JP2008253248A - Oxidation-resistant ascorbate peroxidase - Google Patents

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佐紀人 北島
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oxidation-resistant ascorbate peroxidase (ascorbate peroxidase), to provide a method for producing the same, and to provide a method for imparting oxidation resistance to the ascorbate peroxidase. <P>SOLUTION: The oxidation-resistant ascorbate peroxidase has an amino acid sequence in which cysteine of the amino acid in the position corresponding to the 25th position of at least a specific sequence is substituted with an amino acid other than the cysteine in the amino acid sequence of the un-modified ascorbate peroxidase. The method for producing the ascorbate peroxidase is provided. The method for imparting the oxidation resistance to the ascorbate peroxidase comprises a step of substituting the cysteine of the amino acid in the position corresponding to the 25th position of at least the specific sequence with the amino acid other than the cysteine in the amino acid sequence of the un-modified ascorbate peroxidase. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、新規な酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼおよびその製造方法ならびにアスコルビン酸パーオキシダーゼに酸化耐性を付与する方法に関する。   The present invention relates to a novel oxidation resistant ascorbate peroxidase, a method for producing the same, and a method for imparting oxidation resistance to ascorbate peroxidase.

アスコルビン酸パーオキシダーゼ(「アスコルビン酸ペルオキシダーゼ」とも呼ばれる;以下、「APX」と略記する場合がある)は、藻類から高等植物に至る真核光合成生物において見出される、I型ヘムパーオキシダーゼ遺伝子ファミリーのメンバーである。APXはアスコルビン酸を電子供与体として過酸化水素(H)を水(HO)に還元する。詳細には、APXが1分子の過酸化水素と反応すると、ヘムの第二鉄(FeIII)原子はオキシフェリル(FeIV=O)に酸化され、ポルフィリンはカチオンラジカル中間体(Compound Iと称する)となる。この中間体はその後2分子のアスコルビン酸との2段階の反応により基底状態の鉄(FeIII)となり、副産物として2分子のモノデヒドロアスコルビン酸ラジカルが生じる。 Ascorbate peroxidase (also referred to as “ascorbate peroxidase”; hereinafter abbreviated as “APX”) is a member of the type I heme peroxidase gene family found in eukaryotic photosynthetic organisms from algae to higher plants It is. APX reduces hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) to water (H 2 O) using ascorbic acid as an electron donor. Specifically, when APX reacts with one molecule of hydrogen peroxide, the ferric (Fe III ) atom of heme is oxidized to oxyferyl (Fe IV ═O), and the porphyrin is referred to as a cation radical intermediate (Compound I). ) This intermediate is then converted to ground-state iron (Fe III ) by a two-step reaction with two molecules of ascorbic acid, resulting in two molecules of monodehydroascorbic acid radicals as a by-product.

高等植物のAPXには複数のアイソフォームが存在する。このうち、葉緑体局在型APXは過酸化水素に感受性であり、一方、細胞質局在型APXは過酸化水素に耐性である。高等植物の葉緑体には2つのAPXアイソフォームがあり、一方はストロマに局在しており、他方はチラコイド膜のストロマ側に結合している。これらはいずれも過酸化水素に対して非常に感受性であり、還元剤であるアスコルビン酸が欠乏すると過剰の過酸化水素によって数分のうちに失活する(非特許文献1)。本発明者らが紅藻ガルディエリア・パーチタ(Galdieria partita)から得たAPX(APXB)は、N末端側ドメインでは高等植物の葉緑体APXとの配列類似性を有するが(非特許文献2)、高等植物の細胞質ゾルやマイクロボディに局在するAPXアイソフォームと同様に比較的過酸化水素に耐性である(非特許文献3)。   There are multiple isoforms in APX of higher plants. Of these, chloroplast localized APX is sensitive to hydrogen peroxide, while cytoplasmic localized APX is resistant to hydrogen peroxide. In higher plant chloroplasts, there are two APX isoforms, one localized to the stroma and the other bound to the stromal side of the thylakoid membrane. All of these are very sensitive to hydrogen peroxide, and when the ascorbic acid as a reducing agent is deficient, it is deactivated within a few minutes by excess hydrogen peroxide (Non-patent Document 1). The APX (APXB) obtained by the present inventors from the red alga Gardieria partita has sequence similarity to the chloroplast APX of higher plants in the N-terminal domain (Non-patent Document 2). Like APX isoforms localized in cytosols and microbodies of higher plants, they are relatively resistant to hydrogen peroxide (Non-patent Document 3).

植物は移動することができないため、常に高温・低温・乾燥等のストレスにさらされており、極端な環境条件下では、植物は生育阻害、枯死等の障害を受ける。そして、これら障害の原因の一つは、植物体内で発生する活性酸素であることが知られている。この活性酸素の除去を目的とし、APXを利用して過酸化水素を消去し、植物にストレス耐性を与える試みがなされている(特許文献1−2、非特許文献4−8)。しかし、上記のようにAPXは失活しやすく、期待されるようなストレス耐性植物は得られていない。   Since plants cannot move, they are always exposed to stresses such as high temperature, low temperature, and drought. Under extreme environmental conditions, plants suffer from obstacles such as growth inhibition and death. One of the causes of these disorders is known to be active oxygen generated in the plant body. For the purpose of removing this active oxygen, attempts have been made to extinguish hydrogen peroxide using APX to impart stress tolerance to plants (Patent Documents 1-2 and 4-8). However, as described above, APX is easily inactivated, and a stress-tolerant plant as expected is not obtained.

上記したAPXの反応において、還元剤としてのアスコルビン酸が存在せず、カチオンラジカル中間体が還元されなければ、ラジカルはアポタンパク質のアミノ酸残基に転移する。APXの失活はこのような過酸化水素による反応中間体の攻撃に起因すると考えられている。従って、APXにおけるタンパク質内ラジカル転移に関する情報は、過酸化水素が媒介する失活のメカニズムおよびAPXアイソフォームの過酸化水素に対する感受性の差異を理解するために必要である。   In the above APX reaction, if ascorbic acid as a reducing agent does not exist and the cation radical intermediate is not reduced, the radical is transferred to the amino acid residue of the apoprotein. It is believed that the deactivation of APX is due to such attack of the reaction intermediate by hydrogen peroxide. Thus, information on intraprotein radical transfer in APX is necessary to understand the mechanism of hydrogen peroxide-mediated deactivation and the sensitivity of APX isoforms to hydrogen peroxide.

例えば、タンパク質中のシステイン残基のチオール基は生体内で酸化されることが知られており(非特許文献9−10)、APXの失活と個々のアミノ酸残基との関係についてより詳細に調べる必要がある。しかし、APXのアスコルビン酸結合部位を調べるためにAPX中のシステイン残基に変異を導入したとの報告はあるものの(非特許文献11)、APXにおけるタンパク質内ラジカル転移に関与するアミノ酸残基についての知見は少なかった。   For example, thiol groups of cysteine residues in proteins are known to be oxidized in vivo (Non-Patent Documents 9-10), and the relationship between APX deactivation and individual amino acid residues is described in more detail. It is necessary to investigate. However, although there is a report that a mutation was introduced into a cysteine residue in APX in order to investigate the ascorbic acid binding site of APX (Non-patent Document 11), the amino acid residues involved in intra-protein radical transfer in APX are reported. There was little knowledge.

本発明者らは、触媒部位の遠位空洞(distal cavity)に面するトリプトファン残基が葉緑体APX中のラジカル部位であることを、APXが過剰の過酸化水素で失活する際にトリプトファン残基がヘムに架橋されるという知見に基づいて、見出している(特許文献3)。しかし、APXにおいてその他のラジカル部位は十分には調べられておらず、近位のトリプトファンと思われる残基が過酸化水素での処理によってヒドロキシル化されるという知見に基づいて、マメの細胞質ゾルAPXのラジカル部位が近位のトリプトファン残基であると提唱する報告があるのみである(非特許文献12)。   The inventors have determined that the tryptophan residue facing the distal cavity of the catalytic site is a radical site in the chloroplast APX, and that when APX is inactivated by excess hydrogen peroxide, tryptophan. Based on the knowledge that the residue is cross-linked to heme (Patent Document 3). However, other radical sites in APX have not been fully investigated, and based on the finding that a residue that appears to be a proximal tryptophan is hydroxylated by treatment with hydrogen peroxide, bean cytosolic APX There is only a report suggesting that the radical site is a proximal tryptophan residue (Non-patent Document 12).

特開2003−009692号公報JP 2003-009692 A 特開2004−105136号公報JP 2004-105136 A 特開2006−296209号公報JP 2006-296209 A Asada, K., Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol., 50:601-639 (1999)Asada, K., Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol., 50: 601-639 (1999) Kitajima, S. et al., Biosic. Biotechnol. Biochem., 66:2367-2375 (2002)Kitajima, S. et al., Biosic. Biotechnol. Biochem., 66: 2367-2375 (2002) Kitajima, S. et al., FEBS J., 273, 2704-2710 (2006)Kitajima, S. et al., FEBS J., 273, 2704-2710 (2006) Kornyeyev, D. et al., Physiol. Plant, 113:323-331(2001)Kornyeyev, D. et al., Physiol. Plant, 113: 323-331 (2001) Payton, P. et al., J. Exp. Bot., 52:2345-2354 (2001)Payton, P. et al., J. Exp. Bot., 52: 2345-2354 (2001) Yabuta, Y. et al., Plant J., 32:915-925 (2002)Yabuta, Y. et al., Plant J., 32: 915-925 (2002) Murgia, I. et al., Plant J., 38:940-953 (2004)Murgia, I. et al., Plant J., 38: 940-953 (2004) Badawi, G.H. et al., Physiol. Plant, 121:231-238 (2004)Badawi, G.H. et al., Physiol.Plant, 121: 231-238 (2004) Ghezzi, P., Biochem. Soc. Trans., 33:1378-1381 (2005)Ghezzi, P., Biochem. Soc. Trans., 33: 1378-1381 (2005) Spickett, C.M. et al., Biochim. Biopys. Acta, 1764:1823-1841 (2006)Spickett, C.M. et al., Biochim. Biopys. Acta, 1764: 1823-1841 (2006) Mandelman, D. et al., Biochemistry, 37:17610-17617 (1998)Mandelman, D. et al., Biochemistry, 37: 17610-17617 (1998) Hiner, A.N. et al., Eur. J. Biochem., 268:3091-3098 (2001)Hiner, A.N. et al., Eur. J. Biochem., 268: 3091-3098 (2001)

本発明の目的は、新規な酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼおよびその製造方法ならびにアスコルビン酸パーオキシダーゼに酸化耐性を付与する方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a novel oxidation resistant ascorbate peroxidase, a method for producing the same, and a method for imparting oxidation resistance to ascorbate peroxidase.

