゼの結合部位に空間的に適合する被験化合物をモデル化することができる。アミノ酸のLEU39、GLN43、ALA45、MET57、LEU58、HIS62、PHE63、SER64、SER65、ASP66、ARG67、GLN68、SER69、LEU74、MET75、VAL76、ALA77、ARG78、GLN79、ILE80、ASP84、LYS85、PRO86、PHE87、ARG88、PRO89、SER90、LEU91、ILE92、ALA93、MET94、ASP95、HIS99、ARG103、PHE110、ILE155、PHE169、GLN170、CYS172、SER173、SER174、ARG175、MET176、LEU177、SER178、ARG179、ARG186、PHE190、LEU193、VAL233、GLY234、LEU235、ALA236、PHE237、LEU238、LEU239、LEU240、ILE241、ALA242、GLY243、HIS244、GLU245、THR246、THR247、ALA248、ASN249、MET250、LEU283、THR287、ILE288、ALA289、GLU290、THR291、ALA292、THR293、SER294、ARG295、PHE296、ALA297、THR298、GLU312、GLY313、VAL314、VAL315、GLY316、VAL344、ALA345、PHE346、GLY347、PHE348、VAL350、HIS351、GLN352、CYS353、LEU354、GLY355、GLN356、LEU358、ALA359、GLU362、LYS389、ASP391、SER392、THR393、ILE394およびTYR395によって定められるエポチロンBヒドロキシラーゼの結合領域の10オングストローム以内のアミノ酸の構造座標、および配位結合したヘム基HEM1もまた、そのようなモデュレーターの所望の構造的および化学的な特徴を同定するのに用いることができる。同定した構造的なまたは化学的な特徴は、ついで潜在的なエポチロンBヒドロキシラーゼのリガンドとしての化合物をデザインまたは選択するのに用いることができる。構造的および化学的な特徴とは、共有結合、ファンデアワールス相互作用、水素結合相互作用、電荷相互作用、疎水性相互作用、および双極子相互作用を含むことを意味するが、これらに限られるものではない。ついで、潜在的なエポチロンBヒドロキシラーゼリガンドとして同定された化合物は合成し、被験化合物のエポチロンBヒドロキシラーゼへの結合を特徴とするアッセイにおいて、または小さな分子の存在下でプロテアーゼ標的を変調するエポチロンBヒドロキシラーゼの能力を特徴付けることで、スクリーニングすることができる。潜在的なエポチロンBヒドロキシラーゼリガンドのスクリーニングに有用なアッセイの例としては、インシリコ(in silico)スクリーニング、インビトロアッセイおよび高処理量アッセイが挙げられるがこれらに限られるものではない。   For example, according to Appendix 1, a test compound that spatially matches the binding site of epothilone B hydroxylase can be modeled. Amino acids LEU39, GLN43, ALA45, MET57, LEU58, HIS62, PHE63, SER64, SER65, ASP66, ARG67, GLN68, SER69, LEU74, MET75, VAL76, ALA77, ARG78, GLN79, ILE80, ASP84, RO86P ARG88, PRO89, SER90, LEU91, ILE92, ALA93, MET94, ASP95, HIS99, ARG103, PHE110, ILE155, PHE169, GLN170, CYS172, SER173, SER174, ARG175, MET176, LEEU177AR17E17 VAL233, GLY234, LEU2 5, ALA236, PHE237, LEU238, LEU239, LEU240, ILE241, ALA242, GLY243, HIS244, GLU245, THR246, THR247, ALA248, ASN249, MET250, LEU283, THR287, ILE288, ILE288 ARG295, PHE296, ALA297, THR298, GLU312, GLY313, VAL314, VAL315, GLY316, VAL344, ALA345, PHE346, GLY347, PHE348, VAL350, HIS351, GL3532, CY3353, L35 The structural coordinates of amino acids within 10 angstroms of the binding region of epothilone B hydroxylase as defined by U362, LYS389, ASP391, SER392, THR393, ILE394 and TYR395, and the coordinated heme group HEM1, are also desirable for such a modulator. Can be used to identify structural and chemical characteristics of The identified structural or chemical characteristics can then be used to design or select compounds as potential epothilone B hydroxylase ligands. Structural and chemical features are meant to include, but are not limited to, covalent bonds, van der Waals interactions, hydrogen bonding interactions, charge interactions, hydrophobic interactions, and dipolar interactions. It is not a thing. The compounds identified as potential epothilone B hydroxylase ligands are then synthesized and synthesized in an assay characterized by binding of the test compound to epothilone B hydroxylase, or in the presence of small molecules, epothilone B Screening can be done by characterizing the ability of hydroxylase. Examples of assays useful for screening potential epothilone B hydroxylase ligands include, but are not limited to, in silico screening, in vitro assays, and high throughput assays.

この開示により当業者により理解されるであろうように、他の構造ベースのデザイン法を用いることができる。種々のコンピューターによる構造ベースのデザイン法が当該技術分野で開示されている。たとえば、エポチロンBヒドロキシラーゼの配列およびエポチロンBヒドロキシラーゼの構造(すなわち、付表1に示すエポチロンBヒドロキシラーゼの原子座標および/または上記で示した結合領域の10オングストローム内の原子座標)を入力することのできる多くのコンピューターモデリングシステムが利用できる。ついで、このコンピューターシステムは、1またはそれ以上のこれら領域の構造上の詳細を生成して潜在的なモデュレーターの相補的な構造の詳細を決定できるようにする。これらモデリングシステムにおけるデザインは、一般にエポチロンBヒドロキシラーゼに物理的および構造的に結合することのできる化合物に基づいている。さらに、該化合物は、エポチロンBヒドロキシラーゼとの結合を可能にするコンホメーションをとることができなければならない。幾つかのモデリングシステムでは、実際に合成および試験する前に潜在的なエポチロンBヒドロキシラーゼの基質またはモデュレーターの潜在的な抑制作用または結合作用を評価する。   Other structure-based design methods can be used, as will be appreciated by those skilled in the art from this disclosure. Various computer based structure-based design methods have been disclosed in the art. For example, inputting the sequence of epothilone B hydroxylase and the structure of epothilone B hydroxylase (ie, the atomic coordinates of epothilone B hydroxylase shown in Appendix 1 and / or the atomic coordinates within 10 angstroms of the binding region shown above) Many computer modeling systems are available. The computer system then generates one or more structural details of these regions so that the complementary structural details of the potential modulator can be determined. The designs in these modeling systems are generally based on compounds that can physically and structurally bind to epothilone B hydroxylase. Furthermore, the compound must be able to adopt a conformation that allows binding to epothilone B hydroxylase. Some modeling systems evaluate potential inhibitory or binding effects of potential epothilone B hydroxylase substrates or modulators prior to actual synthesis and testing.

所定のタンパク質標的に結合する能力について化学物質または断片をスクリーニングする方法もまたよく知られている。これら方法は、しばしばコンピュータースクリーン上で結合部位を目で調べることから開始する。ついで、選択した断片または化学物質をエポチロンBヒドロキシラーゼの結合領域に位置付ける。ドッキングをINSIGHTII、QUANTAおよびSYBYLなどのソフトウエアを用いて行い、ついでMMFF、CHARMMおよびAMBERなどの標準分子機械力場を用いてエネルギーの最小化および分子動力学を行う。本発明において有用な化学断片または化学物質の選択の助けとなるコンピュータープログラムの例としては、GRID(Goodford、1985)、AUTODOCK(Goodsell、1990)およびDOCK(Kuntzら、1982)が挙げられるが、これらに限られるものではない。   Methods for screening chemicals or fragments for the ability to bind to a given protein target are also well known. These methods often begin by visual inspection of the binding site on a computer screen. The selected fragment or chemical is then positioned in the binding region of epothilone B hydroxylase. Docking is performed using software such as INSIGHTII, QUANTA, and SYBYL, followed by energy minimization and molecular dynamics using standard molecular mechanical force fields such as MMFF, CHARMM, and AMBER. Examples of computer programs that aid in the selection of chemical fragments or chemicals useful in the present invention include GRID (Goodford, 1985), AUTODOCK (Goodsell, 1990) and DOCK (Kuntz et al., 1982). It is not limited to.

好ましい化学物質または断片を選択したら、お互い同士およびエポチロンBヒドロキシラーゼとの関係を視覚化することができ、ついで単一の潜在的なモデュレーターに組み立てることができる。個々の化学物質を組み立てるのに有用なプログラムとしては、CAVEAT(Bartlettら、1989)および3Dデータベースシステム(Martin、1992)が挙げられるが、これらに限られるものではない。   Once preferred chemicals or fragments are selected, the relationship between each other and the epothilone B hydroxylase can be visualized and then assembled into a single potential modulator. Useful programs for assembling individual chemicals include, but are not limited to, CAVEAT (Bartlett et al., 1989) and 3D database systems (Martin, 1992).

別法として、空白の結合部位を用いるかまたは既知のインヒビターの一部を含めてデノボで化合物をデザインすることができる。このタイプのデザイン法としては、LUDI(Bohm、1992)およびLeapFrog(Tripos Inc.、セントルイス、ミズーリ)が挙げられるが、これらに限られるものではない。   Alternatively, compounds can be designed de novo using blank binding sites or including some of the known inhibitors. This type of design method includes, but is not limited to, LUDI (Bohm, 1992) and LeapFrog (Tripos Inc., St. Louis, MO).

DOCK(Kuntzら、1982)などのプログラムをホモロジーモデルからの原子座標で用いて、活性部位中の結合領域に潜在的に結合し、それゆえ合成および試験に適した候補である潜在的なリガンドをデータベースまたは仮想データベースから同定することができる。   Programs such as DOCK (Kuntz et al., 1982) are used with atomic coordinates from the homology model to identify potential ligands that bind potentially to the binding region in the active site and are therefore suitable candidates for synthesis and testing. It can be identified from a database or a virtual database.

また、本発明のポリヌクレオチドを含むベクター、およびエポチロンBヒドロキシラーゼまたはその活性な断片および該酵素の変異体または突然変異体および/またはフェレドキシンまたはその活性な断片を産生すべく本発明のベクターで遺伝子操作した宿主細胞も本発明で提供される。一般に、ポリヌクレオチドを維持、増殖または発現してこれらポリペプチドを宿主細胞で産生するのに適したいかなるベクターもこの観点から発現に用いることができる。本発明のこの側面によれば、ベクターは、たとえば、プラスミドベクター、一本鎖または二本鎖ファージベクター、または一本鎖または二本鎖RNAまたはDNAウイルスベクターであってよい。ベクターは染色体外のものであってよく、または宿主染色体に組み込むべくデザインしたものであってよい。そのようなベクターとしては、染色体由来、エピソーム由来およびウイルス由来のベクター、たとえば、細菌プラスミド、バクテリオファージ、酵母エピソーム、酵母染色体配列、およびウイルス(バキュロウイルス、パポーバウイルス、SV40、ワクシニアウイルス、アデノウイルス、鶏痘ウイルス、偽狂犬病ウイルスおよびレトロウイルスなど)由来のベクター、およびそれらの組み合わせに由来するベクター、たとえばプラスミドとバクテリオファージの遺伝子配列、コスミドとファージミドに由来するベクターが挙げられるが、これらに限られるものではない。   In addition, a gene comprising the polynucleotide of the present invention and the vector of the present invention to produce epothilone B hydroxylase or an active fragment thereof and a mutant or mutant of the enzyme and / or ferredoxin or an active fragment thereof Engineered host cells are also provided in the present invention. In general, any vector suitable for maintaining, propagating or expressing a polynucleotide to produce these polypeptides in a host cell can be used for expression in this regard. According to this aspect of the invention, the vector may be, for example, a plasmid vector, a single-stranded or double-stranded phage vector, or a single-stranded or double-stranded RNA or DNA viral vector. The vector may be extrachromosomal or designed for integration into the host chromosome. Such vectors include chromosomal, episomal and viral vectors such as bacterial plasmids, bacteriophages, yeast episomes, yeast chromosomal sequences, and viruses (baculovirus, papovavirus, SV40, vaccinia virus, adenovirus, chicken). Vectors derived from spider viruses, pseudorabies viruses and retroviruses) and combinations thereof, including but not limited to plasmid and bacteriophage gene sequences, cosmid and phagemid vectors is not.

原核生物宿主に有用な発現ベクターとしては、pBluescript、pGEX−2T、pUCベクター、pETベクター、ColE1、pCR1、pBR322、pMB9、pCW、pBMS200、pBMS2020、PIJ101、PIJ702、pANT849、pOJ260、pOJ446、pSET152、pKC1139、pKC1218、pFD666およびそれらの誘導体を含む、大腸菌、バシラスまたはストレプトミセスからのものなどの細菌プラスミド、広宿主範囲プラスミド、たとえば、RP4、ファージDNA、たとえば、ファージラムダの多数の誘導体、たとえばNM989、λGT10およびλGT11、および他のファージ、たとえばM13および繊維状一本鎖ファージDNAが挙げられるが、これらに限られるものではない。   Expression vectors useful for prokaryotic hosts include pBluescript, pGEX-2T, pUC vector, pET vector, ColE1, pCR1, pBR322, pMB9, pCW, pBMS200, pBMS2020, PIJ101, PIJ702, pANT849, pOJ260, pOJ46, pOJ4 Bacterial plasmids such as those from E. coli, Bacillus or Streptomyces, including pKC1218, pFD666, and derivatives thereof, broad host range plasmids such as RP4, phage DNA, eg numerous derivatives of phage lambda, such as NM989, λGT10 And λGT11, and other phages such as M13 and filamentous single-stranded phage DNA. Is not something

酵母に使用するための本発明のベクターは、典型的に、酵母に使用するのに適した複製起点、および酵母で機能性の選択マーカーを含んでいるであろう。本発明において有用な酵母ベクターの例としては、酵母組み込み型プラスミド(たとえば、YIp5)および酵母自己複製型プラスミド(YRpおよびYEp系列プラスミド)、酵母動原体プラスミド(YCp系列プラスミド)、酵母人工染色体(YAC)(YLpと称する酵母の線状プラスミド、pGPD−2、2μプラスミドおよびその誘導体に基づく)、およびGietzら、Gene, 74: 527-34 (1988)に記載されているもの(YIplac、YEplacおよびYCplac)のような改良されたシャトルベクターが挙げられるが、これらに限られるものではない。   Vectors of the invention for use in yeast will typically contain an origin of replication suitable for use in yeast and a selectable marker functional in yeast. Examples of yeast vectors useful in the present invention include yeast integration plasmids (eg, YIp5) and yeast self-replicating plasmids (YRp and YEp series plasmids), yeast centromere plasmids (YCp series plasmids), yeast artificial chromosomes ( YAC) (based on the yeast linear plasmid designated YLp, pGPD-2, 2μ plasmid and its derivatives), and those described in Gietz et al., Gene, 74: 527-34 (1988) (YIplac, YEplac and Improved shuttle vectors such as, but not limited to, YCplac).

組換え発現に有用な哺乳動物ベクターは、ウイルス複製起点、たとえばSV40複製起点(COS1細胞やCOS7細胞などの大きなT抗原を発現する細胞株での複製用)、パピローマウイルス複製起点、または長期エピソーム複製のためのEBV複製起点(たとえば、EBV EBNA−1遺伝子産物およびアデノウイルスE1Aを構成的に発現する293−EBNA細胞での使用のため)を含んでいてよい。哺乳動物細胞での発現は、pSV2、pBC12BI、およびp91023、pCDNAベクター、並びに溶菌ウイルスベクター(たとえば、ワクシニアウイルス、アデノウイルス、およびバキュロウイルス)、エピソームウイルスベクター(たとえば、ウシパピローマウイルス)、およびレトロウイルスベクター(たとえば、マウスレトロウイルス)を含む(これらに限られるものではない)様々なプラスミドを用いて行うことができる。昆虫細胞に有用なベクターとしては、バキュロウイルスベクターおよびpVL941が挙げられる。   Mammalian vectors useful for recombinant expression are viral origins of replication, eg, SV40 origin of replication (for replication in cell lines that express large T antigens such as COS1 and COS7 cells), papillomavirus origin of replication, or long-term episomal replication. EBV origin of replication (eg, for use in 293-EBNA cells that constitutively express the EBV EBNA-1 gene product and adenovirus E1A). Expression in mammalian cells includes pSV2, pBC12BI, and p91023, pCDNA vectors, and lytic viral vectors (eg, vaccinia virus, adenovirus, and baculovirus), episomal viral vectors (eg, bovine papilloma virus), and retroviruses This can be done using a variety of plasmids, including but not limited to vectors (eg, murine retroviruses). Vectors useful for insect cells include baculovirus vectors and pVL941.

mRNAの転写を指令する適当なプロモーターの選択および発現ベクターの構築はよく知られている。しかしながら、一般に、発現構築物は転写の開始および終止のための部位、および転写された領域中に翻訳のためのリボソーム結合部位を含んでいるであろう。構築物によって発現された成熟転写物のコード部分は、始めに翻訳開始コドン、および翻訳すべきポリペプチドの末端にほぼ位置して終止コドンを含んでいるであろう。   Selection of appropriate promoters that direct transcription of mRNA and construction of expression vectors are well known. In general, however, expression constructs will contain sites for initiation and termination of transcription, and a ribosome binding site for translation in the transcribed region. The coding portion of the mature transcript expressed by the construct will initially contain a translation initiation codon and a stop codon located approximately at the end of the polypeptide to be translated.

原核生物に有用なプロモーターの例としては、ファージプロモーター、たとえば、ファージラムダpLプロモーター、trcプロモーター、trpプロモーターとlacプロモーターとに由来するハイブリッド、バクテリオファージT7プロモーター、TACまたはTRC系、ファージラムダの主要オペレーターおよびプロモーター領域、fdコートタンパク質の制御領域、snpAプロモーター、melCプロモーター、ermEプロモーターまたはaraBADオペロンが挙げられるが、これらに限られるものではない。酵母に有用なプロモーターの例としては、CYC1プロモーター、GAL1プロモーター、GAL10プロモーター、ADH1プロモーター、酵母α−交配系(α-mating system)のプロモーター、およびGPDプロモーターが挙げられるが、これらに限られるものではない。哺乳動物発現ベクターで日常的に用いられるプロモーターの例としては、CMV前所期プロモーター、HSVチミジンキナーゼプロモーター、初期および後期SV40プロモーター、レトロウイルスLTRのプロモーター、たとえばラウス肉腫ウイルス(RSV)由来のもの、およびメタロチオネインプロモーター、たとえばマウスメタロチオネインIプロモーターが挙げられるが、これらに限られるものではない。 Examples of promoters useful in prokaryotes include phage promoters such as phage lambda pL promoter, trc promoter, hybrids derived from trp and lac promoters, bacteriophage T7 promoter, TAC or TRC systems, major operators of phage lambda And promoter region, fd coat protein control region, snpA promoter, melC promoter, ermE * promoter or araBAD operon, but not limited thereto. Examples of useful promoters for yeast include, but are not limited to, CYC1 promoter, GAL1 promoter, GAL10 promoter, ADH1 promoter, yeast α-mating system promoter, and GPD promoter. Absent. Examples of promoters routinely used in mammalian expression vectors include CMV early promoter, HSV thymidine kinase promoter, early and late SV40 promoter, retroviral LTR promoter, such as those derived from Rous sarcoma virus (RSV), And a metallothionein promoter, such as, but not limited to, the mouse metallothionein I promoter.

