JP2009022220A - Method for producing ceramides - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing ceramides, in a selective, efficient and safe manner. <P>SOLUTION: The method for producing the ceramides includes a step for forming the ceramide, by allowing sphingomyelinase to act in an aqueous solution containing sphingomyelin, in the presence of a polar organic solvent miscible with water, and a step for collecting the formed ceramide. In one embodiment, the aqueous solution contains phosphatidylcholine besides them. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、化粧品、医薬品、脂質工学、細胞工学などに有用であるセラミドの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing ceramide useful for cosmetics, pharmaceuticals, lipid engineering, cell engineering and the like.

セラミドは、スフィンゴシンと脂肪酸とがアミド結合しているスフィンゴ脂質の一種であり、皮膚および毛髪に多く含まれる。また、近年、セラミドは、皮膚の保湿成分として機能していることが明らかにされ、アトピー性皮膚炎などの疾患の治療にも応用が期待されている。   Ceramide is a kind of sphingolipid in which sphingosine and a fatty acid are amide-bonded, and is abundant in skin and hair. In recent years, it has been clarified that ceramide functions as a moisturizing component of the skin, and is expected to be applied to the treatment of diseases such as atopic dermatitis.

セラミドの製造方法には、有機合成、天然物からの抽出およびスフィンゴミエリンを酵素で処理する方法がある。有機合成によるセラミド製造は、多段階かつ立体選択性が求められる反応であり、多くのかつ技術的な手間を要する。また天然物からの抽出は収率も高くなく、特に牛脳のような組織は牛海綿状脳症(BSE)の問題もあり使用できない。   Methods for producing ceramide include organic synthesis, extraction from natural products, and a method of treating sphingomyelin with an enzyme. The production of ceramide by organic synthesis is a reaction that requires multistage and stereoselectivity, and requires a lot of technical work. Extraction from natural products is not high in yield, and tissues such as bovine brain cannot be used due to the problem of bovine spongiform encephalopathy (BSE).

酵素によるセラミドの製造方法では、ホスホリパーゼC、スフィンゴミエリナーゼなどの酵素が用いられる。スフィンゴミエリナーゼは、基質としてスフィンゴミエリンを加水分解し、セラミドおよびホスホリルコリンを生成する。一方、ホスホリパーゼCは、通常スフィンゴミエリンよりもホスファチジルコリンを基質として強く認識し、ホスファチジルコリンを加水分解してジアシルグリセロールおよびホスホリルコリンを生成する。しかし、ホスホリパーゼCの基質選択性は高いわけではなく、ホスホリパーゼCによるセラミドの製造は、この基質選択性の低さを応用している。   Enzymes such as phospholipase C and sphingomyelinase are used in the method for producing ceramide using an enzyme. Sphingomyelinase hydrolyzes sphingomyelin as a substrate to produce ceramide and phosphorylcholine. On the other hand, phospholipase C normally recognizes phosphatidylcholine more strongly as a substrate than sphingomyelin and hydrolyzes phosphatidylcholine to produce diacylglycerol and phosphorylcholine. However, the substrate selectivity of phospholipase C is not high, and the production of ceramide by phospholipase C applies this low substrate selectivity.

一方で、スフィンゴミエリンはホスファチジルコリンと構造が類似しており、分離が困難である。よって、天然物由来の高純度スフィンゴミエリンは高価であり、工業レベルでの使用は現実的ではない。以上のことから、酵素法による工業レベルでのセラミドの製造では、他のリン脂質、特にホスファチジルコリンを多く含む低純度スフィンゴミエリンを用いざるを得ない。その場合ホスホリパーゼCを用いると、低純度スフィンゴミエリン中に混在するホスファチジルコリンの方が基質として優先的に利用されてジアシルグリセロールが生じ、セラミドの生成は少なくなる。このことから、酵素法では、スフィンゴミエリナーゼの使用が望ましい。   On the other hand, sphingomyelin is similar in structure to phosphatidylcholine and is difficult to separate. Therefore, high-purity sphingomyelin derived from natural products is expensive, and its use at an industrial level is not realistic. From the above, in the production of ceramide at an industrial level by the enzymatic method, low-purity sphingomyelin containing a large amount of other phospholipids, particularly phosphatidylcholine, must be used. In this case, when phospholipase C is used, phosphatidylcholine mixed in low-purity sphingomyelin is preferentially used as a substrate to produce diacylglycerol, and ceramide production is reduced. For this reason, it is desirable to use sphingomyelinase in the enzymatic method.

ところで、スフィンゴミエリンは脂溶性が高いため、酵素反応液にスフィンゴミエリンを溶解または懸濁させるために、界面活性剤を使用したり、あるいはジエチルエーテルのような非極性有機溶媒を用いて、2層系で酵素反応をさせることは公知である。界面活性剤の使用は、酵素反応後に界面活性剤を除去することが望まれるが、一般に界面活性剤の除去は困難である。また、ジエチルエーテルのような非極性有機溶媒は、一般に引火点が低く、爆発の危険性がある。したがって、酵素を用いた工業的セラミド製造においては、界面活性剤または非極性有機溶媒のような添加物を使わずに、選択的、効率的、かつ安全な製造方法が望まれている。   By the way, since sphingomyelin has high fat solubility, in order to dissolve or suspend sphingomyelin in the enzyme reaction solution, a surfactant is used, or a non-polar organic solvent such as diethyl ether is used. It is known to carry out enzymatic reactions in the system. In the use of a surfactant, it is desired to remove the surfactant after the enzyme reaction, but it is generally difficult to remove the surfactant. In addition, nonpolar organic solvents such as diethyl ether generally have a low flash point and are at risk of explosion. Therefore, in industrial ceramide production using enzymes, a selective, efficient and safe production method is desired without using additives such as surfactants or nonpolar organic solvents.

特許文献1には、セラミドの生成に関与するスフィンゴミエリナーゼの活性の測定方法が開示されている。スフィンゴミエリナーゼを、エタノール中に懸濁した放射能標識スフィンゴミエリン、デオキシコール酸ナトリウム、およびトリス塩酸を含む反応液中で作用させて、その酵素活性をシンチレーションカウンターで測定している。ここでは、基質であるスフィンゴミエリンを懸濁させる目的でのみエタノールが用いられている。   Patent Document 1 discloses a method for measuring the activity of sphingomyelinase involved in the production of ceramide. Sphingomyelinase is allowed to act in a reaction solution containing radiolabeled sphingomyelin, sodium deoxycholate, and tris-hydrochloric acid suspended in ethanol, and the enzyme activity is measured with a scintillation counter. Here, ethanol is used only for the purpose of suspending the substrate, sphingomyelin.

ホスホリパーゼCを用いたセラミドの製造に関しては、種々の報告がある。   There are various reports on the production of ceramide using phospholipase C.

特許文献2には、バチラス・セレウス(Bacillus cereus)由来のホスホリパーゼを用いる、赤血球を原料とするスフィンゴミエリンからのセラミドの製造方法が記載されている。上記ホスホリパーゼ、スフィンゴミエリン、トリス緩衝液およびジエチルエーテルを含む液(2層系)において酵素反応を実施し、反応終了後にエーテル層から粗セラミドを得ている。   Patent Document 2 describes a method for producing ceramide from sphingomyelin using erythrocytes as a raw material, using a phospholipase derived from Bacillus cereus. Enzymatic reaction is carried out in a liquid (two-layer system) containing the above phospholipase, sphingomyelin, Tris buffer and diethyl ether, and crude ceramide is obtained from the ether layer after completion of the reaction.

特許文献3には、魚介類からスフィンゴミエリンまたはセラミド2−アミノエチルホスホン酸を抽出し、クロストリジウム・パーフリンジェンス(Clostridium perfringens)由来ホスホリパーゼCを用いてホスホン酸を切断して、セラミドを単離する方法が記載されている。セラミド2−アミノエチルホスホン酸、ホスホリパーゼC、トリス緩衝液、およびジエチルエーテルまたはさらにエタノールを含む液(2層系)で反応させ、反応終了後にエーテル層または有機層(エタノール−エーテル層)からセラミドを得ている。   In Patent Document 3, sphingomyelin or ceramide 2-aminoethylphosphonic acid is extracted from seafood, and ceramide is isolated by cleaving phosphonic acid using phospholipase C derived from Clostridium perfringens. A method is described. Reaction with ceramide 2-aminoethylphosphonic acid, phospholipase C, Tris buffer, and diethyl ether or a solution containing ethanol (two-layer system). After the reaction, ceramide is removed from the ether layer or organic layer (ethanol-ether layer). It has gained.