本発明は以下に関する:
[1]未改変アスコルビン酸パーオキシダーゼのアミノ酸配列において、少なくとも配列番号1の25位に相当する位置のアミノ酸がシステインからシステイン以外のアミノ酸に置換されたアミノ酸配列を有する、酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼ;
[2]未改変アスコルビン酸パーオキシダーゼがガルディエリア・パーチタ(Galdieria partita)またはタバコに由来する、[1]の酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼ;
[3]配列番号3、11、14および15からなる群より選択されるアミノ酸配列、または当該アミノ酸配列において1または数個のアミノ酸が欠失、置換または付加されたアミノ酸配列からなり、かつアスコルビン酸パーオキシダーゼ活性を有する、[1]または[2]の酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼ;
[4]システイン以外のアミノ酸がセリンである、[1]〜[3]のいずれかの酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼ;
[5]ラジカル捕捉剤の存在下で酸化耐性を示す、[1]〜「4」のいずれかの酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼ;
[6]さらに、配列番号1の34位に相当する位置のアミノ酸のトリプトファンからトリプトファン以外のアミノ酸への置換および/または配列番号1の121位に相当する位置のアミノ酸のシステインからシステイン以外のアミノ酸への置換を有する、[1]〜[5]のいずれかの酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼ;
[7]酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼを生産する細胞を培養する工程を包含する、酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼの製造方法であって、酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼが、未改変アスコルビン酸パーオキシダーゼのアミノ酸配列において、少なくとも配列番号1の25位に相当する位置のアミノ酸がシステインからシステイン以外のアミノ酸に置換されたアミノ酸配列を有する、方法;
[8]未改変アスコルビン酸パーオキシダーゼがガルディエリア・パーチタ(Galdieria partita)またはタバコに由来する、[7]の方法;
[9]酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼが、配列番号3、11、14および15からなる群より選択されるアミノ酸配列、または当該アミノ酸配列において1または数個のアミノ酸が欠失、置換または付加されたアミノ酸配列からなり、かつアスコルビン酸パーオキシダーゼ活性を有する、[7]または[8]の方法;
[10]システイン以外のアミノ酸がセリンである、[7]〜[9]のいずれかの方法;
[11]酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼがラジカル捕捉剤の存在下で酸化耐性を示す、[7]〜[10]のいずれかの方法;
[12]酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼが、さらに、配列番号1の34位に相当する位置のアミノ酸のトリプトファンからトリプトファン以外のアミノ酸への置換および/または配列番号1の121位に相当する位置のアミノ酸のシステインからシステイン以外のアミノ酸への置換を有する、[7]〜[11]のいずれかの方法。
[13]未改変アスコルビン酸パーオキシダーゼのアミノ酸配列において、少なくとも配列番号1の25位に相当する位置のアミノ酸をシステインからシステイン以外のアミノ酸に置換する工程を包含する、アスコルビン酸パーオキシダーゼに酸化耐性を付与する方法;
[14]未改変アスコルビン酸パーオキシダーゼがガルディエリア・パーチタ(Galdieria partita)またはタバコに由来する、[13]の方法;
[15]酸化耐性を付与されたアスコルビン酸パーオキシダーゼが、配列番号3、11、14および15からなる群より選択されるアミノ酸配列、または当該アミノ酸配列において1または数個のアミノ酸が欠失、置換または付加されたアミノ酸配列からなり、かつアスコルビン酸パーオキシダーゼ活性を有する、[13]または[14]の方法;
[16]システイン以外のアミノ酸がセリンである、[13]〜[15]のいずれかの方法;
[17]ラジカル捕捉剤の存在下での酸化耐性が付与される、[13]〜[16]のいずれかの方法。
[18]配列番号1の34位に相当する位置のアミノ酸をトリプトファンからトリプトファン以外のアミノ酸に置換する工程および/または配列番号1の121位に相当する位置のアミノ酸をシステインからシステイン以外のアミノ酸に置換する工程をさらに包含する、[13]〜[17]のいずれかの方法。
The present invention relates to:
[1] An oxidation-resistant ascorbate peroxidase having an amino acid sequence in which at least the amino acid corresponding to position 25 of SEQ ID NO: 1 is substituted with an amino acid other than cysteine in the amino acid sequence of unmodified ascorbate peroxidase;
[2] The oxidation-resistant ascorbate peroxidase according to [1], wherein the unmodified ascorbate peroxidase is derived from Galdieria partita or tobacco;
[3] An amino acid sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 3, 11, 14, and 15, or an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence, and ascorbic acid [1] or [2] oxidation-resistant ascorbate peroxidase having peroxidase activity;
[4] The oxidation-resistant ascorbate peroxidase according to any one of [1] to [3], wherein the amino acid other than cysteine is serine;
[5] The oxidation resistant ascorbate peroxidase according to any one of [1] to [4], which exhibits oxidation resistance in the presence of a radical scavenger;
[6] Further, substitution of amino acid at position 34 corresponding to SEQ ID NO: 1 from amino acid other than tryptophan and / or amino acid at position corresponding to position 121 of SEQ ID NO: 1 to amino acid other than cysteine The oxidation-resistant ascorbate peroxidase according to any one of [1] to [5], having a substitution of:
[7] A method for producing oxidation-resistant ascorbate peroxidase, comprising a step of culturing cells that produce oxidation-resistant ascorbate peroxidase, wherein the oxidation-resistant ascorbate peroxidase is an amino acid of unmodified ascorbate peroxidase A method having an amino acid sequence in which at least an amino acid at a position corresponding to position 25 of SEQ ID NO: 1 is replaced with an amino acid other than cysteine in the sequence;
[8] The method according to [7], wherein the unmodified ascorbate peroxidase is derived from Galdieria partita or tobacco;
[9] Oxidation-resistant ascorbate peroxidase has an amino acid sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 3, 11, 14, and 15, or one or several amino acids in the amino acid sequence have been deleted, substituted, or added The method according to [7] or [8], comprising an amino acid sequence and having ascorbate peroxidase activity;
[10] The method according to any one of [7] to [9], wherein the amino acid other than cysteine is serine;
[11] The method according to any one of [7] to [10], wherein the oxidation resistant ascorbate peroxidase exhibits oxidation resistance in the presence of a radical scavenger;
[12] Oxidation-resistant ascorbate peroxidase is further substituted with amino acids other than tryptophan at the position corresponding to position 34 of SEQ ID NO: 1 and / or amino acid at the position corresponding to position 121 of SEQ ID NO: 1. The method according to any one of [7] to [11], wherein the method has a substitution of cysteine with an amino acid other than cysteine.
[13] In the amino acid sequence of unmodified ascorbate peroxidase, the method comprises substituting an amino acid at a position corresponding to position 25 of SEQ ID NO: 1 with an amino acid other than cysteine from an amino acid other than cysteine. How to grant;
[14] The method according to [13], wherein the unmodified ascorbate peroxidase is derived from Gardieria partita or tobacco;
[15] Ascorbate peroxidase imparted with oxidation resistance is deleted or substituted with an amino acid sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 3, 11, 14, and 15, or one or several amino acids in the amino acid sequence Or the method according to [13] or [14], comprising an added amino acid sequence and having ascorbate peroxidase activity;
[16] The method according to any one of [13] to [15], wherein the amino acid other than cysteine is serine;
[17] The method according to any of [13] to [16], wherein oxidation resistance in the presence of a radical scavenger is imparted.
[18] A step of substituting an amino acid at position 34 corresponding to SEQ ID NO: 1 with an amino acid other than tryptophan and / or an amino acid at a position corresponding to position 121 of SEQ ID NO: 1 with an amino acid other than cysteine The method according to any one of [13] to [17], further comprising the step of:

本発明により、新規な酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼおよびその製造方法ならびにアスコルビン酸パーオキシダーゼに酸化耐性を付与する方法が提供される。本発明のアスコルビン酸パーオキシダーゼは酸化耐性を示し、ストレス耐性植物の作製に加えて、研究用試薬、化粧品(特表2004−529866号公報参照)、医薬品(特表2002−523378号公報、特表平10−504304号公報、国際公開第2004/066988号パンフレット参照)など従来のアスコルビン酸パーオキシダーゼが利用可能な全ての目的のために有用である。   The present invention provides a novel oxidation resistant ascorbate peroxidase, a method for producing the same, and a method for imparting oxidation resistance to ascorbate peroxidase. The ascorbate peroxidase of the present invention exhibits oxidation resistance, and in addition to the production of stress-tolerant plants, research reagents, cosmetics (see JP-T-2004-529866), pharmaceuticals (JP-T-2002-523378, special table) Conventional ascorbate peroxidase is useful for all the purposes for which it can be used, such as JP-A-10-504304 and International Publication No. 2004/066988.

本発明は、酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼを提供する。本発明の酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼは、未改変アスコルビン酸パーオキシダーゼのアミノ酸配列において、少なくとも配列番号1の25位に相当する位置のアミノ酸がシステインからシステイン以外のアミノ酸に置換されたアミノ酸配列を有する。本発明の酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼは、さらに配列番号1の34位に相当する位置のアミノ酸のトリプトファンからトリプトファン以外のアミノ酸への置換および/または配列番号1の121位に相当する位置のアミノ酸のシステインからシステイン以外のアミノ酸への置換を有していてもよい。   The present invention provides an oxidation resistant ascorbate peroxidase. The oxidation-resistant ascorbate peroxidase of the present invention has an amino acid sequence in which at least an amino acid corresponding to position 25 of SEQ ID NO: 1 is substituted with an amino acid other than cysteine in the amino acid sequence of unmodified ascorbate peroxidase . The oxidation resistant ascorbate peroxidase of the present invention further comprises substitution of an amino acid at a position corresponding to position 34 of SEQ ID NO: 1 with an amino acid other than tryptophan and / or an amino acid at a position corresponding to position 121 of SEQ ID NO: 1. It may have a substitution from cysteine to an amino acid other than cysteine.

「アスコルビン酸パーオキシダーゼ」は、アスコルビン酸を還元剤として、過酸化水素を還元する酵素である。アスコルビン酸パーオキシダーゼ活性は公知の任意の方法によって測定することができる。例えば、Nakanoらの方法(Nakano, Y. et al., Plant Cell Physiol., 22, 867-880 (1981))に従い、過酸化水素によるアスコルビン酸の減少を吸光度の減少として測定することにより決定することができる。   “Ascorbic acid peroxidase” is an enzyme that reduces hydrogen peroxide using ascorbic acid as a reducing agent. Ascorbate peroxidase activity can be measured by any known method. For example, according to the method of Nakano et al. (Nakano, Y. et al., Plant Cell Physiol., 22, 867-880 (1981)), the decrease in ascorbic acid by hydrogen peroxide is measured as a decrease in absorbance. be able to.

本明細書において、「未改変アスコルビン酸パーオキシダーゼ」は、配列番号1の25位に相当する位置のアミノ酸としてシステインを有し、アスコルビン酸パーオキシダーゼ活性を有するタンパク質をいう。未改変アスコルビン酸パーオキシダーゼは、天然のアスコルビン酸パーオキシダーゼと同一のアミノ酸配列からなってもよく、あるいは天然のアスコルビン酸パーオキシダーゼとは異なるアミノ酸配列を有していてもよい。   In this specification, “unmodified ascorbate peroxidase” refers to a protein having cysteine as an amino acid at a position corresponding to position 25 of SEQ ID NO: 1 and having ascorbate peroxidase activity. The unmodified ascorbate peroxidase may have the same amino acid sequence as that of natural ascorbate peroxidase, or may have an amino acid sequence different from that of natural ascorbate peroxidase.

未改変アスコルビン酸パーオキシダーゼは、任意の生物に由来し得る。例えば、本発明者らによって単離されたガルディエリア・パーチタ(Galdieria partita)由来のアスコルビン酸パーオキシダーゼを使用することができる。当該酵素のアミノ酸配列を配列番号1に示す。タバコ由来のアスコルビン酸パーオキシダーゼも好適に使用することができる。当該酵素のアミノ酸配列を配列番号9に示す。   Unmodified ascorbate peroxidase can be derived from any organism. For example, ascorbate peroxidase derived from Galdieria partita isolated by the present inventors can be used. The amino acid sequence of the enzyme is shown in SEQ ID NO: 1. Tobacco-derived ascorbate peroxidase can also be preferably used. The amino acid sequence of the enzyme is shown in SEQ ID NO: 9.

本明細書において、「酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼ」は、未改変アスコルビン酸パーオキシダーゼのアミノ酸配列において、少なくとも配列番号1の25位に相当する位置のアミノ酸がシステインからシステイン以外のアミノ酸に置換されたアミノ酸配列を有し、アスコルビン酸パーオキシダーゼ活性を有するタンパク質であって、酸化に対する耐性が未改変アスコルビン酸パーオキシダーゼに比較して向上したタンパク質をいう。酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼが未改変アスコルビン酸パーオキシダーゼと同様の酵素活性を保持していることは、例えば、Kmおよびkcatの値、吸収スペクトルなどを調べることによって確認することができる。   In the present specification, “oxidation-resistant ascorbate peroxidase” is an amino acid sequence of unmodified ascorbate peroxidase in which at least the amino acid corresponding to position 25 of SEQ ID NO: 1 is substituted with an amino acid other than cysteine from cysteine. A protein having an amino acid sequence and having ascorbate peroxidase activity, which has improved resistance to oxidation compared to unmodified ascorbate peroxidase. It can be confirmed that the oxidation-resistant ascorbate peroxidase retains the same enzyme activity as that of the unmodified ascorbate peroxidase, for example, by examining the values of Km and kcat, the absorption spectrum, and the like.

本明細書において「配列番号1の25位に相当する位置のアミノ酸」とは、配列番号1に示す紅藻ガルディエリア・パーチタ由来アスコルビン酸パーオキシダーゼのアミノ酸配列と、対象となるアスコルビン酸パーオキシダーゼのアミノ酸配列とを比較した場合に、配列番号1の25位のシステインに相当する対象配列中の位置に存在するアミノ酸をいう。あるいは、この位置のアミノ酸は、ヘムのプロピオン酸側鎖の近位に存在するシステイン残基としても同定することができる。同様に、「配列番号1の34位に相当する位置のアミノ酸」および「配列番号1の121位に相当する位置のアミノ酸」とは、配列番号1に示す紅藻ガルディエリア・パーチタ由来アスコルビン酸パーオキシダーゼのアミノ酸配列と、対象となるアスコルビン酸パーオキシダーゼのアミノ酸配列とを比較した場合に、それぞれ配列番号1の34位のトリプトファンおよび121位のシステインに相当する対象配列中の位置に存在するアミノ酸をいう。   In the present specification, “the amino acid at the position corresponding to position 25 of SEQ ID NO: 1” means the amino acid sequence of the ascorbate peroxidase derived from the red alga Gardielia perchita shown in SEQ ID NO: 1 and the target ascorbate peroxidase. An amino acid present at a position in the subject sequence corresponding to the cysteine at position 25 in SEQ ID NO: 1 when compared with the amino acid sequence. Alternatively, the amino acid at this position can also be identified as a cysteine residue that is proximal to the heme propionate side chain. Similarly, “the amino acid at the position corresponding to position 34 of SEQ ID NO: 1” and “the amino acid at the position corresponding to position 121 of SEQ ID NO: 1” are ascorbic acid percutane derived from the red alga Gardieria perchita shown in SEQ ID NO: 1. When comparing the amino acid sequence of the oxidase with the amino acid sequence of the target ascorbate peroxidase, the amino acids present at the positions in the target sequence corresponding to tryptophan at position 34 and cysteine at position 121 of SEQ ID NO: 1, respectively. Say.

アミノ酸配列の比較は公知の配列解析用プログラムまたはアルゴリズム(例えば、BLAST)を使用して行うことができる。いくつかの公知のアスコルビン酸パーオキシダーゼのアミノ酸配列を比較したアラインメントの結果の一例を表1に示す。表中、「Pea_Cytosolic_P48534」はUniProtアクセッション番号P48534に登録されたエンドウの細胞質局在型アスコルビン酸パーオキシダーゼのアミノ酸配列を示し、「Cotton_Microbody_AAB52954」はGenBankプロテインID番号AAB52954に登録されたワタのマイクロボディ局在型アスコルビン酸パーオキシダーゼのアミノ酸配列を示し、「Galdieria_Cytosolid_AB037537」はGenBankアクセッション番号AB037537に登録された紅藻ガルディエリア・パーチタのアスコルビン酸パーオキシダーゼのアミノ酸配列(すなわち、配列番号1のアミノ酸配列)を示し、「Tobacco_Stromal_BAA78553」はGenBankプロテインID番号BAA78553に登録されたタバコの葉緑体ストロマ局在型アスコルビン酸パーオキシダーゼの全長アミノ酸配列(トランジットペプチドを含む)を示す。   Comparison of amino acid sequences can be performed using a known sequence analysis program or algorithm (for example, BLAST). An example of alignment results comparing the amino acid sequences of some known ascorbate peroxidases is shown in Table 1. In the table, “Pea_Cytosolic_P48534” indicates the amino acid sequence of pea cytoplasmic localized ascorbate peroxidase registered in UniProt accession number P48534. The amino acid sequence of the native ascorbate peroxidase is shown. “Galdieria_Cytosolid_AB037537” is the amino acid sequence of the ascorbate peroxidase of red algae Gardiarea pertita registered in GenBank accession number AB037537 (ie, the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1). "Tobacco_Stromal_BAA7855 "Indicates the chloroplast stroma full length amino acid sequence of localized ascorbate peroxidase tobacco registered in GenBank Protein ID No. BAA78553 (including transit peptide).