ポリヌクレオチドを含むベクターは、感染、形質導入、トランスフェクション、トランスベクション(transvection)および形質転換を含むよく知られた技術のいずれを用いても宿主細胞中に導入することができる。ポリヌクレオチドは、単独で、または、たとえば選択マーカーまたはフェレドキシンレダクターゼをコードするさらなるポリヌクレオチドとともに宿主に導入することができる。本発明の好ましい態様では、エポチロンBヒドロキシラーゼおよびフェレドキシンをコードするポリヌクレオチドを宿主細胞に導入する。種々の発現構築物のための宿主細胞がよく知られており、当業者は本発明のこの側面に従ってエポチロンBヒドロキシラーゼおよび/またはフェレドキシンを発現するための宿主細胞を日常的に選択することができる。本発明において有用な哺乳動物発現系の例としては、C127、3T3、CHO、HeLa、ヒト腎臓293およびBHK細胞株、およびサル腎臓繊維芽細胞のCOS−7細胞株が挙げられるが、これらに限られるものではない。   A vector comprising a polynucleotide can be introduced into a host cell using any of the well-known techniques including infection, transduction, transfection, transvection and transformation. The polynucleotide can be introduced into the host alone or with an additional polynucleotide encoding, for example, a selectable marker or ferredoxin reductase. In a preferred embodiment of the invention, polynucleotides encoding epothilone B hydroxylase and ferredoxin are introduced into the host cell. Host cells for various expression constructs are well known and one of skill in the art can routinely select host cells for expressing epothilone B hydroxylase and / or ferredoxin according to this aspect of the invention. Examples of mammalian expression systems useful in the present invention include, but are not limited to, C127, 3T3, CHO, HeLa, human kidney 293 and BHK cell lines, and monkey kidney fibroblast COS-7 cell lines. It is not something that can be done.

別法として、本明細書において例示するように、エポチロンBヒドロキシラーゼおよびフェレドキシンを微生物中で組換えにより発現することができる。   Alternatively, as exemplified herein, epothilone B hydroxylase and ferredoxin can be recombinantly expressed in microorganisms.

従って、本発明の他の側面は、エポチロンBヒドロキシラーゼ単独またはエポチロンBヒドロキシラーゼをフェレドキシンとともに発現し、末端アルキル基を有する化合物、とりわけエポチロンをヒドロキシル化して末端ヒドロキシアルキル基を有する化合物を生成することのできる、組換えにより生成した微生物に関する。組換えにより生成する微生物は、細菌細胞などの細胞をエポチロンBヒドロキシラーゼをコードする核酸配列を含むプラスミドで形質転換することにより生成する。好ましい態様において、エポチロンBヒドロキシラーゼまたはその突然変異体または変異体をコードする核酸とエポチロンBヒドロキシラーゼ遺伝子の下流に位置するフェレドキシンをコードする核酸配列とを含むプラスミドで細胞を形質転換する。これらプラスミドで形質転換して本発明の組換え微生物を生成することのできる微生物の例としては、大腸菌、バシラス・メガテリウム(Bacillus megaterium)、アミコラトプシス・オリエンタリス、ソランジウム・セルロスム、ロドコッカス・エリスロポリス(Rhodococcus erythropolis)、およびストレプトミセス・リビダンス、ストレプトミセス・ビルジニエ(Streptomyces virginiae)、ストレプトミセス・ベネズエレ(Streptomyces venezuelae)、ストレプトミセス・アルブス(Streptomyces albus)、ストレプトミセス・コエリコロール(Streptomyces coelicolor)、ストレプトミセス・リモススおよびストレプトミセス・グリセウス(Streptomyces griseus)などのストレプトミセス種が挙げられるが、これらに限られるものではない。   Accordingly, another aspect of the present invention is to express epothilone B hydroxylase alone or epothilone B hydroxylase with ferredoxin and to hydroxylate the epothilone to produce a compound having a terminal hydroxyalkyl group, in particular epothilone. The present invention relates to a recombinantly produced microorganism. A microorganism produced by recombination is produced by transforming a cell such as a bacterial cell with a plasmid containing a nucleic acid sequence encoding epothilone B hydroxylase. In a preferred embodiment, cells are transformed with a plasmid comprising a nucleic acid encoding epothilone B hydroxylase or a mutant or variant thereof and a nucleic acid sequence encoding ferredoxin located downstream of the epothilone B hydroxylase gene. Examples of microorganisms that can be transformed with these plasmids to produce the recombinant microorganism of the present invention include Escherichia coli, Bacillus megaterium, Amycolatopsis orientalis, Solandium cellulosum, Rhodococcus erythropolis ( Rhodococcus erythropolis), Streptomyces virginiae, Streptomyces venezuelae, Streptomyces albus, Streptomyces coelis And Streptomyces species such as, but not limited to, Streptomyces griseus.

本発明の組換えにより生成した微生物は、末端ヒドロキシアルキル基を含む化合物、とりわけエポチロンの産生のための微生物プロセスまたは方法に有用である。一般に、ヒドロキシアルキル含有生成物は、資化しうる炭素および窒素源を含む水性栄養培地中の適当な基質の存在下、水中の好気性条件下で末端炭素原子またはアルキルを選択的にヒドロキシル化することのできる組換えにより生成した微生物または該微生物からの酵素を培養することにより生成することができる。   The recombinantly produced microorganisms of the present invention are useful in microbial processes or methods for the production of compounds containing terminal hydroxyalkyl groups, particularly epothilones. In general, hydroxyalkyl-containing products selectively hydroxylate terminal carbon atoms or alkyls under aerobic conditions in water in the presence of a suitable substrate in an aqueous nutrient medium containing assimilable carbon and nitrogen sources. Can be produced by culturing a recombinantly produced microorganism or an enzyme from the microorganism.

本発明の方法の基質として用いる適当なエポチロンは、本発明の酵素的ヒドロキシル化を受けることのできる末端炭素原子または末端アルキル基を有するそのような化合物であればいかなるものであってもよい。出発物質、すなわち基質は、ソランジウム・セルロスムなどの天然源から単離することもできるし、または合成により生成したエポチロンであってもよい。末端炭素原子または末端アルキル基を有し酵素的ヒドロキシル化を受けることのできる他の基質を本明細書に記載する方法によって用いることができる。たとえば、コンパクチンを基質として用いることができ、これはヒドロキシル化されると化合物プラバスタチンを生成する。アクチノマデュラ(Actinomadura)株によりコンパクチンをヒドロキシル化してプラバスタチンを生成する方法は、米国特許第5,942,423号および同第6,274,360号に記載されている。   A suitable epothilone for use as a substrate in the method of the present invention is any such compound having a terminal carbon atom or terminal alkyl group capable of undergoing the enzymatic hydroxylation of the present invention. The starting material, i.e. the substrate, can be isolated from a natural source such as Sorandium cellulosum, or it can be a synthetically produced epothilone. Other substrates having terminal carbon atoms or terminal alkyl groups and capable of undergoing enzymatic hydroxylation can be used by the methods described herein. For example, compactin can be used as a substrate, which when hydroxylated produces the compound pravastatin. Methods for hydroxylating compactin with the Actinomadura strain to produce pravastatin are described in US Pat. Nos. 5,942,423 and 6,274,360.

たとえば、本発明の組換え微生物を用い、WO00/39276、米国特許出願第09/468,854号(1999年12月21日出願)(その本文を、あたかも詳細に示すごとく本明細書中に引用する)の記載に従って少なくとも1のエポチロンを調製することができる。   For example, using the recombinant microorganism of the present invention, WO 00/39276, U.S. Patent Application No. 09 / 468,854 (filed on December 21, 1999) (the text of which is incorporated herein by reference) At least one epothilone can be prepared as described in

下記式I:
HO−CH−(A−(Q)−(A−E (I)
(式中、AおよびAは、それぞれ独立に任意に置換されたC−Cアルキルおよびアルケニルよりなる群から選ばれる;
Qは、1〜3の環および少なくとも1の環中に少なくとも一つの炭素−炭素二重結合を含む任意に置換された環系;
n、mおよびoは、0および1よりなる群から選ばれた整数、その際、mまたはnまたはoの少なくとも一つは1である;および
Eはエポチロンコアである)に示すエポチロンを調製することができる。
Formula I below:
HO-CH 2 - (A 1 ) n - (Q) m - (A 2) o -E (I)
Wherein A 1 and A 2 are each independently selected from the group consisting of optionally substituted C 1 -C 3 alkyl and alkenyl;
Q is an optionally substituted ring system comprising 1 to 3 rings and at least one carbon-carbon double bond in at least one ring;
n, m and o are integers selected from the group consisting of 0 and 1, where at least one of m or n or o is 1; and E is an epothilone core). be able to.

本発明の方法は、下記式II:
CH−(A−(Q)−(A−E (II)
(式中、A、Q、A、E、n、m、およびoは前記と同じ)で示される少なくとも1のエポチロンを、式IIの化合物のヒドロキシル化を選択的に触媒することができる組換えにより生成した微生物または該微生物からの酵素と接触させる工程、ついで該ヒドロキシル化を行う工程を含む。
The method of the present invention comprises the following formula II:
CH 3 - (A 1) n - (Q) m - (A 2) o -E (II)
(Wherein A 1 , Q, A 2 , E, n, m, and o are as defined above) can selectively catalyze the hydroxylation of the compound of formula II. Contacting with a recombinantly produced microorganism or an enzyme from the microorganism, followed by the hydroxylation step.

好ましい態様において、出発物質はエポチロンBである。エポチロンBは、DE4138042およびWO93/10121に記載されているように、ソランジウム・セルロスムSo ce90の発酵から得ることができる。この株は、ドイチェ・ザムルング・フォン・ミクロオルガニスメン(ジャーマン・コレクション・オブ・マイクロオーガニスムス)(DSM)に受託番号6773にて寄託してある。発酵プロセスはまた、Hofle, G.ら、Angew. Chem. Int. Ed. Engl., Vol. 35, No. 13/14, 1567-1569 (1996)にも記載されている。エポチロンBはまた、化学的手段、たとえば、Meng, D.ら、J. Am. Chem. Soc., Vol. 119, No. 42, 10073-10092 (1996); Nicolaou, K.ら、J. Am. Chem. Soc., Vol. 119, No. 34, 7974-7991 (1997)およびSchinzer, D.ら、Chem. Eur. J., Vol. 5, No. 9, 2483-2491 (1999)に記載の化学的手段により得ることができる。   In a preferred embodiment, the starting material is epothilone B. Epothilone B can be obtained from fermentation of Solandium Cellulosum Source 90 as described in DE 418042 and WO 93/10121. This strain has been deposited with Deutsche Zamlung von Microorganismen (German Collection of Microorganisms) (DSM) under accession number 6773. The fermentation process is also described in Hofle, G. et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl., Vol. 35, No. 13/14, 1567-1569 (1996). Epothilone B can also be obtained by chemical means such as Meng, D. et al., J. Am. Chem. Soc., Vol. 119, No. 42, 10073-10092 (1996); Nicolaou, K. et al., J. Am Chem. Soc., Vol. 119, No. 34, 7974-7991 (1997) and Schinzer, D. et al., Chem. Eur. J., Vol. 5, No. 9, 2483-2491 (1999). It can be obtained by the following chemical means.

本発明の方法に使用すべく選択した組換えにより生成した微生物の増殖は、適当な栄養培地の使用により当業者によって達成されうる。組換えにより生成した微生物の増殖のための適当な培地は、微生物細胞の増殖に必要な栄養素を提供するものを含む。たとえば、T. NagodawithanaおよびJ. M. Wasileski、第2章:“Media Design for Industrial Fermentations”、Nutritional Requirements of Commercially Important Microorganism、T. W. NagodawithanaおよびG. Reed編、Esteekay Associates, Inc.、ミルウォーキー、ウイスコンシン、18-45 (1998); T. L. MillerおよびB. W. Churchill、第10章:“Substrates for Large-Scale Fermentations”、Manual of Industrial Microbiology and Biotechnology、A. L. DemainおよびN. A. Solomon編、American Society for Microbiology、ワシントン、D.C., 122-136 (1986)を参照。増殖のための典型的な培地は、必要な炭素源、窒素源、および微量元素を含む。インデューサーを培地に加えることもできる。本明細書で使用するインデューサーなる語は、組換えにより生成した微生物細胞内で所望の酵素活性の生成を促進するあらゆる化合物を包含する。本明細書に使用する典型的なインデューサーとしては、基質を溶解するのに使用する溶媒、たとえば、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジオキサン、エタノールおよびアセトンが挙げられる。さらに、エポチロンBなどのある種の基質もまたインデューサーと考えられる。 Growth of recombinantly produced microorganisms selected for use in the methods of the present invention can be achieved by one skilled in the art through the use of appropriate nutrient media. Suitable media for the growth of recombinantly produced microorganisms include those that provide nutrients necessary for the growth of microbial cells. For example, T. Nagodawithana and JM Wasileski, Chapter 2: “Media Design for Industrial Fermentations”, Nutritional Requirements of Commercially Important Microorganism , TW Nagodawithana and G. Reed, Estekay Associates, Inc., Milwaukee, Wisconsin, 18-45 ( 1998); TL Miller and BW Churchill, Chapter 10: “Substrates for Large-Scale Fermentations”, Manual of Industrial Microbiology and Biotechnology , edited by AL Demain and NA Solomon, American Society for Microbiology, Washington, D.C., 122- See 136 (1986). A typical medium for growth contains the necessary carbon source, nitrogen source, and trace elements. Inducers can also be added to the medium. As used herein, the term inducer includes any compound that promotes the production of a desired enzymatic activity in a recombinantly produced microbial cell. Typical inducers used herein include the solvents used to dissolve the substrate, such as dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, dioxane, ethanol and acetone. In addition, certain substrates such as epothilone B are also considered inducers.

炭素源としては、グルコース、ガラクトース、マルトース、ショ糖、マンニトール、ソルビトール、グリセリン、デンプンなどの糖;酢酸ナトリウム、クエン酸ナトリウムなどの有機酸;およびエタノール、プロパノールなどのアルコールが挙げられる。好ましい炭素源としては、グルコース、フルクトース、ショ糖、グリセリンおよびデンプンが挙げられるが、これらに限られるものではない。   Examples of the carbon source include sugars such as glucose, galactose, maltose, sucrose, mannitol, sorbitol, glycerin and starch; organic acids such as sodium acetate and sodium citrate; and alcohols such as ethanol and propanol. Preferred carbon sources include, but are not limited to, glucose, fructose, sucrose, glycerin and starch.

窒素源としては、N−ZアミンA、トウモロコシ浸漬液、大豆粉、牛肉エキス、酵母エキス、トリプトン、ペプトン、綿実粕、ピーナッツ粕、グルタミン酸ナトリウムなどのアミノ酸、硝酸ナトリウム、硫酸アンモニウムなどが挙げられる。   Examples of the nitrogen source include NZ amine A, corn dipping solution, soybean meal, beef extract, yeast extract, tryptone, peptone, cottonseed meal, peanut meal, sodium glutamate and other amino acids, sodium nitrate, ammonium sulfate, and the like.

微量元素としては、マグネシウム、マンガン、カルシウム、コバルト、ニッケル、鉄、ナトリウム塩およびカリウム塩が挙げられる。リン酸塩もまた微量にて、または好ましくは微量よりも多い量で加えることができる。   Examples of the trace element include magnesium, manganese, calcium, cobalt, nickel, iron, sodium salt, and potassium salt. Phosphate can also be added in trace amounts, or preferably in quantities greater than trace amounts.

発酵に用いる培地は、1を超える炭素または窒素源または他の栄養素を含んでいてよい。   The medium used for fermentation may contain more than one carbon or nitrogen source or other nutrient.

本発明の方法による組換えにより生成した微生物の増殖および/またはヒドロキシル化のため、培地のpHは約5〜約8であるのが好ましく、温度は約14℃〜約37℃であり、好ましくは温度は28℃である。反応時間は1〜100時間、好ましくは8〜72時間である。   For the growth and / or hydroxylation of recombinantly produced microorganisms according to the method of the invention, the pH of the medium is preferably from about 5 to about 8, and the temperature is from about 14 ° C to about 37 ° C, preferably The temperature is 28 ° C. The reaction time is 1 to 100 hours, preferably 8 to 72 hours.

培地を、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)によりモニターしてバイオトランスフォーメーションが完了するのに必要な時間インキュベートする。典型的には、バイオトランスフォーメーションを完了するのに要する時間は、基質を添加してから12〜100時間、好ましくは約72時間である。培地を、150〜300rpm、好ましくは約250rpmで作動し、行程が2インチのロータリーシェーカー(New Brunswick Scientific Innova 5000)上に置く。   The medium is monitored by high performance liquid chromatography (HPLC) and incubated for the time required to complete biotransformation. Typically, the time required to complete the biotransformation is 12 to 100 hours, preferably about 72 hours, after adding the substrate. The medium is placed on a rotary shaker (New Brunswick Scientific Innova 5000) operating at 150-300 rpm, preferably about 250 rpm, and a stroke of 2 inches.

発酵ブロスからのヒドロキシアルキル含有生成物の回収は、他の知られた生物学的に活性な物質の回収に普通に用いられる通常の手段により行うことができる。そのような回収手段の例としては、酢酸エチルなどの通常の溶媒を用いた抽出による単離および精製によるもの;pH調整によるもの;通常の樹脂の処理によるもの、たとえば、陰イオンまたは陽イオン交換樹脂または非イオン性吸着樹脂の処理によるもの;通常の吸着剤の処理によるもの、たとえば、蒸留により、または結晶化によるもの;または再結晶によるものなどが挙げられるが、これらに限られるものではない。   Recovery of the hydroxyalkyl-containing product from the fermentation broth can be done by conventional means commonly used for recovery of other known biologically active substances. Examples of such recovery means are by isolation and purification by extraction with common solvents such as ethyl acetate; by pH adjustment; by normal resin treatment, eg anion or cation exchange Resin or non-ionic adsorbent resin treatment; ordinary adsorbent treatment, such as, but not limited to, distillation or crystallization; or recrystallization .

上記でバイオトランスフォーメーション反応混合物から得た抽出物は、カラムクロマトグラフィーおよび分析的薄層クロマトグラフィーによりさらに単離および精製することができる。   The extract obtained from the biotransformation reaction mixture above can be further isolated and purified by column chromatography and analytical thin layer chromatography.

