JP2006288391A - New heat-resistant protein having enolase activity - Google Patents

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成紀 倉光
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new heat-resistant protein having an enolase activity. <P>SOLUTION: This protein comprising a specific amino acid sequence and having an enolase activity. This protein is obtained by cloning a gene estimated to encode a protein having the enolase activity, from the gene sequence of Aeropyrumpernix K1 (JCM9820) which is a hyperthermophilic archaebacterium and is one of aerobic hyperthermophilic archaeon, and then expressing the cloned gene in Escherichia coli. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、エノラーゼ活性を有する新規耐熱性タンパク質に関する。なお、本出願は、国の委託に係る成果の出願である。   The present invention relates to a novel thermostable protein having enolase activity. In addition, this application is an application of the result which concerns on national commission.

エノラーゼは、2−ホスホグリセリン酸に作用して、ホスホエノールビルビン酸および水を生成する機能を有する。この機能を利用して、血中のホスホグリセリン酸ムターゼ濃度を測定し、それにより、痴呆症の患者におけるアルツハイマー型痴呆症と血管性痴呆症とを識別することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、その他の用途として、エノラーゼをコードする遺伝子をコリネ型細菌に導入し、エノラーゼ活性を増幅することにより、L−リジン又はL−グルタミン酸の生産量を増大させること(例えば、特許文献2参照)や、血栓溶解剤として使用すること(例えば、特許文献3参照)が提案されている。さらに、エノラーゼが、細胞の生存および心筋細胞におけるATPレベル維持のために重要な役割を担うことから、エノラーゼを虚血心筋に直接投与することによって、心臓機能の改善を行うことが検討されている(例えば、特許文献4参照)。   Enolase has a function of acting on 2-phosphoglyceric acid to produce phosphoenolphurbic acid and water. It has been proposed to use this function to measure phosphoglycerate mutase concentration in blood, thereby distinguishing Alzheimer's dementia and vascular dementia in patients with dementia (for example, patents) Reference 1). In addition, as another application, a gene encoding enolase is introduced into a coryneform bacterium, and the production of L-lysine or L-glutamic acid is increased by amplifying enolase activity (see, for example, Patent Document 2). It has also been proposed to use it as a thrombolytic agent (see, for example, Patent Document 3). Furthermore, since enolase plays an important role in cell survival and maintaining ATP levels in cardiomyocytes, it has been studied to improve cardiac function by directly administering enolase to ischemic myocardium. (For example, refer to Patent Document 4).

エノラーゼとしては、様々な生物由来のものが知られているが、その中で、耐熱性菌由来のものが知られている。前記耐熱性菌としては、超好熱性古細菌であるパイロコッカス・フリオサス(Pyrococcus furiosus)、好熱性真正細菌であるテルモトガ・マリチマ(Thermotoga maritima)があげられる(例えば、非特許文献1および非特許文献2参照)。このような耐熱性菌由来のエノラーゼは、工業的用途を広げるものと期待されているが、前記2種類の菌由来のものだけでは、いまだ不十分である。 As enolase, those derived from various organisms are known, and among them, those derived from heat-resistant bacteria are known. Examples of the thermostable bacteria include Pyrococcus furiosus , which is a hyperthermophilic archaeon, and Thermotoga maritima , which is a thermophilic eubacteria (for example, Non-Patent Document 1 and Non-Patent Documents). 2). Such an enolase derived from a thermostable bacterium is expected to expand industrial applications, but those derived from the two types of bacteria are still insufficient.

他方、前記の菌以外の超好熱性古細菌(非特許文献3参照)についての研究があり、アエロパイラム属細菌の1種であるアエロパイラム・ペルニックス(Aeropyrum pernix)(JCM9820)(非特許文献4参照)は、その遺伝子が既に解析されている(非特許文献5参照)。したがって、この超好熱性古細菌が、エノラーゼ活性を有するタンパク質を産生するとすれば、それは優れた耐熱性および安定性を有すると予想され、これによって工業的用途がさらに広がる可能性がある。 On the other hand, there has been research on hyperthermophilic archaea other than the above-mentioned bacteria (see Non-Patent Document 3), and Aeropyrum pernix (JCM9820) (JCM9820) (see Non-Patent Document 4), which is a kind of bacteria belonging to the genus Aeropyrum . The gene has already been analyzed (see Non-Patent Document 5). Thus, if this hyperthermophilic archaea produces a protein with enolase activity, it is expected to have excellent heat resistance and stability, which may further expand industrial applications.

特開平11−239500号公報JP 11-239500 A 特開2003−180355号公報JP 2003-180355 A 米国特許第6190659号明細書US Pat. No. 6,190,659 特開2004−081111号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-081111 Arch. Biochem. Biophysics、1994、September、313(2)、280-286Arch. Biochem. Biophysics, 1994, September, 313 (2), 280-286 Protein Science 4, 228-236 (1995)Protein Science 4, 228-236 (1995) Advances in Protein Chemistry, Volume 48, Enzymes and Proteins from Hyperthermophilic Microorganisms (M. W. W. Adams ed.), Academic Press (1996)Advances in Protein Chemistry, Volume 48, Enzymes and Proteins from Hyperthermophilic Microorganisms (M.W.W.Adams ed.), Academic Press (1996) Int. J. Syst. Bacteriol. 1996 October; 46(4):1070-1077Int. J. Syst. Bacteriol. 1996 October; 46 (4): 1070-1077 DNA Res. 1999 April 30; 6(2):83-101, 145-152DNA Res. 1999 April 30; 6 (2): 83-101, 145-152

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、エノラーゼ活性を持つ新規耐熱性タンパク質の提供を、その目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a novel thermostable protein having enolase activity.

前記目的を達成するために、超好熱性古細菌であるアエロパイラム・ペルニックス(Aeropyrum pernix)(JCM9820)のゲノム情報について調べたところ、この細菌が、エノラーゼを産生する可能性があることを突き止めた。この知見に基づき、さらに研究を重ねたところ、この細菌の遺伝子から、エノラーゼ活性を持つ新規耐熱性タンパク質を発現させることに成功し、本発明に到達した。 In order to achieve the above object, the genome information of Aeropyrum pernix (JCM9820), which is a hyperthermophilic archaeon, was examined, and it was found that this bacterium may produce enolase. As a result of further research based on this finding, the inventors succeeded in expressing a novel thermostable protein having enolase activity from the gene of this bacterium, and reached the present invention.

すなわち本発明のタンパク質は、下記の(a)または(b)の耐熱性タンパク質である。
(a) 配列番号1のアミノ酸配列からなる耐熱性タンパク質。
(b) 配列番号1のアミノ酸配列において、1つ若しくは数個のアミノ酸残基が、欠失、置換、付加若しくは挿入されたアミノ酸配列からなり、エノラーゼ活性を有する耐熱性タンパク質。
That is, the protein of the present invention is the following heat-resistant protein (a) or (b).
(A) A heat-resistant protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.
(B) A heat-resistant protein having an enolase activity, comprising an amino acid sequence in which one or several amino acid residues are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.

なお、アエロパイラム・ペルニックス(Aeropyrum pernix)(JCM9820)は、理化学研究所生物基盤研究部微生物系統保存施設に保存されており、第三者の要求により分譲可能である。 Aeropyrum pernix (JCM9820) is stored in the microbial strain storage facility of RIKEN Bioinformatics and can be sold at the request of a third party.

アエロパイラム・ペルニックス(Aeropyrum pernix)(JCM9820)の最適生育温度は90〜95℃であり、生育限界温度が100℃であるから、本発明のタンパク質は、90〜100℃の高温であっても活性がある。したがって、本発明のタンパク質は、高温下で使用することができ、かつ、高温下で安定性が高く、工業的用途の拡大が可能となる。 Since the optimum growth temperature of Aeropyrum pernix (JCM9820) is 90-95 ° C. and the growth limit temperature is 100 ° C., the protein of the present invention is active even at a high temperature of 90-100 ° C. is there. Therefore, the protein of the present invention can be used at a high temperature, has high stability at a high temperature, and can expand industrial applications.