Figure 2008253248
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配列番号1の25位に相当する位置は、表1−1中第3段の15番目に当たる(「C25」で示す)。表に示した全ての配列において同じ位置にシステイン残基(C)が見られる(完全一致を示す記号「*」が表示されている)ことから明らかなように、この位置のシステイン残基は各種アスコルビン酸パーオキシダーゼの間で高度に保存されている。なお、この位置は、エンドウの細胞質局在型、ワタのマイクロボディ局在型、タバコの葉緑体ストロマ局在型アスコルビン酸パーオキシダーゼのアミノ酸配列のそれぞれ32位、30位、115位に相当する。従って、当業者は、対象となるアスコルビン酸パーオキシダーゼのアミノ酸配列において、配列番号1の25位に相当する位置のアミノ酸を容易に同定することができる。同様に、配列番号1の34位に相当する位置(表中「W34」で示す)、配列番号1の121位に相当する位置(表中「C121」で示す)も容易に同定される。例えば、配列番号9に示すタバコ由来のアスコルビン酸パーオキシダーゼのアミノ酸配列の26位、35位、126位がそれぞれ配列番号1の25位、34位、121位に相当する。   The position corresponding to position 25 of SEQ ID NO: 1 corresponds to the 15th position in the third row in Table 1-1 (indicated by “C25”). As is apparent from the fact that cysteine residue (C) is found at the same position in all the sequences shown in the table (the symbol “*” indicating perfect match is displayed), there are various cysteine residues at this position. It is highly conserved among ascorbate peroxidase. This position corresponds to positions 32, 30, and 115 of the amino acid sequences of pea cytoplasmic localization type, cotton microbody localization type, and tobacco chloroplast stromal localization type ascorbate peroxidase, respectively. . Therefore, those skilled in the art can easily identify the amino acid at the position corresponding to position 25 of SEQ ID NO: 1 in the amino acid sequence of the target ascorbate peroxidase. Similarly, a position corresponding to position 34 of SEQ ID NO: 1 (indicated by “W34” in the table) and a position corresponding to position 121 of SEQ ID NO: 1 (indicated by “C121” in the table) are easily identified. For example, positions 26, 35, and 126 of the amino acid sequence of tobacco-derived ascorbate peroxidase shown in SEQ ID NO: 9 correspond to positions 25, 34, and 121 of SEQ ID NO: 1, respectively.

酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼは、例えば、配列番号3のアミノ酸配列からなる。ここで配列番号3のアミノ酸配列は、配列番号1の25位のアミノ酸がシステインからセリンに置換されたものである。あるいは、酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼは、アスコルビン酸パーオキシダーゼ活性を有する限り、配列番号3のアミノ酸配列において1または数個のアミノ酸が欠失、置換または付加されたアミノ酸配列からなってもよい。また、例えば、酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼとして、配列番号11、14および15から選択されるアミノ酸配列、または当該アミノ酸配列において1または数個のアミノ酸が欠失、置換または付加されたアミノ酸配列からなり、かつアスコルビン酸パーオキシダーゼ活性を有するタンパク質を使用することができる。なお、配列番号11〜15のアミノ酸配列は、配列番号9のアミノ酸配列において以下の置換を有するものである:配列番号11:26位のシステインからセリン;配列番号12:35位のトリプトファンからフェニルアラニン;配列番号13:126位のシステインからアラニン;配列番号14:26位のシステインからセリンおよび126位のシステインからアラニン;配列番号15:26位のシステインからセリン、35位のトリプトファンからフェニルアラニンおよび126位のシステインからアラニン。   Oxidation resistant ascorbate peroxidase consists of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3, for example. Here, the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 is obtained by substituting the amino acid at position 25 of SEQ ID NO: 1 from cysteine to serine. Alternatively, the oxidation resistant ascorbate peroxidase may comprise an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 as long as it has ascorbate peroxidase activity. In addition, for example, the oxidation-resistant ascorbate peroxidase comprises an amino acid sequence selected from SEQ ID NOs: 11, 14 and 15, or an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence. And a protein having ascorbate peroxidase activity can be used. The amino acid sequences of SEQ ID NOs: 11 to 15 have the following substitutions in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 9: SEQ ID NO: 11: Cysteine to serine at position 26; SEQ ID NO: 12: Tryptophan from position 35 to phenylalanine; SEQ ID NO: 13: Cysteine from position 126 to alanine; SEQ ID NO: 14: Cysteine from position 26 to serine and cysteine from position 126; SEQ ID NO: 15: Cysteine from position 26 to serine, Tryptophan at position 35 to Phenylalanine and Position 126 Cysteine to alanine.

配列番号1の25位に相当する位置に配置されるシステイン以外のアミノ酸としては、置換した後にアスコルビン酸パーオキシダーゼ活性が保持されるのであれば、システイン以外の任意の天然アミノ酸を使用することができる。例えば、システインと分子構造が類似するセリンを使用することにより、置換によるタンパク質の立体構造の変化を少なくすることができる。アラニンも配列番号1の25位に相当する位置に配置されるシステイン以外のアミノ酸として好適に使用することができる。同様に、当業者は配列番号1の34位に相当する位置に配置されるトリプトファン以外のアミノ酸を適切に選択することができ、例えばフェニルアラニンを使用することができる。   As the amino acid other than cysteine arranged at the position corresponding to position 25 of SEQ ID NO: 1, any natural amino acid other than cysteine can be used as long as the ascorbate peroxidase activity is retained after the substitution. . For example, by using serine having a molecular structure similar to that of cysteine, changes in the three-dimensional structure of the protein due to substitution can be reduced. Alanine can also be suitably used as an amino acid other than cysteine arranged at a position corresponding to position 25 of SEQ ID NO: 1. Similarly, those skilled in the art can appropriately select an amino acid other than tryptophan located at a position corresponding to position 34 of SEQ ID NO: 1, for example, phenylalanine can be used.

本発明のアスコルビン酸パーオキシダーゼは、配列番号1の25位に相当する位置に加えて、他の置換されたアミノ酸残基を有してもよい。他の置換の例としては、配列番号1の34位に相当する位置のトリプトファンの別のアミノ酸への置換、配列番号1の121位に相当する位置のシステイン残基の別のアミノ酸残基への置換が挙げられる。   The ascorbate peroxidase of the present invention may have other substituted amino acid residues in addition to the position corresponding to position 25 of SEQ ID NO: 1. Examples of other substitutions include substitution of tryptophan at a position corresponding to position 34 of SEQ ID NO: 1 with another amino acid, cysteine residue at a position corresponding to position 121 of SEQ ID NO: 1 to another amino acid residue Substitution may be mentioned.

1つの実施態様において、本発明のアスコルビン酸パーオキシダーゼはラジカル捕捉剤の存在下で酸化耐性を示す。ラジカル捕捉剤(ラジカル捕獲剤ともいう)は、反応中に生ずるラジカルを捕らえるために用いられる化合物である。本発明には任意のラジカル捕捉剤を使用することができる。例えば、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシル(TEMPO)を使用することができる。TEMPOはアミノ酸ラジカルに結合して安定な生成物を形成することが知られている。なお、TEMPOはチオール(−SH)ラジカルと連鎖的に反応しTEMPO付加物だけでなく、チオール基の酸化物であるスルフィン酸(−SOH)、スルホン酸(−SOH)も生じることが報告されており、この不可逆的酸化反応はTEMPOの官能基であるニトロキシド・ラジカルの作用によるものであることが示唆されているBorisenko, G.G. et al., J. Am. Chem. Soc., 126:9221-9232 (2004))。従って、一般にラジカル捕捉剤と称されていない化合物であっても、TEMPOと同様にニトロキシド・ラジカルを有してシステインラジカルの不可逆的酸化反応を引き起し得るものはラジカル捕捉剤に含まれる。 In one embodiment, the ascorbate peroxidase of the present invention exhibits oxidation resistance in the presence of a radical scavenger. A radical scavenger (also referred to as a radical scavenger) is a compound used to capture radicals generated during the reaction. Any radical scavenger can be used in the present invention. For example, 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxyl (TEMPO) can be used. TEMPO is known to bind to amino acid radicals to form stable products. Incidentally, TEMPO thiol (-SH) as well radicals and chain react with TEMPO adduct, oxide and is sulfinic acid thiol group (-SO 2 H), sulfonic acid (-SO 3 H) also occurs that Borisenko, GG et al., J. Am. Chem. Soc., 126, suggesting that this irreversible oxidation reaction is caused by the action of a nitroxide radical that is a functional group of TEMPO. : 9221-9232 (2004)). Therefore, even if the compound is not generally called a radical scavenger, the radical scavenger includes a nitroxide radical that can cause an irreversible oxidation reaction of a cysteine radical, like TEMPO.

酸化に対する耐性は、例えば、以下のようにして確認することができる。すなわち、嫌気50mMリン酸ナトリウムバッファー、pH7.0に置換したアスコルビン酸パーオキシダーゼ含有酵素液1.0mLに、ラジカル捕捉剤を終濃度0.2または0mM添加し、続いて過酸化水素を5モルまたは0モル当量となるように添加する。一定時間ごとに一部をとりだして速やかに反応液(0.5mMアスコルビン酸、50mMリン酸ナトリウム、pH7.0、0.01mg/ml BSA)に混合し、失活反応を停止させて各時間の活性測定をおこなう。ここで、反応液1.0mLに対して終濃度100μMの過酸化水素を添加したときの過酸化水素依存的アスコルビン酸の酸化を25℃で測定して活性を決定する。なお、本明細書において「モル当量」なる用語は、アスコルビン酸パーオキシダーゼに対する過酸化水素のモル数での比率を表す。上記条件下、ラジカル捕捉剤としてのTEMPOの存在下で10分間反応させた場合、本発明のアスコルビン酸パーオキシダーゼは、例えば、60〜100%、好ましくは80〜100%、より好ましくは90〜100%の残存活性を示す。   Resistance to oxidation can be confirmed, for example, as follows. That is, a radical scavenger is added at a final concentration of 0.2 or 0 mM to 1.0 mL of an ascorbate peroxidase-containing enzyme solution substituted with anaerobic 50 mM sodium phosphate buffer, pH 7.0, followed by 5 mol of hydrogen peroxide or Add to a molar equivalent of 0. A part is taken out every fixed time and immediately mixed with the reaction solution (0.5 mM ascorbic acid, 50 mM sodium phosphate, pH 7.0, 0.01 mg / ml BSA) to stop the inactivation reaction, Measure activity. Here, the activity is determined by measuring hydrogen peroxide-dependent ascorbic acid oxidation at 25 ° C. when hydrogen peroxide having a final concentration of 100 μM is added to 1.0 mL of the reaction solution. In the present specification, the term “molar equivalent” represents the ratio of the hydrogen peroxide to the ascorbate peroxidase in terms of moles. When the reaction is performed for 10 minutes in the presence of TEMPO as a radical scavenger under the above conditions, the ascorbate peroxidase of the present invention is, for example, 60 to 100%, preferably 80 to 100%, more preferably 90 to 100. % Residual activity.

本発明は、上記酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼを生産する細胞を培養する工程を包含する、酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼの製造方法を提供する。   The present invention provides a method for producing an oxidation resistant ascorbate peroxidase, comprising a step of culturing cells that produce the oxidation resistant ascorbate peroxidase.

酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼを生産する細胞としては、例えば、酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼをコードする核酸を含む組換えDNAで形質転換された宿主細胞を使用することができる。従って、本発明によれば、本発明のアスコルビン酸パーオキシダーゼをコードする核酸、当該核酸を含む組換えDNA、当該組換えDNAを含む形質転換体も提供される。   As a cell that produces an oxidation resistant ascorbate peroxidase, for example, a host cell transformed with a recombinant DNA containing a nucleic acid encoding an oxidation resistant ascorbate peroxidase can be used. Therefore, according to the present invention, a nucleic acid encoding the ascorbate peroxidase of the present invention, a recombinant DNA containing the nucleic acid, and a transformant containing the recombinant DNA are also provided.

酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼをコードする核酸としては、例えば、配列番号3のアミノ酸配列、または配列番号3のアミノ酸配列において1または数個のアミノ酸が欠失、置換または付加されたアミノ酸配列からなり、かつアスコルビン酸パーオキシダーゼ活性を有するタンパク質をコードする核酸が挙げられる。そのような核酸の例としては、配列番号4のヌクレオチド配列を含む核酸が挙げられる。なお、配列番号4の配列はGenBankアクセッション番号AB037537に登録された紅藻ガルディエリア・パーチタのアスコルビン酸パーオキシダーゼのヌクレオチド配列のコード領域に当たる198位から941位(配列番号2)のうち、配列番号1の25位に相当する位置のシステインのコドン(TGT)(配列番号2の73〜75位)をセリンのコドン(TCT)(配列番号4の73〜75位)に変化させたものである。あるいは、当該核酸は、配列番号4のヌクレオチド配列からなる核酸にストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつアスコルビン酸パーオキシダーゼ活性を有するタンパク質をコードする核酸であってもよい。ストリンジェントなハイブリダイゼーションの条件としては、J. Sambrook et al., "Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition", 1989, Cold Spring Harbor Laboratory Pressに記載されるような条件が挙げられる。例えば、6×SSC、5×デンハルト溶液(Denhardt's solution)、0.5%SDS、100μg/ml変性サケ精子DNAを含む溶液中68℃でプローブとハイブリダイズさせた後、洗浄条件を2×SSC、0.1%SDS中室温から0.1×SSC、0.5%SDS中68℃まで変化させる条件が挙げられる。配列番号11、14および15から選択されるアミノ酸配列、または当該アミノ酸配列において1または数個のアミノ酸が欠失、置換または付加されたアミノ酸配列からなり、かつアスコルビン酸パーオキシダーゼ活性を有するタンパク質をコードする核酸も同様に使用することができる。   The nucleic acid encoding the oxidation-resistant ascorbate peroxidase comprises, for example, the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3, or an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3, And a nucleic acid encoding a protein having ascorbate peroxidase activity. An example of such a nucleic acid includes a nucleic acid comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4. In addition, the sequence of SEQ ID NO: 4 is the sequence number of 198 to 941 (SEQ ID NO: 2) corresponding to the coding region of the nucleotide sequence of ascorbate peroxidase of red alga Gardiarea perchita registered under GenBank accession number AB037537. The cysteine codon (TGT) (positions 73 to 75 of SEQ ID NO: 2) at the position corresponding to position 25 of 1 is changed to the serine codon (TCT) (positions 73 to 75 of SEQ ID NO: 4). Alternatively, the nucleic acid may be a nucleic acid that hybridizes to a nucleic acid comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4 under stringent conditions and encodes a protein having ascorbate peroxidase activity. Examples of stringent hybridization conditions include those described in J. Sambrook et al., “Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition”, 1989, Cold Spring Harbor Laboratory Press. For example, after hybridization with a probe at 68 ° C. in a solution containing 6 × SSC, 5 × Denhardt's solution, 0.5% SDS, 100 μg / ml denatured salmon sperm DNA, the washing conditions are 2 × SSC, Examples include conditions in which the temperature is changed from room temperature in 0.1% SDS to 68 ° C. in 0.1 × SSC and 0.5% SDS. An amino acid sequence selected from SEQ ID NOs: 11, 14, and 15, or an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence, and encodes a protein having ascorbate peroxidase activity Nucleic acids can be used as well.