非特許文献1には、クロストリジウム・パーフリンジェンス由来ホスホリパーゼCの種々の基質に対する加水分解活性が示されている。この文献は、クロストリジウム・パーフリンジェンス由来ホスホリパーゼが、界面活性剤であるデオキシコール酸ナトリウムの添加でホスファチジルコリンに対して最適な活性を示し、エタノール存在下ではホスファチジルコリンまたはスフィンゴミエリンのいずれに対しても活性が観察されたことを報告している。この文献では、エタノール25%含有反応液中で、クロストリジウム・パーフリンジェンス由来ホスホリパーゼCが、スフィンゴミエリンを部分的に分解したことが示されている。   Non-Patent Document 1 shows the hydrolysis activity of Clostridium perfringens-derived phospholipase C against various substrates. This document shows that the phospholipase derived from Clostridium perfringens shows the optimal activity against phosphatidylcholine when added with the surfactant sodium deoxycholate and is active against either phosphatidylcholine or sphingomyelin in the presence of ethanol. Have been observed. This document shows that phospholipase C derived from Clostridium perfringens partially decomposes sphingomyelin in a reaction solution containing 25% ethanol.

ホスホリパーゼCを用いた非極性溶媒の微水2層系で、有機溶媒の活性化への寄与が報告されている。非特許文献2には、微水2層系を用いたクロストリジウム・パーフリンジェンス由来ホスホリパーゼCによるセラミド合成が記載されている。ホスホリパーゼCによるスフィンゴミエリン加水分解では、単層(水飽和トルエン)よりも微水2層系(水:有機溶媒)の方が反応効率が高いことが報告されている。本文献では、非極性溶媒を含む微水2層系において、エタノール添加が加水分解率を向上させると報告しているが、その添加量は全反応溶媒の2%以下である。   A contribution to the activation of organic solvents in a non-polar solvent micro-water two-layer system using phospholipase C has been reported. Non-Patent Document 2 describes the synthesis of ceramide by Clostridium perfringens-derived phospholipase C using a fine water two-layer system. In sphingomyelin hydrolysis with phospholipase C, it has been reported that the reaction efficiency of the fine water two-layer system (water: organic solvent) is higher than that of the single layer (water-saturated toluene). This document reports that ethanol addition improves the hydrolysis rate in a fine water two-layer system containing a nonpolar solvent, but the amount added is 2% or less of the total reaction solvent.

極性有機溶媒を用いたホスホリパーゼ類の活性向上について、ホスファチジルイノシトール特異的ホスホリパーゼC(PI-PLC)の研究がある(非特許文献3)。この研究では、イソプロパノール、ジメチルスルホキシド(DMSO)、またはジメチルホルムアミドがPI-PLCを活性化させることが明らかにされている。しかし、PI-PLCとスフィンゴミエリナーゼとでは、タンパクとしての相同性および基質認識性が明らかに異なる。さらに、PI-PLCでは、基質であるホスファチジルイノシトールのイノシトールリン酸部分が反応中間体として環状イノシトールリン酸を経る2段階機構が提唱されている。一方、スフィンゴミエリナーゼの反応では、環状イノシトールリン酸のような中間体を経ない1段階機構である。よって、PI-PLCの酵素反応では基質のイノシトール部の寄与が必須であり、スフィンゴミエリナーゼの酵素反応とは大きく異なる。以上のことから、極性有機溶媒によるスフィンゴミエリナーゼの活性化は、PI-PLCの活性化とは大きく異なる。   There is a study of phosphatidylinositol-specific phospholipase C (PI-PLC) for improving the activity of phospholipases using a polar organic solvent (Non-patent Document 3). In this study, isopropanol, dimethyl sulfoxide (DMSO), or dimethylformamide has been shown to activate PI-PLC. However, PI-PLC and sphingomyelinase clearly differ in protein homology and substrate recognition. Furthermore, in PI-PLC, a two-step mechanism is proposed in which the inositol phosphate moiety of the substrate phosphatidylinositol undergoes cyclic inositol phosphate as a reaction intermediate. On the other hand, the sphingomyelinase reaction is a one-step mechanism that does not go through an intermediate such as cyclic inositol phosphate. Therefore, the contribution of the inositol part of the substrate is essential in the enzyme reaction of PI-PLC, which is very different from the enzyme reaction of sphingomyelinase. From the above, activation of sphingomyelinase by polar organic solvents is significantly different from activation of PI-PLC.

一方、シュードモナス・オーレオファシエンス(Pseudomonas aureofaciens)由来ホスホリパーゼCでは、2%以上のエタノール添加は酵素阻害を起こすことが報告されている(非特許文献4)。さらに、リゾムコール・ミエヘイ(Rhizomucor miehei)由来リパーゼの研究においては、エタノールを含むアルコール類やテトラヒドロフランは酵素活性を阻害することを報告している(非特許文献5)。   On the other hand, in Pseudomonas aureofaciens-derived phospholipase C, addition of 2% or more of ethanol has been reported to cause enzyme inhibition (Non-patent Document 4). Furthermore, in the research of lipase derived from Rhizomucor miehei, alcohols containing ethanol and tetrahydrofuran have been reported to inhibit enzyme activity (Non-patent Document 5).

このように、ホスホリパーゼCを用いたセラミド製造に関する検討に比べ、スフィンゴミエリナーゼを用いた実用的なセラミドの製造に関する報告はない。また、酵素反応溶液中への有機溶媒の添加が、いつも活性化向上につながることはなく、逆に阻害することもある。さらに、一般に、酵素溶解液中へのエタノールなどの極性有機溶媒の添加は酵素を沈殿させ、反応液中の酵素活性を減少させることが知られている。よって、今回見出した、スフィンゴミエリナーゼ反応液に極性有機溶媒のみを高濃度添加することで、酵素の活性や選択性が向上することは、全く予想外である。
特開2002−253225号公報 特開平8−294395号公報 特開平7−265089号公報 E.L. KrugおよびC. Kent, Archives of Biochemistry and Biophysics, 231(2), 400-410, 1984 L. Zhangら, J. Biotechnology, 123, 93-105, 2006 Y. Wuら, Biochemistry, 36, 8514-8521, 1997 S. Sonokiら, J. Biochem., 80, 361-366, 1976 W. Tsuzukiら, Biosci. Biotechnol. Biochem., 67(8), 1660-1666, 2003
As described above, there is no report on practical production of ceramide using sphingomyelinase as compared with the study on production of ceramide using phospholipase C. In addition, the addition of an organic solvent to the enzyme reaction solution does not always lead to an improvement in activation, and may be hindered. Furthermore, it is generally known that the addition of a polar organic solvent such as ethanol to the enzyme solution causes the enzyme to precipitate and decreases the enzyme activity in the reaction solution. Therefore, it is completely unexpected that the activity and selectivity of the enzyme are improved by adding only a polar organic solvent to the sphingomyelinase reaction solution found this time.
JP 2002-253225 A JP-A-8-294395 Japanese Patent Laid-Open No. 7-265089 EL Krug and C. Kent, Archives of Biochemistry and Biophysics, 231 (2), 400-410, 1984 L. Zhang et al., J. Biotechnology, 123, 93-105, 2006 Y. Wu et al., Biochemistry, 36, 8514-8521, 1997 S. Sonoki et al., J. Biochem., 80, 361-366, 1976 W. Tsuzuki et al., Biosci. Biotechnol. Biochem., 67 (8), 1660-1666, 2003

上述したように、従来の酵素的なセラミド合成では、界面活性剤のような添加物の使用または副産物の産生のために、精製に多くの手間および技術的な熟練を要し、決して効率的とはいえなかった。また、ジエチルエーテルのような非極性有機溶媒を使用することから、爆発の危険性もあった。   As described above, the conventional enzymatic ceramide synthesis requires a lot of labor and technical skill for purification due to the use of additives such as surfactants or the production of by-products, and is never efficient. I could not say. In addition, since nonpolar organic solvents such as diethyl ether are used, there was a risk of explosion.

