JP2015167476A - Variant hydroxynitrile lyase and method for producing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a variant hydroxynitrile lyase which exhibits excellent hydroxynitrile lyase activity and is easy to produce, and a method for efficiently producing the variant hydroxynitrile lyase.SOLUTION: The invention provides a variant hydroxynitrile lyase which has a mutation at a specific position of a specific amino acid sequence and (S)-hydroxynitrile substrate-specificity in comparison with wild type hydroxynitrile lyase, and a transformant transformed by a vector containing a variant hydroxynitrile lyase gene.

Description

本発明は、優れたヒドロキシニトリルリアーゼ活性を有する変異型ヒドロキシニトリルリアーゼと、当該変異型ヒドロキシニトリルリアーゼを効率良く製造するための方法に関するものである。   The present invention relates to a mutant hydroxynitrile lyase having excellent hydroxynitrile lyase activity and a method for efficiently producing the mutant hydroxynitrile lyase.

ヒドロキシニトリルリアーゼは、シアニドドナーの存在下、カルボニル化合物をシアノヒドリン(α−ヒドロキシニトリル)に変換する反応を触媒する酵素である。シアノヒドリンは、α−ヒドロキシ酸、α−ヒドロキシケトン、β−アミノアルコールなど様々な化合物に変換できることから、医薬分野や化学品分野などにおける中間体として重要である。従って、ヒドロキシニトリルリアーゼを大量に生産する方法の開発が望まれている。   Hydroxynitrile lyase is an enzyme that catalyzes the reaction of converting a carbonyl compound into cyanohydrin (α-hydroxynitrile) in the presence of a cyanide donor. Since cyanohydrin can be converted into various compounds such as α-hydroxy acid, α-hydroxy ketone, and β-amino alcohol, it is important as an intermediate in the fields of medicine and chemicals. Therefore, development of a method for producing a large amount of hydroxynitrile lyase is desired.

ヒドロキシニトリルリアーゼは、(S)−選択性および(R)−選択性の2つのグループに分けられる。その中で(S)−ヒドロキシニトリルリアーゼは、酸性条件下においてケトンまたはアルデヒドとシアン化合物から(S)−シアノヒドリンを生成する反応を触媒する。この反応の代表例として、ベンズアルデヒドとシアン化合物である青酸から、(S)−マンデロニトリルを生成する反応がある。また、(S)−ヒドロキシニトリルリアーゼは、安価な基質から医薬および化成品中間体として利用価値の高い光学活性体を生産することのできる生体触媒としても使用されており、多くの分野において極めて有用である。   Hydroxynitrile lyases are divided into two groups: (S) -selectivity and (R) -selectivity. Among them, (S) -hydroxynitrile lyase catalyzes the reaction of producing (S) -cyanohydrin from a ketone or aldehyde and a cyanide under acidic conditions. As a typical example of this reaction, there is a reaction for producing (S) -mandelonitrile from benzaldehyde and cyanogen cyanide. In addition, (S) -hydroxynitrile lyase is also used as a biocatalyst capable of producing optically active substances with high utility value as pharmaceuticals and chemical intermediates from inexpensive substrates, and is extremely useful in many fields. It is.

光学活性シアノヒドリンの工業的生産にヒドロキシニトリルリアーゼを利用するために、菌体あたりまたはタンパク質あたりの活性が高く立体選択性の高いヒドロキシニトリルリアーゼを大量に生産する方法の開発が望まれている。   In order to use hydroxynitrile lyase for industrial production of optically active cyanohydrin, it is desired to develop a method for producing a large amount of hydroxynitrile lyase having high activity per cell or protein and high stereoselectivity.

ヒドロキシニトリルリアーゼは、シアン配糖体を有する植物においてのみ存在することが知られている。例えば、(R)−ヒドロキシニトリルリアーゼとしてアーモンド(Prunus amygdalus)などのバラ科植物由来のものなどが知られている。また、(S)−ヒドロキシニトリルリアーゼとして、モロコシ(Sorghum bicolor)などのイネ科植物由来のものや、キャッサバ(Manihot esculenta)、パラゴムノキ(Hevea brasiliensis)、バリオスペルマム(Baliospermum)などのトウダイグサ科植物由来のモノが知られている。しかし、これらの植物体からは微量のヒドロキシニトリルリアーゼしか抽出することができなかった。   Hydroxynitrile lyase is known to exist only in plants with cyanogenic glycosides. For example, as (R) -hydroxynitrile lyase, those derived from Rosaceae such as Almond (Prunus amygdalus) are known. In addition, as (S) -hydroxynitrile lyase, those derived from gramineous plants such as Sorghum (Sorghum bicolor), cassava (Manihot esculenta), Para rubber tree (Hevea brasiliensis), variospermum (Baliospermum), etc. Is known. However, only a trace amount of hydroxynitrile lyase could be extracted from these plants.

そこで、ヒドロキシニトリルリアーゼを大量に得るために、遺伝子工学的な方法でヒドロキシニトリルリアーゼを得る試みがなされてきた(特許文献1〜9)。しかしながら、形質転換体を用いて異種タンパク質を発現させる場合には、同種タンパク質についての研究によって得た発現量や生化学的活性などの結果をそのままあてはめることができない場合がある。即ち、形質転換体を用いて異種タンパク質を発現させる場合には、形質転換体の挙動や発現量、目的タンパク質の生化学的活性などを予め予測することは容易ではない。   In order to obtain a large amount of hydroxynitrile lyase, attempts have been made to obtain hydroxynitrile lyase by a genetic engineering method (Patent Documents 1 to 9). However, when a heterologous protein is expressed using a transformant, results such as the expression level and biochemical activity obtained by research on the same protein may not be applied as it is. That is, when expressing a heterologous protein using a transformant, it is not easy to predict in advance the behavior and expression level of the transformant, the biochemical activity of the target protein, and the like.

また、発現させようとするタンパク質の種類によっては、形質転換体宿主内で正常なタンパク質の折りたたみが行われず、いわゆる封入体が形成されてしまうことがあり、この封入体中のタンパク質は本来の活性が失われた不活性型タンパク質となることが多く知られている。ヒドロキシニトリルリアーゼにおいても、例えば、大腸菌形質転換体から得られたヒドロキシニトリルリアーゼのほとんどは、不活性な封入体の形で不溶性画分中に見出されることが報告されている(特許文献1)。特に(S)−ヒドロキシニトリルリアーゼは大腸菌での発現が非常に困難であることが知られている。   In addition, depending on the type of protein to be expressed, normal protein folding may not be performed in the transformant host, and so-called inclusion bodies may be formed. Is known to be an inactive protein that has been lost. As for the hydroxynitrile lyase, for example, it has been reported that most of the hydroxynitrile lyase obtained from E. coli transformants is found in the insoluble fraction in the form of inactive inclusion bodies (Patent Document 1). In particular, (S) -hydroxynitrile lyase is known to be very difficult to express in E. coli.

これらの問題点を解決する手段として、例えば、ヒドロキシニトリルリアーゼを発現する大腸菌形質転換体を低温で培養することにより、封入体の形成を抑制して、活性型ヒドロキシニトリルリアーゼの収率を向上させようとする技術がある(特許文献8)。しかしながら、この技術では培養時間が長時間に及ぶ上、低温を維持するために多量の電力や冷却水などを使用しなければならないという問題点がある。ヒドロキシニトリルリアーゼの工業的製造を考えた場合、これらの問題点は、大幅な製造コストアップの要因となる。   As a means for solving these problems, for example, by culturing Escherichia coli transformants expressing hydroxynitrile lyase at a low temperature, the formation of inclusion bodies is suppressed and the yield of active hydroxynitrile lyase is improved. There is a technique to try (Patent Document 8). However, this technique has problems that the culture time is long and a large amount of electric power or cooling water must be used to maintain a low temperature. Considering the industrial production of hydroxynitrile lyase, these problems cause a significant increase in production cost.

ところで、近年の組換えDNA技術の進歩により、タンパク質のアミノ酸配列に変異を付与して変異体を作製することが比較的容易になっている。これら変異体は、変異の個所や置換されるアミノ酸の種類によっては、変異の導入されていない酵素と比較して、安定性、有機溶媒耐性、耐熱性、耐酸性、耐アルカリ性、基質特異性、基質親和性などの性能が向上することが知られている。これら性能の向上は、酵素反応を利用した工業的生産における生産コストの大幅な低減をもたらすことがある。従って、多くの酵素において様々な性能が向上した有用な改良酵素の創製が行われている。   By the way, due to recent advances in recombinant DNA technology, it has become relatively easy to create mutations by imparting mutations to amino acid sequences of proteins. Depending on the location of the mutation and the type of amino acid to be substituted, these mutants have stability, organic solvent resistance, heat resistance, acid resistance, alkali resistance, substrate specificity, It is known that performance such as substrate affinity is improved. These improvements in performance may result in a significant reduction in production costs in industrial production utilizing enzymatic reactions. Therefore, creation of useful improved enzymes having various performances improved in many enzymes.

ヒドロキシニトリルリアーゼにおいても変異体の報告がなされている。例えば、ヒドロキシニトリルリアーゼに変異を付与して、芳香族アルデヒド、特に3−フェノキシベンズアルデヒドに対する親和性を向上したことが報告されているが(特許文献9,非特許文献1)、ヒドロキシニトリルリアーゼ製造収率の大幅な向上には至っていない。   Mutants have also been reported for hydroxynitrile lyase. For example, it has been reported that hydroxynitrile lyase is mutated to improve affinity for aromatic aldehydes, particularly 3-phenoxybenzaldehyde (Patent Document 9, Non-Patent Document 1). The rate has not improved significantly.

また、128番目のトリプトファンを他のアミノ酸に置換した変異体および81番目のシステインをアラニンに置換した変異体を発現するM15株形質転換体のいくつかは、細胞あたりのヒドロキシニトリルリアーゼ活性が、野生型ヒドロキシニトリルリアーゼを発現するM15株形質転換体あたりのヒドロキシニトリルリアーゼ活性よりも高いことが報告されている(特許文献6)。しかしながら、同文献中、野生型ヒドロキシニトリルリアーゼを発現するM15株形質転換体のヒドロキシニトリルリアーゼ活性は、同培養条件によって得られた野生型ヒドロキシニトリルリアーゼを発現するJM109株形質転換体のものの1/2程度である。   In addition, some of the M15 strain transformants expressing mutants in which the 128th tryptophan is substituted with other amino acids and mutants in which the 81st cysteine is substituted with alanine have hydroxynitrile lyase activity per cell, It is reported that the activity is higher than the hydroxynitrile lyase activity per M15 strain transformant that expresses type-hydroxynitrile lyase (Patent Document 6). However, in the same literature, the hydroxynitrile lyase activity of the M15 strain transformant expressing wild-type hydroxynitrile lyase is 1 / of that of the JM109 strain transformant expressing wild-type hydroxynitrile lyase obtained under the same culture conditions. It is about 2.

また、中国産キャッサバ亜種由来ヒドロキシニトリルリアーゼにおける113番目のアミノ酸であるグリシンをセリンに置換した変異型ヒドロキシニトリルリアーゼの比活性が向上したことが報告されている(非特許文献2)。しかし、一般的なキャッサバ由来ヒドロキシニトリルリアーゼの113番目のアミノ酸はセリンであり、当該アミノ酸がヒドロキシニトリルリアーゼ活性に重要であることを示しているに過ぎない。   In addition, it has been reported that the specific activity of a mutant hydroxynitrile lyase obtained by substituting serine for glycine, which is the 113th amino acid in hydroxynitrile lyase derived from Chinese cassava subspecies (Non-patent Document 2). However, the 113th amino acid of a common cassava-derived hydroxynitrile lyase is serine, which merely indicates that the amino acid is important for hydroxynitrile lyase activity.

また、最近ではキャッサバやパラキノゴム由来のヒドロキシニトリルリアーゼにおいて103番目のヒスチジンや配列中の3つのリジン、N末端から2番目のアミノ酸の変異により形質転換体あたりのヒドロキシニトリルリアーゼ活性を向上させることが報告されている(非特許文献3,特許文献10)。また103番目のヒスチジンは、キャッサバ(Manihot esculenta)やパラゴムノキ(Hevea brasiliensis)、バリオスペルマム(Baliospermum montanum)などのトウダイグサ科植物由来のヒドロキシニトリルリアーゼに保存されていることから、パラキノゴムニキやバリオスペルマムにおいても同様の効果が期待される。しかし、実際はバリオスペルマム由来ヒドロキシニトリルリアーゼにおいて103番目のヒスチジンの変異によって十分な活性は得られない。バリオスペルマム由来ヒドロキシニトリルリアーゼについては、pColdベクターを用い大腸菌内での発現に成功しているが(非特許文献3,特許文献10)、この発現系では低温での発現が必須である。また、基質特異性やアミノ酸配列の違いから産業においてキャッサバやパラギノゴム由来のヒドロキシニトリルリアーゼとは異なる有用性があると期待されており、大腸菌によりこのヒドロキシニトリルリアーゼ活性を大量に得ることは重要である。   Recently, it has been reported that hydroxynitrile lyase derived from cassava and paraquino rubber improves hydroxynitrile lyase activity per transformant by mutation of 103rd histidine, 3 lysines in the sequence, and 2nd amino acid from the N-terminal. (Non-patent document 3, Patent document 10). The 103rd histidine is preserved in hydroxynitrile lyase derived from Euphorbiaceae plants such as cassava (Manihot esculenta), para rubber tree (Hevea brasiliensis) and bariospermum montanum. The same effect is expected. However, in reality, sufficient activity cannot be obtained by mutation of the 103rd histidine in the hydroxynitrile lyase derived from variospermum. Although the variospermum-derived hydroxynitrile lyase has been successfully expressed in E. coli using a pCold vector (Non-patent Documents 3 and 10), expression at low temperatures is essential in this expression system. In addition, due to differences in substrate specificity and amino acid sequence, it is expected to have usefulness different from cassava and paragino rubber-derived hydroxynitrile lyase in industry, and it is important to obtain a large amount of this hydroxynitrile lyase activity by E. coli. .