前記エノラーゼは、2−ホスホグリセリン酸に作用して、ホスホエノールビルビン酸および水を生成する機能を有する。また、前記エノラーゼは、ホスホエノールビルビン酸に作用して、2−ホスホグリセリン酸を生成する機能を有する。   The enolase has a function of acting on 2-phosphoglyceric acid to produce phosphoenolphurbic acid and water. In addition, the enolase has a function of acting on phosphoenolpyruvate to generate 2-phosphoglycerate.

前述のように、本発明の新規耐熱性タンパク質は、超好熱性古細菌由来であり、具体的には、アエロパイラム・ペルニックス(Aeropyrum pernix)(JCM9820)由来である。但し、本発明のタンパク質は、この菌が産生するものに限定されず、遺伝子工学的手法により、他の生物が産生するものであってもよい。 As described above, the novel thermostable protein of the present invention is derived from a hyperthermophilic archaea, specifically, from Aeropyrum pernix (JCM9820). However, the protein of the present invention is not limited to those produced by this bacterium, and may be produced by other organisms by genetic engineering techniques.

つぎに、本発明の発現ベクターは、前記本発明のタンパク質をコードするDNAまたは配列番号2に記載のDNAを含むベクターである。   Next, the expression vector of the present invention is a vector comprising the DNA encoding the protein of the present invention or the DNA described in SEQ ID NO: 2.

つぎに、本発明の形質転換体は、前記本発明の発現ベクターにより形質転換された形質転換体である。なお、宿主は特に制限されず、例えば、大腸菌等がある。   Next, the transformant of the present invention is a transformant transformed with the expression vector of the present invention. The host is not particularly limited, and examples thereof include E. coli.

つぎに、本発明のタンパク質の製造方法は、前記本発明の形質転換体を培養する工程と、前記培養工程において発現した前記タンパク質を回収する工程とを含む製造方法である。   Next, the method for producing a protein of the present invention is a production method including a step of culturing the transformant of the present invention and a step of recovering the protein expressed in the culturing step.

つぎに、本発明のホスホエノールピルビン酸の製造方法は、酵素反応により2−ホスホグリセリン酸からホスホエノールピルビン酸を製造する方法であって、酵素として前記本発明のタンパク質を使用するホスホエノールピルビン酸の製造方法である。   Next, the method for producing phosphoenolpyruvate according to the present invention is a method for producing phosphoenolpyruvate from 2-phosphoglycerate by enzymatic reaction, wherein the protein of the present invention is used as an enzyme. It is a manufacturing method.

以下、本発明について、さらに詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

本発明者らは、子宝島の海岸の硫気孔から採取された超好熱性古細菌であって、好気性hyperthermophilic archaeonの1種であるアエロパイラム・ペルニックス(Aeropyrum pernix)種K1(JCM9820)の遺伝子配列からエノラーゼ活性を示すタンパク質をコードすると推定される遺伝子(配列番号2)をクローニングし、これを、大腸菌を用いて発現させることにより、本発明の新規耐熱性タンパク質を得るに至った。遺伝子のクローニング方法は、後述する実施例1に記載した通り実施した。クローニングされた遺伝子の塩基配列は、配列番号2に示す通りであり、また、その推定アミノ酸配列は、配列番号1に示す通りである。なお、本発明の新規耐熱性タンパク質は、エノラーゼ活性を有していれば、配列番号1のアミノ酸配列において、一つ若しくは数個のアミノ酸残基が、欠質、置換、付加若しくは挿入されていてもよい。このアミノ酸配列における「アミノ酸の欠失、置換、付加若しくは挿入」は、当業者に公知の方法(例えば、突然変異誘発法)に従って実施できる。 The inventors of the present invention are a hyperthermophilic archaeon collected from the sulfur pores on the coast of Kotajima Island, and a gene sequence of Aeropyrum pernix species K1 (JCM9820), which is a kind of aerobic hyperthermophilic archaeon. Was cloned from a gene (SEQ ID NO: 2) presumed to encode a protein exhibiting enolase activity and expressed using Escherichia coli, whereby the novel heat-resistant protein of the present invention was obtained. The gene cloning method was performed as described in Example 1 described later. The base sequence of the cloned gene is as shown in SEQ ID NO: 2, and the deduced amino acid sequence is as shown in SEQ ID NO: 1. In addition, as long as the novel heat-resistant protein of the present invention has enolase activity, one or several amino acid residues in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 are missing, substituted, added or inserted. Also good. The “amino acid deletion, substitution, addition or insertion” in this amino acid sequence can be carried out according to a method known to those skilled in the art (eg, mutagenesis).

本発明のタンパク質は、前述の本発明のタンパク質の製造方法により製造可能であるが、これに限定されず、他の製造方法で製造されてもよい。例えば、配列番号1に示すように、そのアミノ酸配列が決定されているタンパク質については、その配列を元に当業者に公知の手法、例えば、個々のアミノ酸を化学的に重合してタンパク質を合成する方法に従って調製できる。   The protein of the present invention can be produced by the above-described method for producing the protein of the present invention, but is not limited thereto, and may be produced by other production methods. For example, as shown in SEQ ID NO: 1, a protein whose amino acid sequence has been determined is synthesized by a method known to those skilled in the art based on the sequence, for example, by chemically polymerizing individual amino acids. It can be prepared according to the method.

本発明のタンパク質をコードする遺伝子の一例としては、配列番号2に示す遺伝子がある。前記遺伝子は、例えば、後述する実施例2に示すように超好熱性古細菌アエロパイラム・ペルニックス(Aeropyrum pernix)(JCM9820)のゲノムから、例えば、配列番号2で示される塩基配列の一部をプライマーとして用いるPCR法あるいは該DNA断片をプローブとして用いるハイブリダイゼーション法により調製できる。また、その塩基配列をもとに、当業者に公知である核酸化学合成法等に従って前記遺伝子を得ることもできるが、本発明は、これらに限定されない。 An example of a gene encoding the protein of the present invention is the gene shown in SEQ ID NO: 2. The gene is, for example, from the genome of the hyperthermophilic archaeon Aeropyrum pernix (JCM9820) as shown in Example 2 described later, for example, using a part of the base sequence represented by SEQ ID NO: 2 as a primer. It can be prepared by the PCR method used or the hybridization method using the DNA fragment as a probe. Moreover, although the said gene can also be obtained according to the nucleic acid chemical synthesis method etc. which are well-known to those skilled in the art based on the base sequence, this invention is not limited to these.

本発明の発現ベクターは、前記遺伝子もしくは配列番号2のDNAを適当なベクターに挿入することによって得ることができる。本発明の発現ベクターは、宿主中で複製可能なものであれば、特に制限されるものではなく、例えば、プラスミドDNA、ファージDNA、AcMNPVなどのバキュロウイルスなどが挙げられる。プラスミドDNAは、大腸菌やアグロバクテリウムからアルカリ抽出法またはその変法などにより調製できる。また、市販の発現ベクターとして、例えば、pET-11a(Novagen社製)あるいはバチルス属の宿主を用いた分泌型のベクターなどを用いてもよい。これらのベクターは、例えば、アンピシリン耐性遺伝子、カナマイシン耐性遺伝子、クロラムフェニコール耐性遺伝子などが含まれていてもよい。   The expression vector of the present invention can be obtained by inserting the gene or DNA of SEQ ID NO: 2 into an appropriate vector. The expression vector of the present invention is not particularly limited as long as it can replicate in the host, and examples thereof include plasmid DNA, phage DNA, and baculoviruses such as AcMNPV. Plasmid DNA can be prepared from Escherichia coli or Agrobacterium by an alkali extraction method or a modified method thereof. Moreover, as a commercially available expression vector, for example, pET-11a (manufactured by Novagen) or a secretory vector using a Bacillus host may be used. These vectors may contain, for example, an ampicillin resistance gene, a kanamycin resistance gene, a chloramphenicol resistance gene, and the like.