本発明の組換えにより生成した微生物が末端アルキル基を有するエポチロンを末端ヒドロキシアルキル基を有するエポチロンにバイオトランスフォーメーションする能力が証明された。これら実験において、実施例11にさらに詳細に記載するようにebh遺伝子を有するプラスミドを含有するストレプトミセス・リビダンスクローンを含む培養液を、エポチロンB懸濁液とともに攪拌しながら30℃にて3日間インキュベートした。インキュベートの試料を等容量の25%メタノール:75%n−ブタノールで抽出し、回転攪拌し、ついで5分間沈殿させた。200μlの有機相をHPLCバイアルに移し、HPLC/MSにより分析した(実施例12)。エポチロンFの生成物ピークは15.9分の保持時間で溶出し、524のプロトン化分子量を有していた。エポチロンB基質は19.0分で溶出し、508のプロトン化分子量を有していた。ピークの保持時間および分子量は公知の標準を用いて確認した。   The ability of the recombinantly produced microorganism of the present invention to biotransform an epothilone having a terminal alkyl group into an epothilone having a terminal hydroxyalkyl group has been demonstrated. In these experiments, the culture solution containing the Streptomyces lividans clone containing the plasmid having the ebh gene as described in more detail in Example 11 was stirred for 3 days at 30 ° C. with stirring with the epothilone B suspension. Incubated. Samples for incubation were extracted with an equal volume of 25% methanol: 75% n-butanol, vortexed and then allowed to settle for 5 minutes. 200 μl of the organic phase was transferred to an HPLC vial and analyzed by HPLC / MS (Example 12). The epothilone F product peak eluted at a retention time of 15.9 minutes and had a protonated molecular weight of 524. The epothilone B substrate eluted at 19.0 minutes and had a protonated molecular weight of 508. Peak retention time and molecular weight were confirmed using known standards.

ebhを発現する細胞によるエポチロンBのバイオトランスフォーメーションの速度を、ebh突然変異体によるバイオトランスフォーメーションの速度と比較した。ebhを発現する細胞は、ストレプトミセス・リビダンス(pANT849−ebh)の凍結胞子調製物を含んでいる。突然変異体を発現する細胞は、ストレプトミセス・リビダンス(pANT849−ebh10−53)およびストレプトミセス・リビダンス(pANT849−ebh24−16)の凍結胞子調製物を含んでいる。ストレプトミセス・リビダンスTK24の凍結胞子調製物は対照として用いた。細胞を30℃にて数日間、プレインキュベートした。このプレインキュベーションの後、100%EtOH中のエポチロンBを各培養液に最終濃度0.05%w/vにて加えた。ついで、ストレプトミセス・リビダンス(pANT849−ebh24−16)の培養液(この場合、エポチロンBは48時間で完全にエポチロンFに変換された)を除いて、試料を、0、24、48および72時間の時点で採取した。試料をHPLCにより分析した。結果を0時間でのエポチロンBのパーセントとして計算した。   The rate of biotransformation of epothilone B by cells expressing ebh was compared to the rate of biotransformation by ebh mutants. Cells expressing ebh contain a frozen spore preparation of Streptomyces lividans (pANT849-ebh). Cells expressing the mutant include frozen spore preparations of Streptomyces lividans (pANT849-ebh10-53) and Streptomyces lividans (pANT849-ebh24-16). A frozen spore preparation of Streptomyces lividans TK24 was used as a control. Cells were preincubated at 30 ° C. for several days. After this preincubation, epothilone B in 100% EtOH was added to each culture at a final concentration of 0.05% w / v. The samples were then removed at 0, 24, 48 and 72 hours, except for the culture of Streptomyces lividans (pANT849-ebh24-16), where epothilone B was completely converted to epothilone F in 48 hours. It was collected at the time point. Samples were analyzed by HPLC. Results were calculated as percent of epothilone B at 0 hours.

エポチロンB:

Figure 2005514031
Epothilone B:
Figure 2005514031

エポチロンF:

Figure 2005514031
Epothilone F:
Figure 2005514031

ebhを発現する細胞がコンパクチンをプラバスタチンにバイオトランスフォーメーションする能力についても調べた。これらの実験において、ストレプトミセス・リビダンス(pANT849)またはストレプトミセス・リビダンス(pANT849−ebh)の凍結胞子調製物を30℃で数日間増殖させた。プレインキュベーションの後、各細胞培養液のアリコートをポリプロピレン培養チューブに移し、コンパクチンを各培養チューブに加え、ついで培養チューブを30℃、250rpmにて24時間インキュベートした。ついで、培養ブロスのアリコートを抽出し、対照のストレプトミセス・リビダンス(pANT849)培養液と比較したコンパクチンおよびプラバスタチン値をHPLCにより測定した。   The ability of cells expressing ebh to biotransform compactin to pravastatin was also examined. In these experiments, frozen spore preparations of Streptomyces lividans (pANT849) or Streptomyces lividans (pANT849-ebh) were grown at 30 ° C. for several days. After preincubation, an aliquot of each cell culture was transferred to a polypropylene culture tube, compactin was added to each culture tube, and the culture tube was then incubated at 30 ° C., 250 rpm for 24 hours. An aliquot of the culture broth was then extracted and the compactin and pravastatin values compared to the control Streptomyces lividans (pANT849) culture were measured by HPLC.

出発物質のコンパクチン濃度のパーセントとしてのコンパクチンおよびプラバスタチン:

Figure 2005514031
Compactin and pravastatin as a percentage of the starting material compactin concentration:
Figure 2005514031

上記で検討したように、突然変異体ebh25−1(配列番号30)は変化した基質特異性を示し、この突然変異体によるエポチロンBのバイオトランスフォーメーションはエポチロンBまたはエポチロンFとは異なるHPLC溶出時間を有する生成物という結果となる。この未知の試料をLC−MSにより分析したところ、分子量が523(M.W.)であり、エポチロンBの単一のヒドロキシル化と一致することがわかった。このバイオトランスフォーメーション生成物の構造を、MSおよびNMRデータに基づいて(エポチロンBのデータと比較して)24−ヒドロキシル−エポチロンBと決定した:

Figure 2005514031
As discussed above, mutant ebh25-1 (SEQ ID NO: 30) exhibits altered substrate specificity and the biotransformation of epothilone B by this mutant is a different HPLC elution time than epothilone B or epothilone F. The result is a product with This unknown sample was analyzed by LC-MS and found to have a molecular weight of 523 (M.W.), consistent with a single hydroxylation of epothilone B. The structure of this biotransformation product was determined to be 24-hydroxyl-epothilone B based on MS and NMR data (compared to the epothilone B data):
Figure 2005514031

分子式:C2741NO
分子量:523
質量スペクトル:ES+(m/z):524([M+H])、506
LC/MS/MS:+ESI(m/z):524、506、476、436、320
HRMS:[M+H]として;計算値:524.2682;実測値:524.2701
HPLC(Rt):7.3分(分析的HPLC系で)
LC/NMR:ケミカルシフトを観察
Varian AS-600(プロトン:599.624MHz)
溶媒DO/CDCN(δ1.94):〜4/6

Figure 2005514031
*1.8〜2.1ppmのピークは溶媒抑制(solvent suppression)のために観察されなかった。 Molecular formula: C 27 H 41 NO 7 S
Molecular weight: 523
Mass spectrum: ES + (m / z): 524 ([M + H] + ), 506
LC / MS / MS: + ESI (m / z): 524, 506, 476, 436, 320
HRMS: As [M + H] + ; Calculated value: 524.2682; Found: 524.2701
HPLC (Rt): 7.3 minutes (with analytical HPLC system)
LC / NMR: Observe chemical shift
Varian AS-600 (Proton: 599.624 MHz)
Solvent D 2 O / CD 3 CN (δ 1.94): ˜4 / 6
Figure 2005514031
* A peak between 1.8 and 2.1 ppm was not observed due to solvent suppression.

プロトンのケミカルシフトは以下のように割り当てられた:

Figure 2005514031
*SSP:溶媒抑制のために観察されず。 Proton chemical shifts were assigned as follows:
Figure 2005514031
* SSP: Not observed due to solvent suppression.

従って、本発明の組成物および方法は、微小管安定化剤である公知の化合物並びに微小管安定化剤として有用であることが予期されるエポチロンアナログ(24−ヒドロキシル−エポチロンB(式A)など)および薬理学的に許容しうるその塩を含む新規な化合物を生成するのに有用である。これら組成物および方法を用いて生成した微小管安定化剤は、以下のものを含む(これらに限られるものではない)種々の癌および他の増殖性疾患の治療に有用である:
膀胱、乳房、直腸、腎臓、肝臓、肺、卵巣、膵臓、胃、子宮頸、甲状腺および皮膚のものを含む癌腫;扁平上皮細胞癌腫を含む;
白血病、急性リンパ球性白血病、急性リンパ芽球性白血病、B細胞リンパ腫、T細胞リンパ腫、ホジキンリンパ腫、非ホジキンリンパ腫、ヘアリーセルリンパ腫およびバーキットリンパ腫を含むリンパ系の造血性腫瘍;
急性および慢性の骨髄性白血病および前骨髄球性白血病を含む骨髄系の造血性腫瘍;
線維肉腫および横紋筋肉腫を含む間充織由来の腫瘍;
黒色腫、セミノーマ、奇形癌、神経芽細胞腫および神経膠芽細胞腫を含む他の腫瘍;
星状細胞種、神経芽細胞腫、神経膠芽細胞腫、および神経鞘腫を含む中枢および末梢神経系の腫瘍;
線維肉腫、横紋筋肉腫および骨肉腫を含む間充織由来の腫瘍;
黒色腫、色素性乾皮症、角化棘細胞腫、セミノーマ、甲状腺小胞癌および奇形癌を含む他の腫瘍。
Thus, the compositions and methods of the present invention are known compounds that are microtubule stabilizers and epothilone analogs that are expected to be useful as microtubule stabilizers (such as 24-hydroxyl-epothilone B (Formula A)). ) And pharmacologically acceptable salts thereof. Microtubule stabilizers produced using these compositions and methods are useful for the treatment of various cancers and other proliferative diseases, including but not limited to the following:
Carcinomas including those of the bladder, breast, rectum, kidney, liver, lung, ovary, pancreas, stomach, cervix, thyroid and skin; including squamous cell carcinoma;
Hematopoietic tumors of the lymphatic system including leukemia, acute lymphocytic leukemia, acute lymphoblastic leukemia, B cell lymphoma, T cell lymphoma, Hodgkin lymphoma, non-Hodgkin lymphoma, hairy cell lymphoma and Burkitt lymphoma;
Hematopoietic tumors of the myeloid lineage including acute and chronic myeloid leukemias and promyelocytic leukemias;
Tumors derived from mesenchyme including fibrosarcoma and rhabdomyosarcoma;
Other tumors including melanoma, seminoma, teratocarcinoma, neuroblastoma and glioblastoma;
Tumors of the central and peripheral nervous system, including astrocytoma, neuroblastoma, glioblastoma, and schwannoma;
Mesenchymal-derived tumors including fibrosarcoma, rhabdomyosarcoma and osteosarcoma;
Other tumors, including melanoma, xeroderma pigmentosum, keratinous squamous cell tumor, seminoma, thyroid follicular cancer and teratocarcinoma.

本発明の組成物および方法を用いて生成した微小管安定化剤はまた脈管形成をも抑制し、それによって腫瘍の増殖に影響を及ぼし、腫瘍および腫瘍関連疾患の治療をもたらすであろう。これら化合物のそのような抗脈管形成特性はまた、網膜血管新生に関連するある種の盲目、関節炎、とりわけ炎症性関節炎、多発性硬化症、再狭窄および乾癬を含む(これらに限られるものではない)、抗脈管形成剤が適用される他の状態の治療にも有用であろう。   Microtubule stabilizers produced using the compositions and methods of the present invention will also inhibit angiogenesis, thereby affecting tumor growth and resulting in the treatment of tumors and tumor-related diseases. Such anti-angiogenic properties of these compounds also include certain types of blindness, arthritis, especially inflammatory arthritis, multiple sclerosis, restenosis and psoriasis associated with retinal neovascularization. Not) and may be useful in the treatment of other conditions where anti-angiogenic agents are applied.

本発明の組成物および方法を用いて生成した微小管安定化剤は、正常な発生およびホメオスタシスにとって重要な生理的細胞死のプロセスであるアポトーシスを誘発または抑制するであろう。アポトーシス経路の変化はヒトの様々な疾患の病因に貢献する。式I、式IIおよび式Aによって示される化合物などの本発明の化合物は、アポトーシスのモデュレーターとして、癌、前癌病変、免疫応答関連疾患、ウイルス感染症、筋骨格系の変性疾患および腎臓疾患を含む(これらに限られるものではない)、アポトーシスに異常を有するヒトの様々な疾患の治療に有用であろう。   Microtubule stabilizers produced using the compositions and methods of the present invention will induce or inhibit apoptosis, a process of physiological cell death important for normal development and homeostasis. Changes in the apoptotic pathway contribute to the pathogenesis of various human diseases. The compounds of the present invention, such as the compounds represented by Formula I, Formula II and Formula A, can be used as modulators of apoptosis to treat cancer, precancerous lesions, immune response related diseases, viral infections, musculoskeletal degenerative diseases and kidney diseases Including, but not limited to, will be useful in the treatment of various diseases in humans with abnormalities in apoptosis.

いかなる機構または形態学にも限定されることを意図することなく、本発明の組成物および方法を用いて生成した微小管安定化剤はまた、癌や他の増殖性疾患以外の状態を治療するのにも用いることができる。そのような状態としては、ヘルペスウイルス、ポックスウイルス、エプスタインバーウイルス、シンドビスウイルスおよびアデノウイルスなどのウイルス感染症;全身性エリテマトーデス、免疫媒体糸球体腎炎、慢性関節リウマチ、乾癬、炎症性腸疾患および自己免疫真性糖尿病などの自己免疫疾患;アルツハイマー病、AIDS関連痴呆、パーキンソン病、筋萎縮性側索硬化症、色素性網膜炎、脊髄性筋萎縮症および小脳変性などの神経変性疾患;AIDS;骨髄異形成症候群;再生不良性貧血;虚血障害関連心筋梗塞;卒中および再潅流障害;再狭窄;不整脈;アテローム性動脈硬化症;毒素誘因またはアルコール誘因の肝疾患;慢性貧血および再生不良性貧血などの血液疾患;骨粗鬆症および関節炎などの筋骨格系の変性疾患;アスピリン感受性鼻副鼻腔炎;嚢胞性線維症;多発性硬化症;腎臓疾患;および癌の痛みが挙げられるが、これらに限られるものではない。   Without intending to be limited to any mechanism or morphology, microtubule stabilizers produced using the compositions and methods of the present invention also treat conditions other than cancer and other proliferative diseases Can also be used. Such conditions include viral infections such as herpes virus, pox virus, Epstein Barr virus, Sindbis virus and adenovirus; systemic lupus erythematosus, glomerulonephritis immune system, rheumatoid arthritis, psoriasis, inflammatory bowel disease and Autoimmune diseases such as autoimmune diabetes mellitus; neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease, AIDS-related dementia, Parkinson's disease, amyotrophic lateral sclerosis, retinitis pigmentosa, spinal muscular atrophy and cerebellar degeneration; AIDS; bone marrow Dysplasia syndrome; aplastic anemia; ischemic disorder-related myocardial infarction; stroke and reperfusion injury; restenosis; arrhythmia; atherosclerosis; toxin-induced or alcohol-induced liver disease; chronic anemia and aplastic anemia Blood diseases; musculoskeletal degenerative diseases such as osteoporosis and arthritis; Emissions sensitive rhinosinusitis; cystic fibrosis; multiple sclerosis; kidney disease; including but and cancer pain is not limited thereto.

以下の制限されない実施例は本発明をさらに説明するために提供される。
実施例
実施例1:試薬
R2培地を以下のようにして調製した。
ショ糖(103g)、KSO(0.25g)、MgCl・6HO(10.12g)、グルコース(10g)、Difcoカザミノ酸(0.1g)および蒸留水(800ml)を含む溶液を調製した。ついで、この溶液の80mlを、2.2gのDifco Bactoアガーを入れた200ml容のねじぶたビンに注いだ。ビンにふたをし、オートクレーブにかけた。使用時には培地を再溶解し、以下のオートクレーブ溶液を列挙した順に加えた:
1mlのKHPO(0.5%)
8mlのCaCl・2HO(3.68%)
1.5mlのL−プロリン(20%)
10mlのTES緩衝液(5.73%、pH7.2に調整)
ZnCl(40mg)、FeCl・6HO(200mg)、CuCl・2HO(10mg)、MnCl・4HO(10mg)、Na・10HO(10mg)および(NHMo24・HOを含む0.2mlの微量元素溶液
0.5mlのNaOH(1N)(滅菌は必要ない)
0.5mlの栄養要求体に必要な成長因子(ヒスチジン(50μg/ml);システイン(37μg/ml);アデニン、グアニン、チミジンおよびウラシル(7.5μg/ml);およびビタミン(0.5μg/ml))
The following non-limiting examples are provided to further illustrate the present invention.
Example
Example 1: Reagent
R2 medium was prepared as follows.
A solution containing sucrose (103 g), K 2 SO 4 (0.25 g), MgCl 2 .6H 2 O (10.12 g), glucose (10 g), Difco casamino acid (0.1 g) and distilled water (800 ml) Was prepared. Then 80 ml of this solution was poured into a 200 ml screw cap bottle containing 2.2 g Difco Bacto agar. The bottle was capped and autoclaved. In use, the medium was redissolved and the following autoclave solutions were added in the order listed:
1 ml of KH 2 PO 4 (0.5%)
8 ml of CaCl 2 · 2H 2 O (3.68%)
1.5 ml L-proline (20%)
10 ml of TES buffer (adjusted to 5.73%, pH 7.2)
ZnCl 2 (40 mg), FeCl 3 .6H 2 O (200 mg), CuCl 2 .2H 2 O (10 mg), MnCl 2 .4H 2 O (10 mg), Na 2 B 4 O 7 · 10H 2 O (10 mg) and 0.2 ml trace element solution containing (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 · H 2 O 0.5 ml NaOH (1N) (no sterilization required)
Growth factors required for 0.5 ml auxotrophs (histidine (50 μg / ml); cysteine (37 μg / ml); adenine, guanine, thymidine and uracil (7.5 μg / ml); and vitamins (0.5 μg / ml) ))

R2培地と同様にしてR2YE培地を調製した。しかしながら、5mlのDifco酵母エキス(10%)を使用時に各100ml容フラスコに加えた。 R2YE medium was prepared in the same manner as R2 medium. However, 5 ml of Difco yeast extract (10%) was added to each 100 ml flask at the time of use.

P(プロトプラスト)緩衝液を以下のようにして調製した。
以下のものからなる基礎溶液を調製した:
ショ糖(103g)
SO(0.25g)
MgCl・6HO(2.02g)
R2培地について記載した微量元素の溶液(2ml)
蒸留水(800mlまで)
P (protoplast) buffer was prepared as follows.
A base solution consisting of the following was prepared:
Sucrose (103g)
K 2 SO 4 (0.25 g)
MgCl 2 · 6H 2 O (2.02 g)
Trace element solution described for R2 medium (2 ml)
Distilled water (up to 800ml)

ついで、基礎溶液の80mlアリコートを分配し、オートクレーブにかけた。使用前に以下のものを列挙した順にて各フラスコに加えた:
1mlのKHPO(0.5%)
10mlのCaCl・2HO(3.68%)
TES緩衝液(5.75%、pH7.2に調整)
The 80 ml aliquot of the base solution was then dispensed and autoclaved. Prior to use, the following were added to each flask in the order listed:
1 ml of KH 2 PO 4 (0.5%)
10 ml of CaCl 2 · 2H 2 O (3.68%)
TES buffer (adjusted to 5.75%, pH 7.2)

以下の滅菌溶液を混合することによりT(形質転換)緩衝液を調製した:
25mlのショ糖(10.3%)
75mlの蒸留水
R2培地について記載した1mlの微量元素溶液
1mlのKSO(2.5%)
A T (transformation) buffer was prepared by mixing the following sterile solutions:
25 ml sucrose (10.3%)
75 ml distilled water 1 ml trace element solution described for R2 medium 1 ml K 2 SO 4 (2.5%)

ついで、この溶液の9.3mlに以下のものを加える:
0.2mlのCaCl(5M)
トリスの1M溶液から調製し、マレイン酸を加えてpH8.0に調整した0.5mlのトリスマレイン酸緩衝液。
使用に際しては、上記溶液の3重量部を前もってオートクレーブ滅菌したPEG1000の1重量部に加える。
The following is then added to 9.3 ml of this solution:
0.2 ml of CaCl 2 (5M)
0.5 ml of trismaleic acid buffer prepared from a 1 M solution of Tris and adjusted to pH 8.0 with maleic acid.
In use, 3 parts by weight of the above solution is added to 1 part by weight of PEG 1000 previously autoclaved.