特表平11−508775号公報Japanese National Patent Publication No. 11-508775 特開2000−189159号公報JP 2000-189159 A 特開2000−189160号公報JP 2000-189160 A 特開2000−245486号公報JP 2000-245486 A 特開2002−330791号公報JP 2002-330791 A 国際公開第01/48178号パンフレットInternational Publication No. 01/48178 Pamphlet 特開2004−194550号公報JP 2004-194550 A 特開2004−194551号公報JP 2004-194551 A 特開2000−125886号公報JP 2000-125886 A 国際公開第2006/041226号パンフレットInternational Publication No. 2006/041226 Pamphlet

Holger Buhlerら,Chembiochem.,4,pp.211−216(2003)Holger Buhler et al., Chembiochem. , 4, pp. 211-216 (2003) Gonghong Yanら,Biotechnol.Lett.,25,pp.1041−1047(2003)Gonghong Yan et al., Biotechnol. Lett. , 25, pp. 1041-1047 (2003) Mohammad Dadashipourら,Journal of Biotechnology.,153,pp.100−110(2011)Mohammad Dadashipour et al., Journal of Biotechnology. , 153, pp. 100-110 (2011)

上述したように、ヒドロキシニトリルリアーゼは産業上非常に重要な酵素となり得るものであるので、より優れた酵素活性を有するものが求められている。しかし、従来の野生型または変異型のヒドロキシニトリルリアーゼは大量生産が難しく、例えば、異種発現させると活性が得られなかったり低下してしまうものが多かった。   As described above, hydroxynitrile lyase can be a very important enzyme in the industry, and therefore, it is required to have a more excellent enzyme activity. However, conventional wild-type or mutant-type hydroxynitrile lyases are difficult to mass-produce. For example, when they are expressed heterogeneously, there are many cases where the activity is not obtained or decreases.

そこで本発明は、優れたヒドロキシニトリルリアーゼ活性を示し、且つ製造が容易な変異型ヒドロキシニトリルリアーゼと、当該変異型ヒドロキシニトリルリアーゼを効率的に製造できる方法を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a mutant hydroxynitrile lyase that exhibits excellent hydroxynitrile lyase activity and is easy to produce, and a method for efficiently producing the mutant hydroxynitrile lyase.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、バリオスペルマム由来の野生型ヒドロキシニトリルリアーゼに特定の変異を付与することにより、ヒドロキシニトリルリアーゼ活性が向上し、且つ活性酵素の異種発現が可能になることを見出して、本発明を完成した。   The inventors of the present invention have made extensive studies to solve the above problems. As a result, it was found that by adding a specific mutation to wild-type hydroxynitrile lyase derived from Variospermum, the hydroxynitrile lyase activity was improved and the heterologous expression of the active enzyme became possible, thereby completing the present invention. did.

[1] 下記(1)〜(3)の何れかの変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ。
(1) 配列番号2のアミノ酸配列における第157番目のアスパラギン、または、配列番号4もしくは配列番号6のアミノ酸配列における第156番目のアスパラギンが、グリシン、アラニン、アスパラギン酸またはアルギニンで置換されたアミノ酸配列;
(2) 上記(1)に規定されるアミノ酸配列において、上記第157番目または第156番目のアミノ酸を除く領域中で1または数個のアミノ酸が欠損、置換および/または付加されたアミノ酸配列を有する変異型ヒドロキシニトリルリアーゼであり、且つ、上記配列番号2、配列番号4または配列番号6に示されるアミノ酸配列を有する野生型ヒドロキシニトリルリアーゼと比較してヒドロキシニトリルリアーゼ活性が維持されているか或いは高い変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ;または
(3) 上記(1)に規定されるアミノ酸配列に対して少なくとも99.2%の配列同一性を有するアミノ酸配列を有し、且つ、上記配列番号2、配列番号4または配列番号6に示されるアミノ酸配列を有する野生型ヒドロキシニトリルリアーゼと比較してヒドロキシニトリルリアーゼ活性が維持されているか或いは高い変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ(但し、当該変異型ヒドロキシニトリルリアーゼのアミノ酸配列において上記第157番目または第156番目のアミノ酸配列に対応するアミノ酸は変異しないものとする)。
[1] The mutant hydroxynitrile lyase according to any one of (1) to (3) below.
(1) An amino acid sequence in which the 157th asparagine in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or the 156th asparagine in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 or 6 is substituted with glycine, alanine, aspartic acid or arginine ;
(2) The amino acid sequence defined in (1) above has an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted and / or added in the region excluding the 157th or 156th amino acid. A mutation that is a mutant-type hydroxynitrile lyase and maintains or has a higher hydroxynitrile lyase activity compared to the wild-type hydroxynitrile lyase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4 or SEQ ID NO: 6 (3) having an amino acid sequence having at least 99.2% sequence identity to the amino acid sequence defined in (1) above, and SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4 or A wild-type hydroxynitrile lyase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6; A mutant nitrile lyase having maintained or high hydroxynitrile lyase activity (however, the amino acid sequence corresponding to the 157th or 156th amino acid sequence in the amino acid sequence of the mutated hydroxynitrile lyase is not mutated). Suppose).

[2] さらに、上記変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ(1)において、配列番号2、配列番号4または配列番号6のアミノ酸配列における第103番目のヒスチジンが、システインで置換されている上記[1]に記載の変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ。   [2] Further, in the above-mentioned mutant hydroxynitrile lyase (1), the 103rd histidine in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4 or SEQ ID NO: 6 is substituted with cysteine. Mutant hydroxynitrile lyase.

[3] (S)−ヒドロキシニトリル基質特異的である上記[1]または[2]に記載の変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ。   [3] The mutant hydroxynitrile lyase according to the above [1] or [2], which is specific to a (S) -hydroxynitrile substrate.

[4] 下記の(4)〜(6)のいずれかの塩基配列を有することを特徴とする変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ遺伝子。
(4) 配列番号7または配列番号9に記載の塩基配列;
(5) 配列番号7または配列番号9に記載の塩基配列において1から数個の塩基の欠失、置換および/または付加を有し、且つ、当該配列にコードされたタンパク質のヒドロキシニトリルリアーゼ活性が、配列番号2、配列番号4または配列番号6に示されるアミノ酸配列を有する野生型ヒドロキシニトリルリアーゼと比較して維持されているか或いは高い塩基配列;
(6) 配列番号7または配列番号9に記載の塩基配列に対して少なくとも99.2%の相同性を有し、且つ、当該配列にコードされたタンパク質のヒドロキシニトリルリアーゼ活性が、配列番号2、配列番号4または配列番号6に示されるアミノ酸配列を有する野生型ヒドロキシニトリルリアーゼと比較して維持されているか或いは高い塩基配列。
[4] A mutant hydroxynitrile lyase gene comprising any one of the following base sequences (4) to (6):
(4) the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 7 or SEQ ID NO: 9;
(5) The nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 7 or SEQ ID NO: 9 has a deletion, substitution and / or addition of 1 to several bases, and the protein encoded by the sequence has hydroxynitrile lyase activity A base sequence maintained or higher compared to a wild-type hydroxynitrile lyase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4 or SEQ ID NO: 6;
(6) The hydroxynitrile lyase activity of the protein having at least 99.2% homology to the base sequence set forth in SEQ ID NO: 7 or 9 and encoded by the sequence is SEQ ID NO: 2, A base sequence that is maintained or higher than a wild-type hydroxynitrile lyase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4 or SEQ ID NO: 6.

[5] 上記[4]に記載の変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ遺伝子を含むベクターにより形質転換されたものであることを特徴とする形質転換体。   [5] A transformant characterized by being transformed with a vector containing the mutant hydroxynitrile lyase gene according to [4].

[6] 変異型ヒドロキシニトリルリアーゼを製造するための方法であって、
上記[5]に記載の形質転換体を培養して培養物を得る工程、および、
上記培養物から変異型ヒドロキシニトリルリアーゼを精製する工程
を含むことを特徴とする方法。
[6] A method for producing a mutant hydroxynitrile lyase,
Culturing the transformant according to the above [5] to obtain a culture, and
And a step of purifying the mutant hydroxynitrile lyase from the culture.

本発明に係る新規な変異型ヒドロキシニトリルリアーゼは、そのヒドロキシニトリルリアーゼ活性が野生型より顕著に高く、また、シアノヒドリンの合成反応におけるシアノヒドリンの立体選択性も向上している。また、本発明に係る新規な変異型ヒドロキシニトリルリアーゼをコードする遺伝子を用いれば、当該変異型ヒドロキシニトリルリアーゼを異種発現などにより効率的に製造することができる。従って本発明は、医薬分野や化学品分野などにおける中間体として重要なシアノヒドリンなどの製造に用い得るヒドロキシニトリルリアーゼに関する技術として、産業上極めて有用である。   The novel mutant hydroxynitrile lyase according to the present invention has significantly higher hydroxynitrile lyase activity than that of the wild type, and the stereoselectivity of cyanohydrin in the synthesis reaction of cyanohydrin is improved. In addition, when a gene encoding the novel mutant hydroxynitrile lyase according to the present invention is used, the mutant hydroxynitrile lyase can be efficiently produced by heterologous expression or the like. Therefore, the present invention is extremely useful industrially as a technique relating to hydroxynitrile lyase that can be used for the production of cyanohydrin, which is important as an intermediate in the fields of medicine and chemicals.

キャッサバ、パラキノゴム、バリオスペルマムに由来するヒドロキシニトリルリアーゼのアミノ酸配列を比較するためアラインメント解析を行った結果である。It is the result of having performed alignment analysis in order to compare the amino acid sequence of the hydroxy nitrile lyase derived from cassava, a paraquino rubber, and a variospermum. バリオスペルマム由来のヒドロキシニトリルリアーゼの変異体の形質転換体あたりの比活性を比較した結果を示す。図中の記号は、配列番号6のアミノ酸配列において、変異を導入したアミノ酸とその位置を示す。例えば「N156D」とは、配列番号6における156番目のアスパラギンがアスパラギン酸に変異していることを示す。The result of having compared the specific activity per transformant of the variant of the hydroxy nitrile lyase derived from variospermum is shown. The symbol in the figure indicates the amino acid in which mutation is introduced and its position in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6. For example, “N156D” indicates that the 156th asparagine in SEQ ID NO: 6 is mutated to aspartic acid. バリオスペルマム由来のヒドロキシニトリルリアーゼにおける103番目のヒスチジン変異に加えて156番目のアスパラギンに飽和変異を導入した変異型酵素の形質転換体あたりの比活性を比較した図を示す。縦軸には相対活性、横軸には156番目のアスパラギンを置換したアミノ酸を1文字表記で示す。The figure which compared the specific activity per transformant of the mutant type | mold which introduce | transduced the saturation mutation into the 156th asparagine in addition to the 103rd histidine mutation in the hydroxy nitrile lyase derived from variospermum is shown. The vertical axis represents relative activity, and the horizontal axis represents the amino acid substituted with the 156th asparagine in one-letter code. バリオスペルマム由来のヒドロキシニトリルリアーゼにおける156番目のアスパラギンに飽和変異を導入した変異型酵素の形質転換体あたりの比活性を比較した結果を示す。縦軸には比活性、横軸には156番目のアスパラギンを置換したアミノ酸を1文字表記で示す。The result of having compared the specific activity per transformant of the variant enzyme which introduce | transduced the saturation mutation into the 156th asparagine in the hydroxy nitrile lyase derived from variospermum is shown. The vertical axis shows the specific activity, and the horizontal axis shows the amino acid substituted with the 156th asparagine in one letter. キャッサバ由来のヒドロキシニトリルリアーゼにおける157番目のアスパラギンへ飽和変異を導入した結果を示す。縦軸には形質転換体あたりの比活性、横軸には157番目のアスパラギンを置換した変異体の仮番号(M1〜M10)を示す。The result of introducing a saturation mutation into the 157th asparagine in cassava-derived hydroxynitrile lyase is shown. The vertical axis represents the specific activity per transformant, and the horizontal axis represents the temporary number (M1 to M10) of the mutant in which the 157th asparagine is substituted. バリオスペルマム由来ヒドロキシニトリルリアーゼの野生型、103番目のヒスチジンのシステイン変異体、その変異体の156番目のアスパラギンがアスパラギン酸に変異した変異体の精製度をSDS−PAGEで分析した結果を示す。The results of analysis by SDS-PAGE of the purity of a variospermum-derived hydroxynitrile lyase wild-type, the 103rd histidine cysteine mutant, and the 156th asparagine mutant mutated to aspartic acid are shown. 精製した変異型ヒドロキシニトリルリアーゼの温度安定性を合成活性にて比較した結果を示す。横軸に温度、縦軸に残存活性を示す。The result of having compared the temperature stability of the refinement | purification mutant-type hydroxy nitrile lyase by synthetic activity is shown. The horizontal axis represents temperature, and the vertical axis represents residual activity. 精製した変異型ヒドロキシニトリルリアーゼを用いた合成反応における(S)−マンデロニトリルの生成量と鏡像体過剰率を比較した結果を示す。横軸に反応時間、縦軸に生成量と鏡像体過剰率を示した。The result of having compared the production amount of (S) -mandelonitrile and enantiomeric excess in the synthesis reaction using the purified mutant-type hydroxynitrile lyase is shown. The horizontal axis indicates the reaction time, and the vertical axis indicates the amount of production and the enantiomeric excess. 野生型および変異型のヒドロキシニトリルリアーゼを含む無細胞抽出液の可溶性画分を用い、合成反応における(S)−マンデロニトリルの生成量(A)と鏡像体過剰率(B)を比較した結果を示す。Results of comparing (S) -mandelonitrile production (A) and enantiomeric excess (B) in the synthesis reaction using soluble fractions of cell-free extracts containing wild-type and mutant hydroxynitrile lyases Indicates.