ベクターへの遺伝子等の挿入は、例えば、精製された遺伝子の塩基配列を適当な制限酵素で切断し、適当なベクターDNAの制限酵素部位またはマルチクローニングサイトに挿入してベクターに連結する方法などを用いることができるが、これらに限定されない。また、本発明のタンパク質をコードする遺伝子の機能が発揮されるように、本発明の発現ベクターには、本発明のタンパク質をコードする遺伝子のほか、プロモーター、ターミネーター、リボソーム結合配列などを組み込んでいてもよい。さらに、本発明のタンパク質をコードする遺伝子も他のタンパク質のコードする配列を融合したものを挿入してもよい。   The insertion of a gene or the like into a vector includes, for example, a method in which the base sequence of the purified gene is cleaved with a suitable restriction enzyme, inserted into a restriction enzyme site or a multicloning site of a suitable vector DNA, and linked to the vector. Although it can be used, it is not limited to these. In addition, the expression vector of the present invention incorporates a promoter, terminator, ribosome binding sequence and the like in addition to the gene encoding the protein of the present invention so that the function of the gene encoding the protein of the present invention is exhibited. Also good. Furthermore, a gene encoding the protein of the present invention may be inserted by fusing a sequence encoded by another protein.

前記発現ベクターで宿主生物を形質転換すれば、本発明の形質転換体が得られる。宿主生物としては、本発明のタンパク質をコードする遺伝子を発現できるものであれば、特に制限されるものではなく、例えば、大腸菌などの原核細胞が挙げられるが、これらに限定されない。形質転換法としては、既に公知である塩化カルシウム法などを使用できるが、これらの方法に限定されない。   If a host organism is transformed with the expression vector, the transformant of the present invention can be obtained. The host organism is not particularly limited as long as it can express the gene encoding the protein of the present invention, and examples thereof include, but are not limited to, prokaryotic cells such as Escherichia coli. As the transformation method, a known calcium chloride method or the like can be used, but it is not limited to these methods.

本発明のタンパク質の製造方法は、前記形質転換体を培養する工程と、前記培養工程において発現した前記タンパク質を回収する工程とを含む製造方法である。前記培養する方法は、宿主細胞の培養に用いられる通常の方法に従って行われる。大腸菌等の微生物を宿主とした形質転換体を培養する培地としては、微生物が資化し得る炭素源、窒素源、無機塩類などを含有し、形質転換体の培養を効率的に行えるものであれば、天然培地、合成培
地などのいずれを用いてもよい。本発明のタンパク質の回収は、特に制限されない。前記タンパク質が菌体内または細胞内に生産される場合には、菌体または細胞を破砕することによって前記タンパク質を回収する。また、本発明のタンパク質が菌体外または細胞外に生産される場合には、培養液をそのまま使用するか、遠心分離などにより菌体または細胞を除去した後、タンパク質の単離精製に用いられる一般的な生化学的方法、例えば、硫酸アンモニウム沈殿、ゲルクロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィーなどを単独でまたは適宜組み合わせて用いることにより、培養物中から本発明のタンパク質を単離精製できる。なお、培養液をそのまま使用する場合、熱処理をすることにより他のタンパク質が失活するので、実質上、本発明のタンパク質のみの酵素液として使用できる。
The protein production method of the present invention is a production method comprising a step of culturing the transformant and a step of recovering the protein expressed in the culture step. The culturing method is performed according to a usual method used for culturing host cells. As a medium for culturing a transformant using a microorganism such as Escherichia coli as a host, any medium that contains a carbon source, a nitrogen source, an inorganic salt, etc. that can be assimilated by the microorganism can be used. Any of natural media, synthetic media and the like may be used. The recovery of the protein of the present invention is not particularly limited. When the protein is produced in cells or cells, the protein is recovered by crushing the cells or cells. When the protein of the present invention is produced outside the cells or cells, the culture solution is used as it is or after removing the cells or cells by centrifugation or the like, it is used for protein isolation and purification. The protein of the present invention can be isolated and purified from the culture by using general biochemical methods such as ammonium sulfate precipitation, gel chromatography, ion exchange chromatography, affinity chromatography alone or in appropriate combination. . When the culture solution is used as it is, other proteins are inactivated by heat treatment, so that it can be used substantially as an enzyme solution containing only the protein of the present invention.

本発明のタンパク質は、その酵素反応により、例えば、ホスホエノールピルビン酸から2−ホスホグリセリン酸を製造できる。したがって、本発明は、その一態様として、酵素反応によりホスホエノールピルビン酸から2−ホスホグリセリン酸を製造する方法であって、酵素として前記本発明の耐熱性タンパク質を使用する方法を含む。前記酵素反応は、例えば、70〜85℃の温度条件下で行うことができる。前記酵素反応は、例えば、Mg2+、Mn2+、Ni2+、Ca2+及びCo2+等の2価金属イオン存在下で行うことが好ましく、それぞれ1種類でもよいし、2種類以上を併用してもよい。中でも、Mg2+存在下が好ましい。前記酵素反応は、例えば、MgCl2、MnCl2、NiCl2、CaCl2及びCoCl2等を含む反応液を使用できる。前記反応液は、さらに、例えば、フェニルメタンスルフォニルフロリド(PMSF)及びメルカプトエタノール等を含んでいてもよい。前記反応液の緩衝液は特に制限されないが、例えば、MES緩衝液、Tris/HCl緩衝液等が挙げられる。前記反応液のpHは、pH4.5〜6.5の範囲が好ましく、より好ましくはpH4.5〜6.0の範囲である。反応液中の本発明のタンパク質の濃度は、特に制限されないが、例えば、3.2〜14U/mgであり、ホスホエノールピルビン酸の濃度は、例えば、0.25〜2mMである。 The protein of the present invention can produce 2-phosphoglyceric acid from phosphoenolpyruvate, for example, by its enzymatic reaction. Therefore, the present invention includes, as one aspect thereof, a method for producing 2-phosphoglyceric acid from phosphoenolpyruvate by an enzymatic reaction, and the method using the heat-resistant protein of the present invention as an enzyme. The said enzyme reaction can be performed on 70-85 degreeC temperature conditions, for example. The enzyme reaction is preferably performed in the presence of divalent metal ions such as Mg 2+ , Mn 2+ , Ni 2+ , Ca 2+, and Co 2+ , and each may be one type or two or more types. May be used in combination. Among them, the presence of Mg 2+ is preferable. For the enzyme reaction, for example, a reaction solution containing MgCl 2 , MnCl 2 , NiCl 2 , CaCl 2 and CoCl 2 can be used. The reaction solution may further contain, for example, phenylmethanesulfonyl fluoride (PMSF) and mercaptoethanol. The buffer solution for the reaction solution is not particularly limited, and examples thereof include a MES buffer solution and a Tris / HCl buffer solution. The pH of the reaction solution is preferably in the range of pH 4.5 to 6.5, more preferably in the range of pH 4.5 to 6.0. The concentration of the protein of the present invention in the reaction solution is not particularly limited, but is, for example, 3.2 to 14 U / mg, and the concentration of phosphoenolpyruvate is, for example, 0.25 to 2 mM.

つぎに、本発明のホスホエノールピルビン酸の製造方法は、前述のように、酵素反応により2−ホスホグリセリン酸からホスホエノールピルビン酸を製造する方法であって、酵素として前記本発明の耐熱性タンパク質を使用する方法である。前記本発明の耐熱性タンパク質を用いれば、高温領域で酵素反応を実施できる。前記酵素反応における反応条件(例えば、温度条件、2価金属イオン、緩衝液およびpH等)は、前記2−ホスホグリセリン酸の製造方法と同様である。また、反応液における本発明のタンパク質及び基質の濃度は、特に制限されず、例えば、前記2−ホスホグリセリン酸の製造における濃度から適宜決定できる。   Next, as described above, the method for producing phosphoenolpyruvate according to the present invention is a method for producing phosphoenolpyruvate from 2-phosphoglycerate by enzymatic reaction, and the thermostable protein according to the present invention is used as an enzyme. Is the way to use. If the heat-resistant protein of the present invention is used, an enzyme reaction can be carried out in a high temperature region. Reaction conditions (for example, temperature conditions, divalent metal ions, buffer solution, pH, etc.) in the enzyme reaction are the same as in the method for producing 2-phosphoglycerate. The concentration of the protein and substrate of the present invention in the reaction solution is not particularly limited, and can be appropriately determined from the concentration in the production of 2-phosphoglycerate, for example.