よって、本発明の目的は、選択的に、効率良くかつ安全にセラミドを製造する方法を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing ceramide selectively, efficiently and safely.

本発明者らは、水と混和する極性有機溶媒を含む単層系反応液中でスフィンゴミエリナーゼを作用させることにより、該酵素の活性を向上させ、かつ混在するホスファチジルコリンには作用せず、選択的にスフィンゴミエリンからセラミドを生成できることを見出した。   The present inventors improve the activity of the enzyme by acting sphingomyelinase in a single-layer reaction solution containing a polar organic solvent miscible with water, and do not act on the mixed phosphatidylcholine. We found that ceramide can be produced from sphingomyelin.

本発明は、セラミドの製造方法を提供する。この方法は、
スフィンゴミエリンを含む水系溶液中で、水と混和する極性有機溶媒の存在下でスフィンゴミエリナーゼを作用させて、セラミドを生成する工程;および
上記生成されたセラミドを回収する工程
を含む。
The present invention provides a method for producing ceramide. This method
A step of producing ceramide by reacting sphingomyelinase in an aqueous solution containing sphingomyelin in the presence of a polar organic solvent miscible with water; and a step of recovering the produced ceramide.

1つの実施態様では、上記水系溶液はホスファチジルコリンをさらに含む。   In one embodiment, the aqueous solution further comprises phosphatidylcholine.

本発明の方法によれば、スフィンゴミエリンをセラミドに変換するスフィンゴミエリナーゼの活性を上昇させることができる。さらに、混在するホスファチジルコリンを基質とせず、選択的にスフィンゴミエリンからセラミドを生成し得る。   According to the method of the present invention, the activity of sphingomyelinase that converts sphingomyelin into ceramide can be increased. Furthermore, ceramide can be selectively produced from sphingomyelin without using the mixed phosphatidylcholine as a substrate.

本発明の方法によれば、スフィンゴミエリンを含む水系溶液にて、水と混和する極性有機溶媒の存在下でスフィンゴミエリナーゼを作用させることにより、セラミドが生成される。   According to the method of the present invention, ceramide is produced by allowing sphingomyelinase to act in an aqueous solution containing sphingomyelin in the presence of a polar organic solvent miscible with water.

スフィンゴミエリナーゼは、特にその由来は限定されない。微生物に由来する酵素が好ましく用いられ、該酵素を産生するいずれの微生物に由来するスフィンゴミエリナーゼもが用いられ得る。例えば、ストレプトマイセス属(Streptomyces)のスフィンゴミエリナーゼ、スタフィロコッカス属(Staphylococcus)由来のスフィンゴミエリナーゼ、バチラス属(Bacillus)由来のスフィンゴミエリナーゼなどが挙げられる。ストレプトマイセス属由来スフィンゴミエリナーゼには、例えば、後述するストレプトマイセス・ハチジョウエンシス(Streptomyces hachijoensis)(これは、ストレプトマイセス・シンナモネウス(Streptomyces cinnamoneus)ともいう)由来、およびストレプトマイセス・グリゼウス(Streptomyces griseus)由来のスフィンゴミエリナーゼが含まれる。スタフィロコッカス属由来のスフィンゴミエリナーゼには、スタフィロコッカス・アウレウス(Staphylococcus aureus)に由来するスフィンゴミエリナーゼが含まれる。バチラス属(Bacillus)由来のスフィンゴミエリナーゼには、バチラス・セレウスに由来するスフィンゴミエリナーゼが含まれる。   The origin of sphingomyelinase is not particularly limited. An enzyme derived from a microorganism is preferably used, and a sphingomyelinase derived from any microorganism that produces the enzyme can also be used. For example, a sphingomyelinase belonging to the genus Streptomyces, a sphingomyelinase derived from Staphylococcus, a sphingomyelinase derived from Bacillus, and the like can be mentioned. Examples of the sphingomyelinase derived from the genus Streptomyces include, for example, Streptomyces hachijoensis (which is also referred to as Streptomyces cinnamoneus) described later, and Streptomyces glinamus. Sphingomyelinase from (Streptomyces griseus) is included. Sphingomyelinase derived from the genus Staphylococcus includes sphingomyelinase derived from Staphylococcus aureus. The sphingomyelinase derived from Bacillus includes sphingomyelinase derived from Bacillus cereus.

スフィンゴミエリナーゼは、該酵素を産生する微生物から単離された酵素であってもよく、あるいはスフィンゴミエリナーゼをコードする遺伝子を任意の宿主に導入して発現させて得られる組換え酵素であってもよい。スフィンゴミエリナーゼは精製されたものが望ましいが、許容範囲内で酵素培養液などの粗酵素抽出物を使用してもよい。市販のスフィンゴミエリナーゼ試薬もまた使用可能である。   The sphingomyelinase may be an enzyme isolated from a microorganism that produces the enzyme, or a recombinant enzyme obtained by introducing a gene encoding sphingomyelinase into an arbitrary host and expressing it. Also good. The sphingomyelinase is preferably purified, but a crude enzyme extract such as an enzyme culture solution may be used within an acceptable range. Commercially available sphingomyelinase reagents can also be used.

本発明の方法に用いられるスフィンゴミエリンの由来は限定されない。スフィンゴミエリンをより多く含む原料に由来することが好ましい。例えば、牛脳、牛乳、鶏卵、イカ、魚、または動物の赤血球から製造されたスフィンゴミエリン調製品、あるいは合成により製造されたスフィンゴミエリン調製品が挙げられる。   The origin of sphingomyelin used in the method of the present invention is not limited. It is preferably derived from a raw material containing more sphingomyelin. Examples include sphingomyelin preparations produced from cow brain, milk, chicken eggs, squid, fish, or animal red blood cells, or synthetically produced sphingomyelin preparations.

スフィンゴミエリン調製品は、上述したような原料からまたは合成により、当業者が通常用いる方法によって調製してもよく、あるいは市販品を用いてもよい。本発明の方法に用いられるスフィンゴミエリンの純度もまた限定されない。スフィンゴミエリン調製品には、他のリン脂質、特にホスファチジルコリンが混入していてもよい。ホスファチジルコリンが混入している場合、スフィンゴミエリンとホスファチジルコリンとの含有比は種々であり得る。スフィンゴミエリン量に対してホスファチジルコリン量が大きく上回るものであってもよい。スフィンゴミエリンの含有量が50質量%以下であっても、10質量%以下であってもよい。   The sphingomyelin preparation may be prepared from the raw materials as described above or synthesized by a method commonly used by those skilled in the art, or a commercially available product may be used. The purity of sphingomyelin used in the method of the present invention is also not limited. The sphingomyelin preparation may be mixed with other phospholipids, especially phosphatidylcholine. When phosphatidylcholine is mixed, the content ratio of sphingomyelin and phosphatidylcholine can vary. The amount of phosphatidylcholine may greatly exceed the amount of sphingomyelin. The sphingomyelin content may be 50% by mass or less or 10% by mass or less.

市販のホスファチジルコリン調製品に含まれているスフィンゴミエリンもまた、本発明の方法において用いられ得る。   Sphingomyelin contained in commercial phosphatidylcholine preparations can also be used in the method of the present invention.

スフィンゴミエリナーゼによる酵素反応は、水系溶液中で単層系にて行われ得る。水系溶液の調製のための溶媒(例えば、緩衝液)および添加塩類ならびにそれらの量は、用いるスフィンゴミエリナーゼに依存して、反応条件を考慮して当業者が容易に決定し得る。   The enzymatic reaction with sphingomyelinase can be performed in a monolayer system in an aqueous solution. Solvents (eg, buffers) and added salts and their amounts for the preparation of aqueous solutions and their amounts can be readily determined by those skilled in the art in view of the reaction conditions, depending on the sphingomyelinase used.