以下、先ず、本発明に係る変異型ヒドロキシニトリルリアーゼについて説明する。   Hereinafter, first, the mutant hydroxynitrile lyase according to the present invention will be described.

<変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ>
本発明に係る変異型ヒドロキシニトリルリアーゼは、上記(1)〜(3)の何れかのものである。
<Mutant hydroxynitrile lyase>
The mutant hydroxynitrile lyase according to the present invention is any one of the above (1) to (3).

上記変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ(1)において、「配列番号2、配列番号4および配列番号6のアミノ酸配列」は、それぞれ、キャッサバ(Manihot esculenta)、パラゴムノキ(Hevea brasiliensis)、およびバリオスペルマム(Baliosperumum montanum)由来の野生型ヒドロキシニトリルリアーゼのアミノ酸配列である。これら野生型ヒドロキシニトリルリアーゼは、当然にヒドロキシニトリルリアーゼ活性を有するが、より優れた活性を有する酵素が望まれている。また、バリオスペルマムに限らず、少なくともトウダイグサ科植物由来のヒドロキシニトリルリアーゼは、異種発現が難しい。それに対して上記変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ(1)は大腸菌などを用いた異種発現が可能である。   In the above-mentioned mutant hydroxynitrile lyase (1), “amino acid sequences of SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4 and SEQ ID NO: 6” are cassava (Manihot esculenta), para rubber tree (Hevea brasiliensis), and bariosperumum montanum, respectively. ) -Derived wild-type hydroxynitrile lyase. These wild-type hydroxynitrile lyases naturally have hydroxynitrile lyase activity, but an enzyme having higher activity is desired. Moreover, not only barriospermum, but at least hydroxynitrile lyase derived from Euphorbiaceae plants is difficult to express in different species. In contrast, the mutant hydroxynitrile lyase (1) can be heterologously expressed using Escherichia coli or the like.

本発明において「ヒドロキシニトリルリアーゼ活性」とは、シアン化合物とケトン化合物またはアルデヒド化合物からシアノヒドリンを生成する反応を触媒する活性(以下、「合成活性」と呼ぶ)と、その逆反応を触媒する活性(以下、「分解活性」と呼ぶ)のいずれをも意味する。本発明においては、例えば、合成活性は、ベンズアルデヒドからのマンデロニトリルの生成量を測定することにより算出することができる。マンデロニトリルの生成量は、例えばHPLCで定量することができる。また、分解活性は、基質であるマンデロニトリルからのベンズアルデヒドの生成量を測定することにより算出することができる。ベンズアルデヒドの生成量は、例えば、クエン酸ナトリウム緩衝液に、ヒドロキシニトリルリアーゼとラセミ体マンデロニトリルを添加したときの波長280nmにおける吸光値の増加を計測することで定量することができる。   In the present invention, “hydroxynitrile lyase activity” refers to an activity that catalyzes a reaction for producing cyanohydrin from a cyanide compound and a ketone compound or an aldehyde compound (hereinafter referred to as “synthesis activity”), and an activity that catalyzes the reverse reaction ( Hereinafter referred to as “degradation activity”). In the present invention, for example, the synthetic activity can be calculated by measuring the amount of mandelonitrile produced from benzaldehyde. The production amount of mandelonitrile can be quantified by, for example, HPLC. The decomposition activity can be calculated by measuring the amount of benzaldehyde produced from mandelonitrile as a substrate. The amount of benzaldehyde produced can be quantified, for example, by measuring the increase in absorbance at a wavelength of 280 nm when hydroxynitrile lyase and racemic mandelonitrile are added to a sodium citrate buffer.

なお、本発明の変異型ヒドロキシニトリルリアーゼとしては、(S)−ヒドロキシニトリル基質特異的であるものが好ましい。この場合の活性は、キラルカラムなどを用いて(S)−マンデロニトリルを定量することが好ましい。   The mutant hydroxynitrile lyase of the present invention is preferably a (S) -hydroxynitrile substrate-specific one. In this case, the activity is preferably determined by quantifying (S) -mandelonitrile using a chiral column or the like.

本発明に係る変異型ヒドロキシニトリルリアーゼには、野生型ヒドロキシニトリルリアーゼに比べて、例えば、タンパク質あたりの比活性自体の向上、活性型コンフォメーション形成能の向上、形質転換体中、特に形質転換体の菌体破砕物の可溶性画分における発現量増加などが見られる。従って、本発明には、野生型ヒドロキシニトリルリアーゼへの変異導入によって、形質転換体あたりの活性が向上したヒドロキシニトリルリアーゼ、タンパク質あたりの比活性自体の向上したヒドロキシニトリルリアーゼ、活性型コンフォメーション形成能が向上したヒドロキシニトリルリアーゼ、または形質転換体あたりの発現量が向上したヒドロキシニトリルリアーゼなどが含まれる。   The mutant-type hydroxynitrile lyase according to the present invention includes, for example, an improvement in specific activity per protein, an improvement in the ability to form an active conformation, and a transformant, particularly a transformant, compared to a wild-type hydroxynitrile lyase. An increase in the expression level in the soluble fraction of the crushed bacterial cells of Therefore, the present invention includes a hydroxynitrile lyase with improved activity per transformant, a hydroxynitrile lyase with improved specific activity per protein, and an active conformation forming ability by introducing a mutation into wild-type hydroxynitrile lyase. Hydroxynitrile lyase with improved expression or hydroxynitrile lyase with improved expression level per transformant.

本発明において「形質転換体あたりの活性」とは、形質転換体から得られる酵素溶液中のタンパク質量あたりのヒドロキシニトリルリアーゼの活性などを意味する。ヒドロキシニトリルリアーゼ活性は、酵素液中のタンパク質量などの酵素溶液などの単位溶液量あたりのヒドロキシニトリルリアーゼ活性や比活性を意味する。   In the present invention, “activity per transformant” means the activity of hydroxynitrile lyase per amount of protein in the enzyme solution obtained from the transformant. Hydroxynitrile lyase activity means hydroxynitrile lyase activity and specific activity per unit solution amount such as enzyme solution such as protein amount in enzyme solution.

本明細書において「比活性」は、単位タンパク質量あたりのヒドロキシニトリルリアーゼ活性を意味する。   As used herein, “specific activity” means hydroxynitrile lyase activity per unit protein amount.

本発明に係る上記変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ(1)は、配列番号2のアミノ酸配列における第157番目のアスパラギン、または、配列番号4もしくは配列番号6のアミノ酸配列における第156番目のアスパラギンが、グリシン、アラニン、アスパラギン酸またはアルギニンで置換されたアミノ酸配列を有する。上記第157番目または第156番目のアスパラギンを上記の特定アミノ酸に置換して得られるタンパク質は、実施例で示される通り、配列番号2、配列番号4または配列番号6に示されるアミノ酸配列を有する野生型ヒドロキシニトリルリアーゼと比較してヒドロキシニトリルリアーゼ活性が高い。上記ヒドロキシニトリルリアーゼ(1)の各アミノ酸は、L体であることが好ましい。   In the mutant hydroxynitrile lyase (1) according to the present invention, the 157th asparagine in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or the 156th asparagine in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 or 6 is glycine, It has an amino acid sequence substituted with alanine, aspartic acid or arginine. The protein obtained by substituting the 157th or 156th asparagine with the specific amino acid is a wild-type protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4 or SEQ ID NO: 6, as shown in the Examples. Hydroxynitrile lyase activity is higher than that of type hydroxynitrile lyase. Each amino acid of the hydroxynitrile lyase (1) is preferably L-form.

本発明において酵素が「(特定の)アミノ酸配列を有する」とは、その酵素のアミノ酸配列が特定されたアミノ酸配列を含んでいればよく、且つ、その酵素の機能が維持されていることを意味する。その酵素において特定されたアミノ酸配列以外の配列としては、ヒスチジンタグや固定化のためのリンカー配列の他、ジスルフィド結合などの架橋構造などが挙げられる。   In the present invention, an enzyme having “(specific) amino acid sequence” means that the amino acid sequence of the enzyme only needs to contain the specified amino acid sequence, and the function of the enzyme is maintained. To do. Examples of sequences other than the amino acid sequence specified in the enzyme include a histidine tag, a linker sequence for immobilization, and a crosslinked structure such as a disulfide bond.

上記変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ(1)としては、さらに、配列番号2、配列番号4または配列番号6のアミノ酸配列における第103番目のヒスチジンがシステインで置換されているものが好ましい。かかる変異を有する変異型ヒドロキシニトリルリアーゼは、ヒドロキシニトリルリアーゼ活性がさらに向上し、また、活性型コンフォメーションを維持したまま異種発現により製造できるなど製造効率の高いものである。   As the mutant hydroxynitrile lyase (1), one in which the 103rd histidine in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4 or SEQ ID NO: 6 is substituted with cysteine is preferable. A mutant hydroxynitrile lyase having such a mutation has a high production efficiency such that the hydroxynitrile lyase activity is further improved and it can be produced by heterologous expression while maintaining the active conformation.

本発明の上記変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ(2)において、「上記第157番目または第156番目のアミノ酸を除く領域」とは、それぞれ、上記配列番号2のアミノ酸配列中、第1〜156番目および第158番目以降の領域をいい、配列番号4または配列番号6のアミノ酸配列中、第1〜155番目および第157番目以降の領域をいう。   In the mutant hydroxynitrile lyase (2) of the present invention, “the region excluding the 157th or 156th amino acid” refers to the 1st to 156th positions and the 1st to 156th positions in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, respectively. This refers to the 158th and subsequent regions, and the first to 155th and 157th and subsequent regions in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 or SEQ ID NO: 6.

また、「1または数個のアミノ酸が欠損、置換および/または付加されたアミノ酸配列」における「1から数個」の範囲は、欠失等を有するヒドロキシニトリルリアーゼが、ヒドロキシニトリルリアーゼを有する野生型ヒドロキシニトリルリアーゼと同等またはより優れるヒドロキシニトリルリアーゼ活性を有する限り特に限定されるものではない。前記「1から数個」の範囲は、例えば1個以上、30個以下とすることができ、好ましくは1個以上、20個以下、より好ましくは1個以上、10個以下、さらに好ましくは1個以上、7個以下、一層好ましくは1個以上、5個以下、特に好ましくは1個以上、3個以下、1個以上、2個以下、1個程度であることができる。   In addition, the range of “1 to several” in the “amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted and / or added” is a wild type in which a hydroxynitrile lyase having a deletion or the like has a hydroxynitrile lyase. It is not particularly limited as long as it has the same or better hydroxynitrile lyase activity as hydroxynitrile lyase. The range of “1 to several” can be, for example, 1 or more and 30 or less, preferably 1 or more, 20 or less, more preferably 1 or more, 10 or less, and still more preferably 1 The number may be 1 or more, 7 or less, more preferably 1 or more, 5 or less, and particularly preferably 1 or more, 3 or less, 1 or more, 2 or less, and about 1.

本発明の上記変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ(3)において、「上記(1)に規定されるアミノ酸配列に対して少なくとも99.2%の配列同一性を有するアミノ酸配列」における「配列同一性」は、当該アミノ酸配列の同一性を有する変異型ヒドロキシニトリルリアーゼが、上記配列番号2、配列番号4または配列番号6のアミノ酸配列を有する野生型ヒドロキシニトリルリアーゼと同等またはより高いヒドロキシニトリルリアーゼ活性を有する酵素である限り、特に限定されない。前記アミノ酸配列の配列同一性は99.2%以上であれば特に限定されないが、好ましくは99.5%以上または99.7%以上であり、より好ましくは99.8%以上であり、さらに好ましく99.9%以上である。本発明において「配列同一性」という語は、2以上のアミノ酸配列の互いに対するアミノ酸の同一性の程度を指す。従って、ある二つのアミノ酸配列の同一性が高い程、それらの配列の同一性ないし類似性は高い。2種類のアミノ酸配列が同一性を有するか否かは、配列の直接の比較によって解析することが可能であり、具体的には、市販の配列解析ソフトウェア等を用いて解析することができる。   In the mutant hydroxynitrile lyase (3) of the present invention, the “sequence identity” in the “amino acid sequence having at least 99.2% sequence identity to the amino acid sequence defined in (1) above” is: The mutant hydroxynitrile lyase having the same amino acid sequence identity is an enzyme having hydroxynitrile lyase activity equivalent to or higher than that of the wild-type hydroxynitrile lyase having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4 or SEQ ID NO: 6. As long as there is, it is not specifically limited. The sequence identity of the amino acid sequence is not particularly limited as long as it is 99.2% or more, preferably 99.5% or more or 99.7% or more, more preferably 99.8% or more, and still more preferably. It is 99.9% or more. In the present invention, the term “sequence identity” refers to the degree of amino acid identity with respect to each other of two or more amino acid sequences. Therefore, the higher the identity of two amino acid sequences, the higher the identity or similarity of those sequences. Whether or not two kinds of amino acid sequences have identity can be analyzed by direct comparison of the sequences, and specifically, can be analyzed using commercially available sequence analysis software or the like.

さらに、本発明において、「但し、当該変異型ヒドロキシニトリルリアーゼのアミノ酸配列において上記第157番目または第156番目のアミノ酸配列に対応するアミノ酸は変異しないものとする」における「変異」とは、具体的にはアミノ酸の欠失または置換を意味する。つまり、上記変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ(3)のアミノ酸配列において、配列同一性の判断の基準となる上記変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ(1)のアミノ酸配列における上記第157番目または第156番目のアミノ酸に対応するアミノ酸が、上記変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ(1)アミノ酸配列における上記第157番目または第156番目のアミノ酸と同一であることを意味する。   Further, in the present invention, “mutation” in “however, the amino acid corresponding to the 157th or 156th amino acid sequence in the amino acid sequence of the mutant hydroxynitrile lyase shall not be mutated” Means amino acid deletion or substitution. That is, in the amino acid sequence of the mutant hydroxynitrile lyase (3), it corresponds to the 157th or 156th amino acid in the amino acid sequence of the mutant hydroxynitrile lyase (1) serving as a criterion for determining sequence identity. This means that the amino acid is the same as the 157th or 156th amino acid in the amino acid sequence of the mutant hydroxynitrile lyase (1).