以下の滅菌溶液を混合することによりL(溶解)緩衝液を調製した:
100mlのショ糖(10.3%)
10mlのTES緩衝液(5.73%、pH7.2に調整)
1mlのKSO(2.5%)
R2培地について記載した1mlの微量元素溶液
1mlのKHPO(0.5%)
0.1mlのMgCl・6HO(2.5M)
1mlのCaCl(0.25M)
L (lysis) buffer was prepared by mixing the following sterile solutions:
100 ml sucrose (10.3%)
10 ml of TES buffer (adjusted to 5.73%, pH 7.2)
1 ml of K 2 SO 4 (2.5%)
1 ml trace element solution described for R2 medium 1 ml KH 2 PO 4 (0.5%)
0.1 ml MgCl 2 .6H 2 O (2.5M)
1 ml of CaCl 2 (0.25M)

CRM培地
以下の成分を1リットルのdHO中に含む溶液を調製した:グルコース(10g)、ショ糖(103g)、MgCl・6HO(10.12g)、BBLTM trypticase soy broth(15g)(Becton Dickinson Microbiology Systems、スパークス、メリーランド、米国)、およびBBLTM酵母エキス(5g)(Becton Dickinson Microbiology Systems)。この溶液を30分間オートクレーブにかけた。培養液をプラスミドとともに増殖させるためチオストレプトンを10μg/mlの濃度にて加えた。
A solution containing the following components in 1 liter of dH 2 O was prepared: glucose (10 g), sucrose (103 g), MgCl 2 .6H 2 O (10.12 g), BBL trypticase soy broth (15 g) ) (Becton Dickinson Microbiology Systems, Sparks, MD, USA), and BBL yeast extract (5 g) (Becton Dickinson Microbiology Systems). This solution was autoclaved for 30 minutes. To grow the culture with the plasmid, thiostrepton was added at a concentration of 10 μg / ml.

エレクトロポレーション緩衝液
30%(w/v)PEG1000、10%グリセリン、および6.5%ショ糖を含む溶液をdHO中にて調製した。この溶液を0.22μmの酢酸セルロース膜での真空濾過により滅菌した。
A solution containing electroporation buffer 30% (w / v) PEG 1000, 10% glycerin, and 6.5% sucrose was prepared in dH 2 O. This solution was sterilized by vacuum filtration through a 0.22 μm cellulose acetate membrane.

実施例2:株SC15847からの染色体DNAの抽出
グアニジン−界面活性剤溶解法、DNAzol試薬(Invitrogen、カールスバード、カリフォルニア、米国)を用い、アミコラトプシス・オリエンタリスの土壌単離株の表示SC15847(ATCC PT−1043)からゲノムDNAを単離した。SC15847培養液をF7培地(グルコース2.2%、酵母エキス1.0%、麦芽エキス1.0%、ペプトン0.1%、pH7.0)中、28℃にて24時間増殖させた。20mlの培養液を遠心分離により回収し、20mlのDNAzolに再懸濁し、ピペッティングにより混合し、ついでBeckman TJ6遠心管中で10分間遠心分離にかけた。10mlの100%エタノールを加え、数回逆さまにし、室温にて3分間貯蔵した。DNAをガラスピペットに巻きつけ、100%エタノールで洗浄し、10分間空気乾燥した。ペレットを500μlの8mM NaOHに再懸濁し、溶解したら30μlの1M HEPES(pH7.2)で中和した。
Example 2: Extraction of chromosomal DNA from strain SC15847 Using a guanidine-surfactant lysis method, DNAzol reagent (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA), representation of a soil isolate of Amycolatopsis orientalis SC15847 (ATCC) Genomic DNA was isolated from PT-1043). The SC15847 culture was grown at 28 ° C. for 24 hours in F7 medium (glucose 2.2%, yeast extract 1.0%, malt extract 1.0%, peptone 0.1%, pH 7.0). 20 ml culture was collected by centrifugation, resuspended in 20 ml DNAzol, mixed by pipetting and then centrifuged in a Beckman TJ6 centrifuge tube for 10 minutes. 10 ml of 100% ethanol was added, inverted several times and stored at room temperature for 3 minutes. The DNA was wrapped around a glass pipette, washed with 100% ethanol and air dried for 10 minutes. The pellet was resuspended in 500 μl 8 mM NaOH, and once dissolved, neutralized with 30 μl 1M HEPES (pH 7.2).

実施例3:PCR反応
200〜500ngのゲノムDNAかまたは0.1μlのcDNA、フォアウォードプライマーおよびリバースプライマー[フォアウォードプライマーはP450−1(配列番号23)かまたはP450−1a(配列番号24)かまたはP450−2(配列番号25)のいずれかであり、リバースプライマーはP450−3(配列番号27)かまたはP450−2(配列番号26)のいずれかであった]を含むPCR反応液を50μlの容量で調製した。プライマーはすべて1.4〜2.0μMの最終濃度で加えた。PCR反応液は1μlのTaq酵素(2.5単位)(Stratagene)、5μlのTaq緩衝液および4μlの2.5mM dNTPを用い、dHOを50μlまで加えて調製した。サイクル反応は、GeneampR PCRシステムにて以下のプロトコールで行った:95℃にて5分間、5サイクル[95℃にて30秒、37℃にて15秒(30%ランプ(ramp))、72℃にて30秒]、35サイクル(94℃にて30秒、65℃にて15秒、72℃にて30秒)、72℃にて7分間。反応から予期されるサイズは、P450−1(配列番号23)またはP450−1a(配列番号24)とP450−3(配列番号27)とのプライマーペアについては340bp、P450−1(配列番号23)とP450−2(配列番号26)とのプライマーペアについては240bp、およびP450−2(配列番号25)とP450−3(配列番号27)とのプライマーペアについては130bpである。
Example 3: PCR reaction 200-500 ng genomic DNA or 0.1 μl cDNA, forward primer and reverse primer [Forward primer is P450-1 + (SEQ ID NO: 23) or P450-1a + (SEQ ID NO: 24 ) or P450-2 + (SEQ ID NO: 25) is any one of, the reverse primer P450-3 - (SEQ ID NO: 26) was either - (SEQ ID NO: 27) or P450-2 A PCR reaction was prepared in a volume of 50 μl. All primers were added at a final concentration of 1.4-2.0 μM. The PCR reaction solution was prepared by using 1 μl Taq enzyme (2.5 units) (Stratagene), 5 μl Taq buffer and 4 μl 2.5 mM dNTP, and adding dH 2 O to 50 μl. Cycle reaction was carried out in the following protocol in Geneamp R PCR System: 5 min at 95 ° C., 30 seconds at 5 cycles [95 ° C., 15 sec at 37 ° C. (30% ramp (ramp)), 72 30 ° C.], 35 cycles (94 ° C. for 30 seconds, 65 ° C. for 15 seconds, 72 ° C. for 30 seconds), 72 ° C. for 7 minutes. The expected size from the reaction, P450-1 + (SEQ ID NO: 23) or P450-1a + (SEQ ID NO: 24) P450-3 - 340bp for the primer pair (SEQ ID NO: 27), P450-1 + ( SEQ ID NO: 23) and P450-2 - (for primer pairs SEQ ID NO: 26) is 240 bp, and P450-2 + (SEQ ID NO: 25) P450-3 - (for primer pairs SEQ ID NO: 27) is a 130bp is there.

実施例4:エポチロンBヒドロキシラーゼ遺伝子およびフェレドキシン遺伝子のクローニング
20μgのSC15847ゲノムDNAをBglII制限酵素で37℃にて6時間消化した。30kナノセプカラム(Gelman Sciences、アンアーバー、ミシガン、米国)を用いてDNAを濃縮し、酵素および緩衝液を除去した。反応液を40μlに濃縮し、200μlのTEで洗浄した。ついで、消化生成物を0.7%アガロースゲルで分離し、12〜15kbの範囲のゲノムDNAをゲルから切り出し、Qiagenゲル抽出法を用いて精製した。ついで、ゲノムDNAを、BamHIで消化およびSAPI酵素(Roche Molecular Biochemicals、インディアナポリス、インディアナ、カタログ#1758 250)を用いて脱リン酸化しておいたプラスミドpWB19N(米国特許第5,516,679号)にライゲートした。ライゲーション反応は、1UのT4DNAリガーゼ(Invitrogen)を用い、15μlの容量で室温にて1時間行った。1μlのライゲーション液を100μlの化学的にコンピテントなDH10B細胞(Invitrogen)に形質転換し、100μlを30μg/mlのネオマイシンを含む5つのLBアガープレートに37℃にて一夜プレーティングした。
Example 4 Cloning of Epothilone B Hydroxylase Gene and Ferredoxin Gene 20 μg of SC15847 genomic DNA was digested with BglII restriction enzyme at 37 ° C. for 6 hours. DNA was concentrated using a 30k nanosep column (Gelman Sciences, Ann Arbor, Michigan, USA) to remove enzyme and buffer. The reaction solution was concentrated to 40 μl and washed with 200 μl of TE. The digested products were then separated on a 0.7% agarose gel and genomic DNA in the 12-15 kb range was excised from the gel and purified using the Qiagen gel extraction method. The genomic DNA was then digested with BamHI and dephosphorylated using the SAPI enzyme (Roche Molecular Biochemicals, Indianapolis, Indiana, catalog # 1758 250), plasmid pWB19N (US Pat. No. 5,516,679) Ligated to. The ligation reaction was performed using 1 U of T4 DNA ligase (Invitrogen) at a room temperature of 15 μl for 1 hour. 1 μl of ligation fluid was transformed into 100 μl of chemically competent DH10B cells (Invitrogen) and 100 μl was plated overnight at 37 ° C. on 5 LB agar plates containing 30 μg / ml neomycin.

5つのナイロンメンブレンサークル(Roche Molecular Biochemicals、インディアナポリス、インディアナ)に番号を付け、方向に印を付けた。メンブレンをプレート上に2分間置き、ついで5分間乾燥させた。ついで、メンブレンをファットマンフィルターディスク上に置き、10%SDSで5分間、1.5M NaClとともに0.5N NaOHで5分間、1.0Mトリス(pH8.0)とともに1.5M NaClで5分間、および2×SSCで15分間飽和させた。フィルターを以前にサザーンハイブリダイゼーションについて記載されたようにしてハイブリダイズさせた。ハイブリダイズしたコロニーを30μg/mlのネオマイシンを含む2mlのTBに採り、37℃で一夜増殖させた。プラスミドDNAをミニプレップカラム法(Mo Bio)を用いて単離した。このプラスミドをNPB29−1と称した。   Five nylon membrane circles (Roche Molecular Biochemicals, Indianapolis, Indiana) were numbered and the direction was marked. The membrane was placed on the plate for 2 minutes and then allowed to dry for 5 minutes. The membrane was then placed on a Fatman filter disk for 5 minutes with 10% SDS, 5 minutes with 0.5 M NaOH with 1.5 M NaCl, 5 minutes with 1.5 M NaCl with 1.0 M Tris (pH 8.0), and Saturated with 2 × SSC for 15 minutes. Filters were hybridized as previously described for Southern hybridization. Hybridized colonies were picked into 2 ml TB containing 30 μg / ml neomycin and grown overnight at 37 ° C. Plasmid DNA was isolated using the miniprep column method (Mo Bio). This plasmid was designated as NPB29-1.

実施例5:DNAシークエンシングおよび分析
クローニングしたPCR産物を、蛍光−染料−標識(fluorescent-dye-labeled)ターミネーターサイクルシークエンシング、Big-Dyeシークエンシングキット(Applied Biosystems、フォスターシティー、カリフォルニア、米国)を用いてシークエンシングし、レーザー誘導蛍光キャピラリー電気泳動、ABI Prism 310シークエンサー(Applied Biosystems)を用いて分析した。
Example 5: DNA sequencing and analysis Cloned PCR products were subjected to fluorescence-dye-labeled terminator cycle sequencing, Big-Dye sequencing kit (Applied Biosystems, Foster City, California, USA). And sequenced and analyzed using laser-induced fluorescence capillary electrophoresis, ABI Prism 310 sequencer (Applied Biosystems).

実施例6:全RNAの抽出
フェノールおよびグアニジンイソチオシアネートの単相溶液であるTrizol試薬(Invitrogen)を用いたChomczynskiおよびSacchi法の改変法を用い、全RNAをSC15847培養液から単離した。5mlのSC15847凍結ストック培養液を解凍し、500ml容エーレンマイヤーフラスコで100mlのF7培地に接種するのに用いた。培養液をシェーカーインキュベーター中、230rpmで30℃にて20時間、600nmでの光学濃度(OD600)が9.0となるまで増殖させた。培養液を16℃のシェーカーインキュベーターに230rpmで20分間置いた。25mgのエポチロンBを1mlの100%エタノールに溶解し、培養液に加えた。第二のmlのエタノールを用いて残留エポチロンBをチューブから濯ぎ、培養液に加えた。培養液を16℃、230rpmで30分間インキュベートした。30mlの培養液を50mlチューブに移し、150mgのリゾチームを培養液に加え、培養液を室温にて5分間インキュベートした。10mlの培養液を50mlファルコンチューブに入れ、TJ6遠心管中、4℃にて5分間遠心分離にかけた。2mlのクロロホルムを加え、チューブを15秒間激しく混合した。チューブを室温で2分間インキュベートし、TJ6遠心管の最高速度で10分間遠心分離にかけた。水性層を新たなチューブに移し、2.5mlのイソプロパノールを加えてRNAを沈殿させた。チューブを室温で10分間インキュベートし、4℃で10分間遠心分離にかけた。上澄み液を除去し、ペレットを70%エタノールで濯ぎ、真空下でしばらく乾燥させた。ペレットを150μlのRNアーゼ不含dHOに再懸濁した。このRNAに50μlの7.5M LiClを加え、−20℃にて30分間インキュベートした。RNAを遠心管で4℃にて10分間遠心分離にかけることによりペレット化した。ペレットを200μlの70%エタノールで濯ぎ、真空下でしばらく乾燥させ、150μlのRNアーゼ不含dHOに再懸濁した。
Example 6 Extraction of Total RNA Total RNA was isolated from SC15847 culture using a modified version of the Chomczynski and Sacchi method using Trizol reagent (Invitrogen), a single phase solution of phenol and guanidine isothiocyanate. 5 ml of SC15847 frozen stock culture was thawed and used to inoculate 100 ml of F7 medium in a 500 ml Erlenmeyer flask. The culture was grown in a shaker incubator at 230 rpm for 20 hours at 30 ° C. until the optical density at 600 nm (OD 600 ) was 9.0. The culture was placed in a 16 ° C. shaker incubator at 230 rpm for 20 minutes. 25 mg of epothilone B was dissolved in 1 ml of 100% ethanol and added to the culture solution. Residual epothilone B was rinsed from the tube with a second ml of ethanol and added to the culture. The culture was incubated at 16 ° C. and 230 rpm for 30 minutes. 30 ml of the culture solution was transferred to a 50 ml tube, 150 mg of lysozyme was added to the culture solution, and the culture solution was incubated at room temperature for 5 minutes. 10 ml of the culture solution was put into a 50 ml falcon tube and centrifuged at 4 ° C. for 5 minutes in a TJ6 centrifuge tube. 2 ml of chloroform was added and the tube was mixed vigorously for 15 seconds. Tubes were incubated for 2 minutes at room temperature and centrifuged for 10 minutes at the maximum speed of a TJ6 centrifuge tube. The aqueous layer was transferred to a new tube and 2.5 ml of isopropanol was added to precipitate the RNA. The tube was incubated at room temperature for 10 minutes and centrifuged at 4 ° C. for 10 minutes. The supernatant was removed and the pellet was rinsed with 70% ethanol and allowed to dry for a while under vacuum. The pellet was resuspended in 150 μl RNase-free dH 2 O. 50 μl of 7.5 M LiCl was added to this RNA and incubated at −20 ° C. for 30 minutes. RNA was pelleted by centrifuging at 4 ° C. for 10 minutes in a centrifuge tube. The pellet was rinsed with 200 μl 70% ethanol, dried for a while under vacuum and resuspended in 150 μl RNase free dH 2 O.

RNAをDNアーゼI(Ambion、オースチン、テキサス、米国)で処理した。25μlの全RNA(5.3μg/μl)、2.5μlのDNアーゼI緩衝液、1.0μlのDNアーゼIを加え、37℃で25分間インキュベートした。5μlのDNアーゼI不活化緩衝液を加え、2分間インキュベートし、1分間遠心分離にかけ、上澄み液を新たなチューブに移した。   RNA was treated with DNase I (Ambion, Austin, Texas, USA). 25 μl total RNA (5.3 μg / μl), 2.5 μl DNase I buffer, 1.0 μl DNase I were added and incubated at 37 ° C. for 25 minutes. 5 μl of DNase I inactivation buffer was added, incubated for 2 minutes, centrifuged for 1 minute, and the supernatant was transferred to a new tube.

実施例7:cDNA合成
Superscript II酵素(Invitrogen)を用いて全RNAからcDNAを合成した。1μlの全RNA(5.3μg/μl)、9μlのdHO、1μlのdNTP混合物(10mM)、および1μlのランダムヘキサマーを用いて反応液を調製した。反応液を65℃で5分間インキュベートし、ついで氷上に置いた。ついで以下の成分を加えた:4μlの第一鎖緩衝液、1μlのRNアーゼインヒビター、2.0μlの0.1M DTT、および1μlのSuperscript II酵素。反応液を室温で10分間、42℃で50分間、ついで70℃で15分間インキュベートした。1μlのRNアーゼHを加え、37℃で20分間、70℃で15分間インキュベートし、4℃で貯蔵した。
Example 7: cDNA synthesis
CDNA was synthesized from total RNA using Superscript II enzyme (Invitrogen). Reactions were prepared using 1 μl total RNA (5.3 μg / μl), 9 μl dH 2 O, 1 μl dNTP mixture (10 mM), and 1 μl random hexamer. The reaction was incubated at 65 ° C. for 5 minutes and then placed on ice. The following components were then added: 4 μl first strand buffer, 1 μl RNase inhibitor, 2.0 μl 0.1 M DTT, and 1 μl Superscript II enzyme. The reaction was incubated at room temperature for 10 minutes, 42 ° C. for 50 minutes, then 70 ° C. for 15 minutes. 1 μl of RNase H was added and incubated at 37 ° C. for 20 minutes, 70 ° C. for 15 minutes and stored at 4 ° C.