以下に実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらにより限定されない。   The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited thereto.

染色体DNAの調製
アエロパイラム・ペルニックス(Aeropyrum pernix)(JCM9820)をL培地で37℃にて一晩培養し、集菌したものに、SSC溶液(0.15M NaCl、0.015
M クエン酸ナトリウム)溶液を10mL、0.5M EDTA溶液を0.2mL、100mg/mL ニワトリ卵白リゾチームを0.1mLおよび10%非イオン性界面活性剤Brij-58溶液を0.5mL加え、0℃で30分間放置した後、プロテイナーゼK(Merck社製)5mgを0.2mLの10%SDS溶液に溶かした溶液を加え、37℃で2、3日間放置した。この溶液に水飽和フェノール、クロロホルム、イソアミルアルコールの混合溶液を加えて37℃で1時間放置した後、水層を分取し、そこへエタノールを加えてDNAを沈殿濃縮した。このDNAの沈殿をTE溶液(10mM Tris/HCl(pH7.5)、1mM EDTA(pH8.0))10mLに溶解し、リボヌクレアーゼ0.25mL(最終濃度0.25mg/mL)を加えて、37℃で一晩放置した後、エタノールで沈殿させた。ついで、DNAをTE溶液5mLに溶解した後、260nmの吸光度より、DNA濃度を決定した(Clarke,L. & Carbon,J. (1979) Methods Enzymol. 68, 396-408)。
Preparation of chromosomal DNA Aeropyrum pernix (JCM9820) was cultured overnight at 37 ° C. in L medium and collected into an SSC solution (0.15 M NaCl, 0.015).
M sodium citrate) solution (10 mL), 0.5 M EDTA solution (0.2 mL), 100 mg / mL chicken egg white lysozyme (0.1 mL) and 10% nonionic surfactant Brij-58 solution (0.5 mL) were added, and 0 ° C was added. Was added for 30 minutes, and then 5 mg of proteinase K (manufactured by Merck) dissolved in 0.2 mL of 10% SDS solution was added, and the mixture was allowed to stand at 37 ° C. for a few days. A mixed solution of water-saturated phenol, chloroform, and isoamyl alcohol was added to this solution and allowed to stand at 37 ° C. for 1 hour. The aqueous layer was separated, ethanol was added thereto, and DNA was precipitated and concentrated. This DNA precipitate was dissolved in 10 mL of TE solution (10 mM Tris / HCl (pH 7.5), 1 mM EDTA (pH 8.0)), 0.25 mL of ribonuclease (final concentration 0.25 mg / mL) was added, And allowed to stand overnight, and then precipitated with ethanol. The DNA was then dissolved in 5 mL of TE solution, and the DNA concentration was determined from the absorbance at 260 nm (Clarke, L. & Carbon, J. (1979) Methods Enzymol. 68, 396-408).

発現ベクターの構築と遺伝子発現
1.発現ベクターの構築
耐熱性エノラーゼ遺伝子の翻訳領域の前後に制限酵素NdeIおよびBamHI、NotIサイトを含むDNAを構築する目的で下記のDNAプライマーを合成し、このプライマーを用いたPCRで耐熱性エノラーゼ遺伝子の翻訳領域の前後に制限酵素サイトを導入した。DNAポリメラーゼとして、KOD Dash(東洋紡社製)を使用した。
Forward primer(配列番号3):5'- ATATCATATGGGGGTAAATGACTTTGCTATTGAGCGCGTT -3'
Reverse primer(配列番号4):5'- ATATGGATCCGCGGCCGCTTATTAGCGCCTGCCCATTACGCC -3'
Construction of expression vector and gene expression Construction of an expression vector The following DNA primers were synthesized for the purpose of constructing DNA containing restriction enzymes NdeI, BamHI, and NotI sites before and after the translation region of the thermostable enolase gene, and PCR of the thermostable enolase gene was carried out using this primer. Restriction enzyme sites were introduced before and after the translation region. KOD Dash (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) was used as the DNA polymerase.
Forward primer (SEQ ID NO: 3): 5'-ATATCATATGGGGGTAAATGACTTTGCTATTGAGCGCGTT -3 '
Reverse primer (SEQ ID NO: 4): 5'-ATATGGATCCGCGGCCGCTTATTAGCGCCTGCCCATTACGCC -3 '

PCR反応後、Ex Taq(宝酒造社製)を用いて増幅断片の3’末端側にデオキシアデノシンを付加した後、pGEM−T Easy Vector(Promega社製)とT4リガーゼで15℃、30分間反応させ、連結した。連結したDNAを大腸菌DH5αのコンピテントセルに導入し、形質転換体のコロニーを得た。得られた形質転換体を、アンピシリンを含むLB培地(18mL)で24時間培養し、その培養液から発現ベクターを改変アルカリSDS法で精製した。精製ベクター中に期待される大きさの挿入DNA断片が存在することを、アガロース電気泳動で確認した。精製ベクターの挿入DNA断片の塩基配列は、BigDye Terminator kit(登録商標:Applied Biosystems社製)とABI PRISM 3700 DNA Analyzer(登録商標:Applied Biosystems社製)とを用いて決定し、挿入DNA断片の塩基配列が、耐熱性エノラーゼ遺伝子の正しい配列であることを確認した。正しい配列を有するベクターの一部を制限酵素NdeIとBamHIで完全分解(37℃で2時間)した後、アガロース電気泳動により、耐熱性エノラーゼ遺伝子を精製した。pET-11a(Novagen社製)を制限酵素NdeIとBamHIとで切断・精製した後、T4リガーゼで反応させ、上記の構造遺伝子と連結した。連結したDNAの一部を大腸菌DH5αのコンピテントセルに導入し、アンピシリンを含むLB寒天プレートに適量まき、37℃で一晩培養し、形質転換体のコロニーを得た。得られた形質転換体を、アンピシリンを含むLB培地(18mL)で24時間培養し、その培養液から発現ベクターを改変アルカリSDS法で精製した。   After the PCR reaction, deoxyadenosine was added to the 3 ′ end of the amplified fragment using Ex Taq (Takara Shuzo), and then reacted with pGEM-T Easy Vector (Promega) and T4 ligase at 15 ° C. for 30 minutes. Connected. The ligated DNA was introduced into competent cells of E. coli DH5α to obtain transformant colonies. The obtained transformant was cultured in an LB medium (18 mL) containing ampicillin for 24 hours, and the expression vector was purified from the culture solution by a modified alkaline SDS method. The presence of the inserted DNA fragment of the expected size in the purified vector was confirmed by agarose electrophoresis. The base sequence of the inserted DNA fragment of the purified vector was determined using BigDye Terminator kit (registered trademark: Applied Biosystems) and ABI PRISM 3700 DNA Analyzer (registered trademark: Applied Biosystems). The sequence was confirmed to be the correct sequence of the thermostable enolase gene. A part of the vector having the correct sequence was completely digested with restriction enzymes NdeI and BamHI (2 hours at 37 ° C.), and then the thermostable enolase gene was purified by agarose electrophoresis. pET-11a (manufactured by Novagen) was cleaved and purified with restriction enzymes NdeI and BamHI, reacted with T4 ligase, and ligated with the above structural gene. A part of the ligated DNA was introduced into competent cells of Escherichia coli DH5α, and an appropriate amount was spread on an LB agar plate containing ampicillin and cultured at 37 ° C. overnight to obtain transformant colonies. The obtained transformant was cultured in an LB medium (18 mL) containing ampicillin for 24 hours, and the expression vector was purified from the culture solution by a modified alkaline SDS method.