水と混和する極性有機溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどのアルコール類、アセトンなどのケトン類、テトラヒドロフラン(THF)やジオキサンなどのエーテル類、アセトニトリル、およびジメチルスルホキシド(DMSO)が挙げられる。好ましくは、エタノール、メタノール、イソプロパノールなどのアルコール類、アセトンなどのケトン類、テトラヒドロフランやジオキサンなどのエーテル類である。エタノールは食品および食品添加物であることから、安全であり、当該方法においてもエタノールの使用が望ましい。   Examples of the polar organic solvent miscible with water include alcohols such as methanol, ethanol and isopropanol, ketones such as acetone, ethers such as tetrahydrofuran (THF) and dioxane, acetonitrile, and dimethyl sulfoxide (DMSO). Preferred are alcohols such as ethanol, methanol and isopropanol, ketones such as acetone, and ethers such as tetrahydrofuran and dioxane. Since ethanol is a food and food additive, it is safe and it is desirable to use ethanol in this method.

極性有機溶媒は、セラミドの製造のための出発物質(例えば、上述したスフィンゴミエリン調製品またはホスファチジルコリン調製品)を含む水系溶液と混和される。この混和は、出発物質またはスフィンゴミエリナーゼを添加する前でも後でもよい。   The polar organic solvent is admixed with an aqueous solution containing the starting material for the production of ceramide (eg, the sphingomyelin preparation or phosphatidylcholine preparation described above). This mixing may be before or after the starting material or sphingomyelinase is added.

スフィンゴミエリナーゼによる酵素反応のための水系溶液に含まれる極性有機溶媒の濃度は、使用する極性有機溶媒およびスフィンゴミエリナーゼの種類、基質であるスフィンゴミエリン濃度などに依存するが、好ましくは20%以上、より好ましくは25%を超える濃度で、より好ましくは30%以上、さらに好ましくは40%以上であり、好ましくは多くとも80%、より好ましくは多くとも70%である。さらに好ましくは多くとも60%である。なお、極性有機溶媒の濃度の%は、v/vで表される。   The concentration of the polar organic solvent contained in the aqueous solution for the enzyme reaction by sphingomyelinase depends on the type of the polar organic solvent and sphingomyelinase used, the concentration of sphingomyelin as a substrate, and preferably 20% or more. More preferably, the concentration exceeds 25%, more preferably 30% or more, still more preferably 40% or more, preferably at most 80%, more preferably at most 70%. More preferably, it is at most 60%. In addition,% of the concentration of the polar organic solvent is represented by v / v.

本発明の反応条件も特に限定されないが、用いるスフィンゴミエリナーゼの至適条件(pH、温度など)で反応を行うことにより、さらに効率よくセラミドを製造することができる。通常、pHは5〜13であり、温度は、20℃〜60℃である。   Although the reaction conditions of the present invention are not particularly limited, ceramide can be produced more efficiently by carrying out the reaction under the optimum conditions (pH, temperature, etc.) of the sphingomyelinase used. Usually, the pH is 5 to 13 and the temperature is 20 ° C to 60 ° C.

反応時間も特に限定するものではなく、用いられる基質の種類、量、使用する酵素量に応じて反応時間を選択することができる。   The reaction time is not particularly limited, and the reaction time can be selected according to the type and amount of the substrate used and the amount of enzyme used.

スフィンゴエミリナーゼによる酵素反応からのセラミド製造の確認は、薄層クロマトグラフィー(TLC)、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)などの分析によって行うことができる。   Confirmation of ceramide production from the enzyme reaction by sphingoemylinase can be performed by analysis such as thin layer chromatography (TLC) and high performance liquid chromatography (HPLC).

製造されたセラミドは、反応液から極性有機溶媒を除去することなく、反応液から回収できる。例えば、反応液をカラムクロマトグラフィーに供することで、セラミドの分離分画が可能である。反応液から極性有機溶媒を除去する場合は、減圧濃縮や蒸留を使用してもよい。   The produced ceramide can be recovered from the reaction solution without removing the polar organic solvent from the reaction solution. For example, the ceramide can be separated and fractionated by subjecting the reaction solution to column chromatography. When removing the polar organic solvent from the reaction solution, vacuum concentration or distillation may be used.

本発明の方法によれば、スフィンゴミエリンとホスファチジルコリンのような他のリン脂質とが混在する場合であっても、スフィンゴミエリナーゼがスフィンゴミエリンに選択的に作用してセラミドを生成し、一方、ホスファチジルコリンのような他のリン脂質は残存したままであり得る。スフィンゴミエリンおよびホスファチジルコリンは、類似の挙動を示すので分離が困難であり、さらにそれらのそれぞれの変換物であるセラミドおよびジアシルグリセロールも、類似の挙動を示すので分離が困難である。よって、スフィンゴミエリンのみを変換することで、生産されるセラミドは、ホスファチジルコリンのような他のリン脂質との分離が容易になる。   According to the method of the present invention, even when sphingomyelin and other phospholipids such as phosphatidylcholine are mixed, sphingomyelinase selectively acts on sphingomyelin to produce ceramide, whereas phosphatidylcholine Other phospholipids such as can remain. Sphingomyelin and phosphatidylcholine are difficult to separate because they exhibit similar behavior, and their respective conversion products, ceramide and diacylglycerol, are also difficult to separate because they exhibit similar behavior. Therefore, by converting only sphingomyelin, the produced ceramide can be easily separated from other phospholipids such as phosphatidylcholine.

以下の実施例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples.

(実施例1:酵素液の調製)
本実施例では、ストレプトマイセス・グリゼウス、ストレプトマイセス・ハチジョウエンシス、バチラス・セレウス、およびスタフィロコッカス・アウレウスに由来するスフィンゴミエリナーゼを使用した(それぞれ順に、SGSMase、SHSMase、BCSMase、およびSASMaseともいう)。ストレプトマイセス・グリゼウス由来およびストレプトマイセス・ハチジョウエンシス由来のスフィンゴミエリナーゼ(SGSMaseおよびSHSMase)の酵素液は以下のようにして調製した。バチラス・セレウス由来およびスタフィロコッカス・アウレウス由来のスフィンゴミエリナーゼ(BCSMaseおよびSASMase)は共にSIGMA社から購入した。
(Example 1: Preparation of enzyme solution)
In this example, sphingomyelinases derived from Streptomyces griseus, Streptomyces hachijoensis, Bacillus cereus, and Staphylococcus aureus were used (in order, SGSMase, SHSMase, BCSMase, and SASMase, respectively). Also called). Enzyme solutions of Sphingomyelinase (SGSMase and SHSMase) derived from Streptomyces griseus and Streptomyces honeyjoensis were prepared as follows. Sphingomyelinases (BCSMase and SASMase) derived from Bacillus cereus and Staphylococcus aureus were both purchased from SIGMA.