宿主細胞としては、細菌などの原核細胞、糸状菌、酵母などの真核微生物細胞、動物細胞、昆虫細胞、植物細胞など、目的とする遺伝子を発現できるものであれば任意の細胞を選択することができる。当該組換えDNAには、酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼをコードする核酸に加えて、転写、翻訳、形質転換体の選択などに必要な任意の核酸配列を含めてもよい。上記細胞の培養は、使用する細胞に適切な条件で行われる。また、上記組換えDNAを導入した細胞を用いて動物個体(トランスジェニック動物)を作製することもできる。例えば、酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼを乳汁中に生産するトランスジェニック動物を作製することができる。このような組換え体は公知の方法に従って作製することができる。   Host cells should be selected from any prokaryotic cells such as bacteria, eukaryotic microbial cells such as filamentous fungi, yeast, animal cells, insect cells, plant cells, etc., as long as they can express the target gene. Can do. In addition to the nucleic acid encoding the oxidation resistant ascorbate peroxidase, the recombinant DNA may contain any nucleic acid sequence necessary for transcription, translation, selection of transformants, and the like. The cells are cultured under conditions suitable for the cells to be used. Moreover, an animal individual (transgenic animal) can also be produced using the cells into which the recombinant DNA has been introduced. For example, transgenic animals that produce oxidation-resistant ascorbate peroxidase in milk can be made. Such recombinants can be prepared according to known methods.

あるいは、上記組換えDNAを導入した細胞を用いて植物個体(トランスジェニック植物)を作製することもできる。このような植物個体はアスコルビン酸パーオキシダーゼの製造以外に、耐ストレス作物として有用である。組換えDNAを導入する植物としては、任意の植物を使用することができる。そのような植物には単子葉植物(イネ、コムギ、オオムギ、トウモロコシなど)および双子葉植物(ワタ、トマト、タバコなど)のいずれもが含まれる。このような植物個体の作製方法は当該分野において公知であり、例えば、特許文献1−2、非特許文献4−8に記載されている。このような植物は酸化毒ストレスに対する耐性を有し、砂漠緑化、CO削減、農業における作物生産などに有用である。 Alternatively, a plant individual (transgenic plant) can be produced using cells into which the recombinant DNA has been introduced. Such plant individuals are useful as stress-resistant crops in addition to the production of ascorbate peroxidase. Any plant can be used as the plant into which the recombinant DNA is introduced. Such plants include both monocotyledonous plants (rice, wheat, barley, corn, etc.) and dicotyledonous plants (cotton, tomatoes, tobacco, etc.). Such plant individual production methods are known in the art, and are described, for example, in Patent Document 1-2 and Non-Patent Document 4-8. Such plants resistant to oxidative poison stress, desert greening, CO 2 reduction is useful for such crop production in agriculture.

本発明は、未改変アスコルビン酸パーオキシダーゼのアミノ酸配列において、少なくとも配列番号1の25位に相当する位置のアミノ酸をシステインからシステイン以外のアミノ酸に置換する工程を包含する、アスコルビン酸パーオキシダーゼに酸化耐性を付与する方法を提供する。本発明の方法によりアスコルビン酸パーオキシダーゼに酸化耐性が付与されることは上記で説明したとおりである。   The present invention relates to oxidation resistance to ascorbate peroxidase, which comprises the step of substituting at least the amino acid corresponding to position 25 of SEQ ID NO: 1 with an amino acid other than cysteine in the amino acid sequence of unmodified ascorbate peroxidase. Provide a method of granting. As described above, the ascorbate peroxidase is imparted with oxidation resistance by the method of the present invention.

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明の範囲はこれら実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the scope of the present invention is not limited to these examples.

TEMPO存在下で過酸化水素処理したAPXBの質量分析
ガルディエリア・パーチタ(Galdieria partita)由来アスコルビン酸パーオキシダーゼ、APXBを5モル当量の過酸化水素とともに嫌気化した50mMリン酸ナトリウムバッファー、pH7.0中でインキュベートすると重合体が形成されたが、0.2mMのラジカル捕捉剤2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシル(TEMPO)の存在下ではこのような重合体は形成されなかった。このことは、重合がタンパク質表面でのラジカル形成に起因するものであり、TEMPOがラジカル部位を捕捉したことを示す。そこで、ラジカル部位を同定するために、未処理およびTEMPO存在下で過酸化水素処理したAPXBのトリプシン消化物をMALDI−TOF MSおよびMS/MSにより解析した。APXB酵素液の調製は下記の実施例3に記載のように行った。
Mass Spectrometry of APXB Treated with Hydrogen Peroxide in the Presence of TEMPO Ascorbic acid peroxidase from Galdieria partita, 50 mM sodium phosphate buffer, anaerobic with 5 molar equivalents of hydrogen peroxide, in pH 7.0 Incubation with the polymer formed a polymer, but in the presence of 0.2 mM radical scavenger 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxyl (TEMPO), such a polymer was formed. There wasn't. This indicates that polymerization is due to radical formation on the protein surface, and TEMPO has captured the radical site. Therefore, in order to identify the radical site, the tryptic digest of APXB treated with hydrogen peroxide in the presence of untreated and TEMPO was analyzed by MALDI-TOF MS and MS / MS. APXB enzyme solution was prepared as described in Example 3 below.

精製APXBを、NAP5ゲル濾過カラム2本を用いて、窒素ガスにより嫌気化した50mMリン酸ナトリウムバッファー、pH7.0にバッファー置換し、1.0mLの酵素液を得た。嫌気条件に保ったまま、紫外可視分光光度計UV−1700 PharmaSpecでSoretピークを測定して酵素濃度を決定した。APXBのこの条件でのモル吸光係数は、102mM−1・cm−1である。なお、下記APXB変異体APXBC25Sのモル吸光係数は、93mM−1・cm−1である。ヘム濃度はPyridine hemochromogen法により(非特許文献2)、西洋ワサビペルオキシダーゼ(モル吸光係数100mM−1・cm−1、ナカライテスク)を標準品として決定した。 The purified APXB was substituted with 50 mM sodium phosphate buffer, pH 7.0, anaerobized with nitrogen gas using two NAP5 gel filtration columns to obtain 1.0 mL of enzyme solution. While maintaining the anaerobic condition, the Soret peak was measured with an ultraviolet-visible spectrophotometer UV-1700 PharmaSpec to determine the enzyme concentration. The molar extinction coefficient of APXB under this condition is 102 mM −1 · cm −1 . In addition, the molar extinction coefficient of the following APXB variant APXBC25S is 93 mM −1 · cm −1 . The heme concentration was determined by the Pyridine hemochromogen method (Non-patent Document 2) using horseradish peroxidase (molar extinction coefficient 100 mM −1 · cm −1 , Nacalai Tesque) as a standard product.

嫌気50mMリン酸ナトリウムバッファー、pH7.0に置換したAPXB酵素液1.0mLに、終濃度0.2または0mMのラジカル捕捉剤TEMPO(和光純薬)を添加し、続いて過酸化水素を5モルまたは0モル当量となるように添加した。一定時間後にNAP10ゲル濾過カラムに供して嫌気50mM重炭酸アンモニウムバッファー、pH8.0で溶出することにより未反応のTEMPOまたはグルタチオンと過酸化水素を除去して酵素液0.5mLを得た。酵素液は100μlずつサンプルチューブに分注し、液体窒素で凍らせて−80℃で保存した。   To 1.0 mL of APXB enzyme solution substituted with anaerobic 50 mM sodium phosphate buffer, pH 7.0, a final concentration of 0.2 or 0 mM radical scavenger TEMPO (Wako Pure Chemical Industries) was added, followed by 5 mol of hydrogen peroxide. Or it added so that it might become 0 molar equivalent. After a certain time, it was applied to a NAP10 gel filtration column and eluted with anaerobic 50 mM ammonium bicarbonate buffer, pH 8.0 to remove unreacted TEMPO or glutathione and hydrogen peroxide to obtain 0.5 mL of enzyme solution. The enzyme solution was dispensed 100 μl at a time into a sample tube, frozen with liquid nitrogen and stored at −80 ° C.

これらの酵素液100μlに、33μlの8M尿素を混合し、1μlのトリプシン(Sequencing Grade Modified Trypsin、Frozen、Promega)を加えて一晩消化した。トリプシンで消化したAPXをZipTip(登録商標)C18(Millipore)に供し、測定サンプル用溶媒(75%アセトニトリル、0.1%TFA)を用いて説明書に従って溶出した。マトリックスとしてα−シアノ−4−ヒドロキシケイ皮酸(CHCA、Bruker Daltonics)を、標準試料としてpeptide calibration standard II(Bruker Daltonics)を用いて、MALDI−TOF MS(VoyagerDE STR、Applied biosystems)およびMS/MS(ultraflex TOF/TOF、Bruker Daltonics)でAPXBトリプシン消化物の質量分析をおこなった。測定方法は装置の説明書に従った。解析にはMascot Search(http://www.matrixscience.com/search_form_select.html)を用いた。   100 μl of these enzyme solutions were mixed with 33 μl of 8M urea, 1 μl of trypsin (Sequencing Grade Modified Trypsin, Frozen, Promega) was added and digested overnight. APX digested with trypsin was applied to ZipTip (registered trademark) C18 (Millipore) and eluted according to the instructions using a solvent for measurement sample (75% acetonitrile, 0.1% TFA). MALDI-TOF MS (VoyagerDE STR, Applied biosystems) and MS / MS using α-cyano-4-hydroxycinnamic acid (CHCA, Bruker Daltonics) as matrix and peptide calibration standard II (Bruker Daltonics) as standard sample Mass spectrometry of APXB trypsin digest was performed with (ultraflex TOF / TOF, Bruker Daltonics). The measuring method followed the instruction manual of the apparatus. For the analysis, Mascot Search (http://www.matrixscience.com/search_form_select.html) was used.

TEMO存在下で過酸化水素処理したAPXBのMALDI−TOF MSの結果を図1および表2に示す。   The results of MALDI-TOF MS of APXB treated with hydrogen peroxide in the presence of TEMO are shown in FIG.

Figure 2008253248
Figure 2008253248

MALDI−TOF MSの結果より、未処理のAPXBで確認できたアミノ酸配列19から31番(LFEQTPCMPIMVR、分子量計算値:1563.7611)に相当する質量1565m/zのピークが、TEMPOと過酸化水素で処理することで顕著に減少し、これに伴い、いくつかのピークが出現していることが明らかとなった。   From the results of MALDI-TOF MS, a peak of mass 1565 m / z corresponding to amino acid sequence 19 to 31 (LFEQTPCPMIMVR, calculated molecular weight: 1563.711) confirmed with untreated APXB was observed with TEMPO and hydrogen peroxide. It was clarified that some peaks appeared along with this process.

さらに、図1の1597m/zのピークについてMS/MS解析を行ったところ、25位のシステイン残基(Cys−25)の質量増加が32m/zであり、Cys−25に酸素2原子(原子量16)が結合したことが確認できた(−SOH)。図1の1736m/zのピークについてMS/MS解析を行ったところ、Cys−25の質量増加が171m/zであり、Cys−25に1分子のTEMPO(分子量156.3)と1原子の酸素が結合したことが確認できた(−SO−TEMPO)。 Further, when MS / MS analysis was performed on the peak at 1597 m / z in FIG. 1, the increase in mass of the cysteine residue at position 25 (Cys-25) was 32 m / z, and Cys-25 had two oxygen atoms (atomic weight). 16) was confirmed to be linked (-SO 2 H). When MS / MS analysis was performed on the peak at 1736 m / z in FIG. 1, the mass increase of Cys-25 was 171 m / z, and one molecule of TEMPO (molecular weight 156.3) and one atom of oxygen in Cys-25. (-SO-TEMPO) was confirmed.

TEMPOはチオール(−SH)ラジカルと連鎖的に反応しTEMPO付加物だけでなく、チオール基の酸化物であるスルフィン酸(−SOH)、スルホン酸(−SOH)も生じることが報告されており(Borisenko, G.G. et al., J. Am. Chem. Soc., 126:9221-9232 (2004))、今回の結果と一致していた。以上より、Cys−25がラジカル化部位であることが明らかとなった。以下の実施例では主にCys−25について記載するが、121位のシステイン残基(Cys−121)もラジカル化部位であることが示唆されており、このシステイン残基とAPXの失活との関係については実施例6において記載する。 TEMPO thiol (-SH) as well radicals and chain react with TEMPO adduct, sulfinic acid is an oxide of a thiol group (-SO 2 H), sulfonic acid (-SO 3 H) also occurs it is reported (Borisenko, GG et al., J. Am. Chem. Soc., 126: 9221-9232 (2004)), which was consistent with the present results. From the above, it was revealed that Cys-25 is a radicalization site. In the following examples, Cys-25 is mainly described, but it is suggested that the cysteine residue at position 121 (Cys-121) is also a radicalization site, and this cysteine residue is inactivated with APX. The relationship is described in Example 6.