2.組換え遺伝子の発現
大腸菌Rosetta-gami(DE3)(Novagen社製)のコンピテントセル0.1mLをファルコンチューブに移した。その中に上記1.の精製発現ベクターの溶液0.002mLを加え氷中に20分間放置した。ついで、42℃でヒートショックを90秒間行い、氷中に1分間放置した後、クロラムフェニコールとアンピシリンを含むLB寒天プレートに適量まき、37℃で一晩培養し、形質転換体を得た。得られた形質転換体を、アンピシリンを含むLB培地(5mL)で18時間培養し、耐熱性エノラーゼ遺伝子を発現した。培養後、遠心分離(13,000G、10分)で集菌した。
2. Expression of recombinant gene 0.1 mL of competent cells of Escherichia coli Rosetta-gami (DE3) (manufactured by Novagen) were transferred to a falcon tube. Among them, the above 1. 0.002 mL of the purified expression vector solution was added and left on ice for 20 minutes. Next, heat shock was performed at 42 ° C. for 90 seconds and left on ice for 1 minute, and then an appropriate amount was spread on an LB agar plate containing chloramphenicol and ampicillin and cultured at 37 ° C. overnight to obtain a transformant. . The obtained transformant was cultured in LB medium (5 mL) containing ampicillin for 18 hours to express the thermostable enolase gene. After incubation, the cells were collected by centrifugation (13,000 G, 10 minutes).

集菌した菌体に、菌体破砕液(20mM Tris/HCl、100mM KCl、pH7.5)を0.2mL加え、超音波発生器で細胞を破砕し、その懸濁液を0.1mLずつ2本のサンプルチューブに分けた。一方のサンプルチューブは遠心分離(13,000G、10分)して上清と沈殿とに分け、沈殿は前記菌体破砕液0.1mLで懸濁した。もう一方のサンプルチューブは、熱処理(80℃、10分)を施した後、遠心分離(13,000G、10分)して上清と沈殿に分け、沈殿は前記菌体破砕液0.1mLで懸濁した。これらの試料の一部をSDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動(PAGE)で分析し、発現を確認できた。この結果を図1のSDS−PAGE写真に示す。   To the collected cells, 0.2 mL of a cell disruption solution (20 mM Tris / HCl, 100 mM KCl, pH 7.5) is added, the cells are disrupted with an ultrasonic generator, and the suspension is divided into 0.1 mL each 2 Divided into sample tubes. One sample tube was centrifuged (13,000 G, 10 minutes) to separate into a supernatant and a precipitate, and the precipitate was suspended in 0.1 mL of the cell disruption solution. The other sample tube was heat-treated (80 ° C., 10 minutes) and then centrifuged (13,000 G, 10 minutes) to separate the supernatant and the precipitate. Suspended. A part of these samples was analyzed by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE), and the expression could be confirmed. The results are shown in the SDS-PAGE photograph of FIG.

耐熱性エノラーゼの発現が見られた試料についてSDSポリアクリルアミドゲル電気泳動を行った後、エレクトロブロッティングによってPVDF膜に転写し、染色によって可視化された目的組換えタンパク質である耐熱性エノラーゼのバンドを切り出し、プロテインシーケンサーModel492Procise(Applied Biosystems社製)を用いて、アミノ末端配列を解析した結果、配列番号5に示すように7残基のアミノ末端配列が決定できた。この配列により、発現タンパク質が耐熱性エノラーゼであることを確認できた。この発現タンパク質は、432アミノ酸残基より構成されており、その推定分子量は46.8kDaであり、図1の結果とほぼ一致した。   After performing SDS polyacrylamide gel electrophoresis on the sample in which the expression of thermostable enolase was observed, it was transferred to a PVDF membrane by electroblotting, and the band of thermostable enolase that is the target recombinant protein visualized by staining was cut out. As a result of analyzing the amino terminal sequence using a protein sequencer Model492Procise (Applied Biosystems), an amino terminal sequence of 7 residues was determined as shown in SEQ ID NO: 5. This sequence confirmed that the expressed protein was a thermostable enolase. This expressed protein is composed of 432 amino acid residues, and its estimated molecular weight is 46.8 kDa, which almost coincides with the result of FIG.

DNA組換え大腸菌の大量培養
実施例2と同様にして発現ベクターを精製し、この発現ベクターを用いて大腸菌Rosetta−Gami(DE3)を形質転換した。プレート上に生えてきたコロニーを3白金耳量とり、5mLのLBL培地(1%ペプトン、0.5%酵母抽出液、0.5%NaCl、0.1%ラクトース、50μg/mLアンピシリン、40μg/mLクロラムフェニコール)に植菌して約6時間37℃で前培養した。この前培養液の全量を、3Lの4×LBL培地(4%ペプトン、2%酵母抽出液、 2%NaCl、50μg/mLアンピシリン)に加え、高密度培養槽(ABLE社製)にて所定の条件(37℃、pH7.2、圧力0.02Pa)にコンピュータプログラム制御して培養した。pHは、オートクレーブ済みの2M HCl(和光純薬社製)および2M NaOH(和光純薬社製)で調整した。集菌約18時間前(培養開始後約24時間前)にオートクレーブ済みの発現誘導液(10%ラクトース、20%グリセロール)を300mL加えた。大腸菌の生育度が定常期に入ったところ(培養開始42時間後)で大型遠心分離機(Beckman社製、商品名AvantiHP−30I)を用いて集菌した。回収した菌体のうち少量を分取し、残りの菌体は−30℃で保存した。前記分取した菌体を、破砕液(150mM NaCl、20mM Tris−HCl(pH8)及び5mM β−メルカプトエタノール(和光純薬社製))に懸濁し、超音波破砕装置(TOMY社製、商品名UD−201)で破砕した。この溶液を2等分し、一方を9,100G、4℃で10分間遠心分離して上清と沈殿に分けた。他方は、75℃に設定した恒温槽(TAITEC社製、商品名DTU−1C)で10分間加熱した後、9,100G、4℃で10分間遠心分離して上清と沈殿に分けた。得られた沈殿は、前記破砕液に再懸濁した。これら4種の上清および沈殿懸濁液に変性剤(62.5mM Tris−HCl(pH6.8)、10%グリセロール、2%SDS、2.4%β−メルカプトエタノール、0.005%ブロムフェノールブルー(和光純薬社製))を加え、95℃で5分間加熱して変性させた。各変性タンパク質液を12.5%ポリアクリルアミドゲルに加え、SDS−PAGEにて電気泳動を行った。染色液(和光純薬社製、商品名Quick−CBB)を用い、電気泳動後のゲルを染色・脱色した結果、目的タンパク質(エノラーゼ)の発現が確認できた。
Mass Recombination of DNA Recombinant E. coli The expression vector was purified in the same manner as in Example 2, and Escherichia coli Rosetta-Gami (DE3) was transformed with this expression vector. Take 3 platinum loops of the colonies that grew on the plate, 5 mL of LBL medium (1% peptone, 0.5% yeast extract, 0.5% NaCl, 0.1% lactose, 50 μg / mL ampicillin, 40 μg / (mL chloramphenicol) and inoculated for about 6 hours at 37 ° C. The total amount of this pre-culture solution is added to 3 L of 4 × LBL medium (4% peptone, 2% yeast extract, 2% NaCl, 50 μg / mL ampicillin), and a predetermined density in a high-density culture tank (manufactured by ABLE). The culture was carried out under computer program control under conditions (37 ° C., pH 7.2, pressure 0.02 Pa). The pH was adjusted with autoclaved 2M HCl (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 2M NaOH (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). About 18 hours before collection (about 24 hours before the start of culture), 300 mL of an autoclaved expression induction solution (10% lactose, 20% glycerol) was added. When the degree of growth of E. coli entered the stationary phase (42 hours after the start of culture), the cells were collected using a large-scale centrifuge (trade name Avanti HP-30I manufactured by Beckman). A small amount was collected from the collected cells, and the remaining cells were stored at -30 ° C. The sorted cells are suspended in a crushing solution (150 mM NaCl, 20 mM Tris-HCl (pH 8) and 5 mM β-mercaptoethanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)), and an ultrasonic crushing device (manufactured by TOMY, trade name). UD-201). This solution was divided into two equal parts, and one was centrifuged at 9,100 G for 10 minutes at 4 ° C. to separate into a supernatant and a precipitate. The other was heated for 10 minutes in a thermostatic chamber set to 75 ° C. (trade name DTU-1C, manufactured by TAITEC), and then centrifuged at 9,100 G for 10 minutes at 4 ° C. to separate into a supernatant and a precipitate. The resulting precipitate was resuspended in the crushed liquid. A denaturant (62.5 mM Tris-HCl (pH 6.8), 10% glycerol, 2% SDS, 2.4% β-mercaptoethanol, 0.005% bromophenol was added to these four supernatants and the precipitate suspension. Blue (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added, and the mixture was denatured by heating at 95 ° C. for 5 minutes. Each denatured protein solution was added to 12.5% polyacrylamide gel, and electrophoresis was performed by SDS-PAGE. As a result of staining and decoloring the gel after electrophoresis using a staining solution (trade name Quick-CBB, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), expression of the target protein (enolase) was confirmed.