<ストレプトマイセス・グリゼウス由来スフィンゴミエリナーゼ(SGSMase)酵素液の調製>
基本操作は、Practical Streptomyces Genetics(The John Innes Foundation)を基に実施した。既存のスフィンゴミエリナーゼのアミノ酸配列情報を基に相同性の高い領域を選択し、縮退PCR用のプライマーセット(配列番号1および配列番号2)を調製した。この縮退PCR用プライマーセットを用いて、ストレプトマイセス・グリゼウスNBRC13350株染色体DNAを鋳型としてPCRを行った。PCRの反応液組成は以下のとおりである。鋳型染色体DNA 890ng、10×PCR Buffer for KOD-plus- 25μl、プライマー 各300nM、dNTP混合物 各0.2mM、MgSO4 1mM、DMSO 5%、およびKOD-plus-DNA Polymerase 1.0ユニットに、蒸留水を全量250μlとなるように添加した。PCR反応条件は次のとおりである。ステップ1;94℃、2分;ステップ2;94℃、15秒;ステップ3;68℃、1分;ステップ2からステップ3を30サイクル繰り返す;ステップ4;68℃、2分。このPCRにより0.5kbの特異的な増幅産物が得られた。増幅産物の配列決定を行い、この配列情報を基にインバースPCR用プライマーセット1(配列番号3および配列番号4)およびセット2(配列番号5および配列番号6)を調製した。ストレプトマイセス・グリゼウスNBRC13350株染色体DNAをSmaIとAluIとでそれぞれ切断し、得られた断片をそれぞれセルフライゲーションした。SmaI切断セルフライゲーション産物を鋳型とし、インバースPCR用プライマーセット1を用いてPCRを行い、1.5kbの増幅断片を得た(PCRの反応液組成および条件は上記と同様である)。同様にAluI切断セルフライゲーション産物を鋳型とし、インバースPCR用プライマーセット2を用いてPCRを行い、1kbの増幅断片を得た(PCRの反応液組成および条件は上記と同様である)。得られた2種の増幅断片の塩基配列決定を行い、ストレプトマイセス・グリゼウスNBRC13350株由来スフィンゴミエリナーゼの全長の塩基配列を得た。
<Preparation of Streptomyces griseus-derived sphingomyelinase (SGSMase) enzyme solution>
The basic operation was performed based on Practical Streptomyces Genetics (The John Innes Foundation). A region having high homology was selected based on the amino acid sequence information of the existing sphingomyelinase, and primer sets (SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2) for degenerate PCR were prepared. Using this degenerate PCR primer set, PCR was performed using Streptomyces griseus NBRC13350 strain chromosomal DNA as a template. The composition of the PCR reaction solution is as follows. Template chromosomal DNA 890 ng, 10 × PCR Buffer for KOD-plus- 25 μl, primer 300 nM, dNTP mixture 0.2 mM, MgSO 4 1 mM, DMSO 5% and KOD-plus-DNA Polymerase 1.0 unit, total volume of distilled water 250 μl It added so that it might become. PCR reaction conditions are as follows. Step 1; 94 ° C., 2 minutes; Step 2; 94 ° C., 15 seconds; Step 3; 68 ° C., 1 minute; Step 2 to Step 3 are repeated 30 cycles; Step 4; 68 ° C., 2 minutes. By this PCR, a specific amplification product of 0.5 kb was obtained. The amplification product was sequenced, and primer sets 1 (SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4) and set 2 (SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6) for inverse PCR were prepared based on the sequence information. Streptomyces griseus NBRC13350 strain chromosomal DNA was cleaved with SmaI and AluI, and the resulting fragments were self-ligated. PCR was performed using the SmaI-cleaved self-ligation product as a template and the inverse PCR primer set 1 to obtain an amplified fragment of 1.5 kb (the PCR reaction solution composition and conditions are the same as above). Similarly, PCR was performed using the AluI-cleaved self-ligation product as a template and the inverse PCR primer set 2 to obtain an amplified fragment of 1 kb (the PCR reaction solution composition and conditions are the same as above). The base sequences of the two kinds of amplified fragments thus obtained were determined to obtain the full-length base sequence of Streptomyces griseus NBRC13350-derived sphingomyelinase.

得られた配列情報を基に、発現用PCRプライマーセット(配列番号7および配列番号8)を調製し、ストレプトマイセス・グリゼウスNBRC13350株染色体DNAを鋳型としてPCRを行った。PCRの反応液組成は上記と同様である。PCR反応条件は次のとおりである。ステップ1;98℃、2分;ステップ2;98℃、15秒;ステップ3;56℃、30秒;ステップ4;68℃、1.5分;ステップ2からステップ4を30サイクル繰り返す;ステップ5;68℃、2分。このPCRにより1.4kbの特異的な増幅産物が得られた。得られた発現用スフィンゴミエリナーゼ遺伝子断片をBglII処理し、放線菌プラスミドpIJ702(ATCC35287、American Type Culture Collectionより入手)のBglII部位に挿入して、組換えプラスミドpIJ702-SGSMaseを得た。得られた組換えプラスミドpIJ702-SGSMaseを用いて、「PRACTICAL STREPTOMYCES GENETICS(Kieserら、John Innes Foundation、2000年)」に記載の方法に従い、放線菌ストレプトマイセス・リビダンス1326株(Streptomyces lividans 1326株)を形質転換した。   Based on the obtained sequence information, a PCR primer set for expression (SEQ ID NO: 7 and SEQ ID NO: 8) was prepared, and PCR was carried out using Streptomyces griseus NBRC13350 strain chromosomal DNA as a template. The composition of the PCR reaction solution is the same as described above. PCR reaction conditions are as follows. Step 1; 98 ° C, 2 minutes; Step 2; 98 ° C, 15 seconds; Step 3; 56 ° C, 30 seconds; Step 4; 68 ° C, 1.5 minutes; Step 2 to Step 4 are repeated 30 cycles; Step 5; ℃, 2 minutes. This PCR yielded a specific amplification product of 1.4 kb. The resulting sphingomyelinase gene fragment for expression was treated with BglII and inserted into the BglII site of actinomycete plasmid pIJ702 (ATCC35287, obtained from American Type Culture Collection) to obtain recombinant plasmid pIJ702-SGSMase. Using the obtained recombinant plasmid pIJ702-SGSMase, according to the method described in “PRACTICAL STREPTOMYCES GENETICS (Kieser et al., John Innes Foundation, 2000)”, Streptomyces lividans 1326 strain (Streptomyces lividans 1326 strain) Was transformed.

得られた形質転換株を、1.5%w/vグルコースを含むトリプチカーゼソイブロス(Trypticase Soy Broth;TSB)培地にて培養し、培養液をろ過して培養酵素液を得た。培養酵素液に、硫酸アンモニウムを最終濃度60%w/vになるように添加後、遠心分離にて硫安沈殿物を得た。この硫安沈殿物を20mmol/Lトリス緩衝液(pH7.5)に溶解し、SGSMase酵素液を得た。   The obtained transformant was cultured in a Trypticase Soy Broth (TSB) medium containing 1.5% w / v glucose, and the culture solution was filtered to obtain a culture enzyme solution. Ammonium sulfate was added to the culture enzyme solution to a final concentration of 60% w / v, and then an ammonium sulfate precipitate was obtained by centrifugation. This ammonium sulfate precipitate was dissolved in 20 mmol / L Tris buffer (pH 7.5) to obtain an SGSMase enzyme solution.

<ストレプトマイセス・ハチジョウエンシス由来スフィンゴミエリナーゼ(SHSMase)酵素液の調製>
PCRのために、ストレプトマイセス・ハチジョウエンシス由来スフィンゴミエリナーゼの遺伝子配列情報に基づいて、構造遺伝子の上流域配列にBglII部位を付加したセンスプライマー(配列番号9)、および該構造遺伝子の下流域配列にBglII部位を付加したアンチセンスプライマー(配列番号10)を設計した。次いで、これらのプライマーを用いて、ストレプトマイセス・ハチジョウエンシスNBRC12782の染色体DNAを鋳型としてPCRを行った。PCRの反応液組成は次のとおりである。鋳型染色体DNA 168ng、10×PCR Buffer for KOD-plus- 5μl、プライマー 各300nM、dNTP混合物 各0.2mM、MgSO4 1mM、DMSO 5%、およびKOD-plus-DNA Polymerase 1.0ユニットに、蒸留水を全量50μlとなるように添加した。PCR反応条件は次のとおりである。ステップ1;94℃、2分;ステップ2;94℃、15秒;ステップ3;68℃、1分;ステップ2からステップ3を30サイクル繰り返す;ステップ4;68℃、2分。このPCRにより約1200bpの特異的な増幅産物が得られた。
<Preparation of Sphingomyelinase (SHSMase) Enzyme Solution from Streptomyces Hachijoensis>
For PCR, a sense primer (SEQ ID NO: 9) having a BglII site added to the upstream region of the structural gene based on the gene sequence information of Sphingomyelinase derived from Streptomyces honeyjoensis, An antisense primer (SEQ ID NO: 10) in which a BglII site was added to the basin sequence was designed. Subsequently, PCR was performed using these primers and the chromosomal DNA of Streptomyces hachijoensis NBRC12782 as a template. The composition of the PCR reaction solution is as follows. Template chromosomal DNA 168ng, 10X PCR Buffer for KOD-plus-5μl, primer 300nM, dNTP mixture 0.2mM, MgSO 4 1mM, DMSO 5%, and KOD-plus-DNA Polymerase 1.0 unit, total volume of distilled water 50μl It added so that it might become. PCR reaction conditions are as follows. Step 1; 94 ° C., 2 minutes; Step 2; 94 ° C., 15 seconds; Step 3; 68 ° C., 1 minute; Step 2 to Step 3 are repeated 30 cycles; Step 4; By this PCR, a specific amplification product of about 1200 bp was obtained.