実施例8:DNA標識
ゲノムDNAおよびcDNAからのP450特異的生成物の増幅に用いたPCR条件を用いてプラスミドpCRscript-29の挿入物を増幅した。プラスミドpCRscript-29は、プライマーのP450−1(配列番号23)およびP450−3(配列番号27)を用いてSC15847ゲノムDNAから増幅した340bpのPCR断片を含んでいる。2μlのプラスミドプレップを鋳型として用い、全部で25サイクル行った。増幅した生成物を、Qiaquickゲル抽出システム(Qiagen)を用いてゲル精製した。抽出したDNAをエタノール沈殿し、5μlのTEに再懸濁させ、収量は500ngと評価された。この断片を、chem link標識試薬(Roche Molecular Biochemicals、インディアナポリス、インディアナ、カタログ#1 836 463)を用いてジゴキシゲニンで標識した。5μlのPCR産物を0.5μlのDig-chem linkと混合し、dHOを20μlまで加えた。反応液を85℃で30分間インキュベートし、5μlの停止溶液を加えた。プローブ濃度は20ng/μlと評価された。
Example 8: Insertion of plasmid pCRscript-29 was amplified using the PCR conditions used for amplification of P450 specific products from DNA-labeled genomic DNA and cDNA. Plasmid pCRscript-29 is the primer P450-1 + (SEQ ID NO: 23) and P450-3 - contains PCR fragment of 340bp was amplified from SC15847 genomic DNA (SEQ ID NO: 27). A total of 25 cycles were performed using 2 μl of plasmid prep as template. The amplified product was gel purified using a Qiaquick gel extraction system (Qiagen). The extracted DNA was ethanol precipitated and resuspended in 5 μl TE and the yield was estimated to be 500 ng. This fragment was labeled with digoxigenin using a chem link labeling reagent (Roche Molecular Biochemicals, Indianapolis, Indiana, catalog # 1 836 463). 5 μl of PCR product was mixed with 0.5 μl of Dig-chem link and dH 2 O was added to 20 μl. The reaction was incubated at 85 ° C. for 30 minutes and 5 μl of stop solution was added. The probe concentration was estimated to be 20 ng / μl.

実施例9:サザーンDNAハイブリダイゼーション
10μlのゲノムDNA(0.5μg/ml)を、BamHI、BglII、EcoRI、HindIIIまたはNotIで消化し、12ボルトにて16時間分離した。ゲルを0.25N HClで10分間脱プリン化し(depurinated)、真空ブロッター(Bio-Rad Laboratories, Inc.、ヘルキュールズ、カリフォルニア、米国、カタログ#165−5000)を用いて0.4N NaOH5”Hgで90分間、ナイロンメンブレン(Roche Molecular Biochemicals)に真空下で移した。メンブレンを1M酢酸アンモニウムで濯ぎ、Stratalinker UV Crosslinker(Stratagene)を用いてUV架橋した。メンブレンを2×SSCで濯ぎ、室温で貯蔵した。
Example 9: Southern DNA Hybridization 10 μl of genomic DNA (0.5 μg / ml) was digested with BamHI, BglII, EcoRI, HindIII or NotI and separated at 12 volts for 16 hours. The gel was depurinated with 0.25 N HCl for 10 min and 90 N with 0.4 N NaOH 5 "Hg using a vacuum blotter (Bio-Rad Laboratories, Inc., Hercules, California, USA, catalog # 165-5000). Transfer to nylon membrane (Roche Molecular Biochemicals) under vacuum for 1 minute, rinse membrane with 1M ammonium acetate and UV crosslink with Stratalinker UV Crosslinker (Stratagene) Rinse membrane with 2x SSC and store at room temperature.

メンブレンを20mlのDig Easy Hyb緩衝液(Roche Molecular Biochemicals)中、42℃で1時間プレハイブリダイズした。プローブを65℃で10分間変性させ、ついで氷上に置いた。Dig Easy Hyb中のおよその濃度が20ng/mlである5mlのプローブをメンブレンとともに42℃で一夜インキュベートした。メンブレンを室温で0.1%SDSを含む2×SCCで2回、ついで65℃で0.1%SDSを含む0.5×SSCで2回、洗浄した。メンブレンをGenius緩衝液1(10mMマレイン酸、15mM NaCl;pH7.5;0.3%v/v Tween 20)(Roche Molecular Biochemicals、インディアナポリス、インディアナ)で2分間平衡化し、ついで2%ブロッキング溶液(Genius緩衝液1中の2%ブロッキング試薬)(Roche Molecular Biochemicals、インディアナポリス、インディアナ)とともに室温で1時間インキュベートした。メンブレンを50mlのブロッキング溶液中の抗dig抗体の1:20,000希釈とともに30分間インキュベートした。メンブレンを50mlのGenius緩衝液1中で各15分間、2回洗浄した。メンブレンをGenius緩衝液3(10mMトリス−HCl、10mM NaCl;pH9.5)で2分間平衡化した。Genius緩衝液3中のCSPD(3−(4−メトキシスピロ{1,2−ジオキシエタン−3,2’−(5’−クロロ)トリシクロ[3.3.1.13,7]デカン}−4−イル)フェニルリン酸二ナトリウム)(Roche Molecular Biochemicals)の1:100希釈(1ml)をメンブレンに加えて室温で5分間インキュベートし、ついで37℃で15分間置いた。メンブレンをBiomax MLフィルム(Kodak、ロチェスター、ニューヨーク、米国)に1時間暴露した。 The membrane was prehybridized in 20 ml Dig Easy Hyb buffer (Roche Molecular Biochemicals) for 1 hour at 42 ° C. The probe was denatured at 65 ° C. for 10 minutes and then placed on ice. A 5 ml probe with an approximate concentration in Dig Easy Hyb of 20 ng / ml was incubated with the membrane at 42 ° C. overnight. The membrane was washed twice with 2 × SCC containing 0.1% SDS at room temperature and then twice with 0.5 × SSC containing 0.1% SDS at 65 ° C. The membrane was equilibrated with Genius buffer 1 (10 mM maleic acid, 15 mM NaCl; pH 7.5; 0.3% v / v Tween 20) (Roche Molecular Biochemicals, Indianapolis, Indiana) for 2 minutes, followed by a 2% blocking solution ( Incubated with 2% blocking reagent in Genius buffer 1) (Roche Molecular Biochemicals, Indianapolis, IN) for 1 hour at room temperature. The membrane was incubated for 30 minutes with a 1: 20,000 dilution of anti-dig antibody in 50 ml blocking solution. The membrane was washed twice in 50 ml Genius buffer 1 for 15 minutes each. The membrane was equilibrated with Genius buffer 3 (10 mM Tris-HCl, 10 mM NaCl; pH 9.5) for 2 minutes. CSPD (3- (4-methoxyspiro {1,2-dioxyethane-3,2 ′-(5′-chloro) tricyclo [3.3.1.1 3,7 ] decane} -4 in Genius Buffer 3 -Yl) Disodium phenylphosphate) (Roche Molecular Biochemicals) 1: 100 dilution (1 ml) was added to the membrane and incubated at room temperature for 5 minutes, then placed at 37 ° C for 15 minutes. The membrane was exposed to Biomax ML film (Kodak, Rochester, New York, USA) for 1 hour.

実施例10:大腸菌の形質転換
コンピテントな細胞をInvitrogenから購入した。大腸菌株DH10Bをゲノムクローニングの宿主として用いた。化学的にコンピテントな細胞を氷上で解凍し、100μlを氷上の17×100mmポリプロピレンチューブにアリコートした。1μlのライゲーション混合物を細胞に加え、氷上で30分間インキュベートした。細胞を42℃で45秒間インキュベートし、ついで氷上に1〜2分間置いた。0.9mlのSOC培地(Invitrogen)を加え、細胞を30〜37℃、200〜240rpmで1時間インキュベートした。細胞を選択培地(ネオマイシンまたはアンピシリンをそれぞれ30μg/mlまたは100μg/mlの濃度で含むLuriaアガー)上に置いた。
Example 10: Transformation of E. coli Competent cells were purchased from Invitrogen. E. coli strain DH10B was used as the host for genomic cloning. Chemically competent cells were thawed on ice and 100 μl was aliquoted into 17 × 100 mm polypropylene tubes on ice. 1 μl of ligation mixture was added to the cells and incubated on ice for 30 minutes. The cells were incubated at 42 ° C. for 45 seconds and then placed on ice for 1-2 minutes. 0.9 ml of SOC medium (Invitrogen) was added and the cells were incubated at 30-37 ° C., 200-240 rpm for 1 hour. Cells were placed on selective medium (Luria agar containing neomycin or ampicillin at a concentration of 30 μg / ml or 100 μg / ml, respectively).

実施例11:ストレプトミセス・リビダンスTK24の形質転換
プラスミドpWB19NをHindIIIで消化およびSAPIで処理し、プラスミドpANT849(Keiserら、2000, Practical Streptomyces Genetics, John Innes)をHindIIIで消化することにより、プラスミドpWB19N849を構築した。これら2つの線状化した断片を1UのT4DNAリガーゼを用いて室温で1時間ライゲートした。1μlのライゲーション溶液を用いてXL−1 Blueエレクトロコンピテント細胞(Stratagene)を形質転換した。回収した細胞をLBネオマイシン(30μg/ml)に37℃にて一夜プレーティングした。コロニーを30μg/mlのネオマイシンを含む2mlのLBに採り、30℃で一夜インキュベートした。MoBioプラスミドミニプレップをすべての培養液について行った。pWB19NとpANT849とのライゲーションにより構築したプラスミドを0.7%アガロース上での電気泳動移動度により決定した。プラスミドpWB19N849をHindIIIおよびBglIIで消化して、BglIIおよびHindIIIで消化したプラスミドpANT849と等価な5.3kb断片を切り出した。この5.3kb断片をアガロースゲル上で精製し、Qiaquickゲル抽出システムを用いて抽出した。
Example 11: Transformation of Streptomyces lividans TK24 Plasmid pWB19N is digested with HindIII and treated with SAPI, and plasmid pANT849 (Keiser et al., 2000, Practical Streptomyces Genetics, John Innes) is digested with HindIII to produce plasmid pWB19N849. It was constructed. These two linearized fragments were ligated with 1 U T4 DNA ligase for 1 hour at room temperature. 1 μl ligation solution was used to transform XL-1 Blue electrocompetent cells (Stratagene). The collected cells were plated overnight at 37 ° C. in LB neomycin (30 μg / ml). Colonies were picked into 2 ml LB containing 30 μg / ml neomycin and incubated overnight at 30 ° C. MoBio plasmid minipreps were performed on all cultures. The plasmid constructed by ligation of pWB19N and pANT849 was determined by electrophoretic mobility on 0.7% agarose. Plasmid pWB19N849 was digested with HindIII and BglII, and a 5.3 kb fragment equivalent to plasmid pANT849 digested with BglII and HindIII was excised. This 5.3 kb fragment was purified on an agarose gel and extracted using a Qiaquick gel extraction system.

エポチロンBヒドロキシラーゼ遺伝子および下流のフェレドキシン遺伝子を含む1.469kb DNA断片をPCRを用いて増幅した。50μlのPCR反応液は、5μlのTaq緩衝液、2.5μlのグリセリン、1μlの20ng/μl NPB29−1プラスミド、0.4μlの25mM dNTP、各1.0μlのプライマーNPB29−6F(配列番号28)およびNPB29−7R(配列番号29)(5ピコモル/μl)、38.1μlのdHOおよび0.5μlのTaq酵素(Stratagene)からなっていた。反応をPerkin Elmer 9700で95℃で5分間、ついで30サイクル(96℃で30秒間、60℃で30秒間、72℃で2分間)、および72℃で7分間行った。PCR生成物をPCRクリーンアップ(cleanup)法でQiagenミニエルートカラムを用いて精製した。精製した生成物をBglIIおよびHindIIIで消化し、0.7%アガロースゲルで精製した。1.469kbのバンドをゲルから切り出し、Qiagenミニエルートカラムを用いて溶出した。このPCR生成物5μlを10μlのライゲーション反応液中、BglIIおよびHindIIIで消化したpANT849ベクターとライゲートした。反応液を室温で24時間インキュベートし、ついでストレプトミセス・リビダンスTK24プロトプラストに形質転換した。 A 1.469 kb DNA fragment containing the epothilone B hydroxylase gene and the downstream ferredoxin gene was amplified using PCR. 50 μl PCR reaction was 5 μl Taq buffer, 2.5 μl glycerin, 1 μl 20 ng / μl NPB29-1 plasmid, 0.4 μl 25 mM dNTP, 1.0 μl each primer NPB29-6F (SEQ ID NO: 28) And NPB29-7R (SEQ ID NO: 29) (5 pmol / μl), 38.1 μl dH 2 O and 0.5 μl Taq enzyme (Stratagene). The reaction was run on a Perkin Elmer 9700 at 95 ° C for 5 minutes, then 30 cycles (96 ° C for 30 seconds, 60 ° C for 30 seconds, 72 ° C for 2 minutes), and 72 ° C for 7 minutes. The PCR product was purified using a Qiagen minielut column by the PCR cleanup method. The purified product was digested with BglII and HindIII and purified on a 0.7% agarose gel. A 1.469 kb band was excised from the gel and eluted using a Qiagen minielut column. 5 μl of this PCR product was ligated with pANT849 vector digested with BglII and HindIII in 10 μl of ligation reaction. The reaction was incubated at room temperature for 24 hours and then transformed into Streptomyces lividans TK24 protoplasts.

20mlのYEME培地にストレプトミセス・リビダンスTK24の凍結胞子懸濁液を接種し、125ml容の両くぼみ(bi-indent)フラスコ中で48時間増殖させた。プロトプラストはPractical Streptomyces Geneticsの記載に従って調製した。ライゲーション反応液をプロトプラストと混合し、ついで500μlの形質転換緩衝液を加え、ついで5mlのP緩衝液を直ちに加えた。形質転換反応液を2,750rpmで7分間充分に(down)回転させ、100μlのP緩衝液に再懸濁し、一つのR2YEプレートにプレーティングした。このプレートを28℃で20時間インキュベートし、ついで250μg/mlのチオストレプトンを含む5mlの0.7%LBアガーを重層した。7日後、コロニーを50μg/mlのチオストレプトンを含むR2YEグリッドプレートに採った。コロニーを28℃でさらに5日間増殖させ、4℃で貯蔵した。   20 ml of YEME medium was inoculated with a frozen spore suspension of Streptomyces lividans TK24 and grown for 48 hours in a 125 ml bi-indent flask. Protoplasts were prepared as described in Practical Streptomyces Genetics. The ligation reaction was mixed with protoplasts, then 500 μl of transformation buffer was added and then 5 ml of P buffer was added immediately. The transformation reaction was spun down at 2,750 rpm for 7 minutes, resuspended in 100 μl P buffer and plated on one R2YE plate. The plate was incubated at 28 ° C. for 20 hours and then overlaid with 5 ml of 0.7% LB agar containing 250 μg / ml thiostrepton. Seven days later, colonies were picked onto R2YE grid plates containing 50 μg / ml thiostrepton. Colonies were grown for an additional 5 days at 28 ° C and stored at 4 ° C.

この組換え微生物はATCCに寄託してあり、PTA−4022と表示されている。   This recombinant microorganism has been deposited with ATCC and is labeled PTA-4022.

実施例12:ストレプトミセス・リモススの形質転換
PigacおよびSchrempf、Appl. Environ. Microb., Vol. 61, No. 1, 352-356 (1995)の手順を用いてストレプトミセス・リモススを形質転換した。ストレプトミセス・リモスス株R6 593を20mlのCRM培地中、30℃にてロータリーシェーカー(250rpm)上で培養した。細胞を24時間の時点で5,000rpm、4℃で5分間遠心分離にかけることにより回収し、20mlの10%ショ糖に4℃で再懸濁し、5,000rpm、4℃で5分間遠心分離にかけた。ペレットを10mlの15%グリセリンに4℃で再懸濁し、5,000rpm、4℃で5分間遠心分離にかけた。ペレットを2mlの15%グリセリンに100μg/mlのリゾチームとともに4℃で再懸濁し、37℃で30分間インキュベートし、5,000rpm、4℃で5分間遠心分離にかけ、2mlの15%グリセリンに4℃で再懸濁した。15%グリセリン洗浄を1回繰り返し、ペレットを1〜2mlのエレクトロポレーション緩衝液に再懸濁した。細胞を50〜200μlのアリコートとして−80℃にて貯蔵した。
Example 12: Transformation of Streptomyces limos
Streptomyces limos was transformed using the procedure of Pigac and Schrempf, Appl. Environ. Microb., Vol. 61, No. 1, 352-356 (1995). Streptomyces limosus strain R6 593 was cultured in a 20 ml CRM medium at 30 ° C. on a rotary shaker (250 rpm). Cells were harvested by centrifugation at 5,000 rpm, 4 ° C for 5 minutes at 24 hours, resuspended in 20 ml of 10% sucrose at 4 ° C, and centrifuged at 5,000 rpm, 4 ° C for 5 minutes. I went to. The pellet was resuspended in 10 ml 15% glycerin at 4 ° C. and centrifuged at 5,000 rpm, 4 ° C. for 5 minutes. The pellet was resuspended in 2 ml 15% glycerin with 100 μg / ml lysozyme at 4 ° C., incubated at 37 ° C. for 30 minutes, centrifuged at 5,000 rpm, 4 ° C. for 5 minutes, And resuspended. The 15% glycerin wash was repeated once and the pellet was resuspended in 1-2 ml of electroporation buffer. Cells were stored as aliquots of 50-200 μl at −80 ° C.

ライゲーション液をストレプトミセス・リビダンスの形質転換について記載したのと同様にして調製した。ライゲーション反応液をインキュベートした後、容量をdHOで100μlとし、NaClを0.3Mまで加え、反応液を等容量の24:1:1フェノール:クロロホルム:イソアミルアルコールで抽出した。20μgのグリコーゲンを加え、ライゲートしたDNAを2容量の100%エタノールで−20℃にて30分間沈殿させた。DNAをミクロ遠心管で10分間ペレット化し、70%エタノールで1回洗浄し、speed-vac濃縮機で5分間乾燥させ、5μlのdHOに再懸濁した。 Ligation fluid was prepared as described for Streptomyces lividans transformation. After incubating the ligation reaction, the volume was made up to 100 μl with dH 2 O, NaCl was added to 0.3 M, and the reaction was extracted with an equal volume of 24: 1: 1 phenol: chloroform: isoamyl alcohol. 20 μg of glycogen was added and the ligated DNA was precipitated with 2 volumes of 100% ethanol at −20 ° C. for 30 minutes. The DNA was pelleted in a microcentrifuge tube for 10 minutes, washed once with 70% ethanol, dried for 5 minutes on a speed-vac concentrator, and resuspended in 5 μl dH 2 O.

細胞の凍結アリコートの一つを室温で解凍し、エレクトロポレーションの各DNA試料について50μl/チューブに分けた。細胞を使用時まで氷上で貯蔵した。1〜2μlのdHO中のDNAを加え、混合した。細胞とDNAとの混合物を、前もって氷上で冷却しておいたギャップが2mmのエレクトロキュベット(Bio-Rad Laboratories、リッチモンド、カリフォルニア、米国)に移した。Gene PulserTM(Bio-Rad Laboratories)を用い、2kV(10kV/cm)、25μF、400オームの設定で細胞をエレクトロポレーションした。細胞を0.75〜1.0mlのCRM(0〜4℃)で希釈し、15ml培養チューブに移し、攪拌しながら30℃で3時間インキュベートした。細胞を10〜30μg/mlのチオストレプトンを含むtrypticase soy brothアガープレートにプレーティングした。 One frozen aliquot of cells was thawed at room temperature and divided into 50 μl / tube for each DNA sample for electroporation. Cells were stored on ice until use. 1-2 μl of DNA in dH 2 O was added and mixed. The cell and DNA mixture was transferred to a 2 mm gap electro cuvette (Bio-Rad Laboratories, Richmond, California, USA) that had been previously chilled on ice. Cells were electroporated using Gene Pulser (Bio-Rad Laboratories) at 2 kV (10 kV / cm), 25 μF, 400 ohm settings. The cells were diluted with 0.75-1.0 ml CRM (0-4 ° C.), transferred to a 15 ml culture tube and incubated for 3 hours at 30 ° C. with agitation. Cells were plated on trypticase soy broth agar plates containing 10-30 μg / ml thiostrepton.