1.DNA組換えタンパク質の精製
実施例3において−30℃で保存した菌体を破砕液(150mM NaCl、20mM Tris−HCl(pH8)及び5mM β−メルカプトエタノール(和光純薬社製))に懸濁し、超音波破砕装置(TOMY社製、商品名UD−201)で破砕した。この菌体破砕液を80℃に設定した恒温槽(TAITEC社製、商品名DTU−1C)で10分間加熱した後、すばやく冷却した。ついで、大型遠心分離機(Beckman社製、商品名Avanti HP−30I)を用いて、100,000Gで1時間遠心分離し、上清を回収した。
1. Purification of DNA recombinant protein The cells stored at -30 ° C. in Example 3 were suspended in a disruption solution (150 mM NaCl, 20 mM Tris-HCl (pH 8) and 5 mM β-mercaptoethanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)). The sample was crushed with an ultrasonic crusher (trade name UD-201, manufactured by TOMY). This cell disruption solution was heated for 10 minutes in a thermostatic bath set to 80 ° C. (trade name DTU-1C, manufactured by TAITEC), and then quickly cooled. Subsequently, the mixture was centrifuged at 100,000 G for 1 hour using a large-scale centrifuge (Beckman, product name Avanti HP-30I), and the supernatant was collected.

つぎに、この上清をタンパク質精製装置(Amersham Biosciences社製、商品名AKTATM explorer)を用いて、1.35M硫酸アンモニウム、20mM Tris−HCl(pH8.0)及び5mM β−メルカプトエタノールを含む緩衝溶液に置換した後、疎水交換カラム(Amersham Biosciences社製、商品名RESOURCETMPhe 6mL)に通した。1.35M→0Mの硫酸アンモニウム濃度勾配で溶出させ、各画分をSDS−PAGEにて確認し、目的タンパク質の画分を回収した。 Next, this supernatant was subjected to a buffer solution containing 1.35 M ammonium sulfate, 20 mM Tris-HCl (pH 8.0) and 5 mM β-mercaptoethanol using a protein purification apparatus (trade name: AKTA explorer manufactured by Amersham Biosciences). Then, the solution was passed through a hydrophobic exchange column (manufactured by Amersham Biosciences, trade name RESOURCE Phe 6 mL). Elution was carried out with an ammonium sulfate concentration gradient of 1.35M → 0M, each fraction was confirmed by SDS-PAGE, and the fraction of the target protein was recovered.

つぎに、回収した画分を50mM MES(pH6.0)及び5mM β−メルカプトエタノールを含む緩衝溶液に置換した後、陰イオン交換カラム(東ソー社製、商品名TSK−GEL BioAssistTM Q 6mL)に通した。0〜1M塩化ナトリウムを含む緩衝溶液で溶出を行い、0.48M塩化ナトリウム濃度で溶出した各画分をSDS−PAGEにて確認し、目的タンパク質の画分を回収した。 Next, the collected fraction was replaced with a buffer solution containing 50 mM MES (pH 6.0) and 5 mM β-mercaptoethanol, and then applied to an anion exchange column (trade name TSK-GEL BioAssist Q 6 mL, manufactured by Tosoh Corporation). I passed. Elution was performed with a buffer solution containing 0 to 1 M sodium chloride, and each fraction eluted at 0.48 M sodium chloride concentration was confirmed by SDS-PAGE, and a fraction of the target protein was collected.

つぎに、回収した画分を、遠心濃縮チューブ(ミリポア社製、商品名VIVASPINTM 10000)を用いて遠心分離して濃縮し、タンパク質精製装置(GILSON社製)を用いて、20mM Tris−HCl(pH8.0)、5mM β−メルカプトエタノール及び150mM NaClを含む溶液で平衡化したゲルろ過カラム(Amersham Biosciences社製、商品名HiLoadTM 16/60、SuperdexTM 75)に通した。溶出した各画分をSDS−PAGE電気泳動にて確認し、目的タンパク質の画分を回収した。 Next, the collected fraction is centrifuged and concentrated using a centrifugal concentration tube (trade name VIVASPIN 10000, manufactured by Millipore), and 20 mM Tris-HCl (produced by GILSON) is used. The solution was passed through a gel filtration column (manufactured by Amersham Biosciences, trade name HiLoad 16/60, Superdex 75) equilibrated with a solution containing 5 mM β-mercaptoethanol and 150 mM NaCl. Each eluted fraction was confirmed by SDS-PAGE electrophoresis, and the fraction of the target protein was recovered.

つぎに、回収した画分を、150mM NaCl、20mM Tris−HCl(pH8.5)及び5mM β−メルカプトエタノールを含む溶液に置換した後、遠心濃縮チューブ(ザルトリウス社製、商品名VIVASPINTM 10000)を用いて遠心分離して濃縮し、これを以下の測定にサンプルとして使用した。 Next, the collected fraction was replaced with a solution containing 150 mM NaCl, 20 mM Tris-HCl (pH 8.5) and 5 mM β-mercaptoethanol, and then a centrifugal concentration tube (manufactured by Sartorius, trade name VIVASPIN 10000) was used. And then concentrated by centrifugation and used as a sample for the following measurements.

2.至適温度の決定
2.0mM ホスホエノールピルビン酸(PEP)(SIGMA製)、1.0mM MgCl2(和光純薬製)、50mM Tris/HCl(ナカライテスク製)(pH7.5)を含む反応液を準備し、前記反応液を所定の温度(25、45、55、65、75、85及び90℃)とした。ついで、精製した前記サンプルを前記反応液に加えて酵素反応を開始させ、反応開始直後と反応開始から経時的にホスホエノールピルビン酸に由来する波長240nmの吸光度を測定した(商品名U−3000 Spectrophotometer:HITACHI製)。ホスホエノールピルビン酸のモル吸光係数はMg濃度などによって変化するので、各条件で実測値から計算によってモル吸光係数を用いて、前記吸光度の変化から生成した2−ホスホグリセリン酸量を算出し、それに耐熱性タンパク質1mgが1分あたりに生成した2−ホスホグリセリン酸量(μmol)を比活性(μmol/min/mg)として算出した。その結果を図2に示す。同図に示すように、95℃で最も高い活性を示した。なお、前記サンプルのタンパク質量は、吸光度法により定量した。
2. Determination of optimum temperature Reaction solution containing 2.0 mM phosphoenolpyruvate (PEP) (manufactured by SIGMA), 1.0 mM MgCl 2 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), 50 mM Tris / HCl (manufactured by Nacalai Tesque) (pH 7.5) And the reaction solution was set at a predetermined temperature (25, 45, 55, 65, 75, 85 and 90 ° C.). Subsequently, the purified sample was added to the reaction solution to start an enzyme reaction, and the absorbance at a wavelength of 240 nm derived from phosphoenolpyruvate was measured immediately after the start of the reaction and over time from the start of the reaction (trade name U-3000 Spectrophotometer). : Made by HITACHI). Since the molar extinction coefficient of phosphoenolpyruvate changes depending on the Mg concentration, etc., the amount of 2-phosphoglyceric acid generated from the change in absorbance is calculated using the molar extinction coefficient by calculation from the actual measurement value under each condition. The amount of 2-phosphoglyceric acid (μmol) produced by 1 mg of heat-resistant protein per minute was calculated as the specific activity (μmol / min / mg). The result is shown in FIG. As shown in the figure, the highest activity was shown at 95 ° C. The amount of protein in the sample was quantified by an absorbance method.