この増幅された断片をBglIIで消化し、放線菌プラスミドpIJ702(ATCC35287、American Type Culture Collectionより入手)のBglII部位に挿入して、組換えプラスミドpIJ702-SHSMaseを得た。この組換えプラスミドpIJ702-SHSMaseを用いて、「PRACTICAL STREPTOMYCES GENETICS(Kieserら、John Innes Foundation、2000年)」に記載の方法に従い、放線菌ストレプトマイセス・リビダンス1326株を形質転換した。   This amplified fragment was digested with BglII and inserted into the BglII site of actinomycete plasmid pIJ702 (ATCC35287, obtained from American Type Culture Collection) to obtain recombinant plasmid pIJ702-SHSMase. Using this recombinant plasmid pIJ702-SHSMase, Streptomyces lividans strain 1326 was transformed according to the method described in “PRACTICAL STREPTOMYCES GENETICS (Kieser et al., John Innes Foundation, 2000)”.

得られた形質転換株から、上記ストレプトマイセス・グリセウス由来スフィンゴミエリナーゼ酵素液の調製と同様の手順でSHSMase酵素液を調製した。   From the obtained transformant, an SHSMase enzyme solution was prepared in the same manner as the above-mentioned preparation of the Streptomyces griseus-derived sphingomyelinase enzyme solution.

(実施例2:エタノールの存在下でのスフィンゴミエリナーゼ酵素の活性化)
ストレプトマイセス・グリゼウス由来およびストレプトマイセス・ハチジョウエンシス由来スフィンゴミエリナーゼ(SGSMaseおよびSHSMase)を用いる反応のために、グリシン緩衝液(pH10)およびMgCl2をそれぞれ最終濃度20mmol/L、1mmol/Lで含有する水系溶液を調製した。バチラス・セレウス由来およびスタフィロコッカス・アウレウス由来スフィンゴミエリナーゼ(BCSMaseおよびSASMase)を用いる反応の場合、グリシン緩衝液(pH10)の代わりにトリス緩衝液(pH7.5)を用いた。この水系溶液に、牛乳由来スフィンゴミエリン(Avanti Polar Lipids社)を最終濃度10mg/mLとなるように含有させた。この水系溶液は、エタノールを10%、20%、30%、40%、50%または60%(%はv/vである)の最終濃度でさらに含有するように調製した。
(Example 2: Activation of sphingomyelinase enzyme in the presence of ethanol)
For reactions with Sphingomyelinase (SGSMase and SHSMase) derived from Streptomyces griseus and Streptomyces honeyjoensis, glycine buffer (pH 10) and MgCl 2 are final concentrations of 20 mmol / L and 1 mmol / L, respectively. An aqueous solution containing was prepared. In the case of the reaction using Bacillus cereus-derived and Staphylococcus aureus-derived sphingomyelinases (BCSMase and SASMase), Tris buffer (pH 7.5) was used instead of glycine buffer (pH 10). This aqueous solution contained milk-derived sphingomyelin (Avanti Polar Lipids) to a final concentration of 10 mg / mL. This aqueous solution was prepared to further contain ethanol at a final concentration of 10%, 20%, 30%, 40%, 50% or 60% (% is v / v).

上記のように調製したスフィンゴミエリンを含有する水系溶液200μLにスフィンゴミエリナーゼ0.05unitを添加し、37℃にて200rpmで10分間反応させた。200mmol/L EDTA 5μLを添加し、反応を停止させた。   0.05 unit of sphingomyelinase was added to 200 μL of the aqueous solution containing sphingomyelin prepared as described above, and reacted at 37 ° C. and 200 rpm for 10 minutes. The reaction was stopped by adding 5 μL of 200 mmol / L EDTA.

上記スフィンゴミエリナーゼ反応液の2μLを、50mmol/Lグリシン緩衝液(pH9.6)、2mmol/L MgCl2および1unit/mL 牛腸由来アルカリホスファターゼからなるホスファターゼ反応液18μLに添加し、37℃にて100rpmで30分間反応させた。反応後、BIOMOL GREEN試薬(BIOMOL international社)を180μL添加し、室温にて20分間緩やかに攪拌しながら発色させた。発色後、吸光度620nmにて遊離リン酸を測定した。エタノールを含有する反応液における酵素活性を、エタノールを含まない(無添加)の反応液による発色を100として相対的に示すように算出した。結果を図1に示す。 Add 2 μL of the above sphingomyelinase reaction solution to 18 μL of phosphatase reaction solution consisting of 50 mmol / L glycine buffer (pH 9.6), 2 mmol / L MgCl 2 and 1 unit / mL bovine intestinal alkaline phosphatase, and add 100 rpm at 37 ° C. For 30 minutes. After the reaction, 180 μL of BIOMOL GREEN reagent (BIOMOL international) was added, and color was developed while gently stirring at room temperature for 20 minutes. After color development, free phosphoric acid was measured at an absorbance of 620 nm. The enzyme activity in the reaction solution containing ethanol was calculated so as to be relatively represented by 100 as the color developed by the reaction solution not containing ethanol (no addition). The results are shown in FIG.

図1は、種々の濃度でエタノールを含有する反応液における各種スフィンゴミエリナーゼの活性を、エタノール非含有(無添加)を100として相対的に示している。図中、菱形はストレプトマイセス・グリセウス由来(SGSMase)、四角はストレプトマイセス・ハチジョウエンシス由来(SHSMase)、三角はバチラス・セレウス由来(BCSMase)、および丸はスタフィロコッカス・アウレウス由来(SASMase)のスフィンゴミエリナーゼの活性を表す。いずれのスフィンゴミエリナーゼにおいても、エタノール含量の増加につれて酵素活性の上昇が見られた。特に、30%v/v以上の濃度の場合に顕著であり、無添加の場合の150〜200%もの活性が見られた。   FIG. 1 relatively shows the activities of various sphingomyelinases in reaction solutions containing ethanol at various concentrations, where 100 is ethanol-free (no addition). In the figure, the rhombus is derived from Streptomyces griseus (SGSMase), the square is derived from Streptomyces hachijoensis (SHSMase), the triangle is derived from Bacillus cereus (BCSMase), and the circle is derived from Staphylococcus aureus (SASMase) ) Sphingomyelinase activity. In any sphingomyelinase, the enzyme activity increased as the ethanol content increased. In particular, it was remarkable when the concentration was 30% v / v or more, and an activity of 150 to 200% when no additive was added was observed.

(実施例3:有機溶媒の存在下でのスフィンゴミエリナーゼ酵素の活性化)
エタノールの代わりに、以下に示す有機溶媒を含有するように水系溶液を調製したこと以外は、実施例2と同様にして、反応液におけるスフィンゴミエリナーゼの活性を調べた。用いた有機溶媒およびその最終濃度は以下の通りである(%はv/vである):メタノール40%;イソプロパノール40%;テトラヒドロフラン(THF)40%;アセトン40%;またはジメチルスルホキシド(DMSO)40%。比較のために、有機溶媒の代わりに界面活性剤Triton X-100を用いた反応も行った(反応液中のTriton X-100の濃度は0.1%w/v)。
(Example 3: Activation of sphingomyelinase enzyme in the presence of organic solvent)
The sphingomyelinase activity in the reaction solution was examined in the same manner as in Example 2 except that an aqueous solution was prepared so as to contain the organic solvent shown below instead of ethanol. The organic solvents used and their final concentrations are as follows (% is v / v): methanol 40%; isopropanol 40%; tetrahydrofuran (THF) 40%; acetone 40%; or dimethyl sulfoxide (DMSO) 40 %. For comparison, a reaction using a surfactant Triton X-100 instead of an organic solvent was also carried out (the concentration of Triton X-100 in the reaction solution was 0.1% w / v).