上記変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ(2)および(3)のアミノ酸配列において、配列同一性の判断の基準となる上記変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ(1)のアミノ酸配列における上記第157番目または第156番目のアミノ酸に対応するアミノ酸は、上述した配列同一性ないし相同性の解析により調べることができる。具体的には、市販の配列解析ソフトウェア等を用いて、上記配列番号2、配列番号4または配列番号6に示されるアミノ酸配列または上記変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ(1)のアミノ酸配列に対して解析対象のアミノ酸配列のアライメント解析を行えば、上記第157番目または第156番目のアミノ酸に対応するアミノ酸を検索することが可能である。このようなアライメント解析の手法は当業者に広く知られている。   In the amino acid sequence of the mutant hydroxynitrile lyase (2) and (3), the amino acid at the 157th or 156th position in the amino acid sequence of the mutant hydroxynitrile lyase (1) serving as a criterion for determining the sequence identity Amino acids corresponding to can be examined by the above-described analysis of sequence identity or homology. Specifically, using commercially available sequence analysis software or the like, the analysis target is the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4 or SEQ ID NO: 6 or the amino acid sequence of the mutant hydroxynitrile lyase (1). It is possible to search for an amino acid corresponding to the 157th or 156th amino acid. Such alignment analysis techniques are widely known to those skilled in the art.

上記変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ(2)および(3)のアミノ酸配列において、「上記配列番号2、配列番号4または配列番号6に示されるアミノ酸配列を有する野生型ヒドロキシニトリルリアーゼと比較してヒドロキシニトリルリアーゼ活性が維持されているか或いは高い」とは、対象となるタンパク質のヒドロキシニトリルリアーゼ活性が、上記配列番号2、配列番号4または配列番号6に示されるアミノ酸配列を有する野生型ヒドロキシニトリルリアーゼと比較して相対的に高いことをいう。具体的には、比較すべき2以上の酵素について同一条件で上記の合成反応または分解反応を行い、生成物量を比較し、上記変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ(2)および(3)のアミノ酸配列を有する酵素の活性が上記野生型酵素に比べて高ければよい。   In the amino acid sequence of the mutant hydroxynitrile lyase (2) and (3), “hydroxynitrile lyase as compared with the wild-type hydroxynitrile lyase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4 or SEQ ID NO: 6” “The activity is maintained or high” means that the hydroxynitrile lyase activity of the protein of interest is compared with the wild-type hydroxynitrile lyase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4 or SEQ ID NO: 6 above. Is relatively expensive. Specifically, the two or more enzymes to be compared are subjected to the above synthesis reaction or decomposition reaction under the same conditions, the amounts of the products are compared, and the amino acid sequences of the above-described mutant hydroxynitrile lyases (2) and (3) are included. It is sufficient if the enzyme activity is higher than that of the wild-type enzyme.

上記変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ(1)において配列番号2、配列番号4または配列番号6のアミノ酸配列における第103番目のヒスチジンがシステインで置換されている場合には、かかる変異は、上記変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ(2)および(3)においても維持されている、即ち、当該第103番目のシステインはそれ以上変異しないものとする。   When the 103rd histidine in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4 or SEQ ID NO: 6 is substituted with cysteine in the mutant hydroxynitrile lyase (1), the mutation is expressed by the mutant hydroxynitrile. It is also maintained in lyases (2) and (3), that is, the 103rd cysteine is not mutated any more.

<変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ遺伝子>
本発明に係る変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ遺伝子は、上記塩基配列(4)〜(6)の何れかを有するものであり、上記変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ(1)〜(3)の何れかをコードするものである。なお、本発明に係る変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ遺伝子を規定する文言の定義などは、本発明に係る変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ(1)〜(3)を規定する文言の定義などを準用するものとする。
<Mutant hydroxynitrile lyase gene>
The mutant hydroxynitrile lyase gene according to the present invention has any one of the base sequences (4) to (6) and encodes any one of the mutant hydroxynitrile lyases (1) to (3). Is. The definition of the word defining the mutant hydroxynitrile lyase gene according to the present invention shall apply the definition of the word defining the mutant hydroxynitrile lyase (1) to (3) according to the present invention. .

本発明の上記変異型ヒドロキシニトリルリアーゼは、野生型ヒドロキシニトリルリアーゼに変異を導入することによって改良したものあり、そのもととなる野生型ヒドロキシニトリルリアーゼの由来は特に限定されるものではないが、例えば植物由来のものが好ましい。ここで「野生型ヒドロキシニトリルリアーゼ」とは、自然界の生物、例えば植物より分離されうるヒドロキシニトリルリアーゼを指し、当該酵素を構成するアミノ酸配列において、意図的または非意図的なアミノ酸の欠失や、他のアミノ酸の挿入や置換がなく、天然由来の特性を保持したままのヒドロキシニトリルリアーゼを意味する。野生型ヒドロキシニトリルリアーゼとしては、(S)−ヒドロキシニトリルリアーゼと(R)−ヒドロキシニトリルリアーゼがあるが、本発明においては(S)−ヒドロキシニトリルリアーゼが好ましい。由来植物としては、例えばキャッサバ(Manihot esculenta)、パラゴムノキ(Hevea brasiliensis)、バリオスペルマム(Baliosperumum montanum)などのトウダイグサ科植物が挙げられる。例えば、キャッサバ由来の野生型ヒドロキシニトリルリアーゼのアミノ酸配列はGenBank/EMBL accession number Z29091に公開されており、配列番号2で表される。また、パラゴムノキ由来の野生型ヒドロキシニトリルリアーゼのアミノ酸配列はGenBank/EMBL accession number U40402に公開されており、配列番号4で表される。バリオスペルマム由来の野生型ヒドロキシニトリルリアーゼのアミノ酸配列はGenBank/EMBL accession number BAI50630に公開されており、配列番号6で表される。   The above-mentioned mutant hydroxynitrile lyase of the present invention is improved by introducing a mutation into wild-type hydroxynitrile lyase, and the origin of the wild-type hydroxynitrile lyase that is the basis thereof is not particularly limited, For example, those derived from plants are preferred. As used herein, “wild-type hydroxynitrile lyase” refers to a hydroxynitrile lyase that can be isolated from a natural organism such as a plant. In the amino acid sequence constituting the enzyme, an intentional or unintentional deletion of an amino acid, It means a hydroxynitrile lyase that does not have other amino acid insertions or substitutions and retains its natural properties. Wild type hydroxynitrile lyase includes (S) -hydroxynitrile lyase and (R) -hydroxynitrile lyase, and (S) -hydroxynitrile lyase is preferred in the present invention. Examples of the derived plant include Euphorbiaceae plants such as cassava (Manihot esculenta), para rubber tree (Hevea brasiliensis), and bariosperumum montanum. For example, the amino acid sequence of cassava-derived wild-type hydroxynitrile lyase is disclosed in GenBank / EMBL accession number Z29091 and is represented by SEQ ID NO: 2. In addition, the amino acid sequence of wild-type hydroxynitrile lyase derived from Para rubber tree is disclosed in GenBank / EMBL accession number U40402 and is represented by SEQ ID NO: 4. The amino acid sequence of wild-type hydroxynitrile lyase derived from Variospermum is disclosed in GenBank / EMBL accession number BAI50630 and is represented by SEQ ID NO: 6.

本発明に係る変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ遺伝子の塩基配列は、上記変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ(1)〜(3)のアミノ酸配列をコードするものとしてデザインすることができる。具体的には、例えば、上記変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ(1)〜(3)の変異を発現する遺伝子であって、且つ野生型ヒドロキシニトリルリアーゼをコードする核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする塩基配列をデザインし、その発現酵素が野生型ヒドロキシニトリルリアーゼよりも優れた活性を有するものをスクリーニングすればよい。野生型ヒドロキシニトリルリアーゼをコードする核酸としては、例えば、配列番号1、3および5の塩基配列を有する核酸を挙げることができる。   The base sequence of the mutant hydroxynitrile lyase gene according to the present invention can be designed to encode the amino acid sequence of the mutant hydroxynitrile lyase (1) to (3). Specifically, for example, it is a gene that expresses a mutation of the above-mentioned mutant hydroxynitrile lyase (1) to (3) and hybridizes with a nucleic acid encoding wild-type hydroxynitrile lyase under stringent conditions. What is necessary is just to design a base sequence and to screen for an enzyme whose expression activity is superior to that of wild-type hydroxynitrile lyase. Examples of the nucleic acid encoding wild-type hydroxynitrile lyase include nucleic acids having the base sequences of SEQ ID NOs: 1, 3, and 5.

本発明の変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ遺伝子は、例えば、配列番号7または配列番号9の塩基配列を有する変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ遺伝子DNAもしくはその相補配列、またはこれらの断片をプローブとして、コロニーハイブリダイゼーション、サザンブロット等の公知のハイブリダイゼーション法により、cDNAライブラリーおよびゲノムライブラリーから得ることができる。ライブラリーは、公知の方法で作製されたものを利用することも、市販のcDNAライブラリーおよびゲノムライブラリーを利用することも可能である。   The mutant hydroxynitrile lyase gene of the present invention includes, for example, a mutant hydroxynitrile lyase gene DNA having a base sequence of SEQ ID NO: 7 or SEQ ID NO: 9 or a complementary sequence thereof, or a fragment thereof as a probe, colony hybridization, Southern It can be obtained from a cDNA library and a genomic library by a known hybridization method such as blotting. As the library, a library prepared by a known method can be used, or a commercially available cDNA library and genomic library can be used.

本発明において「ストリンジェントな条件」とは、ハイブリダイゼーション後の洗浄時の条件であって塩濃度が300mM以上、2000mM以下、温度が40℃以上、75℃以下、好ましくは塩濃度が600mM以上、900mM以下、温度が65℃の条件を意味する。例えば、2×SSCで50℃等の条件を挙げることができる。当業者であれば、このようなバッファーの塩濃度や温度などの条件に加えて、その他のプローブ濃度、プローブの長さ、反応時間等の諸条件を加味し、本発明の変異型ヒドロキシニトリルリアーゼをコードする遺伝子を得るための条件を設定することができる。   In the present invention, “stringent conditions” are conditions at the time of washing after hybridization, wherein the salt concentration is 300 mM or more and 2000 mM or less, the temperature is 40 ° C. or more and 75 ° C. or less, preferably the salt concentration is 600 mM or more, It means a condition of 900 mM or less and a temperature of 65 ° C. For example, conditions such as 50 ° C. can be given for 2 × SSC. A person skilled in the art will consider the mutant hydroxynitrile lyase of the present invention in consideration of other conditions such as the concentration of the probe, the length of the probe, and the reaction time in addition to the conditions such as the salt concentration and temperature of the buffer. Conditions for obtaining a gene encoding can be set.

ハイブリダイゼーション法の詳細な手順については、「Molecular Cloning,A Laboratory Manual 2nd ed.」Cold Spring Harbor Laboratory Press(1989)等を参照することができる。ハイブリダイズする核酸としては、例えば、配列番号7または配列番号9の塩基配列に対して少なくとも99.2%以上の同一性を有する塩基配列を含む核酸またはその部分断片が挙げられる。当該相同性としては、好ましくは99.5%以上または99.7%以上であり、より好ましくは99.8%以上であり、さらに好ましく99.9%以上である。   For the detailed procedure of the hybridization method, “Molecular Cloning, A Laboratory Manual 2nd ed.” Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989) and the like can be referred to. Examples of the hybridizing nucleic acid include a nucleic acid containing a base sequence having at least 99.2% identity to the base sequence of SEQ ID NO: 7 or 9 or a partial fragment thereof. The homology is preferably 99.5% or more or 99.7% or more, more preferably 99.8% or more, and further preferably 99.9% or more.

本発明において、変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ遺伝子の調製を行う方法は特に制限されず、通常は、公知の方法で行なうことができる。例えば、野生型ヒドロキシニトリルリアーゼ遺伝子を基に、市販のキットを利用して部位特異的な置換を生じさせる方法や、遺伝子DNAを選択的に開裂し、次いで選択されたオリゴヌクレオチドを除去・付加し連結する方法等が挙げられる。   In the present invention, the method for preparing the mutant hydroxynitrile lyase gene is not particularly limited, and can usually be performed by a known method. For example, using a commercially available kit based on the wild-type hydroxynitrile lyase gene, a method for generating site-specific substitution, or selectively cleaving the gene DNA, and then removing and adding the selected oligonucleotide The method of connecting etc. is mentioned.

これらの部位特異的変異誘発法は「Molecular Cloning,A Laboratory Manual 2nd ed.」Cold Spring Harbor Press(1989)、「Current Protocols in Molecular Biology」John Wiley & Sons(1987−1997)、Kunkel,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,82,pp.488−92(1985)、Kramer and Fritz Method.Enzymol.,154,pp.350−67(1987)、Kunkel,Method.Enzymol.,85,pp.2763−6(1988)等に記載されている。近年では、Kunkel法やGapped duplex法を基にした部位特異的突然変異誘発法を利用した変異導入用キット、例えばQuikChangeTM Site−Directed Mutagenesis Kit(ストラタジーン社製)、GeneTailorTM Site−Directed Mutagenesis System(インビトロジェン社製)、TaKaRa Site−Directed Mutagenesis System(Mutan−K、Mutan−Super Express Km等:タカラバイオ社製)等を用いて行うことができる。   These site-directed mutagenesis methods are described in “Molecular Cloning, A Laboratory Manual 2nd ed.” Cold Spring Harbor Press (1989), “Current Protocols in Molecular Biology” John Wiley 97, S & M. Natl. Acad. Sci. USA, 82, pp. 488-92 (1985), Kramer and Fritz Method. Enzymol. , 154, pp. 350-67 (1987), Kunkel, Method. Enzymol. , 85, pp. 2763-6 (1988). In recent years, kits for mutagenesis using site-directed mutagenesis based on the Kunkel method or the Gapped duplex method, such as QuikChangeTM Site-Directed Mutagenesis Kit (Stratagene), GeneTailorTM Site-Directed Mutagen Strain And TaKaRa Site-Directed Mutagenesis System (Mutan-K, Mutan-Super Express Km, etc .: manufactured by Takara Bio Inc.).