3.至適pHの決定
温度条件を85℃とし、Tris/HCl緩衝液に代えて下記の表1に示す緩衝液を使用し、様々なpHで酵素活性の測定を行った以外は、前記「2.至適温度の決定」と同様に測定を行った。その結果を図3に示す。同図に示すように、前記耐熱性タンパク質は、pH5.5(Tris/HCl緩衝液)で最も高い活性を示した。
3. Determination of optimal pH Except that the temperature conditions were set to 85 ° C. and the enzyme activity was measured at various pHs using the buffer shown in Table 1 below instead of the Tris / HCl buffer, the above “2. Measurements were performed in the same manner as in “Determination of optimum temperature”. The result is shown in FIG. As shown in the figure, the thermostable protein showed the highest activity at pH 5.5 (Tris / HCl buffer).

4.熱安定性
(1)CD spectrum
前記耐熱性タンパク質のサンプルをリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)に加えた後、溶液温度を15℃から95℃に上昇させるか、又は、95℃から15℃に下降させながらθ222値を測定した。なお、測定には、商品名Spectropolarimeter J−720−W(日本分光製)を用いた。この結果を図4に示す。同図に示すように、前記耐熱性タンパク質は、15〜95℃の範囲で安定であった。なお。高温側になるにつれて吸光度の上昇が見られたが、95℃に達した際にセル内には沈殿は発生していなかったことから、この上昇は、測定時の誤差又はベースラインのシフトによるものと考えられる。
4). Thermal stability (1) CD spectrum
After adding the thermostable protein sample to potassium phosphate buffer (pH 7.0), increase the solution temperature from 15 ° C. to 95 ° C. or decrease the θ 222 value from 95 ° C. to 15 ° C. It was measured. In addition, the brand name Spectropolarimeter J-720-W (made by JASCO) was used for the measurement. The result is shown in FIG. As shown in the figure, the thermostable protein was stable in the range of 15 to 95 ° C. Note that. As the temperature increased, the absorbance increased, but no precipitation occurred in the cell when the temperature reached 95 ° C. This increase was due to measurement error or baseline shift. it is conceivable that.

(2)活性測定
前記耐熱性タンパク質のサンプルを所定の温度(70、85及び95℃)でインキュベーションし(商品名GeneAmp PCR System 2700:Applied Biosystems社製)、その残存活性を経時的に測定した。なお、緩衝液は、50mM Tris/HCl(pH5.5)緩衝液を使用し、活性測定は、前記「2.至適温度の決定」と同様に測定を行った。その結果を図5に示す。図5(a)は、比活性を示し、図5(b)は、0分の比活性を100とした場合の相対活性(%)を示す。これらの図に示すように、95℃では、2時間のインキュベーションで8.8%まで残存活性が低下したものの、70及び85℃では、36時間後であっても高い活性を示し、安定であった。
(2) Activity measurement The sample of the thermostable protein was incubated at a predetermined temperature (70, 85 and 95 ° C) (trade name GeneAmp PCR System 2700: manufactured by Applied Biosystems), and the residual activity was measured over time. The buffer used was a 50 mM Tris / HCl (pH 5.5) buffer, and the activity was measured in the same manner as in “2. Determination of optimum temperature”. The result is shown in FIG. FIG. 5 (a) shows the specific activity, and FIG. 5 (b) shows the relative activity (%) when the specific activity at 0 minutes is taken as 100. As shown in these figures, at 95 ° C., the residual activity decreased to 8.8% after 2 hours of incubation, but at 70 and 85 ° C., the activity was high and stable even after 36 hours. It was.

5.pH安定性
前記耐熱性タンパク質のサンプルを、下記表2に示す所定のpHの緩衝液で85℃1時間インキュベーションした後(商品名DTU−N:TAITEC製)、前記「2.至適温度の決定」と同様にして活性を測定した。その結果を図6に示す。図6(a)は、比活性を示し、図6(b)は、Tris/HCl(pH5.5)緩衝液を使用した場合の比活性を100とした場合の相対活性(%)を示す。これらの図に示すように、前記耐熱性タンパク質は、すべてのpHの範囲で酵素活性を示し、安定であった。
5). pH stability After incubation of the thermostable protein sample with a buffer solution having a predetermined pH shown in Table 2 below at 85 ° C. for 1 hour (trade name: DTU-N: manufactured by TAITEC), the above-mentioned “2. Determination of Optimal Temperature” The activity was measured in the same manner as above. The result is shown in FIG. FIG. 6 (a) shows the specific activity, and FIG. 6 (b) shows the relative activity (%) when the specific activity when the Tris / HCl (pH 5.5) buffer is used is taken as 100. As shown in these figures, the thermostable protein showed enzyme activity in all pH ranges and was stable.

6.Km値及びVmax値の算出
PEP及びMgCl2についてKm及びVmaxを求めた。その結果を下記表3に示す。なお、50mM Tris/HCl(pH5.5)緩衝液を使用した以外は、前記「2.至適温度の決定」と同様の方法で活性測定を行った。
6). It was determined Km and Vmax for calculating PEP and MgCl 2 in Km value and Vmax value. The results are shown in Table 3 below. The activity was measured in the same manner as in “2. Determination of optimum temperature” except that 50 mM Tris / HCl (pH 5.5) buffer was used.

7.2価金属、EDTA、メルカプトエタノール及びPMSFの阻害効果
PMSF(和光純薬製)、メルカプトエタノール(Mer−EtOH)(ナカライテスク製)及びEDTA(ナカライテスク製)をそれぞれ反応液に加え、これらの耐熱性タンパク質の酵素活性への影響を調べた。なお、50mM Tris/HCl(pH5.5)緩衝液を使用した以外は、前記「2.至適温度の決定」と同様にして活性測定を行い、EDTA終濃度は5mM、その他の終濃度は1mMとした。その結果を図7に示す。図7(a)は、比活性を示し、図7(b)は、MgCl2(終濃度16mM)を含む反応液を使用した場合の比活性を100とした場合の相対活性(%)を示す。これらの図に示すように、Mg2+を含まない反応液では、酵素活性を示さず、また、2価金属のキレーターであるEDTAを加えた時に活性が低下することから、前記耐熱性タンパク質の酵素活性には、Mg2+が必須であることがわかった。なお、PMSF及びメルカプトエタノールを加えた場合には、大きな影響はなかった。
7). Inhibitory effect of divalent metal, EDTA, mercaptoethanol and PMSF PMSF (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), mercaptoethanol (Mer-EtOH) (manufactured by Nacalai Tesque) and EDTA (manufactured by Nacalai Tesque) are added to the reaction solution, respectively. The effect of sex protein on enzyme activity was examined. Except for using 50 mM Tris / HCl (pH 5.5) buffer, the activity was measured in the same manner as in “2. Determination of optimum temperature”, the final EDTA concentration was 5 mM, and the other final concentrations were 1 mM. It was. The result is shown in FIG. FIG. 7 (a) shows the specific activity, and FIG. 7 (b) shows the relative activity (%) when the specific activity is 100 when using a reaction solution containing MgCl 2 (final concentration 16 mM). . As shown in these figures, the reaction solution containing no Mg 2+ does not exhibit enzyme activity, and the activity decreases when EDTA, which is a divalent metal chelator, is added. It was found that Mg 2+ is essential for enzyme activity. In addition, when PMSF and mercaptoethanol were added, there was no big influence.