また、トリプシン消化せずにMALDI−TOF MSで分析すると、APXBはTEMPO存在下で過酸化水素処理した場合に、未処理の場合と比較して約50Daの質量増加がみられる(図2)。この結果から、実際にはシステイン残基にTEMPO付加物はほとんど存在せず、その大半がシステイン残基の酸化物であるスルフィン酸(−SOH)あるいはスルホン酸(−SOH)であることが示された。 In addition, when analyzed by MALDI-TOF MS without digestion with trypsin, APXB shows a mass increase of about 50 Da when treated with hydrogen peroxide in the presence of TEMPO as compared to untreated (FIG. 2). From this result, there is actually almost no TEMPO adduct in the cysteine residue, most of which is sulfinic acid (—SO 2 H) or sulfonic acid (—SO 3 H), which is an oxide of the cysteine residue. It was shown that.

APXBのラジカル化に与えるグルタチオンの影響
2−1.グルタチオン存在下で過酸化水素処理したAPXBのSDS−PAGE
TEMPOは植物など生体内には存在しないが、システイン残基のチオール基の酸化はインビボにおいても生じ得る(非特許文献9−10)。しかし生体内ではラジカル化したシステイン残基へグルタチオンが結合することによってこのような酸化が防止される可能性も考えられる。以下で、APXBのラジカル化に与えるグルタチオンの影響を検討した。
2. Effect of glutathione on radicalization of APXB 2-1. SDS-PAGE of APXB treated with hydrogen peroxide in the presence of glutathione
Although TEMPO does not exist in living bodies such as plants, oxidation of the thiol group of a cysteine residue can occur in vivo (Non-patent Documents 9-10). However, there is a possibility that such oxidation is prevented by binding glutathione to a radicalized cysteine residue in vivo. Below, the influence of glutathione on the radicalization of APXB was examined.

嫌気50mMリン酸ナトリウムバッファー、pH7.0に置換したAPXB酵素液0.3mLに、グルタチオンを終濃度0、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0mMとなるように、続いて過酸化水素を5モルまたは0モル当量となるようにマイクロシリンジで注入した。グルタチオンと過酸化水素を添加した酵素液を、一定時間後にNAP10(Pharmacia)ゲル濾過カラムに供して嫌気50mMリン酸ナトリウムバッファー、pH7.0で溶出することにより未反応のグルタチオンと過酸化水素を除去して酵素液0.5mLを得た。得た酵素液は100μlずつサンプルチューブに分注し、液体窒素で凍らせて−80℃で保存した。   The final concentration of glutathione is 0, 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, and 2.0 mM in 0.3 mL of an APXB enzyme solution substituted with anaerobic 50 mM sodium phosphate buffer, pH 7.0. Subsequently, hydrogen peroxide was injected with a microsyringe to 5 mol or 0 molar equivalent. Unreacted glutathione and hydrogen peroxide are removed by applying the enzyme solution containing glutathione and hydrogen peroxide to a NAP10 (Pharmacia) gel filtration column after a certain time and eluting with anaerobic 50 mM sodium phosphate buffer, pH 7.0. As a result, 0.5 mL of the enzyme solution was obtained. 100 μl of the obtained enzyme solution was dispensed into a sample tube, frozen with liquid nitrogen and stored at −80 ° C.

グルタチオンと過酸化水素を除去した酵素液100μlに、当量の2倍濃度SDS−PAGE用サンプルバッファー(2−メルカプトエタノールを含まない)を加えて混合し、50μlずつサンプルチューブに分注し、液体窒素で凍らせて−80℃で保存した。2−メルカプトエタノールは終濃度5%となるように泳動直前に添加した。SDS−PAGEは12.5%ポリアクリルアミドゲルを用いて行い、クーマシーブリリアントブルー(CBB)染色により染色した。   Add 100 µl of the enzyme solution from which glutathione and hydrogen peroxide have been removed to the equivalent sample buffer for SDS-PAGE (without 2-mercaptoethanol), mix, and dispense 50 µl each into a sample tube. And frozen at −80 ° C. 2-mercaptoethanol was added immediately before electrophoresis so that the final concentration was 5%. SDS-PAGE was performed using 12.5% polyacrylamide gel and stained with Coomassie Brilliant Blue (CBB) staining.

結果を図3に示す。図3において、各レーンは、左から以下を表す:マーカー(NEB BroadRangeP7702);未処理APXB;APXB+5モル当量H;APXB+5モル当量H+0.1mMグルタチオン;APXB+5モル当量H+0.2mMグルタチオン;APXB+5モル当量H+0.5mMグルタチオン;APXB+5モル当量H+1.0mMグルタチオン;APXB+5モル当量H+2.0mMグルタチオン。未処理のAPXBについては28kDa付近に単一のバンドが確認できるのに対して、過酸化水素を添加した場合では28、60、120kDa付近にAPXBのモノマーおよび重合体と思われる複数のバンドが確認された。一方、グルタチオン存在下で過酸化水素処理した場合ではグルタチオン濃度の増加にしたがってそれらのバンドが薄くなり、2.0mMのグルタチオンの存在下で過酸化水素処理した場合では、APXBのモノマーに対応する28kDa以外のバンドはほとんど確認できなかった。すなわち、グルタチオンがAPXBタンパク質表面のラジカル化したシステイン残基に結合し、過酸化水素によるタンパク質同士の重合を防止することが示唆された。 The results are shown in FIG. In FIG. 3, each lane represents the following from the left: marker (NEB BroadRangeP7702); untreated APXB; APXB + 5 molar equivalent H 2 O 2 ; APXB + 5 molar equivalent H 2 O 2 +0.1 mM glutathione; APXB + 5 molar equivalent H 2 O 2 + 0.2 mM glutathione; APXB + 5 molar equivalent H 2 O 2 +0.5 mM glutathione; APXB + 5 molar equivalent H 2 O 2 +1.0 mM glutathione; APXB + 5 molar equivalent H 2 O 2 +2.0 mM glutathione. For untreated APXB, a single band can be confirmed around 28 kDa, whereas when hydrogen peroxide is added, multiple bands that are considered to be APXB monomers and polymers are confirmed around 28, 60, and 120 kDa. It was done. On the other hand, when hydrogen peroxide treatment was performed in the presence of glutathione, these bands became thinner as the glutathione concentration increased, and when hydrogen peroxide treatment was performed in the presence of 2.0 mM glutathione, 28 kDa corresponding to the monomer of APXB. Other bands were hardly confirmed. That is, it was suggested that glutathione binds to a radicalized cysteine residue on the surface of the APXB protein and prevents polymerization of proteins by hydrogen peroxide.

2−2.グルタチオン存在下で過酸化水素処理したAPXBの質量分析
グルタチオンがラジカル化部位であるシステイン残基に結合しているかを明らかにするために、グルタチオン存在下で過酸化水素処理したAPXBのトリプシン消化物をMALDI−TOF MSおよびMS/MSにより解析した。実験は、TEMPOの代わりに2.0mMまたは0mMのグルタチオン(和光純薬)を使用した以外、実施例1と同様に実施した。結果を図4に示す。
2-2. Mass Spectrometry of APXB Treated with Hydrogen Peroxide in the Presence of Glutathione To clarify whether glutathione binds to the cysteine residue that is the radicalization site, tryptic digest of APXB treated with hydrogen peroxide in the presence of glutathione was analyzed. Analysis was performed by MALDI-TOF MS and MS / MS. The experiment was performed in the same manner as in Example 1 except that 2.0 mM or 0 mM glutathione (Wako Pure Chemical Industries) was used instead of TEMPO. The results are shown in FIG.

MALDI−TOF MSの結果より、未処理のAPXBで確認できたアミノ酸配列19から31番に相当する質量1565m/zのピークが、グルタチオンと過酸化水素で処理することで顕著に減少し、これに伴い、このペプチド断片にグルタチオン1分子(分子量307.33)分が結合し、水素2原子(原子量1.01)が脱離したと考えられるピークが出現していることが明らかとなった(−S−S−G)。   From the results of MALDI-TOF MS, the peak of mass 1565 m / z corresponding to amino acid sequence 19 to 31 confirmed with untreated APXB was significantly reduced by treatment with glutathione and hydrogen peroxide. Along with this, it was clarified that one peak of glutathione molecule (molecular weight 307.33) was bonded to this peptide fragment, and a peak thought to be desorbed from two hydrogen atoms (atomic weight 1.01) was revealed (- S-S-G).

さらに、図4の1870m/zのピークについてMS/MS解析を行ったところ、Cys−25にグルタチオンが結合し、水素2原子が脱離したことが確認できた。これより、APXBは過酸化水素との反応により、タンパク質表面のシステイン残基がラジカル化し、グルタチオンと結合することが示された。   Further, when MS / MS analysis was performed on the peak at 1870 m / z in FIG. 4, it was confirmed that glutathione was bonded to Cys-25 and two hydrogen atoms were eliminated. This indicates that APXB reacts with hydrogen peroxide to radicalize cysteine residues on the protein surface and bind to glutathione.

なお、過酸化処理したAPXBの残存活性を下記実施例5と同様に測定したところ、残存活性は未処理時の50%程度であったが、グルタチオン存在下で過酸化水素処理した場合のAPXの残存活性は未処理時の80%であり、Cys−25にグルタチオンが結合することによるAPXBの触媒活性の低下はないことが示された。   The residual activity of the peroxidized APXB was measured in the same manner as in Example 5 below. The residual activity was about 50% of that in the untreated state, but the APXB in the presence of glutathione was treated with hydrogen peroxide. The residual activity was 80% when untreated, indicating that there was no decrease in the catalytic activity of APXB due to glutathione binding to Cys-25.

植物の細胞には2.0mMから5.0mMのグルタチオンが存在するといわれている。上記の結果を考慮すれば、通常は、生体内においてもタンパク質同士の重合およびシステイン残基の不可逆的な酸化がAPXとグルタチオンとの結合により防止されている可能性がある。しかし、細胞が深刻な酸化ストレスに曝されると還元型グルタチオンの濃度が低下するとされている。このような場合には、APXのシステイン残基がグルタチオンにより保護されずに酸化され、その結果、APXBの触媒活性が失われる可能性がある。従って、植物細胞の状態によっては実施例1において示された過酸化水素およびTEMPOによるのと同様の25位のシステイン残基(Cys−25)の酸化が生体内においても生じ得ることが示唆された。   It is said that 2.0 to 5.0 mM glutathione is present in plant cells. Considering the above results, it is usually possible that the polymerization between proteins and the irreversible oxidation of cysteine residues are prevented by the binding of APX and glutathione even in vivo. However, the concentration of reduced glutathione is said to decrease when cells are exposed to severe oxidative stress. In such a case, the cysteine residue of APX is oxidized without being protected by glutathione, and as a result, the catalytic activity of APXB may be lost. Therefore, it was suggested that depending on the state of plant cells, oxidation of the cysteine residue (Cys-25) at position 25 similar to that caused by hydrogen peroxide and TEMPO shown in Example 1 may occur in vivo. .

APXBおよびAPXBC25Sの構築、発現および精製
実施例1においてTEMPO存在下で過酸化水素と反応させることにより、APXBの25位のシステイン残基がラジカル化し、さらに酸化されることが明らかとなった。また実施例2において、このシステイン残基にグルタチオンが結合し、過酸化水素によるAPXBの重合が防止されることが示唆された。そこで、システイン残基の酸化がAPXBの触媒活性に与える影響を検証するために、当該システイン残基を欠損する変異型APXBを作製した。
Construction, expression and purification of APXB and APXBC25S In Example 1, it was revealed that by reacting with hydrogen peroxide in the presence of TEMPO, the cysteine residue at position 25 of APXB was radicalized and further oxidized. Further, in Example 2, it was suggested that glutathione binds to this cysteine residue and prevents polymerization of APXB by hydrogen peroxide. Therefore, in order to verify the effect of oxidation of cysteine residues on the catalytic activity of APXB, a mutant APXB lacking the cysteine residues was prepared.

3−1.pETAPXBC25Sの構築
紅藻ガルディエリア・パーチタの細胞質局在型APX(APXB)の25位のシステイン残基(Cys−25)をセリン(Ser)に置換したAPX(APXBC25Sと命名する)を発現する大腸菌用発現ベクターpET16bAPXBC25Sを以下のようにして作製した。
3-1. Construction of pETAPXBC25S For Escherichia coli expressing APX (named APXBC25S) in which the cysteine residue (Cys-25) at position 25 of cytoplasmic localized APX (APXB) of red alga Gardiarea pertita is replaced with serine (Ser) The expression vector pET16bAPXBC25S was prepared as follows.

5’末端側断片の増幅のために、プライマーAPXB29R(5’−AGGAGTCTGTTCAAATAGCTTTAC−3’)(配列番号5)を設計し、の5’末端をT4 Polynucleotide Kinase(東洋紡績)を用いリン酸化した。プロトコールはカタログTOYOBO BIOCHEMICALS FOR LIFE SCIENCE(2004/2005)中の使用説明書に従った。   In order to amplify the 5 'terminal fragment, a primer APXB29R (5'-AGGAGTCTGTTCAAATACTTTTAC-3') (SEQ ID NO: 5) was designed, and its 5 'end was phosphorylated using T4 Polynucleotide Kinase (Toyobo). The protocol followed the instructions in the catalog TOYOBO BIOCHEMICALS FOR LIFE SCIENCE (2004/2005).

3’末端側断片の増幅と変異導入のために、プライマーAPXB30(5’−TCTATGCCTATTATGGTGCGACTAGC−3’)(配列番号6)を設計した。このプライマーはCys−25に対応する塩基(TGT)のうち、1塩基を置換してSerに対応する塩基(TCT)としたものである。   Primer APXB30 (5'-TCTATGCCCTATTAGGGTGCGATAGAG-3 ') (SEQ ID NO: 6) was designed for amplification and mutagenesis of the 3' terminal fragment. This primer is a base (TCT) corresponding to Ser by substituting one base in the base (TGT) corresponding to Cys-25.