また、目的とする変異導入箇所が、対象遺伝子配列において消化・連結が容易な制限酵素部位の近隣に存在する場合、目的変異を導入したプライマー(合成オリゴDNA)を用いてPCRを行うことで、目的変異が導入された遺伝子DNA断片を容易に得ることができる。さらには、合成オリゴDNAを組み合わせたPCR法(assembly PCR)で伸長させて合成遺伝子として得ることもできる。   In addition, when the target mutation introduction site is present in the vicinity of a restriction enzyme site that can be easily digested and linked in the target gene sequence, PCR is performed using a primer (synthetic oligo DNA) into which the target mutation has been introduced, A gene DNA fragment into which the target mutation has been introduced can be easily obtained. Furthermore, it can also be obtained as a synthetic gene by extending by a PCR method (assembling PCR) combining synthetic oligo DNA.

また、ハイドロキシルアミンや亜硝酸等の変異源となる薬剤を接触・作用させる方法、紫外線照射により変異を誘発する方法、PCR(ポリメラーゼ連鎖反応)を用いてランダムに変異を導入する方法などのランダムな変異導入法によっても、野生型ヒドロキシニトリルリアーゼ遺伝子から変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ遺伝子を得ることができる。   In addition, random methods such as a method of contacting and acting a drug that is a mutation source such as hydroxylamine or nitrous acid, a method of inducing a mutation by ultraviolet irradiation, a method of randomly introducing a mutation using PCR (polymerase chain reaction), etc. A mutation-type hydroxynitrile lyase gene can also be obtained from a wild-type hydroxynitrile lyase gene by a mutation introduction method.

上記の方法によって得た本発明の変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ遺伝子を宿主で発現させるために、遺伝子の上流に転写プロモーターを、下流にターミネーターを挿入して発現カセットを構築し、このカセットを発現ベクターに挿入することができる。或いは、当該改良型ヒドロキシニトリルリアーゼ遺伝子を導入する発現ベクターに転写プロモーターとターミネーターがすでに存在する場合には、発現カセットを構築することなく、ベクター中のプロモーターとターミネーターを利用してその間に当該変異遺伝子を挿入すればよい。ベクターに当該改良型ヒドロキシニトリルリアーゼ遺伝子を挿入するには、制限酵素を用いる方法、トポイソメラーゼを用いる方法等を利用する。また、挿入の際に必要であれば、適当なリンカーを付加してもよい。なお、本発明においては、このような組み込み操作を、変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ遺伝子の調製操作と兼ねて行うこともできる。即ち、他のアミノ酸をコードする塩基配列に置換した塩基配列を有するプライマーを用い、野生型ヒドロキシニトリルリアーゼ遺伝子がクローニングされた組換えベクターを鋳型としてPCRを行い、得られた増幅産物をベクターに組み込むことができる。   In order to express the mutant hydroxynitrile lyase gene of the present invention obtained by the above method in a host, an expression cassette is constructed by inserting a transcription promoter upstream of the gene and a terminator downstream, and this cassette is used as an expression vector. Can be inserted. Alternatively, when the transcription promoter and terminator already exist in the expression vector into which the improved hydroxynitrile lyase gene is introduced, the mutant gene is used between the promoter and terminator in the vector without constructing the expression cassette. Can be inserted. In order to insert the improved hydroxynitrile lyase gene into a vector, a method using a restriction enzyme, a method using topoisomerase, or the like is used. Further, if necessary at the time of insertion, an appropriate linker may be added. In the present invention, such an integration operation can also be performed in conjunction with an operation for preparing a mutant hydroxynitrile lyase gene. That is, PCR is performed using a primer having a base sequence substituted with a base sequence encoding another amino acid, using a recombinant vector in which a wild-type hydroxynitrile lyase gene has been cloned as a template, and the resulting amplification product is incorporated into the vector. be able to.

プロモーターの種類は宿主において適切な発現を可能にするものであれば特に限定されるものではないが、例えば、大腸菌由来のトリプトファンオペロンのtrpプロモーター、ラクトースオペロンのlacプロモーター、ラムダファージ由来のPLプロモーターおよびPRプロモーターや、枯草菌由来のグルコン酸合成酵素プロモーター(gnt)、アルカリプロテアーゼプロモーター(apr)、中性プロテアーゼプロモーター(npr)、α−アミラーゼプロモーター(amy)等が挙げられる。また、tacプロモーター、trcプロモーターのように改変、設計された配列も利用できる。   The type of promoter is not particularly limited as long as it allows appropriate expression in the host. Examples of the promoter include trp promoter of tryptophan operon derived from E. coli, lac promoter of lactose operon, PL promoter derived from lambda phage, and Examples include PR promoter, Bacillus subtilis-derived gluconate synthase promoter (gnt), alkaline protease promoter (apr), neutral protease promoter (npr), α-amylase promoter (amy), and the like. In addition, modified and designed sequences such as tac promoter and trc promoter can be used.

ターミネーターは必ずしも必要ではなく、その種類も特段限定されるものではなく、例えばρ因子非依存性のもの、例えばリポプロテインターミネーター、trpオペロンターミネーター、rrnBターミネーター等が挙げられる。   The terminator is not necessarily required, and the type of the terminator is not particularly limited, and examples thereof include ρ-factor-independent ones such as lipoprotein terminator, trp operon terminator, rrnB terminator and the like.

また、アミノ酸への翻訳にとって重要な塩基配列として、SD配列やKozak配列などのリボソーム結合配列が知られており、これらの配列を変異遺伝子の上流に挿入することもできる。原核生物を宿主に用いるときにはSD配列を、真核細胞を宿主に用いるときにはKozak配列をPCR法などにより付加してもよい。SD配列としては、大腸菌由来または枯草菌由来の配列などが挙げられるが、大腸菌や枯草菌等の所望の宿主内で機能する配列であれば特に限定されるものではない。たとえば、16SリボゾームRNAの3’末端領域に相補的な配列が4塩基以上連続したコンセンサス配列をDNA合成により作製して利用してもよい。   Ribosome binding sequences such as an SD sequence and a Kozak sequence are known as base sequences important for translation into amino acids, and these sequences can be inserted upstream of the mutant gene. An SD sequence may be added by a PCR method or the like when a prokaryote is used as a host, and a Kozak sequence may be added when a eukaryotic cell is used as a host. Examples of the SD sequence include sequences derived from Escherichia coli or Bacillus subtilis, but are not particularly limited as long as the sequence functions in a desired host such as Escherichia coli or Bacillus subtilis. For example, a consensus sequence in which a sequence complementary to the 3 'terminal region of 16S ribosomal RNA is continuous for 4 or more bases may be prepared by DNA synthesis and used.

一般に、ベクターには目的とする形質転換体を選別するための因子(選択マーカー)が含まれる。選択マーカーとしては、薬剤耐性遺伝子や栄養要求性相補遺伝子、資化性付与遺伝子などが挙げられ、目的や宿主に応じて選択されうる。例えば大腸菌で選択マーカーとして用いられる薬剤耐性遺伝子としては、アンピシリン耐性遺伝子、カナマイシン遺伝子、ジヒドロ葉酸還元酵素遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子等が挙げられる。   In general, a vector contains a factor (selection marker) for selecting a target transformant. Examples of selectable markers include drug resistance genes, auxotrophic complementary genes, and assimilative genes, and can be selected according to the purpose and host. For example, drug resistance genes used as selection markers in E. coli include ampicillin resistance gene, kanamycin gene, dihydrofolate reductase gene, neomycin resistance gene and the like.

本発明において使用されるベクターは、上記の変異遺伝子を保持するものであれば特に限定されず、それぞれの宿主に適したベクターを使用することができる。ベクターとしては、例えば、プラスミドDNA、バクテリオファージDNA、レトロトランスポゾンDNA、人工染色体DNAなどが挙げられる。例えば、大腸菌を宿主とする場合には、大腸菌中での自律複製可能な領域を有しているpTrc99A(Centraalbureau voor Schimmelcultures(CBS)、オランダ;http://www.cbs.knaw.nl/)、pUC19(タカラバイオ、日本)、pKK233−2(Centraalbureau voor Schimmelcultures(CBS)、オランダ;http://www.cbs.knaw.nl/)、pET−12(Novagen社、ドイツ)、pET−26b(Novagen社、ドイツ)などを用いることができる。また、必要に応じてこれらベクターを改変したものも用いることができる。また、発現効率の高い発現ベクター、例えばtrcプロモーター、lacオペレーターを有する発現ベクターpTrc99AまたはpKK233−2などを用いることもできる。   The vector used in the present invention is not particularly limited as long as it retains the above mutant gene, and a vector suitable for each host can be used. Examples of the vector include plasmid DNA, bacteriophage DNA, retrotransposon DNA, artificial chromosome DNA and the like. For example, when Escherichia coli is used as a host, pTrc99A having a region capable of autonomous replication in Escherichia coli (Centralalbueau floor Schemes (CBS), the Netherlands; http://www.cbs.knaw.nl/), pUC19 (Takara Bio, Japan), pKK233-2 (Centralalureau voor Schulmelculures (CBS), Netherlands; http://www.cbs.knaw.nl/), pET-12 (Novagen, Germany), pET-26b (Noge) (Germany) can be used. Moreover, what modified these vectors as needed can also be used. An expression vector with high expression efficiency such as an expression vector pTrc99A or pKK233-2 having a trc promoter or a lac operator can also be used.

上記の改良型ヒドロキシニトリルリアーゼ遺伝子を含む組換えベクターは、本発明の範囲に含まれる。   Recombinant vectors containing the improved hydroxynitrile lyase gene are within the scope of the present invention.

<形質転換体>
本発明の組換えベクターを宿主に形質転換または形質導入することで、形質転換体を作製することができる。当該形質転換体も本発明の範囲に含まれる。
<Transformant>
A transformant can be produced by transforming or transducing the recombinant vector of the present invention into a host. Such transformants are also included in the scope of the present invention.

本発明において使用する宿主は、上記組換えベクターが導入された後、目的の変異型ヒドロキシニトリルリアーゼを発現することができる限り特に限定されるものではない。宿主としては、例えば大腸菌、枯草菌などの細菌;酵母(Pichia、Saccharomyces)やカビ(Aspergillus)などの真菌;動物細胞;昆虫細胞;植物細胞などが挙げられる。   The host used in the present invention is not particularly limited as long as the target mutant hydroxynitrile lyase can be expressed after the introduction of the above recombinant vector. Examples of the host include bacteria such as Escherichia coli and Bacillus subtilis; fungi such as yeast (Pichia and Saccharomyces) and fungi (Aspergillus); animal cells; insect cells; plant cells and the like.

細菌を宿主とする場合、本発明においては、特に大腸菌を好ましい宿主として用いることができる。大腸菌としては、例えば、大腸菌K12株やB株、あるいはそれら野生株由来の派生株であるJM109株、XL1−Blue株、C600株などを挙げることができる。特に、上述したようなラクトースオペロンのlacプロモーターおよびその派生プロモーターを発現プロモーターとして用いる場合、lacIレプレッサー遺伝子を有する宿主を用いれば発現が誘導型となり(IPTG等で誘導)、lacIレプレッサー遺伝子を有しない宿主を用いれば発現は構成型となるので、必要に応じた宿主を利用することができる。これら菌株は、例えば、アメリカン・タイプカルチャー・コレクション(ATCC)などから容易に入手可能である。枯草菌としては、例えば、バチルス・ズブチリス(Bacillus subtilis)などが挙げられる。細菌への組換えベクターの導入方法としては、細菌にDNAを導入する方法であれば特に限定されるものではない。例えば、カルシウムイオンを用いる方法、エレクトロポレーション法等が挙げられる。   In the case of using bacteria as a host, Escherichia coli can be used as a particularly preferable host in the present invention. Examples of Escherichia coli include Escherichia coli K12 strain and B strain, or JM109 strain, XL1-Blue strain, and C600 strain, which are derived from these wild strains. In particular, when the lac promoter of the lactose operon as described above and its derived promoter are used as expression promoters, expression becomes inducible when a host having a lacI repressor gene is used (induced by IPTG or the like), and the lacI repressor gene is present. If a non-host is used, the expression becomes a constitutive type, so that a host as required can be used. These strains are easily available from, for example, the American Type Culture Collection (ATCC). Examples of Bacillus subtilis include Bacillus subtilis. The method for introducing a recombinant vector into bacteria is not particularly limited as long as it is a method for introducing DNA into bacteria. Examples thereof include a method using calcium ions and an electroporation method.

酵母を宿主とする場合は、例えばサッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)、シゾサッカロミセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)、ピキア・パストリス(Pichia pastoris)等が用いられる。酵母への組換えベクターの導入方法としては、酵母にDNAを導入する方法であれば特に限定されず、例えばエレクトロポレーション法、スフェロプラスト法、酢酸リチウム法等が挙げられる。   When yeast is used as a host, for example, Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe, Pichia pastoris and the like are used. The method for introducing a recombinant vector into yeast is not particularly limited as long as it is a method for introducing DNA into yeast, and examples thereof include an electroporation method, a spheroplast method, and a lithium acetate method.