実施例13:高速液体クロマトグラフィー
Waters 2690 Separation Moduleシステム(Waters Corp.、ミルフォード、マサチューセッツ、米国)およびSymmetryShield RP8、粒径3.5μmを充填したカラム4.6×150mm(Waters Corp.、ミルフォード、マサチューセッツ、米国)を用いて液体クロマトグラフィー分離を行った。勾配移動相プログラミングを1.0ml/分の流速で用いた。溶出液Aは、水/アセトニトリル(20:1)+10mM酢酸アンモニウムであった。溶出液Bは、アセトニトリル/水(20:1)であった。移動相を12%Bから28%Bへ6分間かけて線状勾配し、28%Bで4分間アイソクラチックとした。この次に20分間かけて28%Bから100%Bへの線状勾配および2分間かけて12%Bへの線状勾配を行い、12%Bで3分間保持した。
Example 13: High performance liquid chromatography
Using a Waters 2690 Separation Module system (Waters Corp., Milford, Mass., USA) and a 4.6 × 150 mm column (Waters Corp., Milford, Mass., USA) packed with SymmetryShield RP 8 , particle size 3.5 μm. Liquid chromatography separation. Gradient mobile phase programming was used at a flow rate of 1.0 ml / min. Eluent A was water / acetonitrile (20: 1) +10 mM ammonium acetate. The eluent B was acetonitrile / water (20: 1). The mobile phase was linearly ramped from 12% B to 28% B over 6 minutes and isocratic at 28% B for 4 minutes. This was followed by a linear gradient from 28% B to 100% B over 20 minutes and 12% B over 2 minutes and held at 12% B for 3 minutes.

実施例14:質量分光測光
カラム溶出液をZMD質量分析計(Micromass、マンチェスター、英国)のエレクトロスプレーイオン源に直接導入した。この装置はTest Juice参照標準(Waters Corp.、ミルフォード、マサチューセッツ、米国)を用いて目盛りが付されており、手動ポンプ(syringe pump)(Harvard Apparatus、ホリストン、マサチューセッツ、米国)から10μl/分の流速で送達された。質量分析計は13.2の低い質量解析および11.2の高い質量解析で操作した。10スペクトル/秒の捕捉速度でm/z100〜600のスキャン範囲を用い、スペクトルを捕捉した。使用したイオン化法は正イオンエレクトロスプレー(ES)であった。スプレーヤーの電圧は2900Vに保持し、イオン源の円錐体(cone)電圧は17Vの電位で保持した。
Example 14: Mass spectrophotometric column eluate was introduced directly into the electrospray ion source of a ZMD mass spectrometer (Micromass, Manchester, UK). The instrument is calibrated using the Test Juice reference standard (Waters Corp., Milford, Massachusetts, USA) and 10 μl / min from a syringe pump (Harvard Apparatus, Holliston, Massachusetts, USA). Delivered at a flow rate. The mass spectrometer was operated with a low mass analysis of 13.2 and a high mass analysis of 11.2. Spectra were captured using a scan range of m / z 100-600 with a capture rate of 10 spectra / second. The ionization method used was positive ion electrospray (ES). The sprayer voltage was held at 2900V and the cone voltage of the ion source was held at a potential of 17V.

実施例15:他の微生物からシトクロムP450遺伝子を単離するためのebh遺伝子配列(配列番号1)の使用
ゲノムDNAをDNAzol試薬を用いて培養液のセット(ATCC43491、ATCC14930、ATCC53630、ATCC53550、ATCC39444、ATCC43333、ATCC35165)から単離した。このDNAを、ebh遺伝子の配列に対してデザインしたプライマーを使用するPCR反応に鋳型として用いた。3セットのプライマーを増幅に用いた:NPB29−6f(配列番号28)とNPB29−7r(配列番号29)、NPB29−16f(配列番号50)とNPB29−17r(配列番号51)、およびNPB29−19f(配列番号52)とNPB29−20r(配列番号53)。
Example 15: Use of ebh gene sequence (SEQ ID NO: 1) for isolating cytochrome P450 gene from other microorganisms A set of culture solutions (ATCC 43491, ATCC 14930, ATCC 53630, ATCC 53550, ATCC 39444, genomic DNA using DNAzol reagent ) Isolated from ATCC 43333, ATCC 35165). This DNA was used as a template in a PCR reaction using primers designed for the sequence of the ebh gene. Three sets of primers were used for amplification: NPB29-6f (SEQ ID NO: 28) and NPB29-7r (SEQ ID NO: 29), NPB29-16f (SEQ ID NO: 50) and NPB29-17r (SEQ ID NO: 51), and NPB29-19f (SEQ ID NO: 52) and NPB29-20r (SEQ ID NO: 53).

200〜500ngのゲノムDNAおよびフォアウォードプライマーおよびリバースプライマーを含むPCR反応液を20μlの容量で調製した。プライマーはすべて1.4〜2.0μMの最終濃度で加えた。PCR反応液は0.2μlのAdvantageTM 2 Taq酵素(BD Biosciences Clontech、パロアルト、カリフォルニア、米国)、2μlのAdvantageTM 2 Taq緩衝液および0.2μlの2.5mM dNTPを用い、dHOを20μlまで加えて調製した。サイクル反応は、GeneampR 9700PCRシステムまたはMastercyclerR勾配(Eppendorf、ウエストベリー、ニューヨーク、米国)にて以下のプロトコールで行った:95℃にて5分間、35サイクル(96℃にて20秒、54〜69℃にて30秒、72℃にて2分間)、72℃にて7分間。PCR生成物の予期されるサイズは、NPB29−6f(配列番号28)とNPB29−7r(配列番号29)とのプライマーペアについては約1469bp、NPB29−16f(配列番号50)とNPB29−17r(配列番号51)とのプライマーペアについては1034bp、およびNPB29−19f(配列番号52)とNPB29−20r(配列番号53)とのプライマーペアについては1318bpである。PCR反応液を0.7%アガロースゲルで分析した。予期されたサイズのPCR産物をゲルから切り出し、Qiagenゲル抽出法を用いて精製した。精製した生成物をBig-Dyeシークエンシングキットを用いてシークエンシングし、ABI310シークエンサーを用いて分析した。 A PCR reaction solution containing 200-500 ng of genomic DNA and forward and reverse primers was prepared in a volume of 20 μl. All primers were added at a final concentration of 1.4-2.0 μM. The PCR reaction used was 0.2 μl Advantage 2 Taq enzyme (BD Biosciences Clontech, Palo Alto, Calif., USA), 2 μl Advantage 2 Taq buffer and 0.2 μl 2.5 mM dNTP, 20 μl dH 2 O. To prepare. Cycle reaction, Geneamp R 9700PCR system or Mastercycler R gradient (Eppendorf, Westbury, NY, USA) at was carried out according to the following protocol: 5 min at 95 ° C., 35 cycles (96 ° C. at 20 seconds, 54 to 69 ° C for 30 seconds, 72 ° C for 2 minutes), 72 ° C for 7 minutes. The expected size of the PCR product is approximately 1469 bp for the NPB29-6f (SEQ ID NO: 28) and NPB29-7r (SEQ ID NO: 29) primer pair, NPB29-16f (SEQ ID NO: 50) and NPB29-17r (SEQ ID NO: 29). The primer pair with No. 51) is 1034 bp, and the primer pair with NPB29-19f (SEQ ID No. 52) and NPB29-20r (SEQ ID No. 53) is 1318 bp. The PCR reaction was analyzed on a 0.7% agarose gel. The expected size PCR product was excised from the gel and purified using the Qiagen gel extraction method. The purified product was sequenced using the Big-Dye sequencing kit and analyzed using the ABI310 sequencer.

実施例16:プラスミドpPCRscript-ebhの構築
エポチロンBヒドロキシラーゼ遺伝子および下流のフェレドキシン遺伝子を含む1.469kb DNA断片をPCRを用いて増幅した。50μlのPCR反応液は、5μlのTaq緩衝液、2.5μlのグリセリン、1μlの20ng/μl NPB29−1プラスミド、0.4μlの25mM dNTP、各1.0μlのプライマーNPB29−6f(配列番号28)およびNPB29−7r(配列番号29)(5ピコモル/μl)、38.1μlのdHOおよび0.5μlのTaq酵素(Stratagene)からなっていた。反応をGeneampR 9700PCRシステムで以下の条件で行った:95℃で5分間、ついで30サイクル(96℃で30秒間、60℃で30秒間、72℃で2分間)、および72℃で7分間。PCR生成物をPCRクリーンアップ法でQiagen Qiaquickカラムを用いて精製した。精製した生成物をBglIIおよびHindIIIで消化し、0.7%アガロースゲルで精製した。1.469kbのバンドをゲルから切り出し、Qiagen Qiaquickゲル抽出法を用いて溶出した。ついで、これら断片を、PCRscript Ampクローニングキットを用いてpPCRscript Ampベクターにクローニングした。挿入物を含むコロニーを、100μg/mlのアンピシリンを含む1〜2mlのLB(Luria Broth)に37℃、230〜300rpmで16〜24時間採った。プラスミド単離をMo Bioミニプラスミドプレップキットを用いて行った。挿入物の配列を、Big-Dyeシークエンシングキットを用いたサイクルシークエンシングにより確認した。このプラスミドをpPCRscript-ebhと称した。
Example 16: Construction of plasmid pPCRscript-ebh A 1.469 kb DNA fragment containing the epothilone B hydroxylase gene and the downstream ferredoxin gene was amplified using PCR. 50 μl PCR reaction was 5 μl Taq buffer, 2.5 μl glycerin, 1 μl 20 ng / μl NPB29-1 plasmid, 0.4 μl 25 mM dNTP, 1.0 μl each primer NPB29-6f (SEQ ID NO: 28) And NPB29-7r (SEQ ID NO: 29) (5 pmol / μl), 38.1 μl dH 2 O and 0.5 μl Taq enzyme (Stratagene). The reaction was carried out under the following conditions in the Geneamp R 9700PCR system: 95 ° C. for 5 minutes, then 30 cycles (96 for 30 seconds ° C., 30 sec at 60 ° C., 2 minutes at 72 ° C.), and 72 ° C. for 7 min. The PCR product was purified using a Qiagen Qiaquick column with the PCR cleanup method. The purified product was digested with BglII and HindIII and purified on a 0.7% agarose gel. A 1.469 kb band was excised from the gel and eluted using the Qiagen Qiaquick gel extraction method. These fragments were then cloned into the pPCRscript Amp vector using the PCRscript Amp cloning kit. Colonies containing the insert were picked in 1-2 ml LB (Luria Broth) containing 100 μg / ml ampicillin for 16-24 hours at 37 ° C. and 230-300 rpm. Plasmid isolation was performed using the Mo Bio mini plasmid prep kit. The sequence of the insert was confirmed by cycle sequencing using the Big-Dye sequencing kit. This plasmid was called pPCRscript-ebh.

実施例17:改良した収量または変化した特異性のためのebh遺伝子の突然変異誘発
QuikchangeR XL Site-Directed Mutagenesis KitおよびQuikchangeR Multi Site-Directed Mutagenesisキット(ともにStratageneから)を用い、ebh遺伝子のコード領域に突然変異を導入した。これら両方法は、所望の突然変異を含む35〜45塩基の長さのDNAプライマー(配列番号54〜59および77)、メチル化した環状プラスミド鋳型およびPfuTurboRDNAポリメラーゼ(米国特許第5,545,552号および同第5,866,395号および同第5,948,663号)を用い、突然変異誘導プライマーによりもたらされる突然変異を導入したプラスミド鋳型のコピーを生成した。その後の制限エンドヌクレアーゼ酵素DpnIを用いた反応液の消化は、メチル化されたプラスミド鋳型を選択的に消化するが、メチル化されていない突然変異プラスミドは完全なままに残す。DpnI消化工程(インキュベート時間を1時間から3時間に長くした)を除き、すべての手順は製造業者の指示に従った。pPCRscript-ebhベクターを突然変異誘発の鋳型として用いた。
Example 17: Mutagenesis of the ebh gene for improved yield or altered specificity
Using Quikchange R XL Site-Directed Mutagenesis Kit and Quikchange R Multi Site-Directed Mutagenesis Kit (both from Stratagene), mutations were introduced into the coding region of ebh gene. Both methods are 35 to 45 bases in length of a DNA primer (SEQ ID NO 54 to 59 and 77) containing the desired mutation, methylated cyclic plasmid template and PfuTurbo R DNA polymerase (U.S. Patent No. 5,545, 552 and 5,866,395 and 5,948,663) were used to generate a copy of the plasmid template with the mutation introduced by the mutagenic primer. Subsequent digestion of the reaction with the restriction endonuclease enzyme DpnI selectively digests the methylated plasmid template, but leaves the unmethylated mutant plasmid intact. Except for the DpnI digestion step (incubation time was increased from 1 to 3 hours), all procedures followed the manufacturer's instructions. The pPCRscript-ebh vector was used as a mutagenesis template.

1〜2μlの反応液をXL1-Blueエレクトロコンピテント細胞かまたはXL10-Goldウルトラコンピテント細胞(Stratagene)のいずれかに形質転換した。細胞をLA(Luria Agar)100μg/mlアンピシリンプレート上に、プレート当たり100コロニーを超える密度でプレーティングし、30〜37℃で24〜48時間インキュベートした。プレート全体を100μg/mlのアンピシリンを含む5mlのLBに再懸濁した。細胞を遠心分離にかけ、ついでMo Bioミニプレップ法を用いてプラスミドを精製することにより、プラスミドを再懸濁細胞から直接単離した。ついで、このプラスミドをプライマーNPB29−6f(配列番号28)およびNPB29−7r(配列番号29)を用いたPCRの鋳型として用いて突然変異した発現カセットを増幅させた。制限酵素BglIIおよびHindIIIによる1.469kb PCR産物の消化を、これもBglIIおよびHindIIIで消化したベクターpANT849へのライゲーション用断片を調製するのに用いた。あるいは、再懸濁した細胞を用いて100μg/mlのアンピシリンを含む20〜50mlのLBに接種し、30〜37℃で18〜24時間増殖させた。培養液に対してQiagenミニプレップを行って所望の突然変異を含むプラスミドDNAを単離した。制限酵素BglIIおよびHindIIIによる消化を用い、BglIIおよびHindIII消化したプラスミドpANT849へのライゲーションのための突然変異した発現カセットを切り出した。記載に従ってストレプトミセス・リビダンスまたはストレプトミセス・リモススで突然変異体のスクリーニングを行った。 1-2 μl of the reaction was transformed into either XL1-Blue R electrocompetent cells or XL10-Gold R ultracompetent cells (Stratagene). Cells were plated on LA (Luria Agar) 100 μg / ml ampicillin plates at a density of over 100 colonies per plate and incubated at 30-37 ° C. for 24-48 hours. The entire plate was resuspended in 5 ml LB containing 100 μg / ml ampicillin. The plasmid was isolated directly from the resuspended cells by centrifuging the cells and then purifying the plasmid using the Mo Bio miniprep method. The mutated expression cassette was then amplified using this plasmid as a template for PCR using primers NPB29-6f (SEQ ID NO: 28) and NPB29-7r (SEQ ID NO: 29). Digestion of the 1.469 kb PCR product with restriction enzymes BglII and HindIII was used to prepare a fragment for ligation into the vector pANT849, also digested with BglII and HindIII. Alternatively, resuspended cells were used to inoculate 20-50 ml LB containing 100 μg / ml ampicillin and grown at 30-37 ° C. for 18-24 hours. Qiagen miniprep was performed on the culture to isolate plasmid DNA containing the desired mutation. Digestion with restriction enzymes BglII and HindIII was used to excise the mutated expression cassette for ligation into BglII and HindIII digested plasmid pANT849. Mutants were screened with Streptomyces lividans or Streptomyces limos as described.

別法として、Leungらの方法(Technique-A Journal of Methods in Cell and Molecular Biology, Vol. 1, No. 1, 11-15 (1989))を用いてebh遺伝子のランダム突然変異ライブラリーを生成した。マンガンおよび/または低減したdATP濃度を用いてTaqポリメラーゼの突然変異誘発頻度を制御する。プラスミドpCRscript-ebhをNotIで消化してプラスミドを線状にした。ポリメラーゼ緩衝液を、0.166M (NHSO、0.67Mトリス−HCl(pH8.8)、61mM MgCl、67μM EDTA(pH8.0)、1.7mg/mlウシ血清アルブミンを用いて調製した。PCR反応液を、10μlのNotI消化したpCRscript-ebh(0.1ng/μl)、10μlのポリメラーゼ緩衝液、1.0μlの1M β−メルカプトエタノール、10.0μlのDMSO、1.0μlのNPB29−6f(配列番号28)プライマー(100ピコモル/μl)、1.0μlのNPB29−7r(配列番号29)プライマー(100ピコモル/μl)、10μlの5mM MnCl、10.0μlの10mM dGTP、10.0μlの2mM dATP、10mM dTTP、10.0μlの10mM dCTP、および2.0μlのTaqポリメラーゼを用いて調製した。dHOを加えて100μlとした。反応液も上記と同様にして調製したが、MnClは用いなかった。サイクリング反応をGeneAmpR PCRシステムで以下のプロトコールにて行った:95℃で1分間、25〜30サイクル(94℃で1分間、55℃で30秒間、72℃で4分間)、72℃で7分間。PCR反応液をQiagenスピンカラムを用いてアガロースゲル上で分離した。ついで、得られた断片をBglIIおよびHindIIIで消化し、Qiagenスピンカラムを用いて精製した。ついで、精製した断片をBglIIおよびHindIIIで消化したpANT849プラスミドにライゲートした。突然変異体のスクリーニングをストレプトミセス・リビダンスおよびストレプトミセス・リモススで行った。 Alternatively, a random mutation library of the ebh gene was generated using the method of Leung et al. (Technique -A Journal of Methods in Cell and Molecular Biology , Vol. 1, No. 1, 11-15 (1989)). . Manganese and / or reduced dATP concentrations are used to control the frequency of Taq polymerase mutagenesis. Plasmid pCRscript-ebh was digested with NotI to linearize the plasmid. The polymerase buffer was 0.166 M (NH 4 ) 2 SO 4 , 0.67 M Tris-HCl (pH 8.8), 61 mM MgCl 2 , 67 μM EDTA (pH 8.0), 1.7 mg / ml bovine serum albumin. Prepared. The PCR reaction was mixed with 10 μl NotI digested pCRscript-ebh (0.1 ng / μl), 10 μl polymerase buffer, 1.0 μl 1M β-mercaptoethanol, 10.0 μl DMSO, 1.0 μl NPB29-6f (SEQ ID NO: 28) Primer (100 pmol / μl), 1.0 μl NPB29-7r (SEQ ID NO: 29) Primer (100 pmol / μl), 10 μl 5 mM MnCl 2 , 10.0 μl 10 mM dGTP, 10.0 μl Prepared using 2 mM dATP, 10 mM dTTP, 10.0 μl 10 mM dCTP, and 2.0 μl Taq polymerase. dH 2 O was added to make 100 μl. The reaction solution was prepared in the same manner as above, but no MnCl 2 was used. Was performed in the following protocol cycling reaction in GeneAmp R PCR System: 1 minute at 95 ° C., 25 to 30 cycles (1 minute at 94 ° C., 30 seconds at 55 ° C., 4 min at 72 ° C.), 7 at 72 ° C. For minutes. The PCR reaction was separated on an agarose gel using a Qiagen spin column. The resulting fragment was then digested with BglII and HindIII and purified using a Qiagen spin column. The purified fragment was then ligated into the pANT849 plasmid digested with BglII and HindIII. Mutant screening was performed at Streptomyces lividans and Streptomyces limos.