全長APXB遺伝子を含むプラスミドpET16bAPXB(非特許文献2)を鋳型として、5’末端側断片にはプライマーT7 promoter(5’−TAATACGACTCACTATAGG−3’)(配列番号7)とリン酸化したプライマーAPXB29Rを、3’末端側断片にはプライマーAPXB30とプライマー T7 terminator(5’−ACCGCTGAGCAATAACTAGC−3’)(配列番号8)を用いて、一段階目のPCR反応をおこなった。DNAポリメラーゼにはPfu Turbo DNA Polymerase(Strategene)を用いた。反応条件および反応液組成は酵素の推奨プロトコールに従い、サーマルサイクラーとしてMini Cycler(MJ Research)を用いた。   Using the plasmid pET16bAPXB (Non-patent Document 2) containing the full-length APXB gene as a template, the primer T7 promoter (5′-TAATACGACTCACTATAGG-3 ′) (SEQ ID NO: 7) and 3A phosphorylated primer APXB29R were used as the 5 ′ terminal fragment The primer fragment APXB30 and primer T7 terminator (5′-ACCGCTGGACAATAACTAGC-3 ′) (SEQ ID NO: 8) were used for the terminal fragment, and the first-stage PCR reaction was performed. Pfu Turbo DNA Polymerase (Strategene) was used as the DNA polymerase. The reaction conditions and composition of the reaction solution were in accordance with the recommended protocol of the enzyme, and Mini Cycler (MJ Research) was used as the thermal cycler.

PCRにより得られた5’末端側断片と3’末端側断片とを精製し、ライゲーションした。ライゲーションは、説明書に従い、Takara Ligation kit ver.2(タカラバイオ)を用いておこなった。ただし、キットのI液を加える前にDNA溶液を42℃で30秒間加熱した。PCR産物の精製は特に断りのない限り、説明書に従ってWizard(登録商標)SV Gel and PCR Clean−Up Systemを用いておこなった。   The 5 'terminal fragment and 3' terminal fragment obtained by PCR were purified and ligated. The ligation is carried out according to Takara Ligation kit ver. 2 (Takara Bio). However, the DNA solution was heated at 42 ° C. for 30 seconds before adding the kit I solution. PCR products were purified using Wizard (registered trademark) SV Gel and PCR Clean-Up System according to the instructions unless otherwise specified.

ライゲーション産物を鋳型として、プライマーT7 promoterとプライマーT7 terminatorを用いて二段階目のPCRをおこなった。このPCR産物を精製し、制限酵素NcoI(東洋紡績)およびXhoI(タカラバイオ)で消化して、再び精製した。また、pET16−bベクター(Novagen)もNcoIおよびXhoIで消化し、精製した。   Using the ligation product as a template, PCR at the second stage was performed using primer T7 promoter and primer T7 terminator. The PCR product was purified, digested with restriction enzymes NcoI (Toyobo) and XhoI (Takara Bio) and purified again. The pET16-b vector (Novagen) was also digested with NcoI and XhoI and purified.

NcoIおよびXhoIで消化したPCR産物をpET16−bのNcoI/XhoIサイトに挿入した。得られたpET16bAPXBC25Sを用いて大腸菌XL1−blue株を形質転換した。   The PCR product digested with NcoI and XhoI was inserted into the NcoI / XhoI site of pET16-b. The obtained pET16bAPXBC25S was used to transform E. coli XL1-blue strain.

LBプレートのコロニーから楊枝で取った大腸菌を鋳型として、プライマーT7 promoterとプライマーT7 terminatorを用いてコロニーPCRをおこなった。PCR産物を1.5%アガロースゲルで電気泳動し、約1000bpの目的のPCR産物を与えるコロニーを検出し、そのPCR産物を精製した。DNAポリメラーゼにはTaq Polymerase(NEB)を用い、バッファーにはEx Taq Polymerase bufferを用いた。反応条件および反応液組成は酵素の推奨プロトコールに従い、サーマルサイクラーとしてMini Cyclerを用いた。   Colony PCR was performed using the primer T7 promoter and the primer T7 terminator, using Escherichia coli taken from the LB plate colony with a toothpick as a template. The PCR product was electrophoresed on a 1.5% agarose gel, colonies giving the desired PCR product of about 1000 bp were detected, and the PCR product was purified. Taq Polymerase (NEB) was used as the DNA polymerase, and Ex Taq Polymerase buffer was used as the buffer. The reaction conditions and composition of the reaction solution were in accordance with the recommended protocol for the enzyme, and Mini Cycler was used as the thermal cycler.

精製したPCR産物を鋳型として、Big Dye Terminator ver.3.1 Cycle Sequencing Kit(Applied Biosystems)を用い、説明書に従ってシーケンス反応液を調整した。サンプルインジェクションバッファーTSR(Template Suppression Reagent,Applied Biosystems)を用いて調整したサンプルを、DNAシーケンサーであるABI PRISM 310(Applied Biosystems)に供して配列を解析した。   Using the purified PCR product as a template, Big Dye Terminator ver. 3.1 A sequence reaction solution was prepared using Cycle Sequencing Kit (Applied Biosystems) according to the instructions. Samples prepared using a sample injection buffer TSR (Template Suppression Reagent, Applied Biosystems) were subjected to DNA sequencer ABI PRISM 310 (Applied Biosystems) to analyze the sequence.

3−2.APXBおよびAPXBC25Sの精製
APXBおよびAPXBC25Sを非特許文献3に記載の方法で精製した。詳細には、コンピタントセル(E.coli:BL21(DE3)株)へのpET16bAPXB(野生型APXBをコードする)およびpET16bAPXBC25S(Cys−25をSerに置換したAPXBをコードする)の導入を常法に従って行った。pET16bAPXBまたはpET16bAPXBC25Sを保持する大腸菌を、終濃度50mg/Lのアンピシリン含むLB培地1Lで、振とう培養装置IC−43(Simadzu)を用いて120rpm、37℃下振とう培養した。培養は、培地の濁度を紫外可視分光光度計UV−1700 PharmaSpec(Shimadzu)で測定した。OD600=0.6となるまで約12時間培養し、最終濃度0.5mMのイソプロピル−β−D(−)−チオガラクトピラノシド(IPTG、和光純薬)と同時に再び終濃度50mg/Lのアンピシリンを添加した。O.D.600=1.0を上回るまでさらに5時間培養を続け、集菌した。液体培地を遠心分離(2800×g、4℃、20分)して集菌し、バッファーA(50mMリン酸カリウムバッファー、pH7.0、1mM EDTA、1mMアスコルビン酸)で菌体を洗浄後、液体窒素で凍らせて−80℃で保存した。
3-2. Purification of APXB and APXBC25S APXB and APXBC25S were purified by the method described in Non-Patent Document 3. Specifically, introduction of pET16bAPXB (encoding wild-type APXB) and pET16bAPXBC25S (encoding APXB in which Cys-25 is replaced with Ser) into a competent cell (E. coli: BL21 (DE3) strain) is a conventional method. Went according to. Escherichia coli carrying pET16bAPXB or pET16bAPXBC25S was cultured with shaking at 120 rpm and 37 ° C. in 1 L of LB medium containing ampicillin having a final concentration of 50 mg / L using a shaking culture apparatus IC-43 (Simadzu). In the culture, the turbidity of the medium was measured with an ultraviolet-visible spectrophotometer UV-1700 PharmaSpec (Shimadzu). Culturing for about 12 hours until OD 600 = 0.6, final concentration of 50 mg / L at the same time as isopropyl-β-D (−)-thiogalactopyranoside (IPTG, Wako Pure Chemical Industries) with a final concentration of 0.5 mM. Of ampicillin was added. O. D. The culture was continued for further 5 hours until 600 = 1.0, and the cells were collected. The liquid medium is collected by centrifugation (2800 × g, 4 ° C., 20 minutes), and after washing the cells with buffer A (50 mM potassium phosphate buffer, pH 7.0, 1 mM EDTA, 1 mM ascorbic acid), liquid Frozen with nitrogen and stored at -80 ° C.

保存しておいたLB培地4L分の大腸菌を、40mLのバッファーAに懸濁し、超音波破砕機VP−15S、標準ホーンHNN−0200(Taitec)により菌体を破砕した。破砕は出力4、サイクル20%、5分の条件で2回繰り返し、その後出力5、サイクル20%、5分の条件で2回繰り返した。この破砕物を遠心分離(13,000×g、4℃、30分)し、その上清に対して硫安沈殿分画をおこなった。方法は「タンパク質実験ノート」(岡田雅人・宮崎香 (1999) Bradford法と硫安分画:無敵のバイオテクニカルシリーズ 改訂 タンパク質実験ノート 上 抽出と分離精製 (羊土社) , pp33-34 , 72-74)に従い、40%飽和硫安において沈殿せず、80%飽和硫安において沈殿する画分を、40%飽和硫安を含むバッファーB(10mMリン酸カリウムバッファー、pH7.0、1mM EDTA、1mMアスコルビン酸)に懸濁した。   E. coli for 4 L of the stored LB medium was suspended in 40 mL of buffer A, and the cells were disrupted using an ultrasonic disrupter VP-15S and a standard horn HNN-0200 (Taitec). The crushing was repeated twice under conditions of output 4, cycle 20%, and 5 minutes, and then repeated twice under conditions of output 5, cycle 20%, and 5 minutes. This crushed material was centrifuged (13,000 × g, 4 ° C., 30 minutes), and an ammonium sulfate precipitation fraction was applied to the supernatant. Method is “Protein Experiment Note” (Masato Okada, Kaoru Miyazaki (1999) Bradford Method and Ammonium Sulfate Fractionation: Unbeatable Biotechnical Series Revised Protein Experiment Note Up Extraction and Separation Purification (Yodosha), pp33-34, 72-74 ), The fraction that does not precipitate in 40% saturated ammonium sulfate but precipitates in 80% saturated ammonium sulfate is added to buffer B (10 mM potassium phosphate buffer, pH 7.0, 1 mM EDTA, 1 mM ascorbic acid) containing 40% saturated ammonium sulfate. Suspended.

硫安沈殿により得られたサンプルをフィルター濾過(DISMIC−25CS 0.45μm、Advantec)し、疎水カラム HiLoad 16/10mm Phenylsepharose(Pharmacia)に供した。すべてのクロマトグラフィーはBioLogic Duo Flow(Bio-Rad)をクロマトグラフィーシステムに用い、4℃で行なった。バッファーB+40%飽和硫安を用いて40分間かけて非吸着タンパク質をカラムから溶出し、その後100分間かけて40%から0%に硫安の濃度勾配を形成し、溶出した。流速は1.0mL/分で、フラクション分取量は1.5mL/チューブとした。SDS−PAGEによりAPXを含むフラクションを選択した。SDS−PAGEは12.5%ポリアクリルアミドゲルを用いて、常法に従いおこなった。   The sample obtained by the ammonium sulfate precipitation was filtered (DISMIC-25CS 0.45 μm, Advantec) and subjected to a hydrophobic column HiLoad 16/10 mm Phenylsepharose (Pharmacia). All chromatography was performed at 4 ° C. using BioLogic Duo Flow (Bio-Rad) in the chromatography system. Non-adsorbed protein was eluted from the column with buffer B + 40% saturated ammonium sulfate over 40 minutes, and then a concentration gradient of ammonium sulfate was formed from 40% to 0% over 100 minutes, followed by elution. The flow rate was 1.0 mL / min, and the fraction fraction was 1.5 mL / tube. Fractions containing APX were selected by SDS-PAGE. SDS-PAGE was performed according to a conventional method using 12.5% polyacrylamide gel.

疎水クロマトグラフィーにより分取したフラクションを、限外濾過Centriprep YM−10(Millipore)により5mLに濃縮し、ゲル濾過カラム Hiload 16/60mm Superdex 75 prep grade(Pharmacia)に供した。0.15M塩化カリウムを含むバッファーBで溶出した。流速0.5mL/分で、フラクション分取量は2.0mL/チューブとした。SDS−PAGEによりAPXBを含むフラクションを選択した。   Fractions fractionated by hydrophobic chromatography were concentrated to 5 mL by ultrafiltration Centriprep YM-10 (Millipore) and subjected to gel filtration column Hiload 16/60 mm Superdex 75 prep grade (Pharmacia). Elute with buffer B containing 0.15M potassium chloride. The flow rate was 0.5 mL / min, and the fraction fraction was 2.0 mL / tube. Fractions containing APXB were selected by SDS-PAGE.

APXBおよびAPXBC25Sは、回収したAPXB酵素液のSoretピークが約4になるよう0.15M塩化カリウムを含むバッファーBで希釈し、200μlずつサンプルチューブに分注し、液体窒素で凍らせて−80℃で保存した。精製したAPXBおよびAPXBC25Sのタンパク質定量は常法により行なった。 APXB and APXBC25S were diluted with buffer B containing 0.15M potassium chloride so that the Soret peak of the recovered APXB enzyme solution was about 4, and dispensed in 200 μl aliquots into sample tubes, frozen in liquid nitrogen at −80 ° C. Saved with. Protein quantification of purified APXB and APXBC25S was performed by a conventional method.

以上の操作により、SDS−PAGEで単一バンドを与える精製標品を得た。   By the above operation, a purified sample giving a single band by SDS-PAGE was obtained.

APXBC25SのK、kcatと吸収スペクトル
作製した変異型APXBの変異による触媒活性および構造への影響を非特許文献3に記載の方法に従って得られた酵素化学的パラメーターおよび吸収スペクトルにより検証した。
K m , k cat and absorption spectrum of APXBC25S The effect of the mutation of the produced mutant APXB on the catalytic activity and structure was verified by the enzyme chemical parameters and the absorption spectrum obtained according to the method described in Non-Patent Document 3.

4−1.APXBC25SのKおよびkcat
APXBC25Sの精製標品をバッファー(50 mMリン酸ナトリウムバッファー、pH7.0、0.5mMアスコルビン酸、0.01mg/mL BSA)で1/100希釈し、終濃度0.05、0.1、0.15、0.2、0.3、0.4、0.5mMのアスコルビン酸を含む反応液(50mMリン酸ナトリウムバッファー、pH7.0)に混合し、活性測定をおこなった。1.0mL反応液に終濃度100μMの過酸化水素を添加したときの過酸化水素依存的アスコルビン酸の酸化を測定した(Nakano, Y. et al., Plant Cell Physiol., 22:867-880 (1981))。測定は25℃でおこない、290nmの吸収(モル吸光係数2.8mM−1cm−1)の減少を紫外可視分光光度計UV−1700 PharmaSpecで観測することでおこなった。各アスコルビン酸濃度におけるAPXBC25Sの活性よりアスコルビン酸に対するKとkcatを決定した。
4-1. K m and k cat of APXBC25S
The purified preparation of APXBC25S is diluted 1/100 with a buffer (50 mM sodium phosphate buffer, pH 7.0, 0.5 mM ascorbic acid, 0.01 mg / mL BSA) to a final concentration of 0.05, 0.1, 0. Mixing with a reaction solution (50 mM sodium phosphate buffer, pH 7.0) containing .15, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 mM ascorbic acid, the activity was measured. Hydrogen peroxide-dependent oxidation of ascorbic acid was measured when hydrogen peroxide with a final concentration of 100 μM was added to a 1.0 mL reaction solution (Nakano, Y. et al., Plant Cell Physiol., 22: 867-880 ( 1981)). The measurement was performed at 25 ° C., and the decrease in absorption at 290 nm (molar extinction coefficient 2.8 mM −1 cm −1 ) was observed with an ultraviolet-visible spectrophotometer UV-1700 PharmaSpec. K m and k cat for ascorbic acid were determined from the activity of APXBC25S at each ascorbic acid concentration.