動物細胞を宿主とする場合は、サル細胞COS−7、Vero、CHO細胞、マウスL細胞、ラットGH3、ヒトFL細胞等が用いられる。動物細胞への組換えベクターの導入方法としては、例えばエレクトロポレーション法、リン酸カルシウム法、リポフェクション法等が挙げられる。   When animal cells are used as hosts, monkey cells COS-7, Vero, CHO cells, mouse L cells, rat GH3, human FL cells and the like are used. Examples of methods for introducing a recombinant vector into animal cells include an electroporation method, a calcium phosphate method, and a lipofection method.

昆虫細胞を宿主とする場合は、Sf9細胞、Sf21細胞等が用いられる。昆虫細胞への組換えベクターの導入方法としては、例えばリン酸カルシウム法、リポフェクション法、エレクトロポレーション法等が用いられる。   When insect cells are used as hosts, Sf9 cells, Sf21 cells and the like are used. As a method for introducing a recombinant vector into insect cells, for example, calcium phosphate method, lipofection method, electroporation method and the like are used.

植物細胞を宿主とする場合は、タバコBY−2細胞等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。植物細胞への組換えベクターの導入方法としては、例えばアグロバクテリウム法、パーティクルガン法、PEG法、エレクトロポレーション法等が用いられる。   When a plant cell is used as a host, tobacco BY-2 cells and the like can be mentioned, but are not limited thereto. As a method for introducing a recombinant vector into a plant cell, for example, an Agrobacterium method, a particle gun method, a PEG method, an electroporation method, or the like is used.

<変異型ヒドロキシニトリルリアーゼの製造方法>
本発明の変異型ヒドロキシニトリルリアーゼは、上記形質転換体を培養し、得られる培養物から精製することにより製造することができる。
<Method for producing mutant hydroxynitrile lyase>
The mutant hydroxynitrile lyase of the present invention can be produced by culturing the transformant and purifying it from the obtained culture.

本発明において「培養物」とは、培養上清、培養細胞、培養菌体、または細胞もしくは菌体の破砕物のいずれをも意味するものである。本発明の形質転換体を培養して得られる培養物は、本発明の範囲に含まれる。   In the present invention, “culture” means any of culture supernatant, cultured cells, cultured cells, or disrupted cells or cells. A culture obtained by culturing the transformant of the present invention is included in the scope of the present invention.

本発明の形質転換体の培養は、宿主の培養に用いられる通常の方法に従って行われる。目的の変異型ヒドロキシニトリルリアーゼは、上記培養物中に蓄積される。   Culturing of the transformant of the present invention is carried out according to a usual method used for host culture. The target mutant hydroxynitrile lyase accumulates in the culture.

本発明の形質転換体を培養する培地は、宿主が資化し得る炭素源、窒素源、無機塩類などを含有し、形質転換体の培養を効率的に行うことができる培地であれば、天然培地、合成培地のいずれを用いてもよい。炭素源としては、グルコース、ガラクトース、フラクトース、スクロース、ラフィノース、デンプン等の炭水化物;酢酸、プロピオン酸等の有機酸;エタノール、プロパノール等のアルコール類が挙げられる。窒素源としては、アンモニア、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、リン酸アンモニウム等の無機酸若しくは有機酸のアンモニウム塩またはその他の含窒素化合物が挙げられる。その他、ペプトン、酵母エキス、肉エキス、コーンスティープリカー、各種アミノ酸等を用いてもよい。無機物としては、リン酸第一カリウム、リン酸第二カリウム、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガン、硫酸亜鉛、硫酸銅、炭酸カルシウム等が挙げられる。また、必要に応じ、培養中の発泡を防ぐために消泡剤を添加してもよい。また、ビタミン等を必要に応じて適宜添加してもよい。培養中は必要に応じてアンピシリンやテトラサイクリン等の抗生物質を培地に添加してもよい。   The medium for culturing the transformant of the present invention contains a carbon source, a nitrogen source, inorganic salts and the like that can be assimilated by the host, and can be a natural medium as long as the transformant can be cultured efficiently. Any of synthetic media may be used. Examples of the carbon source include carbohydrates such as glucose, galactose, fructose, sucrose, raffinose and starch; organic acids such as acetic acid and propionic acid; and alcohols such as ethanol and propanol. Examples of the nitrogen source include ammonium salts of inorganic acids or organic acids such as ammonia, ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium acetate, and ammonium phosphate, or other nitrogen-containing compounds. In addition, peptone, yeast extract, meat extract, corn steep liquor, various amino acids, and the like may be used. Examples of inorganic substances include monopotassium phosphate, dipotassium phosphate, magnesium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride, ferrous sulfate, manganese sulfate, zinc sulfate, copper sulfate, and calcium carbonate. Moreover, you may add an antifoamer in order to prevent foaming during culture | cultivation as needed. Moreover, you may add a vitamin etc. suitably as needed. During culture, an antibiotic such as ampicillin or tetracycline may be added to the medium as necessary.

培養中、ベクターおよび目的遺伝子の脱落を防ぐために選択圧を掛けた状態で培養してもよい。即ち、選択マーカーが薬剤耐性遺伝子である場合に相当する薬剤を培地に添加してもよく、選択マーカーが栄養要求性相補遺伝子である場合に相当する栄養因子を培地から除いてもよい。また、選択マーカーが資化性付与遺伝子である場合は、相当する資化因子を必要に応じて唯一因子として添加することができる。例えば、アンピシリン耐性遺伝子を含むベクターで形質転換した大腸菌を培養する場合、培養中に、必要に応じてアンピシリンを培地に添加してもよい。   During the culture, the vector and the target gene may be cultured under selective pressure in order to prevent the loss of the vector and the target gene. That is, a drug corresponding to the case where the selectable marker is a drug resistance gene may be added to the medium, and a nutrient factor corresponding to the case where the selectable marker is an auxotrophic complementary gene may be removed from the medium. When the selectable marker is an assimilation gene, a corresponding assimilation factor can be added as a sole factor as necessary. For example, when culturing E. coli transformed with a vector containing an ampicillin resistance gene, ampicillin may be added to the medium as needed during the culture.

プロモーターとして誘導性のプロモーターを用いた発現ベクターで形質転換した形質転換体を培養する場合は、必要に応じてインデューサーを培地に添加してもよい。例えば、イソプロピル−β−D−チオガラクトシド(IPTG)で誘導可能なプロモーターを有する発現ベクターで形質転換した形質転換体を培養するときには、IPTG等を培地に添加することができる。また、インドール酢酸(IAA)で誘導可能なtrpプロモーターを用いた発現ベクターで形質転換した形質転換体を培養するときには、LAA等を培地に添加することができる。   When cultivating a transformant transformed with an expression vector using an inducible promoter as a promoter, an inducer may be added to the medium as necessary. For example, when a transformant transformed with an expression vector having a promoter inducible with isopropyl-β-D-thiogalactoside (IPTG) is cultured, IPTG or the like can be added to the medium. In addition, when culturing a transformant transformed with an expression vector using a trp promoter inducible with indoleacetic acid (IAA), LAA or the like can be added to the medium.

形質転換体の培養条件は、目的の改良型ヒドロキシニトリルリアーゼの生産性および宿主の生育が妨げられない条件であれば特段限定されるものではないが、通常、培養温度は10℃以上、45℃以下、好ましくは10℃以上、40℃以下、さらに好ましくは15℃以上、40℃以下、さらにより好ましくは20℃以上、37℃以下で行い、必要に応じて、培養中に温度を変更してもよい。培養時間は5時間以上、120時間以下程度とすることができ、好ましくは5時間以上、100時間以下、さらに好ましくは10時間以上、100時間以下、さらにより好ましくは15時間以上、80時間以下程度行う。pHの調整は、無機または有機酸、アルカリ溶液等を用いて行い、大腸菌であれば6以上、9以下に調整する。培養方法としては、固体培養、静置培養、振盪培養、通気攪拌培養などが挙げられる。   The culture conditions for the transformant are not particularly limited as long as the productivity of the desired improved hydroxynitrile lyase and the growth of the host are not hindered. Usually, the culture temperature is 10 ° C. or higher and 45 ° C. In the following, it is preferably carried out at 10 ° C. or more and 40 ° C. or less, more preferably 15 ° C. or more and 40 ° C. or less, and even more preferably 20 ° C. or more and 37 ° C. or less. Also good. The culture time can be about 5 hours or more and 120 hours or less, preferably 5 hours or more and 100 hours or less, more preferably 10 hours or more and 100 hours or less, and even more preferably about 15 hours or more and 80 hours or less. Do. The pH is adjusted using an inorganic or organic acid, an alkaline solution, or the like, and adjusted to 6 or more and 9 or less for E. coli. Examples of the culture method include solid culture, stationary culture, shaking culture, and aeration and agitation culture.

特に大腸菌形質転換体を培養する場合には、振盪培養または通気攪拌培養(ジャーファーメンター)により好気的条件下で培養することが好ましい。特に大腸菌形質転換体を培養するには、通常の固体培養法で培養してもよいが、可能な限り液体培養法を採用して培養するのが好ましい。培養に用いる培地としては、例えば、酵母エキス、トリプトン、ポリペプトン、コーンスティープリカー、大豆もしくは小麦ふすまの浸出液等の1種以上の窒素源に、塩化ナトリウム、リン酸第一カリウム、リン酸第二カリウム、硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム、塩化第二鉄、硫酸第二鉄若しくは硫酸マンガン等の無機塩類の1種以上を添加し、更に必要により糖質原料、ビタミン等を適宜添加したものが用いられる。なお、培地の初発pHは7以上、9以下に調整するのが適当である。また、培養は、5℃以上、40℃以下、好ましくは10℃以上、37℃以下で5時間以上、100時間以下行う。通気攪拌深部培養、振盪培養、静置培養、流加培養等により実施するのが好ましい。   In particular, when culturing E. coli transformants, it is preferable to culture under aerobic conditions by shaking culture or aeration and agitation culture (jar fermenter). In particular, in order to culture an E. coli transformant, it may be cultured by an ordinary solid culture method, but it is preferable to employ a liquid culture method as much as possible. Examples of the medium used for the culture include one or more nitrogen sources such as yeast extract, tryptone, polypeptone, corn steep liquor, soybean or wheat bran leachate, sodium chloride, monopotassium phosphate, dipotassium phosphate. In addition, one or more inorganic salts such as magnesium sulfate, magnesium chloride, ferric chloride, ferric sulfate or manganese sulfate are added, and if necessary, saccharide raw materials, vitamins and the like are appropriately added. The initial pH of the medium is suitably adjusted to 7 or more and 9 or less. Further, the culture is performed at 5 ° C. or higher and 40 ° C. or lower, preferably 10 ° C. or higher and 37 ° C. or lower for 5 hours or longer and 100 hours or shorter. It is preferably carried out by aeration and agitation deep culture, shaking culture, static culture, fed-batch culture or the like.

本発明に係る変異型ヒドロキシニトリルリアーゼは、上記培養物から精製されるが、その精製度合いは特に制限されない。例えば、上記培養物をホモジェナイズし、濾過や遠心分離などにより不溶物を除去した溶液をそのまま用いてもよいし、さらに、カラムクロマトグラフィなどにより精製して、粗酵素液や酵素液を得てもよい。   The mutant hydroxynitrile lyase according to the present invention is purified from the culture, but the degree of purification is not particularly limited. For example, the above culture may be homogenized, and a solution from which insolubles have been removed by filtration or centrifugation may be used as it is, or further purified by column chromatography to obtain a crude enzyme solution or enzyme solution. .

<酵素反応>
ヒドロキシニトリルリアーゼは、シアニドドナー存在下でアルデヒドやケトンをシアノヒドリンに変換する反応を触媒し、また、その逆反応であるシアノヒドリンの分解反応を触媒する酵素である。
<Enzyme reaction>
Hydroxynitrile lyase is an enzyme that catalyzes the reaction of converting aldehydes and ketones to cyanohydrin in the presence of a cyanide donor, and catalyzes the decomposition reaction of cyanohydrin, which is the reverse reaction.

本発明では、ヒドロキシニトリルリアーゼ活性の測定方法として、例えば、シアン化カリウム存在下でベンズアルデヒドを基質とし、マンデロニトリルの生成量をHPLCにて測定する方法を挙げることができる。より簡便な方法として、ラセミ体マンデロニトリルを基質とし、その分解を吸光度計にて吸収波長280nmを測定することで検出する方法が挙げられる。溶媒としては、シアノヒドリンの安定性などから中性より酸性とするため、クエン酸ナトリウム緩衝液を用いることが好ましい。合成反応はpH4.0以上、4.2以下程度、分解反応はpH5以上、5.5以下程度で行うことが好ましい。   In the present invention, examples of the method for measuring the hydroxynitrile lyase activity include a method in which benzaldehyde is used as a substrate in the presence of potassium cyanide, and the amount of mandelonitrile produced is measured by HPLC. As a simpler method, there may be mentioned a method in which racemic mandelonitrile is used as a substrate and the decomposition is detected by measuring an absorption wavelength of 280 nm with an absorptiometer. As the solvent, it is preferable to use a sodium citrate buffer in order to make it more acidic than neutral due to the stability of cyanohydrin. The synthesis reaction is preferably carried out at a pH of about 4.0 or more and 4.2 or less, and the decomposition reaction is carried out at a pH of about 5 or more and 5.5 or less.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, but may be appropriately modified within a range that can meet the purpose described above and below. Of course, it is possible to implement them, and they are all included in the technical scope of the present invention.

以下、ヒドロキシニトリルリアーゼを「HNL」と略記し、キャッサバ由来の野生型ヒドロキシニトリルリアーゼを「MeHNL」、パラキノゴム由来のものを「HbHNL」、バリオスペルマム由来のものを「BmHNL」と略記し、各ヒドロキシニトリルリアーゼをコードする遺伝子をそれぞれ「MeHNL遺伝子」、「HbHNL遺伝子」、「BmHNL遺伝子」と略記する場合がある。   Hereinafter, the hydroxynitrile lyase is abbreviated as “HNL”, the cassava-derived wild-type hydroxynitrile lyase is abbreviated as “MeHNL”, the paraquino rubber-derived one is abbreviated as “HbHNL”, the one derived from variospermum is abbreviated as “BmHNL”, The genes encoding hydroxynitrile lyase may be abbreviated as “MeHNL gene”, “HbHNL gene”, and “BmHNL gene”, respectively.