Figure 2009022220
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表1は、上記有機溶媒を含有する反応液における各種スフィンゴミエリナーゼ(SGSMase、SHSMase、BCSMase、およびSASMase)の酵素活性を示す。40%の有機溶媒を含有する反応液では、用いた酵素により若干の差はあるが、有機溶媒を含まない(無添加)場合とほぼ同等の活性を示し、150%を上回る(400%近くのものさえある)酵素活性もさらに見られた。なお、界面活性剤であるTriton X-100の存在下では、酵素の活性は上昇していた。   Table 1 shows the enzyme activities of various sphingomyelinases (SGSMase, SHSMase, BCSMase, and SASMase) in the reaction solution containing the organic solvent. In the reaction solution containing 40% organic solvent, there is a slight difference depending on the enzyme used, but it shows almost the same activity as when no organic solvent was added (no addition), exceeding 150% (nearly 400%) Enzyme activity was also seen. In the presence of the surfactant Triton X-100, the activity of the enzyme was increased.

(実施例4:有機溶媒の存在下でのスフィンゴミエリンからのセラミドへの変換率)
上記実施例2と同様の緩衝液および塩類の組成を有する水系溶液に、卵黄由来ホスファチジルコリン(ナカライテスク社;スフィンゴミエリンを1.5質量%含む)を最終濃度10mg/mLとなるように含有させた。これにより、この水系溶液にスフィンゴミエリンは0.15mg/mL含まれると概算される。この水系溶液は、有機溶媒または界面活性剤を以下の表に示したとおりの最終濃度でさらに含有するように調製した。
(Example 4: Conversion rate from sphingomyelin to ceramide in the presence of an organic solvent)
An aqueous solution having the same buffer and salt composition as in Example 2 above contained egg yolk-derived phosphatidylcholine (Nacalai Tesque, Inc .; containing 1.5% by mass of sphingomyelin) to a final concentration of 10 mg / mL. . Thus, it is estimated that this aqueous solution contains 0.15 mg / mL sphingomyelin. This aqueous solution was prepared to further contain an organic solvent or surfactant at a final concentration as shown in the table below.

このように調製した水系溶液を200μLずつ分注し、各種スフィンゴミエリナーゼ0.2unitを添加し、37℃にて200rpmで反応させた。30分反応後、反応液を20μL取り、クロロホルム:メタノール=2:1(v/v)からなる反応停止液1mLに添加した。14,000rpmで5分間遠心分離後、上清10μLをHPLCに供し、スフィンゴミエリンの積分値を算出した。HPLC分析は、カラム;Unisil Q NH2 5μM 4.6mm×250mm、溶媒;アセトニトリル:メタノール:10mmol/L リン酸アンモニウム=1856:874:270、温度;37℃、流速;1.3mL/分、検出;UV205nmで測定した。セラミド変換率は、{(100−反応後のスフィンゴミエリン積分値)/初期スフィンゴミエリン積分値}×100で算出した。 200 μL of the aqueous solution thus prepared was dispensed, and 0.2 units of various sphingomyelinases were added and reacted at 37 ° C. and 200 rpm. After 30 minutes of reaction, 20 μL of the reaction solution was taken and added to 1 mL of a reaction stop solution composed of chloroform: methanol = 2: 1 (v / v). After centrifugation at 14,000 rpm for 5 minutes, 10 μL of the supernatant was subjected to HPLC, and the integrated value of sphingomyelin was calculated. HPLC analysis: column; Unisil Q NH 2 5 μM 4.6 mm × 250 mm, solvent; acetonitrile: methanol: 10 mmol / L ammonium phosphate = 1856: 874: 270, temperature; 37 ° C., flow rate; 1.3 mL / min, detection; UV 205 nm Measured with The ceramide conversion rate was calculated by {(100−integrated value of sphingomyelin after reaction) / initial integrated value of sphingomyelin} × 100.

これらの結果を酵素毎にそれぞれ以下の表2から表5に示す。   These results are shown in Tables 2 to 5 below for each enzyme.

Figure 2009022220
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表2はSGSMase、表3はSHSMase、表4はBCSMase、および表5はSASMaseを用いた場合のスフィンゴミエリンからのセラミド生成率を示す。これらの表に示されるように、スフィンゴミエリナーゼの選択的基質ではないホスファチジルコリンが多く、基質であるスフィンゴミエリンが非常に少ない場合でも、有機溶媒の存在により、スフィンゴミエリンからのセラミドの生成率は向上した。一方、界面活性剤の存在下では、セラミドの変換率の上昇はあまり見られなかった。   Table 2 shows SGSMase, Table 3 shows SHSMase, Table 4 shows BCSMase, and Table 5 shows the rate of ceramide production from sphingomyelin when SASMase is used. As shown in these tables, even if there is a lot of phosphatidylcholine, which is not a selective substrate for sphingomyelinase, and there is very little substrate sphingomyelin, the presence of organic solvent improves the rate of ceramide formation from sphingomyelin did. On the other hand, in the presence of a surfactant, the increase in the conversion rate of ceramide was not observed so much.

(実施例5:エタノールの存在下でのスフィンゴミエリナーゼ選択性向上)
20mmol/Lトリス緩衝液pH8.5および1mmol/L MgCl2を含有する水系溶液に、卵黄由来ホスファチジルコリン(ナカライテスク社;スフィンゴミエリンを1.5質量%含む)を最終濃度10mg/mLで含有させた(これにより、スフィンゴミエリンは約0.15mg/mL含まれることとなる)。この水系溶液は、エタノールを40%(v/v)、または、Triton X-100を0.1%(w/v)または1%(w/v)でさらに含有するように調製した。
(Example 5: Sphingomyelinase selectivity improvement in the presence of ethanol)
An egg yolk-derived phosphatidylcholine (Nacalai Tesque; containing 1.5% by mass of sphingomyelin) was added to an aqueous solution containing 20 mmol / L Tris buffer pH 8.5 and 1 mmol / L MgCl 2 at a final concentration of 10 mg / mL. (Thus, about 0.15 mg / mL of sphingomyelin will be contained). This aqueous solution was prepared to further contain 40% (v / v) ethanol or 0.1% (w / v) or 1% (w / v) Triton X-100.

このように調製した水系溶液を200μLずつ分注し、ストレプトマイセス・グリゼウス由来スフィンゴミエリナーゼ(SGSMase)0.2unitを添加し、37℃にて100rpmで60分間反応させた。250mmol/L EDTA 10μLを添加し、反応を停止させた。クロロホルム:メタノール=2:1(v/v)を200μL添加し、攪拌した後に遠心分離し、有機溶媒層10μLをHPLCに供した。スフィンゴミエリンからのセラミド生成率およびホスファチジルコリン残存率を求めた。ホスファチジルコリンおよびスフィンゴミエリンの積分値を、上記実施例4に示した条件でHPLC分析にて算出した。セラミド生成率は、{(100−反応後のスフィンゴミエリン積分値)/初期スフィンゴミエリン積分値}×100、そしてホスファチジルコリン残存率は、(反応後ホスファチジルコリン積分値/初期ホスファチジルコリン積分値)×100で算出した。   200 μL of the aqueous solution thus prepared was dispensed, 0.2 unit of Streptomyces griseus-derived sphingomyelinase (SGSMase) was added, and the mixture was reacted at 37 ° C. and 100 rpm for 60 minutes. The reaction was stopped by adding 10 μL of 250 mmol / L EDTA. 200 μL of chloroform: methanol = 2: 1 (v / v) was added, stirred and centrifuged, and 10 μL of the organic solvent layer was subjected to HPLC. Ceramide production rate from sphingomyelin and phosphatidylcholine residual rate were determined. The integrated values of phosphatidylcholine and sphingomyelin were calculated by HPLC analysis under the conditions shown in Example 4 above. The ceramide production rate was calculated as {(100-integrated value of sphingomyelin after reaction) / initial value of sphingomyelin integrated value} × 100, and the residual rate of phosphatidylcholine was calculated as (integrated value of phosphatidylcholine after reaction / integrated value of initial phosphatidylcholine) × 100. .