次に、APXBC25Sの精製標品をバッファー(50mMリン酸ナトリウムバッファー、pH7.0、0.5mMアスコルビン酸、0.01mg/mL BSA)で1/100希釈し、それを反応液(50mMリン酸ナトリウムバッファー、pH7.0、0.5mMアスコルビン酸)に混合し、活性測定をおこなった。1.0mLの反応液に対し終濃度10、20、30、40、60、80、100μMの過酸化水素を添加したときの過酸化水素依存的アスコルビン酸の酸化を測定した。各過酸化水素濃度におけるAPXBC25Sの活性より過酸化水素に対するKを決定した。対照として野生型APXBを使用した。結果を表3に示す。 Next, the purified preparation of APXBC25S was diluted 1/100 with a buffer (50 mM sodium phosphate buffer, pH 7.0, 0.5 mM ascorbic acid, 0.01 mg / mL BSA), and the reaction solution (50 mM sodium phosphate buffer) was diluted. Buffer, pH 7.0, 0.5 mM ascorbic acid) and the activity was measured. Hydrogen peroxide-dependent ascorbic acid oxidation was measured when hydrogen peroxide having a final concentration of 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100 μM was added to 1.0 mL of the reaction solution. It was determined K m for hydrogen peroxide than the activity of APXBC25S at each concentration of hydrogen peroxide. Wild type APXB was used as a control. The results are shown in Table 3.

Figure 2008253248
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過酸化水素に対するAPXBC25SのKmはAPXBの値と比較して同程度となった。また、アスコルビン酸に対するAPXBC25SのKはAPXBの値と比較して4ないし5倍程度であり、kcatは70%以上であった。この結果より、アスコルビン酸に対する親和性は下がったものの、Cys−25のSerへの置換が触媒活性にほとんど影響がないことが示された。 The Km of APXBC25S with respect to hydrogen peroxide was comparable to the value of APXB. Further, the K m of APXBC25S with respect to ascorbic acid was about 4 to 5 times the value of APXB, and k cat was 70% or more. From this result, it was shown that the substitution of Cys-25 with Ser had little effect on the catalytic activity, although the affinity for ascorbic acid was lowered.

4−2.APXBC25Sの吸収スペクトル
窒素ガスにより嫌気化した50mMリン酸ナトリウムバッファー、pH7.0にバッファー置換した。バッファー置換したAPXについて、未処理の場合、0.5mMシアン化カリウムを添加した場合、少量のジチオナイトを添加した場合、それぞれのスペクトルを測定した。測定には紫外可視分光光度計UV−1700 PharmaSpecを用いて25℃でおこなった。
4-2. Absorption spectrum of APXBC25S The buffer was replaced with 50 mM sodium phosphate buffer, pH 7.0, anaerobic with nitrogen gas. About the buffer-substituted APX, when not treated, when 0.5 mM potassium cyanide was added, and when a small amount of dithionite was added, respective spectra were measured. The measurement was performed at 25 ° C. using an ultraviolet-visible spectrophotometer UV-1700 PharmaSpec.

その結果、未処理、およびシアン化カリウムあるいはジチオナイトを添加した変異型APXの吸収スペクトルは、APXBのそれらと極めて類似しており、CysのSerへの置換が触媒部位の構造にほとんど影響がないことが示された。これより、これらの変異型APXBを以下の実験に用いることが可能であると判断した。   As a result, the absorption spectrum of the mutant APX with no treatment and the addition of potassium cyanide or dithionite is very similar to that of APXB, indicating that substitution of Cys with Ser has little effect on the structure of the catalytic site. It was done. Based on this, it was determined that these mutant APXBs could be used for the following experiments.

TEMPO存在下でのAPXBおよびAPXBC25Sの残存活性
TEMPO存在下での過酸化水素との反応によりシステイン残基が酸化されることで、APXBの触媒活性はどのような影響を受けるか検証するために、APXBおよびAPXBC25Sの残存活性を測定した。
Residual activity of APXB and APXBC25S in the presence of TEMPO To examine how the catalytic activity of APXB is affected by the oxidation of cysteine residues by reaction with hydrogen peroxide in the presence of TEMPO. Residual activities of APXB and APXBC25S were measured.

嫌気50mMリン酸ナトリウムバッファー、pH7.0に置換した酵素液1.0mLに、ラジカル捕捉剤である終濃度0.2または0mMのTEMPOを添加し、続いて過酸化水素を5モルまたは0モル当量となるように添加した。一定時間ごとに一部をとりだして速やかに反応液(0.5mMアスコルビン酸、50mMリン酸ナトリウム、pH7.0、0.01mg/ml BSA)に混合し、失活反応を停止させて各時間の活性測定をおこなった。反応液1.0mLに対して終濃度100μMの過酸化水素を添加したときの過酸化水素依存的アスコルビン酸の酸化を25℃で測定して活性を決定した。   To 1.0 mL of enzyme solution substituted with anaerobic 50 mM sodium phosphate buffer, pH 7.0, a final concentration of 0.2 or 0 mM TEMPO as a radical scavenger is added, followed by 5 or 0 molar equivalents of hydrogen peroxide. It added so that it might become. A part is taken out every fixed time and immediately mixed with the reaction solution (0.5 mM ascorbic acid, 50 mM sodium phosphate, pH 7.0, 0.01 mg / ml BSA) to stop the inactivation reaction, Activity measurement was performed. The activity was determined by measuring hydrogen peroxide-dependent ascorbic acid oxidation at 25 ° C. when hydrogen peroxide having a final concentration of 100 μM was added to 1.0 mL of the reaction solution.

結果を図5に示す。図5中、Aは野生型APXBを過酸化水素のみで処理した場合、Bは変異体APXBC25Sを過酸化水素のみで処理した場合、CはAPXBをTEMPOの存在下で過酸化水素処理した場合、DはAPXBC25SをTEMPOの存在下で過酸化水素処理した場合を示す。また、□は過酸化水素を含まない対照を示し、◆は過酸化水素を含む場合を示す。   The results are shown in FIG. In FIG. 5, A is when wild-type APXB is treated with hydrogen peroxide alone, B is when mutant APXBC25S is treated with hydrogen peroxide alone, C is when APXB is treated with hydrogen peroxide in the presence of TEMPO, D shows the case where APXBC25S is treated with hydrogen peroxide in the presence of TEMPO. Further, □ shows a control not containing hydrogen peroxide, and ◆ shows a case containing hydrogen peroxide.

TEMPO非存在下で過酸化水素処理した場合の残存活性は、APXBおよびAPXBC25Sいずれも未処理時の50%程度であった。しかし、TEMPO存在下で過酸化水素処理した場合の残存活性は、APXBはほぼ完全に活性を失ったのに対して、APXBC25Sでは残存活性は10%程度しか低下しなかった。これより、TEMPOと過酸化水素に依存的に25位のシステイン残基の酸化が促進されたことにより、APXBでは顕著な触媒活性の低下がおこったことが示された。APXB変異体でTEMPO非存在下よりも存在下のほうが過酸化水素による失活が起こりにくかった理由は、TEMPOがアスコルビン酸の代わりに触媒部位のヘムを還元したためであると推定された。   The residual activity when treated with hydrogen peroxide in the absence of TEMPO was about 50% of both APXB and APXBC25S. However, the remaining activity when treated with hydrogen peroxide in the presence of TEMPO was almost completely lost in APXB, whereas in APXBC25S, the remaining activity decreased only by about 10%. From this, it was shown that the catalytic activity of APXB was significantly reduced due to the accelerated oxidation of the cysteine residue at position 25 depending on TEMPO and hydrogen peroxide. The reason why the APXB mutant was less likely to be deactivated by hydrogen peroxide in the presence of TEMPO than in the absence of TEMPO was presumed that TEMPO reduced heme at the catalytic site instead of ascorbic acid.

本実施例においては、特許文献3に記載されるタバコAPXを基に、配列番号1の25位に相当する位置のシステインに加えて、配列番号1の34位に相当する位置のトリプトファン、配列番号1の121位に相当する位置のシステインを別のアミノ酸に置換した2重変異体、3重変異体を作製し、これらの変異の酸化耐性に対する効果を検討した。タバコAPXのアミノ酸配列を配列番号9に、それをコードする核酸のヌクレオチド配列を配列番号10に示す。配列番号1の25位は配列番号9の26位に、34位は35位に、121位は126位にそれぞれ相当する。   In this example, based on tobacco APX described in Patent Document 3, in addition to cysteine at the position corresponding to position 25 of SEQ ID NO: 1, tryptophan at the position corresponding to position 34 of SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: Double mutants and triple mutants were prepared by substituting cysteine at the position corresponding to position 121 of 1 with another amino acid, and the effect of these mutations on oxidation resistance was examined. The amino acid sequence of tobacco APX is shown in SEQ ID NO: 9, and the nucleotide sequence of the nucleic acid encoding it is shown in SEQ ID NO: 10. Position 25 of SEQ ID NO: 1 corresponds to position 26 of SEQ ID NO: 9, position 34 corresponds to position 35, and position 121 corresponds to position 126.

実施例3および特許文献3に記載の方法と同様の方法により、配列番号9のアミノ酸配列を有する野生型のタバコAPX(tsAPX)、配列番号9の26位のシステインをセリンに置換したtsAPXC26S(配列番号11)、配列番号9の35位のトリプトファンをフェニルアラニンに置換したtsAPXW35F(配列番号12)、配列番号9の126位のシステインをアラニンに置換したtsAPXC126A(配列番号13)、配列番号9の26位のシステインをセリンに、126位のセリンをアラニンにそれぞれ置換したtsAPXC26SC126A(2重変異体)(配列番号14)、配列番号9の26位のシステインをセリンに、35位のトリプトファンをフェニルアラニンに、126位のセリンをアラニンにそれぞれ置換したtsAPXC26SW35FC126A(3重変異体)(配列番号15)を得た。   Wild-type tobacco APX (tsAPX) having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 9 and tsAPXC26S (sequence of cysteine at position 26 of SEQ ID NO: 9 substituted with serine by a method similar to the method described in Example 3 and Patent Document 3 No. 11), tsAPXW35F (SEQ ID NO: 12) in which tryptophan at position 35 in SEQ ID NO: 9 is substituted with phenylalanine, tsAPXC126A (SEQ ID NO: 13) in which cysteine at position 126 in SEQ ID NO: 9 is substituted with alanine, position 26 in SEQ ID NO: 9 TsAPXC26SC126A (double mutant) (SEQ ID NO: 14) in which cysteine at position 126 was substituted with serine at position 126, serine at position 26 in serine, tryptophan at position 35 as phenylalanine, 126 Place serine in alanine To give the TsAPXC26SW35FC126A (3 double mutant) (SEQ ID NO: 15).

それぞれの精製酵素標品について吸光係数(εsoret)を測定し、実施例4に記載の方法と同様の方法によりアスコルビン酸および過酸化水素(H)に対する定常状態キネティックパラメータ(Km、kcat)を測定した。アスコルビン酸に対するKm値の決定には種々の濃度のアスコルビン酸(0〜0.5mM)および固定濃度のH(0.1mM)を使用し、Hに対するKm値の決定には種々の濃度のH(0〜0.1mM)および固定濃度のアスコルビン酸(0.5mM)を使用した。結果を表4−1および4−2に示す The extinction coefficient (ε soret ) of each purified enzyme preparation was measured, and the steady-state kinetic parameters (Km, kcat) for ascorbic acid and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) were determined in the same manner as described in Example 4. ) Was measured. Various concentrations of ascorbic acid (0-0.5 mM) and a fixed concentration of H 2 O 2 (0.1 mM) were used to determine the Km value for ascorbic acid, and the Km value for H 2 O 2 was determined Various concentrations of H 2 O 2 (0-0.1 mM) and a fixed concentration of ascorbic acid (0.5 mM) were used. The results are shown in Tables 4-1 and 4-2.

Figure 2008253248
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Figure 2008253248
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この結果より、各変異体APXが野生型APXに比べて遜色ない酵素学的性能を有することが示された。   From these results, it was shown that each mutant APX has an enzymatic performance comparable to that of wild-type APX.

次に、実施例5に記載の方法と同様の方法により、それぞれの酵素標品をTEMPOの存在下または非存在下で過酸化水素で処理し、残存活性を測定した。0.2mM TEMPO存在下で5モル当量の過酸化水素で処理した結果を図6に、TEMPO非存在下で20モル当量の過酸化水素で処理した結果を図7に示す。   Next, by the same method as described in Example 5, each enzyme preparation was treated with hydrogen peroxide in the presence or absence of TEMPO, and the residual activity was measured. FIG. 6 shows the results of treatment with 5 molar equivalents of hydrogen peroxide in the presence of 0.2 mM TEMPO, and FIG. 7 shows the results of treatment with 20 molar equivalents of hydrogen peroxide in the absence of TEMPO.

TEMPOは過酸化水素によるシステイン残基の酸化損傷を促進する。図6に示すように、TEMPO存在下で過酸化水素処理すると、2つのシステイン残基をそれぞれ他の残基に変異させた2重変異の場合(tsAPXC26SC126A)、野生型(tsAPX)よりも高い酸化耐性が示された。またこの2重変異は各システイン残基の単独変異の場合(tsAPXC26S、tsAPXC126A)よりも効果的であった。さらに35位のトリプトファンに変異導入した3重変異の場合(tsAPXC26SW35FC126A)、最も高い酸化耐性が示された。   TEMPO promotes oxidative damage of cysteine residues by hydrogen peroxide. As shown in FIG. 6, when hydrogen peroxide treatment is performed in the presence of TEMPO, in the case of a double mutation in which two cysteine residues are mutated to other residues (tsAPXC26SC126A), oxidation is higher than that in the wild type (tsAPX). Tolerance was shown. This double mutation was more effective than the single mutation of each cysteine residue (tsAPXC26S, tsAPXC126A). Further, in the case of a triple mutation mutated to tryptophan at position 35 (tsAPXC26SW35FC126A), the highest oxidation resistance was shown.