実施例1
(1) HNL遺伝子の取得
キャッサバ由来のヒドロキシニトリルリアーゼであるMeHNLの遺伝子、またはバリオスペルマム由来のヒドロキシニトリルリアーゼであるBmHNLの遺伝子を導入したpColdIベクターまたはpET15bベクターを鋳型とし、各HNL遺伝子を増幅するための下記プライマーを用いてMeHNL遺伝子とBmHNL遺伝子をPCRにて増幅した。アガロースゲル電気泳動によりPCR産物を精製後、BamHIとSphIにて制限酵素処理し、同時に処理したpUC19ベクターにライゲーションした。以下、MeHNL遺伝子を導入したpUC19ベクターを「pUC19−MeHNL」といい、BmHNL遺伝子を導入したpUC19ベクターを「pUC19−BmHNL」という。
Example 1
(1) Acquisition of HNL gene Amplification of each HNL gene using pColdI vector or pET15b vector introduced with cassava-derived hydroxynitrile lyase MeHNL gene or bariospermum-derived hydroxynitrile lyase BmHNL gene as templates The MeHNL gene and BmHNL gene were amplified by PCR using the following primers. After purifying the PCR product by agarose gel electrophoresis, it was subjected to restriction enzyme treatment with BamHI and SphI and ligated to the simultaneously treated pUC19 vector. Hereinafter, the pUC19 vector into which the MeHNL gene has been introduced is referred to as “pUC19-MeHNL”, and the pUC19 vector into which the BmHNL gene has been introduced is referred to as “pUC19-BmHNL”.

5'-atatgcatgctaaggagatagaaaatggtaactgcacattttgtt-3'(配列番号11)
5'-atatggatcctcaagcatatgcatcagccac-3'(配列番号12)
5'-atatgcatgctaaggagatagaaaatggtgagcgctcattttat-3' (配列番号13)
5'-atatggatcctcatgcgacagccagcaagt-3'(配列番号14)
5'-atatgcatgctaaggagatagaaaatggtaactgcacattttgtt-3 '(SEQ ID NO: 11)
5'-atatggatcctcaagcatatgcatcagccac-3 '(SEQ ID NO: 12)
5'-atatgcatgctaaggagatagaaaatggtgagcgctcattttat-3 '(SEQ ID NO: 13)
5'-atatggatcctcatgcgacagccagcaagt-3 '(SEQ ID NO: 14)

(2) H103変異体の構築
上記(1)で構築したpUC19−BmHNLを鋳型とし、下記プライマーとQuikChange Lightning Site−Directed Mutagenesis Kit(Agilent社製)を用いて103番目のヒスチジンに飽和変異を導入した。PCRの反応液は、10pmolフォワードプライマー 0.15μL、10pmolリバースプライマー 0.15μL、100ng鋳型DNA溶液0.2μL、10×PCR緩衝液1μL、dNTP mix 0.2μL、Quick solution reagents 0.3μL、QuickChange Lightning Enzyme 0.2μL、滅菌水7.8μLを混合して調製した。PCR条件は、94℃で30秒間の後、(i)95℃で2分間、(ii)60℃で10秒間、(iii)68℃で3分間の(i)〜(iii)を16回繰返した。その後、PCR反応液を制限酵素DpnIで処理し、鋳型DNAを除去した。得られたPCR反応液を用い、ヒートショック法により大腸菌JM109株を形質転換した。次いで、アルカリSDS法により大腸菌からプラスミドを抽出した。
(2) Construction of H103 mutant Using the pUC19-BmHNL constructed in (1) above as a template, a saturation mutation was introduced into the 103rd histidine using the following primers and QuikChange Lightening Site-Directed Mutagenesis Kit (manufactured by Agilent). . PCR reaction solution is 10 pmol forward primer 0.15 μL, 10 pmol reverse primer 0.15 μL, 100 ng template DNA solution 0.2 μL, 10 × PCR buffer 1 μL, dNTP mix 0.2 μL, Quick solution reagents 0.3 μL, QuickChange Lightning Enzyme 0.2 μL and sterilized water 7.8 μL were mixed to prepare. PCR conditions were 94 ° C for 30 seconds, (i) 95 ° C for 2 minutes, (ii) 60 ° C for 10 seconds, (iii) 68 ° C for 3 minutes, (i) to (iii) repeated 16 times. It was. Thereafter, the PCR reaction solution was treated with the restriction enzyme DpnI to remove the template DNA. Escherichia coli JM109 strain was transformed by the heat shock method using the obtained PCR reaction solution. Subsequently, the plasmid was extracted from E. coli by the alkaline SDS method.

5'-ccagagaaagtttctgccttagttttcnnkaatgcattgatgcctgacattgatcac-3'(配列番号15)
5'-gtgatcaatgtcaggcatcaatgcattmnngaaaactaaggcagaaactttctctgg-3'(配列番号16)
5'-ccagagaaagtttctgccttagttttcnnkaatgcattgatgcctgacattgatcac-3 '(SEQ ID NO: 15)
5'-gtgatcaatgtcaggcatcaatgcattmnngaaaactaaggcagaaactttctctgg-3 '(SEQ ID NO: 16)

(3) バリオスペルマム由来ヒドロキシニトリルリアーゼの変異型酵素遺伝子ライブラリーの構築
上記で構築した、BmHNLの103番目のヒスチジンがシステインに置換したBmHNL H103Cをコードする遺伝子が導入された発現プラスミド(以下、「pUC19−BmHNL H103C」と略記する)を鋳型として、変異導入のためエラープローンPCRを行った。PCRの反応液は、10pmolフォワードプライマー1.0μL、10pmolリバースプライマー1.0μL、500ngのpUC19−BmHNL H103Cを含む溶液1μLまたは0.2μL、10mMdATP 1.0μL、10mMdGTP 1.0μL、10mMdTTP 1.0μL、10mMdCTP 1.0μL、10×PCR緩衝液(−MgSO4)5μL、25mM MgSO4水溶液1.0μL、5mM MnCl2水溶液4μLまたは6μL、Dream Taq Polymerase(Fermentas社製)1.0μLの混合物に滅菌水を加えて総量を50μLとすることにより調製した。PCR反応の条件は、94℃で30秒間の後、(i)94℃で20秒間、(ii)55℃で30秒間、(iii)72℃で1分間の(i)〜(iii)を30回繰り返した。PCR反応後、アガロースゲル電気泳動によりPCR産物を精製した。精製したPCR産物を制限酵素BamHIとSphIで処理し、同時に処理したpUC19ベクターにライゲーションした。
(3) Construction of Vario Enzyme Gene Library of Variospermum-Derived Hydroxynitrile Lyase An expression plasmid constructed as described above, into which a gene encoding BmHNL H103C in which the histidine at position 103 of BmHNL has been replaced with cysteine was introduced (hereinafter referred to as “the plasmid”). Error-prone PCR was performed for mutagenesis using “pUC19-BmHNL H103C” as a template. The PCR reaction solution was 10 μmol forward primer 1.0 μL, 10 pmol reverse primer 1.0 μL, 500 μg pUC19-BmHNL H103C 1 μL or 0.2 μL, 10 mM dATP 1.0 μL, 10 mM dGTP 1.0 μL, 10 mM dTTP 1.0 μL, Sterile water was added to a mixture of 1.0 μL of 10 mM dCTP, 5 μL of 10 × PCR buffer (−MgSO 4 ), 1.0 μL of 25 mM MgSO 4 aqueous solution, 4 μL or 6 μL of 5 mM MnCl 2 aqueous solution, and 1.0 μL of Dream Taq Polymerase (manufactured by Fermentas). In addition, the total amount was adjusted to 50 μL. The PCR reaction conditions were as follows: (i) 30 seconds at 94 ° C, (i) 94 ° C for 20 seconds, (ii) 55 ° C for 30 seconds, (iii) 1 minute at 72 ° C for 30 minutes. Repeated times. After the PCR reaction, the PCR product was purified by agarose gel electrophoresis. The purified PCR product was treated with the restriction enzymes BamHI and SphI and ligated to the pUC19 vector treated simultaneously.

M13−リバースプライマー:5'-aacagctatgaccatg-3'(配列番号17)
M13−フォワードプライマー:5'-gtaaaacgacggccagt-3'(配列番号18)
M13-reverse primer: 5'-aacagctatgaccatg-3 '(SEQ ID NO: 17)
M13-forward primer: 5'-gtaaaacgacggccagt-3 '(SEQ ID NO: 18)

得られた変異体の中から、活性が上昇したものを以下の実験によりスクリーニングした。   Among the obtained mutants, those with increased activity were screened by the following experiment.

(4) サンプル調製
96−wellプレートを用いてサンプルを調製した。0.8mL 96−well滅菌プレート(ABgene社製)にLB培地(80μg/mLアンピシリンと0.1mM IPTGを含有)を160μLずつ分注し、変異体コロニーをマスタープレートから植菌した。当該コロニーを、BioShaker(TAITEC社製,「M−BR−024」)を用いて37℃、1,200rpmで12時間振とう培養した。培養後、培養液を5,000rpmで10分間を遠心分離して集菌した。上清を除き、新聞紙上で逆さにして培地をできる限り除去した後、得られた菌体を100μLの0.85%NaCl水溶液にBioShakerを用いて懸濁した後、遠心分離機(日立社製,「himac CR20」,「ローターR6S」)を用い、4,500rpm、4℃で10分間遠心分離することにより集菌した。上清を除き、新聞紙上で逆さにして水分を除去した。別途、卵白由来のLysozyme(生化学工業社製)10mg/mL、KPB(pH7.0)100mMおよびEDTA 10mMを含むLysozyme溶液を調製した。上記菌体に当該溶液5μLを添加し、37℃で1時間インキュベートすることによりLysozyme処理を行い、大腸菌をプロトプラスト化させた。得られた大腸菌に−40℃および37℃で凍結融解処理を施し、100μLの低張液(10mM KPB(pH7.0),5mM MgCl2)を添加して溶菌させた。この溶液を、遠心分離機(日立社製,「himac CR20」,「ローターR6S」)を用い、4,500rpm、4℃で10分間遠心分離することにより大腸菌のゲノムと細胞壁等を沈殿させ、粗酵素液として上清を得て、以下の実験に用いた。
(4) Sample preparation Samples were prepared using 96-well plates. 160 μL each of LB medium (containing 80 μg / mL ampicillin and 0.1 mM IPTG) was dispensed into 0.8 mL 96-well sterilized plates (manufactured by ABgene), and mutant colonies were inoculated from the master plate. The colonies were cultured with shaking using BioShaker (manufactured by TAITEC, “M-BR-024”) at 37 ° C. and 1,200 rpm for 12 hours. After culturing, the culture broth was collected by centrifugation at 5,000 rpm for 10 minutes. After removing the supernatant and inverting on a newspaper to remove the medium as much as possible, the obtained cells were suspended in 100 μL of 0.85% NaCl aqueous solution using BioShaker, and then centrifuged (manufactured by Hitachi, Ltd.). , “Himac CR20”, “Rotor R6S”), and collected by centrifugation at 4,500 rpm for 10 minutes at 4 ° C. The supernatant was removed and the water was removed by inverting it on newspaper. Separately, a Lysozyme solution containing Lysozyme derived from egg white (Seikagaku Corporation) 10 mg / mL, KPB (pH 7.0) 100 mM and EDTA 10 mM was prepared. Lysozyme treatment was performed by adding 5 μL of the solution to the cells and incubating at 37 ° C. for 1 hour to protoplastize E. coli. The obtained Escherichia coli was freeze-thawed at −40 ° C. and 37 ° C., and 100 μL of hypotonic solution (10 mM KPB (pH 7.0), 5 mM MgCl 2 ) was added for lysis. This solution is centrifuged at 4,500 rpm, 4 ° C. for 10 minutes using a centrifuge (manufactured by Hitachi, “himac CR20”, “Rotor R6S”) to precipitate the genome of Escherichia coli and cell walls, etc. A supernatant was obtained as an enzyme solution and used in the following experiments.

(5) 活性測定
得られた粗酵素液について、ヒドロキシニトリルリアーゼの基質であるマンデロニトリルの分解活性をベンズアルデヒドの生成量によって測定した。活性測定の方法は、96−well UVプレート(greiner bio−one社製)にクエン酸ナトリウム緩衝液を添加し、25℃にした。次に粗酵素液を添加し、ピペッティングにより懸濁した。次にマンデロニトリルのラセミ体を添加し、ピペッティングおよび振とうした後、マイクロプレートリーダー(テカン・ジャパン社製,「GENios」)を用いて波長280nmにおける吸光値の増加を25℃で5分間測定した。解析には、データ処理ソフトウェア(和光純薬工業社製,「LS−PLATEmanager 2001(Win)」)を用いた。結果を図2に示す。
(5) Activity measurement About the obtained crude enzyme liquid, the decomposition activity of the mandelonitrile which is a substrate of a hydroxy nitrile lyase was measured by the production amount of benzaldehyde. The activity was measured by adding sodium citrate buffer to a 96-well UV plate (manufactured by Greiner bio-one) at 25 ° C. Next, the crude enzyme solution was added and suspended by pipetting. Next, after adding a racemate of mandelonitrile, pipetting and shaking, an increase in absorbance at a wavelength of 280 nm using a microplate reader (manufactured by Tecan Japan, “GENios”) at 25 ° C. for 5 minutes. It was measured. For the analysis, data processing software (“LS-PLATE manager 2001 (Win)” manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used. The results are shown in FIG.