8.金属依存性
MgCl2に代えて、その他の2価金属(NiCl2、MnCl2、CaCl2及びCoCl2)を反応液に加え、50mM Tris/HCl(pH5.5)緩衝液を使用した以外は、前記「2.至適温度の決定」と同様にして酵素活性を測定した。その結果を図8に示す。図8(a)は、比活性を示し、図8(b)は、MgCl2を含む反応液を使用した場合の比活性を100とした場合の相対活性(%)を示す。これらの図に示すように、Mn2+及びCa2+存在下の酵素活性は、Mg2+の60%であり、Ni2+存在下での酵素活性はMg2+の50%であり、Co2+存在下でのMg2+の40%であった。
8). In place of the metal-dependent MgCl 2 , other divalent metals (NiCl 2 , MnCl 2 , CaCl 2 and CoCl 2 ) were added to the reaction solution, and a 50 mM Tris / HCl (pH 5.5) buffer solution was used. The enzyme activity was measured in the same manner as in “2. Determination of optimum temperature”. The result is shown in FIG. FIG. 8 (a) shows the specific activity, and FIG. 8 (b) shows the relative activity (%) when the specific activity is 100 when using a reaction solution containing MgCl 2 . As shown in these figures, the enzyme activity in the presence of Mn 2+ and Ca 2+ is 60% of Mg 2+ , and the enzyme activity in the presence of Ni 2+ is 50% of Mg 2+ , It was 40% of Mg 2+ in the Co 2+ presence.

本発明により、エノラーゼ活性を有する新規耐熱性タンパク質が提供できる。本発明のタンパク質は、高温下で使用することが可能であり、工業的用途が広がると共に、基質濃度の増加、反応効率の向上、混入微生物の除去、保存期間および耐用期間の延長などの多くの利点がもたらされる。   According to the present invention, a novel thermostable protein having enolase activity can be provided. The protein of the present invention can be used at high temperatures, and has a wide range of industrial applications, as well as many substrate concentrations, increased reaction efficiency, removal of contaminating microorganisms, extended shelf life and longevity, etc. Benefits are provided.

図1は、本発明の一実施例における組換えタンパク質のSDS−PAGE写真である。FIG. 1 is an SDS-PAGE photograph of a recombinant protein in one example of the present invention. 図2は、本発明のその他の実施例における所定の温度条件下でのタンパク質の酵素活性を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the enzyme activity of a protein under a predetermined temperature condition in another example of the present invention. 図3は、本発明のその他の実施例における所定のpHでのタンパク質の酵素活性を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the enzyme activity of a protein at a predetermined pH in another example of the present invention. 図4は、本発明のその他の実施例における所定の温度条件下でのタンパク質の熱安定性を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the thermal stability of a protein under a predetermined temperature condition in another example of the present invention. 図5(a)は、本発明のその他の実施例における所定の温度条件下でのタンパク質の酵素活性を示すグラフであり、図5(b)は、その相対活性を示すグラフである。FIG. 5 (a) is a graph showing the enzyme activity of a protein under a predetermined temperature condition in another example of the present invention, and FIG. 5 (b) is a graph showing its relative activity. 図6(a)は、本発明のその他の実施例における所定のpHでのタンパク質の酵素活性を示すグラフであり、図6(b)は、その相対活性を示すグラフである。FIG. 6 (a) is a graph showing the enzyme activity of a protein at a predetermined pH in another example of the present invention, and FIG. 6 (b) is a graph showing its relative activity. 図7(a)は、本発明のその他の実施例における各種金属等を添加した反応液でのタンパク質の酵素活性を示すグラフであり、図7(b)は、その相対活性を示すグラフである。FIG. 7 (a) is a graph showing the enzyme activity of the protein in the reaction solution to which various metals etc. are added in other examples of the present invention, and FIG. 7 (b) is a graph showing the relative activity. . 図8(a)は、本発明のその他の実施例における各種金属の存在下でのタンパク質の酵素活性を示すグラフであり、図8(b)は、その相対活性を示すグラフである。FIG. 8 (a) is a graph showing the enzyme activity of a protein in the presence of various metals in other examples of the present invention, and FIG. 8 (b) is a graph showing its relative activity.

配列番号1:耐熱性エノラーゼのアミノ酸配列
配列番号2:耐熱性エノラーゼのアミノ酸配列をコードする塩基配列
配列番号3:耐熱性エノラーゼの構造遺伝子の末端に制限酵素部位NdeIおよびBam
HI、NotIを導入するための順方向プライマー
配列番号4:耐熱性エノラーゼの構造遺伝子の末端に制限酵素部位NdeIおよびBamHI、NotIを導入するための逆方向プライマー
配列番号5:N末端アミノ酸配列
SEQ ID NO: 1: amino acid sequence of thermostable enolase SEQ ID NO: 2: base sequence encoding amino acid sequence of thermostable enolase SEQ ID NO: 3: restriction enzyme sites NdeI and Bam at the end of the structural gene of thermostable enolase
Forward primer for introducing HI, NotI SEQ ID NO: 4: Reverse primer for introducing restriction enzyme sites NdeI and BamHI, NotI at the end of the thermostable enolase structural gene SEQ ID NO: 5: N-terminal amino acid sequence

Claims (10)

下記の(a)または(b)の耐熱性タンパク質。
(a) 配列番号1のアミノ酸配列からなる耐熱性タンパク質。
(b) 配列番号1のアミノ酸配列において、1つ若しくは数個のアミノ酸残基が、欠失、置換、付加若しくは挿入されたアミノ酸配列からなり、エノラーゼ活性を有する耐熱性タンパク質。
The heat-resistant protein of the following (a) or (b).
(A) A heat-resistant protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.
(B) A heat-resistant protein having an enolase activity, comprising an amino acid sequence in which one or several amino acid residues are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.
前記エノラーゼ活性が、2−ホスホグリセリン酸に作用して、ホスホエノールビルビン酸および水を生成する機能である請求項1記載のタンパク質。 The protein according to claim 1, wherein the enolase activity has a function of acting on 2-phosphoglyceric acid to produce phosphoenolphurbic acid and water. 前記エノラーゼ活性が、ホスホエノールビルビン酸に作用して、2−ホスホグリセリン酸を生成する機能である請求項1記載のタンパク質。 The protein according to claim 1, wherein the enolase activity has a function of acting on phosphoenolphurbic acid to produce 2-phosphoglycerate. 超好熱性古細菌由来である請求項1から3のいずれか記載のタンパク質。 The protein according to any one of claims 1 to 3, which is derived from a hyperthermophilic archaea. 超好熱性古細菌が、アエロパイラム・ペルニックス(Aeropyrum pernix)(JCM9820)である請求項4記載のタンパク質。 The protein according to claim 4, wherein the hyperthermophilic archaea is Aeropyrum pernix (JCM9820). 請求項1から5のいずれかに記載のタンパク質をコードするDNAまたは配列番号2に記載のDNAを含むベクター。 A vector comprising the DNA encoding the protein of any one of claims 1 to 5 or the DNA of SEQ ID NO: 2. 請求項6記載のベクターにより形質転換された形質転換体。 A transformant transformed with the vector according to claim 6. 請求項1から5のいずれかに記載のタンパク質の製造方法であって、請求項7記載の形質転換体を培養する工程と、前記培養工程において発現した前記タンパク質を回収する工程とを含む製造方法。 A method for producing the protein according to any one of claims 1 to 5, comprising a step of culturing the transformant according to claim 7, and a step of recovering the protein expressed in the culturing step. . 酵素反応により2−ホスホグリセリン酸からホスホエノールピルビン酸を製造する方法であって、酵素として請求項1から5のいずれかに記載のタンパク質を使用するホスホエノールピルビン酸の製造方法。 A method for producing phosphoenolpyruvate from 2-phosphoglycerate by enzymatic reaction, wherein the protein according to any one of claims 1 to 5 is used as an enzyme. Mg2+、Ca2+、Co2+、Mn2+及びNi2+からなる群から選択される2価金属イオン存在下で前記酵素反応を行う請求項9記載の製造方法。 The production method according to claim 9, wherein the enzyme reaction is performed in the presence of a divalent metal ion selected from the group consisting of Mg 2+ , Ca 2+ , Co 2+ , Mn 2+ and Ni 2+ .
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