過酸化水素単独で処理すると、ヘムと35位のトリプトファンの架橋、アポタンパク質間の重合など複合的な酸化損傷が引き起こされる。図7に示すように、過酸化水素単独で処理すると、2つのシステイン残基の単独変異(tsAPXC26S、tsAPXC126A)、2重変異(tsAPXC26SC126A)のいずれの場合も野生型(tsAPX)と同等の酸化耐性しか示さなかった。一方、35位のトリプトファンにおける変異を導入した場合(tsAPXW35F)、野生型よりも高い酸化耐性が示され、3重変異の場合(tsAPXC26SW35FC126A)さらに高い酸化耐性が示された。   Treatment with hydrogen peroxide alone causes complex oxidative damage such as cross-linking of heme and tryptophan at position 35 and polymerization between apoproteins. As shown in FIG. 7, when treated with hydrogen peroxide alone, oxidation resistance equivalent to that of the wild type (tsAPX) is obtained in both cases of single mutation of two cysteine residues (tsAPXC26S, tsAPXC126A) and double mutation (tsAPXC26SC126A). Only showed. On the other hand, when a mutation in tryptophan at position 35 was introduced (tsAPXW35F), oxidation resistance higher than that of the wild type was shown, and in the case of triple mutation (tsAPXC26SW35FC126A), higher oxidation resistance was shown.

以上の結果より、配列番号1の25位に相当する位置のシステインの置換と、配列番号1の34位に相当する位置のトリプトファンの置換、配列番号1の121位に相当する位置のシステインの置換を併用することにより酸化耐性がさらに向上することが示された。   From the above results, substitution of cysteine at the position corresponding to position 25 of SEQ ID NO: 1, substitution of tryptophan at the position corresponding to position 34 of SEQ ID NO: 1, substitution of cysteine at the position corresponding to position 121 of SEQ ID NO: 1 It was shown that the oxidation resistance was further improved by using together.

本発明により、新規な酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼおよびその製造方法ならびにアスコルビン酸パーオキシダーゼに酸化耐性を付与する方法が提供される。     The present invention provides a novel oxidation resistant ascorbate peroxidase, a method for producing the same, and a method for imparting oxidation resistance to ascorbate peroxidase.

TEMPO存在下で過酸化水素処理したAPXBトリプシン消化物のMALDI−TOF MSの結果を示す図である。It is a figure which shows the result of MALDI-TOF MS of the APXB trypsin digest obtained by hydrogen peroxide treatment in the presence of TEMPO. TEMPO存在下で過酸化水素処理したAPXBのMALDI−TOF MSの結果を示す図である。It is a figure which shows the result of MALDI-TOF MS of APXB which carried out hydrogen peroxide treatment in the presence of TEMPO. グルタチオン存在下で過酸化水素処理したAPXBのSDS−PAGE解析を示す図である。It is a figure which shows the SDS-PAGE analysis of APXB which processed hydrogen peroxide in presence of glutathione. グルタチオン存在下で過酸化水素処理したAPXBトリプシン消化物のMALDI−TOF MSの結果を示す図である。It is a figure which shows the result of MALDI-TOF MS of the APXB trypsin digest obtained by hydrogen peroxide treatment in the presence of glutathione. TEMPO存在下での過酸化水素処理によるAPXBおよびAPXBC25Sの触媒活性への影響を示す図である。It is a figure which shows the influence on the catalytic activity of APXB and APXBC25S by the hydrogen peroxide process in the presence of TEMPO. TEMPO存在下での過酸化水素処理による各種APXの触媒活性への影響を示す図である。It is a figure which shows the influence on the catalyst activity of various APX by the hydrogen peroxide process in TEMPO presence. TEMPO非存在下での過酸化水素処理による各種APXの触媒活性への影響を示す図である。It is a figure which shows the influence on the catalytic activity of various APX by the hydrogen peroxide process in the absence of TEMPO.

SEQ ID NO:3: Cys at position 25 of ascorbate peroxidase from G. partita is replaced by Ser
SEQ ID NO:4: g at position 74 of ascorbate peroxidase-encoding sequence from G. partita is replaced by c
SEQ ID NO:5: A primer APXB29R
SEQ ID NO:6: A primer APXB30
SEQ ID NO:7: A primer T7 promoter
SEQ ID NO:8: A primer T7 terminator
SEQ ID NO:11: Cys at position 26 of ascorbate peroxidase from tobacco is replaced by Ser
SEQ ID NO:12: Trp at position 35 of ascorbate peroxidase from tobacco is replaced by Phe
SEQ ID NO:13: Cys at position 126 of ascorbate peroxidase from tobacco is replaced by Ala
SEQ ID NO:14: Cys at position 26 of ascorbate peroxidase from tobacco is replaced by Ser; Cys at position 126 of ascorbate peroxidase from tobacco is replaced by Ala
SEQ ID NO:15: Cys at position 26 of ascorbate peroxidase from tobacco is replaced by Ser; Trp at position 35 of ascorbate peroxidase from tobacco is replaced by Phe; Cys at position 126 of ascorbate peroxidase from tobacco is replaced by Ala
SEQ ID NO: 3: Cys at position 25 of ascorbate peroxidase from G. partita is replaced by Ser
SEQ ID NO: 4: g at position 74 of ascorbate peroxidase-encoding sequence from G. partita is replaced by c
SEQ ID NO: 5: A primer APXB29R
SEQ ID NO: 6: A primer APXB30
SEQ ID NO: 7: A primer T7 promoter
SEQ ID NO: 8: A primer T7 terminator
SEQ ID NO: 11: Cys at position 26 of ascorbate peroxidase from tobacco is replaced by Ser
SEQ ID NO: 12: Trp at position 35 of ascorbate peroxidase from tobacco is replaced by Phe
SEQ ID NO: 13: Cys at position 126 of ascorbate peroxidase from tobacco is replaced by Ala
SEQ ID NO: 14: Cys at position 26 of ascorbate peroxidase from tobacco is replaced by Ser; Cys at position 126 of ascorbate peroxidase from tobacco is replaced by Ala
SEQ ID NO: 15: Cys at position 26 of ascorbate peroxidase from tobacco is replaced by Ser; Trp at position 35 of ascorbate peroxidase from tobacco is replaced by Phe; Cys at position 126 of ascorbate peroxidase from tobacco is replaced by Ala

Claims (18)

未改変アスコルビン酸パーオキシダーゼのアミノ酸配列において、少なくとも配列番号1の25位に相当する位置のアミノ酸がシステインからシステイン以外のアミノ酸に置換されたアミノ酸配列を有する、酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼ。   An oxidation-resistant ascorbate peroxidase having an amino acid sequence in which at least the amino acid corresponding to position 25 of SEQ ID NO: 1 is substituted with an amino acid other than cysteine in the amino acid sequence of unmodified ascorbate peroxidase. 未改変アスコルビン酸パーオキシダーゼがガルディエリア・パーチタ(Galdieria partita)またはタバコに由来する、請求項1記載の酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼ。   The oxidation-resistant ascorbate peroxidase according to claim 1, wherein the unmodified ascorbate peroxidase is derived from Galdieria partita or tobacco. 配列番号3、11、14および15からなる群より選択されるアミノ酸配列、または当該アミノ酸配列において1または数個のアミノ酸が欠失、置換または付加されたアミノ酸配列からなり、かつアスコルビン酸パーオキシダーゼ活性を有する、請求項1または2記載の酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼ。   An amino acid sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 3, 11, 14, and 15, or an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence, and ascorbate peroxidase activity The oxidation-resistant ascorbate peroxidase according to claim 1 or 2, wherein システイン以外のアミノ酸がセリンである、請求項1〜3のいずれか1項記載の酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼ。   The oxidation resistant ascorbate peroxidase according to any one of claims 1 to 3, wherein the amino acid other than cysteine is serine. ラジカル捕捉剤の存在下で酸化耐性を示す、請求項1〜4のいずれか1項記載の酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼ。   The oxidation resistant ascorbate peroxidase according to any one of claims 1 to 4, which exhibits oxidation resistance in the presence of a radical scavenger. さらに、配列番号1の34位に相当する位置のアミノ酸のトリプトファンからトリプトファン以外のアミノ酸への置換および/または配列番号1の121位に相当する位置のアミノ酸のシステインからシステイン以外のアミノ酸への置換を有する、請求項1〜5のいずれか1項記載の酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼ。   Further, substitution of the amino acid at the position corresponding to position 34 of SEQ ID NO: 1 with an amino acid other than tryptophan and / or substitution of the amino acid at the position corresponding to position 121 of SEQ ID NO: 1 with an amino acid other than cysteine. The oxidation resistant ascorbate peroxidase according to any one of claims 1 to 5. 酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼを生産する細胞を培養する工程を包含する、酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼの製造方法であって、酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼが、未改変アスコルビン酸パーオキシダーゼのアミノ酸配列において、少なくとも配列番号1の25位に相当する位置のアミノ酸がシステインからシステイン以外のアミノ酸に置換されたアミノ酸配列を有する、方法。   A method for producing oxidation-resistant ascorbate peroxidase, comprising a step of culturing cells that produce oxidation-resistant ascorbate peroxidase, wherein the oxidation-resistant ascorbate peroxidase is an amino acid sequence of unmodified ascorbate peroxidase, A method having an amino acid sequence in which at least an amino acid at a position corresponding to position 25 of SEQ ID NO: 1 is substituted with an amino acid other than cysteine from cysteine. 未改変アスコルビン酸パーオキシダーゼがガルディエリア・パーチタ(Galdieria partita)またはタバコに由来する、請求項7記載の方法。   8. The method according to claim 7, wherein the unmodified ascorbate peroxidase is derived from Galdieria partita or tobacco. 酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼが、配列番号3、11、14および15からなる群より選択されるアミノ酸配列、または当該アミノ酸配列において1または数個のアミノ酸が欠失、置換または付加されたアミノ酸配列からなり、かつアスコルビン酸パーオキシダーゼ活性を有する、請求項7または8記載の方法。   The oxidation resistant ascorbate peroxidase is selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 3, 11, 14, and 15, or an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence. The method according to claim 7 or 8, wherein the method comprises and has ascorbate peroxidase activity. システイン以外のアミノ酸がセリンである、請求項7〜9のいずれか1項記載の方法。   The method according to any one of claims 7 to 9, wherein the amino acid other than cysteine is serine. 酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼがラジカル捕捉剤の存在下で酸化耐性を示す、請求項7〜10のいずれか1項記載の方法。   The method according to any one of claims 7 to 10, wherein the oxidation resistant ascorbate peroxidase exhibits oxidation resistance in the presence of a radical scavenger. 酸化耐性アスコルビン酸パーオキシダーゼが、さらに、配列番号1の34位に相当する位置のアミノ酸のトリプトファンからトリプトファン以外のアミノ酸への置換および/または配列番号1の121位に相当する位置のアミノ酸のシステインからシステイン以外のアミノ酸への置換を有する、請求項7〜11のいずれか1項記載の方法。   Oxidation-resistant ascorbate peroxidase is further substituted from amino acid other than tryptophan at the position corresponding to position 34 of SEQ ID NO: 1 and / or amino acid cysteine at the position corresponding to position 121 of SEQ ID NO: 1. The method according to any one of claims 7 to 11, which has substitution with an amino acid other than cysteine. 未改変アスコルビン酸パーオキシダーゼのアミノ酸配列において、少なくとも配列番号1の25位に相当する位置のアミノ酸をシステインからシステイン以外のアミノ酸に置換する工程を包含する、アスコルビン酸パーオキシダーゼに酸化耐性を付与する方法。   A method of imparting oxidation resistance to ascorbate peroxidase, comprising a step of substituting an amino acid at a position corresponding to position 25 of SEQ ID NO: 1 with an amino acid other than cysteine in the amino acid sequence of unmodified ascorbate peroxidase . 未改変アスコルビン酸パーオキシダーゼがガルディエリア・パーチタ(Galdieria partita)またはタバコに由来する、請求項13記載の方法。   14. The method according to claim 13, wherein the unmodified ascorbate peroxidase is derived from Galdieria partita or tobacco. 酸化耐性を付与されたアスコルビン酸パーオキシダーゼが、配列番号3、11、14および15からなる群より選択されるアミノ酸配列、または当該アミノ酸配列において1または数個のアミノ酸が欠失、置換または付加されたアミノ酸配列からなり、かつアスコルビン酸パーオキシダーゼ活性を有する、請求項13または14記載の方法。   Ascorbate peroxidase imparted with oxidation resistance is deleted, substituted or added in an amino acid sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 3, 11, 14, and 15, or in the amino acid sequence The method according to claim 13 or 14, which comprises an amino acid sequence and has ascorbate peroxidase activity. システイン以外のアミノ酸がセリンである、請求項13〜15のいずれか1項記載の方法。   The method according to any one of claims 13 to 15, wherein the amino acid other than cysteine is serine. ラジカル捕捉剤の存在下での酸化耐性が付与される、請求項13〜16のいずれか1項記載の方法。   The method according to any one of claims 13 to 16, wherein oxidation resistance in the presence of a radical scavenger is imparted. 配列番号1の34位に相当する位置のアミノ酸をトリプトファンからトリプトファン以外のアミノ酸に置換する工程および/または配列番号1の121位に相当する位置のアミノ酸をシステインからシステイン以外のアミノ酸に置換する工程をさらに包含する、請求項13〜17のいずれか1項記載の方法。   Substituting an amino acid at a position corresponding to position 34 of SEQ ID NO: 1 with an amino acid other than tryptophan from the tryptophan and / or a process of substituting an amino acid at a position corresponding to position 121 of SEQ ID NO: 1 with an amino acid other than cysteine. 18. A method according to any one of claims 13 to 17, further comprising.
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