特徴付けした突然変異体の一覧

Figure 2005514031
List of characterized mutants
Figure 2005514031

実施例18:ebhおよびその突然変異体を発現する細胞におけるエポチロンB形質転換の比較
これら実験では、125ml容の両くぼみフラスコ中の20mlのYEME培地にストレプトミセス・リビダンスTK24、ストレプトミセス・リビダンス(pANT849−ebh)、ストレプトミセス・リビダンス(pANT849−ebh10−53)またはストレプトミセス・リビダンス(pANT849−ebh24−16)の200μlの凍結胞子調製液を接種し、230rpm、30℃で48時間インキュベートした。ストレプトミセス・リビダンス(pANT849−ebh)、ストレプトミセス・リビダンス(pANT849−ebh10−53)およびストレプトミセス・リビダンス(pANT849−ebh24−16)を接種した培地にチオストレプトン10μg/mlを加えた。4mlの培養液を125ml容エーレンマイヤーフラスコ中の20mlのR5培地に移し、230rpm、30℃で18時間インキュベートした。各培養液に100%EtOH中のエポチロンBを最終濃度0.05%w/vで加えた。ストレプトミセス・リビダンス(pANT849−ebh24−16)の培養液(この場合、エポチロンBは48時間で完全にエポチロンFに変換された)を除いて、試料を、0、24、48および72時間の時点で採取した。試料をHPLCにより分析した。結果を0時間でのエポチロンBのパーセントとして計算した。
Example 18: Comparison of Epothilone B Transformation in Cells Expressing ebh and its Mutants In these experiments, 20 ml of YEME medium in 125 ml both well flasks were added to Streptomyces lividans TK24, Streptomyces lividans (pANT849). -Ebh), 200 μl of frozen spore preparation of Streptomyces lividans (pANT849-ebh10-53) or Streptomyces lividans (pANT849-ebh24-16) was inoculated and incubated at 230 rpm, 30 ° C. for 48 hours. Thiostrepton 10 μg / ml was added to the medium inoculated with Streptomyces lividans (pANT849-ebh), Streptomyces lividans (pANT849-ebh10-53) and Streptomyces lividans (pANT849-ebh24-16). 4 ml of the culture was transferred to 20 ml of R5 medium in a 125 ml Erlenmeyer flask and incubated at 230 rpm and 30 ° C. for 18 hours. Epothilone B in 100% EtOH was added to each culture at a final concentration of 0.05% w / v. Except for the culture of Streptomyces lividans (pANT849-ebh24-16), where epothilone B was completely converted to epothilone F in 48 hours, samples were collected at 0, 24, 48 and 72 hours. Collected at Samples were analyzed by HPLC. Results were calculated as percent of epothilone B at 0 hours.

エポチロンB:

Figure 2005514031
Epothilone B:
Figure 2005514031

エポチロンF:

Figure 2005514031
Epothilone F:
Figure 2005514031

別法として、エポチロンBのエポチロンFへのバイオコンバージョンを、ebh遺伝子およびその変異体または突然変異体を含む発現プラスミドで形質転換したストレプトミセス・リモスス宿主細胞で行った。100μlの凍結したストレプトミセス・リモスス形質転換体培養液を10μg/mlのチオストレプトンを含む20mlのCRM培地に接種し、30℃、230〜300rpmで16〜24時間培養した。各培養液に100%エタノール中のエポチロンBを最終濃度0.05%w/vで加えた。反応液を典型的に30℃、230〜300rpmで20〜40時間インキュベートした。エポチロンBおよびエポチロンFの濃度をHPLC分析により決定した。   Alternatively, bioconversion of epothilone B to epothilone F was performed in Streptomyces limos host cells transformed with an expression plasmid containing the ebh gene and variants or mutants thereof. 100 μl of frozen Streptomyces limosus transformant culture was inoculated into 20 ml of CRM medium containing 10 μg / ml thiostrepton and cultured at 30 ° C. and 230-300 rpm for 16-24 hours. Epothilone B in 100% ethanol was added to each culture at a final concentration of 0.05% w / v. The reaction was typically incubated at 30 ° C. and 230-300 rpm for 20-40 hours. The concentrations of epothilone B and epothilone F were determined by HPLC analysis.

ストレプトミセス・リモススにおける突然変異体の評価

Figure 2005514031
Evaluation of mutants in Streptomyces limos
Figure 2005514031

実施例19:コンパクチンのプラバスタチンへのバイオトランスフォーメーション
125ml容フラスコ中の10μg/mlのチオストレプトンを含む20mlのR2YE培地に、ストレプトミセス・リビダンス(pANT849)、ストレプトミセス・リビダンス(pANT849−ebh)の凍結胞子調製物(200μl)を接種し、230rpm、28℃で72時間インキュベートした。4mlの培養液を20mlのR2YE培地に接種し、230rpm、28℃で24時間増殖させた。1mlの培養液を15mlポリプロピレンチューブに移し、各培養液に10μlのコンパクチン(40mg/ml)を加え、28℃、250rpmで24時間インキュベートした。500μlの培養液ブロスを新たな15mlポリプロピレン培養チューブに移した。500μlの50mM水酸化ナトリウムを加え、回転攪拌した。3mlのメタノールを加えて回転攪拌し、チューブをTJ−6卓上遠心管中、3000rpmで10分間遠心分離にかけた。有機相をHPLCにより分析した。対照のストレプトミセス・リビダンス(pANT849)培養液と比較したコンパクチンおよびプラバスタチン値を評価した。
Example 19: Biotransformation of compactin to pravastatin 20 ml R2YE medium containing 10 μg / ml thiostrepton in a 125 ml flask was added to Streptomyces lividans (pANT849), Streptomyces lividans (pANT849-ebh). Frozen spore preparation (200 μl) was inoculated and incubated at 230 rpm, 28 ° C. for 72 hours. 4 ml of the culture was inoculated into 20 ml of R2YE medium and grown at 230 rpm, 28 ° C. for 24 hours. 1 ml of the culture solution was transferred to a 15 ml polypropylene tube, 10 μl of compactin (40 mg / ml) was added to each culture solution, and incubated at 28 ° C. and 250 rpm for 24 hours. 500 μl of broth broth was transferred to a new 15 ml polypropylene culture tube. 500 μl of 50 mM sodium hydroxide was added and vortexed. 3 ml of methanol was added and vortexed, and the tube was centrifuged at 3000 rpm for 10 minutes in a TJ-6 tabletop centrifuge tube. The organic phase was analyzed by HPLC. The compactin and pravastatin values were evaluated compared to the control Streptomyces lividans (pANT849) culture.

出発物質のコンパクチン濃度のパーセントとしてのコンパクチンおよびプラバスタチン:

Figure 2005514031
Compactin and pravastatin as a percentage of the starting material compactin concentration:
Figure 2005514031

実施例20:コンパクチンおよびプラバスタチンの検出のための高速液体クロマトグラフィー法
Hewlett Packard 1090 Series Separationシステム(Agilent Technologies、パロアルト、カリフォルニア、米国)およびSpherisorb ODS2、粒径5μmを充填したカラム50×46mm(Keystone Scientific, Inc.、ベルフォンテ、ペンシルベニア、米国)を用い、液体クロマトグラフィー分離を行った。勾配移動相プログラミングを2.0ml/分の流速で用いた。溶出液Aは、水、10mM酢酸アンモニウムおよび0.05%リン酸であった。溶出液Bは、アセトニトリルであった。移動相を20%Bから90%Bへ4分間かけて線状勾配した。
Example 20: High performance liquid chromatography method for detection of compactin and pravastatin
Liquid chromatography using a Hewlett Packard 1090 Series Separation system (Agilent Technologies, Palo Alto, Calif., USA) and a 50 × 46 mm column (Keystone Scientific, Inc., Belfonte, Pennsylvania, USA) packed with Spherisorb ODS2, 5 μm particle size. Separation was performed. Gradient mobile phase programming was used at a flow rate of 2.0 ml / min. Eluent A was water, 10 mM ammonium acetate and 0.05% phosphoric acid. The eluent B was acetonitrile. The mobile phase was linearly gradient from 20% B to 90% B over 4 minutes.

実施例21:突然変異体ebh25−1のバイオトランスフォーメーション産物の構造決定
分析的HPLCを、YMC充填ODS−AQカラム、4.6mm内径×15cm長とともにHewlett Packard 1100 Series Liquid chromatographを用いて行った。水(溶媒A)およびアセトニトリル(溶媒B)の勾配系を用いた:20%から90%Bへの線状勾配を10分間;90%から20%への線状勾配を2分間。流速は1ml/分であり、UV検出は254nmで行った。
Example 21: Structure determination of biotransformation product of mutant ebh25-1
Analytical HPLC was performed using a Hewlett Packard 1100 Series Liquid chromatograph with a YMC packed ODS-AQ column, 4.6 mm ID x 15 cm length. A gradient system of water (solvent A) and acetonitrile (solvent B) was used: a linear gradient from 20% to 90% B for 10 minutes; a linear gradient from 90% to 20% for 2 minutes. The flow rate was 1 ml / min and UV detection was performed at 254 nm.

分取HPLCを以下の装置および条件を用いて行った:
ポンプ:Varian ProStar Solvent Delivery Module(Varian Inc.、パロアルト、カリフォルニア、米国)。検出器:Gynkotek UVD340S
カラム:YMC ODS−Aカラム(30mm内径×100mm長、5μ粒径)
溶出の流速:30ml/分
溶出勾配:(溶媒A:水、溶媒B:アセトニトリル)、20%B、2分間;20%から60%Bへの線状勾配、18分間;60%B、2分間;60%から90%Bへの線状勾配、1分間;90%B、3分間;90%から20%Bへの線状勾配、2分間
検出:UV、210nm
Preparative HPLC was performed using the following equipment and conditions:
Pump: Varian ProStar Solvent Delivery Module (Varian Inc., Palo Alto, California, USA). Detector: Gynkotek UVD340S
Column: YMC ODS-A column (30 mm inner diameter × 100 mm length, 5 μ particle size)
Elution flow rate: 30 ml / min Elution gradient: (solvent A: water, solvent B: acetonitrile), 20% B, 2 minutes; linear gradient from 20% to 60% B, 18 minutes; 60% B, 2 minutes Linear gradient from 60% to 90% B, 1 minute; 90% B, 3 minutes; linear gradient from 90% to 20% B, 2 minutes detection: UV, 210 nm

LC/NMRを以下のようにして行った:40μlの試料をYMC充填ODS−AQカラム(4.6mm内径×15cm長)に注入した。カラムを1ml/分の流速でDO(溶媒A)およびアセトニトリル−d(溶媒B)の勾配系を用いて溶出した:30%B、1分間;30%から80%Bへの線状勾配、11分間。溶出液をVarian AS-600 NMR分析計中のF19/H1 NMRプローブ(60μl活性容量)に流す前にUV検出セル(254nmでモニター)を通過させた。バイオトランスフォーメーション生成物は約7.5分で溶出されたので溶出流を手動で停止させてNMRデータ捕捉のために溶出液がNMRプローブ中に残るようにした。 LC / NMR was performed as follows: 40 μl of sample was injected onto a YMC packed ODS-AQ column (4.6 mm inner diameter × 15 cm length). The column was eluted with a gradient system of D 2 O (solvent A) and acetonitrile-d 3 (solvent B) at a flow rate of 1 ml / min: 30% B, 1 minute; linear from 30% to 80% B Gradient, 11 minutes. The eluate was passed through a UV detection cell (monitored at 254 nm) before flowing through a F19 / H1 NMR probe (60 μl active volume) in a Varian AS-600 NMR analyzer. Since the biotransformation product eluted at approximately 7.5 minutes, the elution flow was manually stopped so that the eluate remained in the NMR probe for NMR data capture.

単離および分析を以下のようにして行った。ブタノール/メタノール抽出液(約10ml)を窒素流下で蒸発乾固させた。残渣(38mg)に1mlのメタノールを加え、不溶性物質を遠心分離(13000rpm、2分)により除去した。上澄み液の0.1mlをLC/NMR研究に用い、残りの0.9mlを分取HPLC(0.2〜0.4ml/注入)に供した。2つの主要なピークが観察され、回収した:ピークAは14〜15分で溶出したのに対し、ピークBは16.5〜17.5分で溶出した。分析的HPLC分析は、ピークBが親化合物のエポチロンBであり(Rt8.5分)、ピークAがバイオトランスフォーメーション生成物である(Rt7.3分)ことを示していた。ピークAのフラクションをプールし、これらプールしたフラクションでMS分析データを得た。プールしたフラクションを蒸発させて小容量とし、ついで凍結乾燥して3mgの白色固体を得た。この白色固体(メタノールに溶解)のNMRおよびHPLC分析により、バイオトランスフォーメーション生成物が乾燥プロセスの際に部分的に分解したことが明らかになった。 Isolation and analysis were performed as follows. Butanol / methanol extract (about 10 ml) was evaporated to dryness under a stream of nitrogen. 1 ml of methanol was added to the residue (38 mg) and the insoluble material was removed by centrifugation (13000 rpm, 2 minutes). 0.1 ml of the supernatant was used for LC / NMR studies and the remaining 0.9 ml was subjected to preparative HPLC (0.2-0.4 ml / injection). Two major peaks were observed and collected: Peak A eluted at 14-15 minutes, while Peak B eluted at 16.5-17.5 minutes. Analytical HPLC analysis showed that peak B was the parent compound epothilone B (Rt 8.5 min) and peak A was a biotransformation product (Rt 7.3 min). Peak A fractions were pooled and MS analysis data was obtained on these pooled fractions. Pooled fractions were evaporated to a small volume and then lyophilized to give 3 mg of a white solid. NMR and HPLC analysis of this white solid (dissolved in methanol) revealed that the biotransformation product was partially decomposed during the drying process.

付表1Appendix Table 1

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図1は、アミコラトプシス・オリエンタリス株SC15847(PTA1043)による、エポチロンBのエポチロンFへのWO00/39276(1999年12月21日に出願した米国特許出願第09/468,854号)に示されたバイオトランスフォーメーションの模式図を示す。FIG. 1 is shown in WO 00/39276 (US patent application Ser. No. 09 / 468,854 filed Dec. 21, 1999) to Epothilone F of Epothilone B by Amycolatopsis orientalis strain SC15847 (PTA1043). A schematic diagram of biotransformation is shown.

図2は、エポチロンBヒドロキシラーゼをコードする核酸配列のクローニング用PCRプライマーをデザインするのに用いた、配列番号5〜22の核酸配列アラインメントを示す。FIG. 2 shows the nucleic acid sequence alignment of SEQ ID NOs: 5-22 used to design PCR primers for cloning of nucleic acid sequences encoding epothilone B hydroxylase.

図3は、エポチロンBヒドロキシラーゼ(配列番号2)とEryF(PDBコード1JIN鎖A;配列番号76)との配列アラインメントを示す。星印は同一の配列を、コロン(:)は類似の残基を示す。FIG. 3 shows a sequence alignment between epothilone B hydroxylase (SEQ ID NO: 2) and EryF (PDB code 1 JIN chain A; SEQ ID NO: 76). The asterisk indicates the same sequence, and the colon (:) indicates a similar residue.

図4は、図3に示すEryFとの配列アラインメントに基づくエポチロンBヒドロキシラーゼのホモロジーモデルを示す。FIG. 4 shows a homology model of epothilone B hydroxylase based on the sequence alignment with EryF shown in FIG.

図5は、EryF(PDBコード1JIN鎖A;実線で示す)と比較したエポチロンBヒドロキシラーゼモデル(破線で示す)のエネルギープロットを示す。51残基の平均ウインドウサイズ(すなわち、ある残基位置でのエネルギーは該残基を中央位置とした配列にある51残基のエネルギーの平均として計算)を用いた。FIG. 5 shows an energy plot of the epothilone B hydroxylase model (shown in dashed line) compared to EryF (PDB code 1 JIN chain A; shown in solid line). An average window size of 51 residues was used (ie, the energy at a residue position was calculated as the average of the energy of 51 residues in the sequence centered on the residue).