Figure 2009022220
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表6は、60分間反応後の反応液中のセラミド生成率およびホスファチジルコリン残存率を示す。エタノールも界面活性剤も含有しない(無添加)反応液では、ホスファチジルコリン残存率は高かったが、セラミド生成率が低かった。界面活性剤については、1%w/v濃度でTriton X-100を含有する反応液で、セラミド生成率は高まったが、ホスファチジルコリンの分解も観察された。これらに対して、エタノールを含有する反応液では、セラミド生成率は高く、そしてホスファチジルコリンの分解はほとんど見られなかった。このように、エタノールの存在下では、スフィンゴミエリナーゼがホスファチジルコリンを基質とすることなくスフィンゴミエリンのみを基質とすることが分かった。   Table 6 shows the ceramide production rate and the phosphatidylcholine residual rate in the reaction solution after the reaction for 60 minutes. In the reaction solution containing neither ethanol nor surfactant (no addition), the phosphatidylcholine residual rate was high, but the ceramide production rate was low. As for the surfactant, in the reaction solution containing Triton X-100 at a concentration of 1% w / v, the ceramide production rate was increased, but the decomposition of phosphatidylcholine was also observed. On the other hand, in the reaction solution containing ethanol, the ceramide production rate was high and phosphatidylcholine was hardly decomposed. Thus, it was found that sphingomyelinase uses only sphingomyelin as a substrate without using phosphatidylcholine as a substrate in the presence of ethanol.

(実施例6:エタノールの存在下でのスフィンゴミエリナーゼにより製造されたセラミドの測定)
卵黄由来ホスファチジルコリン300mg(ナカライテスク社;スフィンゴミエリンを約4.5mg含む)を800μLのエタノールに溶解し、さらに、40mmol/Lグリシン緩衝液(pH10)および2mmol/L MgCl2からなる反応緩衝液1mLに溶解した。ストレプトマイセス・グリゼウス由来スフィンゴミエリナーゼ(SGSMase)を0.6unit添加した。一定時間毎に酵素反応液を20μL抜き取り、クロロホルム:メタノール=2:1(v/v)200μLおよび5mmol/L EDTA 100μLからなる反応停止液300μLに添加した。攪拌後、遠心分離にて有機溶媒層を水層から分離した後、有機溶媒層10μLをHPLC分析に供した。スフィンゴミエリンのHPLC分析は上記実施例4に示した条件で実施した。セラミドのHPLC分析は、カラム;Lichrospher 100 Diol 5μM 4mm×150mm、溶媒A;ヘキサン:イソプロパノール:酢酸:トリエチルアミン=780:30:12.5:0.665、溶媒B;イソプロパノール:蒸留水:酢酸:トリエチルアミン=695:117:12.5:0.665、グラジエント(A%);100%(0〜2分)60%(10分)、流速;1mL/分、温度:55℃、検出:蒸発光散乱検出(ELSD)で測定した。
(Example 6: Measurement of ceramide produced by sphingomyelinase in the presence of ethanol)
Egg yolk-derived phosphatidylcholine 300 mg (Nacalai Tesque; containing about 4.5 mg sphingomyelin) is dissolved in 800 μL of ethanol, and further dissolved in 1 mL of a reaction buffer consisting of 40 mmol / L glycine buffer (pH 10) and 2 mmol / L MgCl 2 did. Streptomyces griseus-derived sphingomyelinase (SGSMase) was added in 0.6 units. 20 μL of the enzyme reaction solution was withdrawn at regular intervals and added to 300 μL of a reaction stop solution consisting of 200 μL of chloroform: methanol = 2: 1 (v / v) and 100 μL of 5 mmol / L EDTA. After stirring, the organic solvent layer was separated from the aqueous layer by centrifugation, and 10 μL of the organic solvent layer was subjected to HPLC analysis. HPLC analysis of sphingomyelin was performed under the conditions shown in Example 4 above. HPLC analysis of ceramide is as follows; column; Lichrospher 100 Diol 5 μM 4 mm × 150 mm, solvent A; hexane: isopropanol: acetic acid: triethylamine = 780: 30: 12.5: 0.665, solvent B; isopropanol: distilled water: acetic acid: triethylamine = 695: 117 : 12.5: 0.665, gradient (A%); 100% (0 to 2 minutes) 60% (10 minutes), flow rate: 1 mL / min, temperature: 55 ° C, detection: evaporative light scattering detection (ELSD).

図2は、エタノールを含有するスフィンゴミエリナーゼ反応液におけるスフィンゴミエリンおよびセラミドの量の経時変化を示す。図2中、四角はスフィンゴミエリン(SM)、そして三角はセラミドの酵素反応液中の量を積分値にて示す。図2に示されるように、エタノールを含有する酵素反応液では、スフィンゴミエリンは反応の経過につれて減少し、対照的にセラミドは増大していた。このことから、エタノールの存在下では、スフィンゴミエリナーゼは、スフィンゴミエリンと反応してセラミドを生成することが分かった。   FIG. 2 shows changes over time in the amounts of sphingomyelin and ceramide in a sphingomyelinase reaction solution containing ethanol. In FIG. 2, squares indicate sphingomyelin (SM), and triangles indicate the amount of ceramide in the enzyme reaction solution as an integral value. As shown in FIG. 2, in the enzyme reaction solution containing ethanol, sphingomyelin decreased as the reaction progressed, whereas ceramide increased. From this, it was found that sphingomyelinase reacts with sphingomyelin to produce ceramide in the presence of ethanol.

本発明の方法によれば、スフィンゴミエリナーゼが、スフィンゴミエリンをセラミドに変換する活性を向上させ得、セラミドの製造効率を上昇させ得る。さらに、本発明の方法によれば、スフィンゴミエリナーゼが、スフィンゴミエリンと混在し得るホスファチジルコリンを基質として用いず、選択的にスフィンゴミエリンを基質としてセラミドを生成し得るので、低純度のスフィンゴミエリンを用いても、セラミドを効率的に製造することができる。したがって、工業レベルでの製造においても、セラミドの回収および精製のための労力を抑え、そして安価な原料を用いることができる。   According to the method of the present invention, sphingomyelinase can improve the activity of converting sphingomyelin into ceramide, and can increase the production efficiency of ceramide. Furthermore, according to the method of the present invention, since sphingomyelinase does not use phosphatidylcholine that can be mixed with sphingomyelin as a substrate and can selectively produce ceramide using sphingomyelin as a substrate, low-purity sphingomyelin is used. However, ceramide can be produced efficiently. Therefore, labor for recovery and purification of ceramide can be suppressed even in industrial production, and inexpensive raw materials can be used.

種々の濃度でエタノールを含有する反応液における各種スフィンゴミエリナーゼの活性を、無添加(エタノール非含有)を100として相対的に示すグラフである。It is a graph which shows relatively the activity of various sphingomyelinase in the reaction liquid containing ethanol at various concentrations, with no addition (ethanol-free) being 100. エタノールを含有するスフィンゴミエリナーゼ反応液におけるスフィンゴミエリンおよびセラミドの量の経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows a time-dependent change of the quantity of sphingomyelin and ceramide in the sphingomyelinase reaction liquid containing ethanol.

Claims (2)

セラミドの製造方法であって、
スフィンゴミエリンを含む水系溶液中で、水と混和する極性有機溶媒の存在下でスフィンゴミエリナーゼを作用させて、セラミドを生成する工程;および
該生成されたセラミドを回収する工程
を含む、方法。
A method for producing ceramide, comprising:
A method comprising: producing a ceramide by reacting a sphingomyelinase in an aqueous solution containing sphingomyelin in the presence of a polar organic solvent miscible with water; and recovering the produced ceramide.
前記水系溶液がホスファチジルコリンをさらに含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the aqueous solution further comprises phosphatidylcholine.
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