Claims (41)

エポチロンBヒドロキシラーゼまたはその突然変異体または変異体をコードする単離核酸配列。   An isolated nucleic acid sequence encoding epothilone B hydroxylase or a mutant or variant thereof. 配列番号1、30、32、34、36、37、38、39、40、41、42、60、62、64、66、68、72または74を含む、請求項1に記載の単離核酸配列。   2. The isolated nucleic acid sequence of claim 1 comprising SEQ ID NO: 1, 30, 32, 34, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 60, 62, 64, 66, 68, 72 or 74. . 配列番号1を含む、請求項1に記載の単離核酸配列。   2. The isolated nucleic acid sequence of claim 1 comprising SEQ ID NO: 1. エポチロンBヒドロキシラーゼ酵素の活性部位に少なくとも一つのアミノ酸置換を有する突然変異体をコードする、請求項1に記載の単離核酸配列。   The isolated nucleic acid sequence of claim 1, which encodes a mutant having at least one amino acid substitution in the active site of the epothilone B hydroxylase enzyme. 配列番号2のアミノ酸GLU31、ARG67、ARG88、ILE92、ALA93、VAL106、ILE130、ALA140、MET176、PHE190、GLU231、SER294、PHE237、またはILE365に少なくとも一つのアミノ酸置換を有する突然変異体をコードする、請求項1に記載の単離核酸配列。   The invention encodes a mutant having at least one amino acid substitution at amino acids GLU31, ARG67, ARG88, ILE92, ALA93, VAL106, ILE130, ALA140, MET176, PHE190, GLU231, SER294, PHE237, or ILE365 of SEQ ID NO: 2. 2. The isolated nucleic acid sequence according to 1. 配列番号2のアミノ酸LEU39、GLN43、ALA45、MET57、LEU58、HIS62、PHE63、SER64、SER65、ASP66、ARG67、GLN68、SER69、LEU74、MET75、VAL76、ALA77、ARG78、GLN79、ILE80、ASP84、LYS85、PRO86、PHE87、ARG88、PRO89、SER90、LEU91、ILE92、ALA93、MET94、ASP95、HIS99、ARG103、PHE110、ILE155、PHE169、GLN170、CYS172、SER173、SER174、ARG175、MET176、LEU177、SER178、ARG179、ARG186、PHE190、LEU193、VAL233、GLY234、LEU235、ALA236、PHE237、LEU238、LEU239、LEU240、ILE241、ALA242、GLY243、HIS244、GLU245、THR246、THR247、ALA248、ASN249、MET250、LEU283、THR287、ILE288、ALA289、GLU290、THR291、ALA292、THR293、SER294、ARG295、PHE296、ALA297、THR298、GLU312、GLY313、VAL314、VAL315、GLY316、VAL344、ALA345、PHE346、GLY347、PHE348、VAL350、HIS351、GLN352、CYS353、LEU354、GLY355、GLN356、LEU358、ALA359、GLU362、LYS389、ASP391、SER392、THR393、ILE394、またはTYR395に少なくとも一つのアミノ酸置換を有する突然変異体をコードする、請求項1に記載の単離核酸配列。   Amino acids LEU39, GLN43, ALA45, MET57, LEU58, HIS62, PHE63, SER64, SER65, ASP66, ARG67, GLN68, SER69, LEU74, MET75, VAL76, ALA77, ARG78, GLN79, ILE80, ASP84, L84 , PHE87, ARG88, PRO89, SER90, LEU91, ILE92, ALA93, MET94, ASP95, HIS99, ARG103, PHE110, ILE155, PHE169, GLN170, CYS172, SER173, SER174, ARG175, MET176, ER1767, ER1767 , LEU193, VAL233, GLY234 LEU235, ALA236, PHE237, LEU238, LEU239, LEU240, ILE241, ALA242, GLY243, HIS244, GLU245, THR246, THR247, ALA248, ASN249, MET250, LEU283, THR287, THR287, THR287 ARG295, PHE296, ALA297, THR298, GLU312, GLY313, VAL314, VAL315, GLY316, VAL344, ALA345, PHE346, GLY347, PHE348, VAL350, HIS351, GLN352, CY35, LU35, CY3353, LU35 59, GLU362, LYS389, ASP391, SER392, THR393, ILE394, or encoding a mutant having at least one amino acid substitution in TYR395, isolated nucleic acid sequence of claim 1. 配列番号43、44、45、46、47、48または49を含む突然変異体をコードする、請求項1に記載の単離核酸配列。   2. The isolated nucleic acid sequence of claim 1, which encodes a mutant comprising SEQ ID NO: 43, 44, 45, 46, 47, 48 or 49. 請求項1に記載の単離核酸配列によってコードされるポリペプチド。   A polypeptide encoded by the isolated nucleic acid sequence of claim 1. 請求項2に記載の核酸配列または該核酸配列の相補的配列に3×SSC、65℃にて16時間のハイブリダイゼーション条件下でハイブリダイズすることのできる単離核酸分子であって、該核酸配列または該核酸配列の相補的配列に0.5×SSC、55℃にて30分間の洗浄条件下でハイブリダイズしたままであることができることを特徴とする単離核酸分子。   An isolated nucleic acid molecule capable of hybridizing to the nucleic acid sequence according to claim 2 or a complementary sequence of the nucleic acid sequence under hybridization conditions of 3 x SSC at 65 ° C for 16 hours, comprising: Alternatively, an isolated nucleic acid molecule which can remain hybridized to a complementary sequence of the nucleic acid sequence under washing conditions of 0.5 × SSC at 55 ° C. for 30 minutes. 配列番号2を含む単離ポリペプチド。   An isolated polypeptide comprising SEQ ID NO: 2. 配列番号2のエポチロンBヒドロキシラーゼ酵素の活性部位に少なくとも一つのアミノ酸置換を有するアミノ酸配列を含む、配列番号2のエポチロンBヒドロキシラーゼの単離した突然変異体ポリペプチド。   An isolated mutant polypeptide of the epothilone B hydroxylase of SEQ ID NO: 2 comprising an amino acid sequence having at least one amino acid substitution in the active site of the epothilone B hydroxylase enzyme of SEQ ID NO: 2. 配列番号2のアミノ酸GLU31、ARG67、ARG88、ILE92、ALA93、VAL106、ILE130、ALA140、MET176、PHE190、GLU231、SER294、PHE237、またはILE365に少なくとも一つのアミノ酸置換を有するアミノ酸配列を含む、配列番号2のエポチロンBヒドロキシラーゼの単離した突然変異体ポリペプチド。   Comprising the amino acid sequence having at least one amino acid substitution in amino acid GLU31, ARG67, ARG88, ILE92, ALA93, VAL106, ILE130, ALA140, MET176, PHE190, GLU231, SER294, PHE237, or ILE365 of SEQ ID NO: 2. An isolated mutant polypeptide of epothilone B hydroxylase. 配列番号2のアミノ酸LEU39、GLN43、ALA45、MET57、LEU58、HIS62、PHE63、SER64、SER65、ASP66、ARG67、GLN68、SER69、LEU74、MET75、VAL76、ALA77、ARG78、GLN79、ILE80、ASP84、LYS85、PRO86、PHE87、ARG88、PRO89、SER90、LEU91、ILE92、ALA93、MET94、ASP95、HIS99、ARG103、PHE110、ILE155、PHE169、GLN170、CYS172、SER173、SER174、ARG175、MET176、LEU177、SER178、ARG179、ARG186、PHE190、LEU193、VAL233、GLY234、LEU235、ALA236、PHE237、LEU238、LEU239、LEU240、ILE241、ALA242、GLY243、HIS244、GLU245、THR246、THR247、ALA248、ASN249、MET250、LEU283、THR287、ILE288、ALA289、GLU290、THR291、ALA292、THR293、SER294、ARG295、PHE296、ALA297、THR298、GLU312、GLY313、VAL314、VAL315、GLY316、VAL344、ALA345、PHE346、GLY347、PHE348、VAL350、HIS351、GLN352、CYS353、LEU354、GLY355、GLN356、LEU358、ALA359、GLU362、LYS389、ASP391、SER392、THR393、ILE394、またはTYR395に少なくとも一つのアミノ酸置換を有するアミノ酸配列を含む、配列番号2のエポチロンBヒドロキシラーゼの単離した突然変異体ポリペプチド。   Amino acids LEU39, GLN43, ALA45, MET57, LEU58, HIS62, PHE63, SER64, SER65, ASP66, ARG67, GLN68, SER69, LEU74, MET75, VAL76, ALA77, ARG78, GLN79, ILE80, ASP84, L84 , PHE87, ARG88, PRO89, SER90, LEU91, ILE92, ALA93, MET94, ASP95, HIS99, ARG103, PHE110, ILE155, PHE169, GLN170, CYS172, SER173, SER174, ARG175, MET176, ER1767, ER1767 , LEU193, VAL233, GLY234 LEU235, ALA236, PHE237, LEU238, LEU239, LEU240, ILE241, ALA242, GLY243, HIS244, GLU245, THR246, THR247, ALA248, ASN249, MET250, LEU283, THR287, THR287, THR287 ARG295, PHE296, ALA297, THR298, GLU312, GLY313, VAL314, VAL315, GLY316, VAL344, ALA345, PHE346, GLY347, PHE348, VAL350, HIS351, GLN352, CY35, LU35, CY3353, LU35 59, GLU362, LYS389, ASP391, SER392, THR393, ILE394 or TYR395 comprising an amino acid sequence having at least one amino acid substitution in, the isolated mutant polypeptide of epothilone B hydroxylase of SEQ ID NO: 2,. 配列番号31、33、35、61、63、65、67、69、71、73または75を含む、エポチロンBヒドロキシラーゼの単離した突然変異体ポリペプチド。   An isolated mutant polypeptide of an epothilone B hydroxylase comprising SEQ ID NO: 31, 33, 35, 61, 63, 65, 67, 69, 71, 73 or 75. 配列番号43、44、45、46、47、48または49を含む、エポチロンBヒドロキシラーゼの単離した変異体ポリペプチド。   An isolated variant polypeptide of an epothilone B hydroxylase comprising SEQ ID NO: 43, 44, 45, 46, 47, 48 or 49. フェレドキシンをコードする単離核酸配列。   An isolated nucleic acid sequence encoding ferredoxin. 配列番号3を含む、請求項16に記載の単離核酸配列。   The isolated nucleic acid sequence of claim 16 comprising SEQ ID NO: 3. 請求項16に記載の単離核酸配列によってコードされるポリペプチド。   A polypeptide encoded by the isolated nucleic acid sequence of claim 16. 配列番号3に示す核酸配列または配列番号3に示す核酸配列の相補的配列に3×SSC、65℃にて16時間のハイブリダイゼーション条件下でハイブリダイズすることのできる単離核酸分子であって、配列番号3に示す核酸配列または配列番号3に示す核酸配列の相補的配列に0.5×SSC、55℃にて30分間の洗浄条件下でハイブリダイズしたままであることができることを特徴とする単離核酸分子。   An isolated nucleic acid molecule capable of hybridizing to the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 or a complementary sequence of the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 under hybridization conditions of 3 × SSC at 65 ° C. for 16 hours, The nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 or a complementary sequence of the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 can remain hybridized under washing conditions of 0.5 × SSC at 55 ° C. for 30 minutes. Isolated nucleic acid molecule. 請求項1に記載の単離核酸配列を含むベクター。   A vector comprising the isolated nucleic acid sequence of claim 1. フェレドキシンをコードする単離核酸配列をさらに含む、請求項20に記載のベクター。   21. The vector of claim 20, further comprising an isolated nucleic acid sequence encoding ferredoxin. 請求項20に記載のベクターを含む宿主細胞。   A host cell comprising the vector of claim 20. 請求項21に記載のベクターを含む宿主細胞。   A host cell comprising the vector of claim 21. 末端アルキル基を有するエポチロンをヒドロキシル化して末端ヒドロキシアルキル基を有するエポチロンを生成する組換え微生物を製造する方法であって、微生物を請求項20または21に記載のベクターでトランスフェクションすることを含む方法。   A method for producing a recombinant microorganism that hydroxylates an epothilone having a terminal alkyl group to produce an epothilone having a terminal hydroxyalkyl group, the method comprising transfecting the microorganism with the vector of claim 20 or 21 . 末端アルキル基を有するエポチロンをヒドロキシル化して末端ヒドロキシアルキル基を有するエポチロンを生成する組換えにより生成した微生物。   A recombinant microorganism produced by hydroxylating an epothilone having a terminal alkyl group to produce an epothilone having a terminal hydroxyalkyl group. 配列番号1、30、32、34、36、37、38、39、40、41、42、60、62、64、66、68、72または74の核酸配列を発現する、請求項25に記載の組換えにより生成した微生物。   26. The nucleic acid sequence of SEQ ID NO: 1, 30, 32, 34, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 60, 62, 64, 66, 68, 72 or 74 is expressed according to claim 25. Microorganisms produced by recombination. 下記式I:
HO−CH−(A−(Q)−(A−E (I)
(式中、AおよびAは、それぞれ独立に任意に置換されたC−Cアルキルおよびアルケニルよりなる群から選ばれる;
Qは、1〜3の環および少なくとも1の環中に少なくとも一つの炭素−炭素二重結合を含む任意に置換された環系;
n、mおよびoは、0および1よりなる群から選ばれた整数、その際、mまたはnまたはoの少なくとも一つは1である;および
Eはエポチロンコアである)で示される少なくとも1のエポチロンを製造する方法であって、下記式II:
CH−(A−(Q)−(A−E (II)
(式中、A、Q、A、E、n、m、およびoは前記と同じ)で示される少なくとも1のエポチロンを、式IIの化合物のヒドロキシル化を選択的に触媒することができる組換えにより生成した微生物または該微生物からの酵素と接触させ、ついで該ヒドロキシル化を行うことを含む方法。
Formula I below:
HO-CH 2 - (A 1 ) n - (Q) m - (A 2) o -E (I)
Wherein A 1 and A 2 are each independently selected from the group consisting of optionally substituted C 1 -C 3 alkyl and alkenyl;
Q is an optionally substituted ring system comprising 1 to 3 rings and at least one carbon-carbon double bond in at least one ring;
n, m and o are integers selected from the group consisting of 0 and 1, wherein at least one of m or n or o is 1; and E is an epothilone core) A method for producing epothilone comprising the following formula II:
CH 3 - (A 1) n - (Q) m - (A 2) o -E (II)
(Wherein A 1 , Q, A 2 , E, n, m, and o are as defined above) can selectively catalyze the hydroxylation of the compound of formula II. Contacting with a recombinantly produced microorganism or an enzyme from the microorganism, followed by the hydroxylation.
式A:
Figure 2005514031
で示されるエポチロンアナログの製造方法であって、配列番号31を含む突然変異体エポチロンBヒドロキシラーゼ酵素とともにインキュベートすることによってエポチロンBを式Aで示されるエポチロンアナログにバイオトランスフォーメーションすることを含む方法。
Formula A:
Figure 2005514031
A method of producing an epothilone analog represented by: comprising biotransforming epothilone B to an epothilone analog represented by formula A by incubating with a mutant epothilone B hydroxylase enzyme comprising SEQ ID NO: 31.
式A:
Figure 2005514031
で示される化合物または薬理学的に許容しうるその塩。
Formula A:
Figure 2005514031
Or a pharmacologically acceptable salt thereof.
付表1に列挙した構造座標によって記載された対応骨格原子上で重ね合わせたときに、保存された残基骨格原子の二乗平均偏差が約4.0オングストローム未満である、エポチロンBヒドロキシラーゼのホモロジーモデル。   A homology model of epothilone B hydroxylase, wherein the mean square deviation of conserved residue backbone atoms is less than about 4.0 Angstroms when superimposed on the corresponding backbone atoms described by the structural coordinates listed in Appendix Table 1 . エポチロンBヒドロキシラーゼと比較して変化した生物学的特性、機能、所望の生成物の収量、反応速度、基質特異性、または活性を有する突然変異体の製造方法であって、突然変異すべき配列番号2中のアミノ酸を同定し、ついで該同定したアミノ酸を突然変異させて突然変異体タンパク質を生成することを含む方法。   A method for producing a mutant having altered biological properties, function, yield of desired product, reaction rate, substrate specificity, or activity compared to epothilone B hydroxylase, the sequence to be mutated A method comprising identifying the amino acid in number 2 and then mutating the identified amino acid to produce a mutant protein. 付表1に列挙した構造座標によって記載された対応骨格原子上で重ね合わせたときに、保存された残基骨格原子の二乗平均偏差が約4.0オングストローム未満であるエポチロンBヒドロキシラーゼのホモロジーモデルを、突然変異すべき配列番号2中のアミノ酸を同定するために用いる、請求項31に記載の方法。   A homology model of an epothilone B hydroxylase with a mean square deviation of conserved residue backbone atoms of less than about 4.0 angstroms when superimposed on the corresponding backbone atoms described by the structural coordinates listed in Appendix Table 1. 32. The method of claim 31, wherein the method is used to identify an amino acid in SEQ ID NO: 2 to be mutated. 同定したアミノ酸が、配列番号2のLEU39、GLN43、ALA45、MET57、LEU58、HIS62、PHE63、SER64、SER65、ASP66、ARG67、GLN68、SER69、LEU74、MET75、VAL76、ALA77、ARG78、GLN79、ILE80、ASP84、LYS85、PRO86、PHE87、ARG88、PRO89、SER90、LEU91、ILE92、ALA93、MET94、ASP95、HIS99、ARG103、PHE110、ILE155、PHE169、GLN170、CYS172、SER173、SER174、ARG175、MET176、LEU177、SER178、ARG179、ARG186、PHE190、LEU193、VAL233、GLY234、LEU235、ALA236、PHE237、LEU238、LEU239、LEU240、ILE241、ALA242、GLY243、HIS244、GLU245、THR246、THR247、ALA248、ASN249、MET250、LEU283、THR287、ILE288、ALA289、GLU290、THR291、ALA292、THR293、SER294、ARG295、PHE296、ALA297、THR298、GLU312、GLY313、VAL314、VAL315、GLY316、VAL344、ALA345、PHE346、GLY347、PHE348、VAL350、HIS351、GLN352、CYS353、LEU354、GLY355、GLN356、LEU358、ALA359、GLU362、LYS389、ASP391、SER392、THR393、ILE394、またはTYR395である、請求項31に記載の方法。   The identified amino acids are LEU39, GLN43, ALA45, MET57, LEU58, HIS62, PHE63, SER64, SER65, ASP66, ARG67, GLN68, SER69, LEU74, MET75, VAL76, ALA77, ARG78, GL80, GL80, ILESP, SEQ ID NO: 2. , LYS85, PRO86, PHE87, ARG88, PRO89, SER90, LEU91, ILE92, ALA93, MET94, ASP95, HIS99, ARG103, PHE110, ILE155, PHE169, GLN170, CYS172, SER173, SER174, ARG175R, T17, 17G , ARG186, PHE190, LEU193, VAL233, LY234, LEU235, ALA236, PHE237, LEU238, LEU239, LEU240, ILE241, ALA242, GLY243, HIS244, GLU245, THR246, THR247, ALA248, ASN249, MET250, LEU283, E28 SER294, ARG295, PHE296, ALA297, THR298, GLU312, GLY313, VAL314, VAL315, GLY316, VAL344, ALA345, PHE346, GLY347, PHE348, VAL350, HIS351, GLN352EL35GL35E 8, ALA359, GLU362, LYS389, ASP391, SER392, THR393, ILE394, or TYR395, The method of claim 31. 同定したアミノ酸が、配列番号2のGLU31、ARG67、ARG88、ILE92、ALA93、VAL106、ILE130、ALA140、MET176、PHE190、GLU231、SER294、PHE237、またはILE365である、請求項31に記載の方法。   32. The method of claim 31, wherein the identified amino acid is GLU31, ARG67, ARG88, ILE92, ALA93, VAL106, ILE130, ALA140, MET176, PHE190, GLU231, SER294, PHE237, or ILE365 of SEQ ID NO: 2. 該突然変異体タンパク質の所望の生成物の収量が、エポチロンBヒドロキシラーゼを用いて得られる所望の生成物の収量と比較して改善されている、請求項31に記載の方法。   32. The method of claim 31, wherein the yield of the desired product of the mutant protein is improved compared to the yield of the desired product obtained using epothilone B hydroxylase. 該所望の生成物がエポチロンFである、請求項35に記載の方法。   36. The method of claim 35, wherein the desired product is epothilone F. 該突然変異体の反応速度が、エポチロンBヒドロキシラーゼを用いて得られる反応速度と比較して改善されている、請求項31に記載の方法。   32. The method of claim 31, wherein the mutant has an improved reaction rate compared to a reaction rate obtained using epothilone B hydroxylase. 該突然変異体が、エポチロンBヒドロキシラーゼの基質特異性と比較して変化した基質特異性を示す、請求項31に記載の方法。   32. The method of claim 31, wherein the mutant exhibits altered substrate specificity compared to the substrate specificity of epothilone B hydroxylase. アミノ酸SER294が突然変異している、請求項38に記載の方法。   40. The method of claim 38, wherein amino acid SER294 is mutated. 該突然変異体が、エポチロンBヒドロキシラーゼと本質的に同様の生物学的活性または機能を示す、請求項31に記載の方法。   32. The method of claim 31, wherein the mutant exhibits biological activity or function essentially similar to epothilone B hydroxylase. 付表1に示す構造座標でコードしたデータ記憶材料を含む機械読み取り可能なデータ記憶媒体。   A machine-readable data storage medium comprising a data storage material encoded with the structural coordinates shown in Appendix 1.
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