図2に示す結果のとおり、活性上昇が見られる変異体をいくつか取得した。さらに、鋳型に用いたヒスチジン103番がシステインへ変異したBmHNL H103Cとそれぞれの変異体との形質転換体当たりの比活性を比較し、またその発現量をSDS−PAGE電気泳動で比較した。その中で156番目のアスパラギンの変異したものに最も高い比活性の向上が見られた。また、多くの活性型変異株においてこの位置に変異が確認されたことから、156番目のアスパラギンにおける変異は形質転換体あたりの比活性を向上させるために重要であることが考えられた。   As shown in FIG. 2, several mutants showing increased activity were obtained. Furthermore, the specific activity per transformant was compared between BmHNL H103C in which histidine No. 103 used as a template was mutated to cysteine and each mutant, and the expression level was compared by SDS-PAGE electrophoresis. Among them, the highest specific activity improvement was observed in the 156th asparagine mutant. Further, since a mutation was confirmed at this position in many active mutants, it was considered that the mutation at the 156th asparagine is important for improving the specific activity per transformant.

実施例2
(1) N156変異体の構築とサンプル調製
上記に示した方法と同様に、pUC19−BmHNL H103CとpUC19−BmHNLを鋳型として、下記に示すプライマーにて156番目のアスパラギンに飽和変異を導入した。得られた変異体をLB培地(80μg/mLアンピシリンと0.1mM IPTGを含有)5mLに植菌し、37℃で12時間培養した。培養液1.5mLから遠心分離により菌体を回収し、得られた菌体を300μLの20mM KPBに懸濁し、超音波破砕により菌体を破砕した。遠心分離後の上清を可溶性画分、沈殿を不溶性画分とした。
Example 2
(1) Construction of N156 Mutant and Sample Preparation Saturation mutation was introduced into the 156th asparagine using pUC19-BmHNL H103C and pUC19-BmHNL as templates in the same manner as described above. The obtained mutant was inoculated into 5 mL of LB medium (containing 80 μg / mL ampicillin and 0.1 mM IPTG) and cultured at 37 ° C. for 12 hours. The cells were collected from 1.5 mL of the culture solution by centrifugation, the obtained cells were suspended in 300 μL of 20 mM KPB, and the cells were disrupted by ultrasonic disruption. The supernatant after centrifugation was used as a soluble fraction, and the precipitate was used as an insoluble fraction.

5'-gtgacaggactttagcggagnnkatttttagcaattcgcc-3'(配列番号19)
5'-ggcgaattgctaaaaatmnnctccgctaaagtcctgtcac-3'(配列番号20)
5'-gtgacaggactttagcggagnnkatttttagcaattcgcc-3 '(SEQ ID NO: 19)
5'-ggcgaattgctaaaaatmnnctccgctaaagtcctgtcac-3 '(SEQ ID NO: 20)

(2) BmHNL H103C N156変異体とBmHNL N156変異体との活性の比較
上記(1)で得られた可溶性画分を用い、合成反応によりヒドロキシニトリルリアーゼ活性を比較した。反応液は、1Mクエン酸ナトリウム緩衝液(pH4.0)150μL、粗酵素液50μL、1M KCN 50μLおよびベンズアルデヒド20μLの混合物にMilliQ水を加えて全量500μLとして調整した。常温で1、3、5分間反応させた。反応液から100μLとり、900μLのヘキサン:2−プロパノール=85:15の混合溶液を加えて反応を停止し、上清の有機層をHPLCにて解析し、マンデロニトリルの生成量を測定した。結果を図3と図4に示す。
(2) Comparison of activity between BmHNL H103C N156 mutant and BmHNL N156 mutant The hydroxynitrile lyase activity was compared by a synthesis reaction using the soluble fraction obtained in (1) above. The reaction solution was adjusted to a total volume of 500 μL by adding MilliQ water to a mixture of 150 μL of 1M sodium citrate buffer (pH 4.0), 50 μL of crude enzyme solution, 50 μL of 1M KCN and 20 μL of benzaldehyde. The reaction was performed at room temperature for 1, 3 and 5 minutes. 100 μL was taken from the reaction solution, 900 μL of hexane: 2-propanol = 85: 15 mixed solution was added to stop the reaction, the organic layer of the supernatant was analyzed by HPLC, and the amount of mandelonitrile produced was measured. The results are shown in FIGS.

図3および図4に示す結果のとおり、156番目のアスパラギンのみの変異においても比活性は向上した。また、H103C変異に156番目のアスパラギンの変異を加えたものはさらに活性を向上させた。特にグリシンやアラニンといった側鎖の小さなアミノ酸が好ましいと考えられた。   As shown in FIG. 3 and FIG. 4, the specific activity was improved even in the 156th asparagine mutation alone. In addition, the addition of the 156th asparagine mutation to the H103C mutation further improved the activity. In particular, amino acids with small side chains such as glycine and alanine were considered preferable.

実施例3
(1) MeHNL N157変異体の構築とサンプル調製
上記に示した方法と同様に、pUC19−MeHNLを鋳型として下記に示すプライマーにて157番目のアスパラギンに飽和変異を導入した。得られた変異体をLB培地(80μg/mLアンピシリンと0.1mM IPTGを含有)5mLに植菌し、37℃で12時間培養した。培養液1.5mLから遠心分離により菌体を回収した。得られた菌体を300μLの20mM KPBに懸濁し、超音波破砕により菌体を破砕した。遠心分離後の上清を可溶性画分、沈殿を不溶性画分とした。
Example 3
(1) Construction of MeHNL N157 Mutant and Sample Preparation In the same manner as described above, a saturation mutation was introduced into the 157th asparagine using pUC19-MeHNL as a template and the primers shown below. The obtained mutant was inoculated into 5 mL of LB medium (containing 80 μg / mL ampicillin and 0.1 mM IPTG) and cultured at 37 ° C. for 12 hours. The cells were collected from the culture solution 1.5 mL by centrifugation. The obtained bacterial cells were suspended in 300 μL of 20 mM KPB, and the bacterial cells were crushed by ultrasonic crushing. The supernatant after centrifugation was used as a soluble fraction, and the precipitate was used as an insoluble fraction.

5'-gcttcgtacttctgagggaannkttatttaccaaatgcactg-3'(配列番号21)
5'-cagtgcatttggtaaataamnnttccctcagaagtacgaagc-3'(配列番号22)
5'-gcttcgtacttctgagggaannkttatttaccaaatgcactg-3 '(SEQ ID NO: 21)
5'-cagtgcatttggtaaataamnnttccctcagaagtacgaagc-3 '(SEQ ID NO: 22)

(2) MeHNL N157変異体における活性の比較
上記(1)で得られた可溶性画分を用い、合成反応によりヒドロキシニトリルリアーゼ活性を比較した。反応液は、1Mクエン酸ナトリウム緩衝液(pH4.0)150μL、粗酵素液50μL、1M KCN 50μLおよび1.25Mベンズアルデヒド20μLの混合物にMilliQ水を加えて全量を500μLとすることにより調製した。常温で1、3、5分間反応させた。反応液から100μLとり、900μLのヘキサン:2−プロパノール溶液=85:15の混合溶液を加えて反応を停止し、上清の有機層におけるマンデロニトリルの生成量をHPLCにて測定した。結果を図5に示す。
(2) Comparison of activity in MeHNL N157 mutant Using the soluble fraction obtained in (1) above, hydroxynitrile lyase activity was compared by a synthesis reaction. The reaction solution was prepared by adding MilliQ water to a mixture of 150 μL of 1M sodium citrate buffer (pH 4.0), 50 μL of crude enzyme solution, 50 μL of 1M KCN and 20 μL of 1.25M benzaldehyde to make a total volume of 500 μL. The reaction was performed at room temperature for 1, 3 and 5 minutes. 100 μL was taken from the reaction solution, 900 μL of hexane: 2-propanol solution = 85: 15 mixed solution was added to stop the reaction, and the amount of mandelonitrile produced in the organic layer of the supernatant was measured by HPLC. The results are shown in FIG.

図5に示す結果のとおり、バリオスペルマムと同様にいくつかの変異体において比活性の向上が見られた。これらのことから他の植物由来ヒドロキシニトリルリアーゼにおいても、バリオスペルマムのBmHNLのアミノ酸配列(配列番号6)の第156番目のアスパラギンに対応するアスパラギンの変異により、活性の向上が期待できる。   As shown in the results shown in FIG. 5, the specific activity was improved in several mutants as in the variospermum. From these facts, in other plant-derived hydroxynitrile lyases, an improvement in activity can be expected by mutation of asparagine corresponding to the 156th asparagine in the amino acid sequence of BmHNL of variospermum (SEQ ID NO: 6).

実施例4
(1) BmHNL H103C変異体およびBmHNL H103C N156D変異体の精製酵素の取得
pUC19−BmHNL H103CとpUC19−BmHNL H103C N156Dのベクターを保持した大腸菌JM109株をLB培地(80μg/mLアンピシリンおよび0.1mM IPTGを含有)500mLに植菌し、37℃で12時間培養した。その後、集菌し、得られた菌体を20mM KPB(pH7.0)に懸濁し、超音波破砕にて破砕し、無細胞抽出液を得た。硫安分画や各種クロマトグラフィーにて酵素を精製した。その各種クロマトグラフィーにおける精製度を図6に示す。
Example 4
(1) Acquisition of purified enzymes of BmHNL H103C mutant and BmHNL H103C N156D mutant pUC19-BmHNL H103C and pUC19-BmHNL H103C N156D strain E. coli strain JM109 holding LB medium (80 μg / mL ampicillin and 0.1 mM IPTG) Contained) was inoculated into 500 mL and cultured at 37 ° C. for 12 hours. Thereafter, the cells were collected and the obtained cells were suspended in 20 mM KPB (pH 7.0) and crushed by ultrasonic crushing to obtain a cell-free extract. The enzyme was purified by ammonium sulfate fractionation and various chromatography. The degree of purification in each type of chromatography is shown in FIG.

(2) 精製酵素を用いた活性の比較
ゲルろ過精製後のBmHNL H103C変異体とBmHNL H103C N156D変異体の比活性(U/mg)を比較した。結果を表1に示す。
(2) Comparison of activity using purified enzyme The specific activities (U / mg) of the BmHNL H103C mutant and the BmHNL H103C N156D mutant after gel filtration purification were compared. The results are shown in Table 1.

表1に示す結果のとおり、N156Dの変異導入により4〜5倍程度比活性が向上した。   As shown in Table 1, the specific activity was improved about 4 to 5 times by N156D mutation introduction.

(3) 精製酵素の温度安定性
精製酵素を用い、BmHNL H103CとBmHNL H103C N156Dの温度安定性を比較した。10℃から90℃まで10℃毎に60分間インキュベートし、氷中で10分間冷却した。その酵素の残存活性を合成活性にて比較した。図7に結果を示す。
(3) Temperature stability of purified enzyme Using purified enzyme, the temperature stability of BmHNL H103C and BmHNL H103C N156D was compared. Incubated from 10 ° C. to 90 ° C. every 10 ° C. for 60 minutes and cooled in ice for 10 minutes. The residual activity of the enzyme was compared by synthetic activity. The results are shown in FIG.

図7に示す結果のとおり、どちらの変異体も60℃で70%程度の活性を維持した。野生型のBmHNLにおいても熱に対して安定な酵素であることが知られており、今回の結果から、H103CおよびN156Dの変異によってこの熱に対する安定性に影響は見られなかった。   As shown in FIG. 7, both mutants maintained an activity of about 70% at 60 ° C. Wild-type BmHNL is also known to be a heat-stable enzyme, and from these results, the heat stability was not affected by mutations in H103C and N156D.

(4)精製酵素を用いた(S)−マンデロニトリルの合成とその鏡像体過剰率の比較
精製酵素を用い、合成反応を行いその反応における(S)−マンデロニトリルの生成量と鏡像体過剰率を比較した。反応にはこれまでの合成反応と同様の反応系を用い、精製酵素はそれぞれ200μg用いた。10分ごとに反応溶液中の生成物とその鏡像体過剰率をHPLCにて定量し、比較した。結果を図8に示す。
(4) Synthesis of (S) -mandelonitrile using purified enzyme and comparison of enantiomeric excess rate Using purified enzyme, synthesis reaction was performed and the amount of (S) -mandelonitrile produced in the reaction and enantiomer The excess rate was compared. For the reaction, the same reaction system as the conventional synthesis reaction was used, and 200 μg of each purified enzyme was used. Every 10 minutes, the product in the reaction solution and its enantiomeric excess were quantified by HPLC and compared. The results are shown in FIG.

図8に示す結果のとおり、H103C変異体は、生成物量25mM、鏡像体過剰率35%であったが、N156D変異を導入することにより生成物量35mM、鏡像体過剰率50%まで向上させた。   As shown in FIG. 8, the H103C mutant had a product amount of 25 mM and an enantiomeric excess of 35%, but the N156D mutation was introduced to improve the product amount to 35 mM and the enantiomeric excess of 50%.

(5) 様々なBmHNL変異体の可溶性画分の(S)−マンデロニトリルの合成とその鏡像体過剰率の比較
上記に示した発現方法で得られた可溶性画分を用い、(S)−マンデロニトリルの生成量と鏡像体過剰率を比較した。用いた変異体酵素は、BmHNL、BmHNL H103C、BmHNL N156D、BmHNL H103C N156D、BmHNL H103C N156Gであり、全て同様の条件で発現させた。反応にはこれまでの合成反応と同様の反応系を用い、可溶性画分の粗酵素液を14mg用いた。図9に結果を示す。
(5) Synthesis of (S) -mandelonitrile in various soluble fractions of BmHNL variants and comparison of enantiomeric excess ratios Using the soluble fraction obtained by the expression method shown above, (S)- The amount of mandelonitrile produced and the enantiomeric excess were compared. The mutant enzymes used were BmHNL, BmHNL H103C, BmHNL N156D, BmHNL H103C N156D, and BmHNL H103C N156G, all of which were expressed under the same conditions. For the reaction, the same reaction system as in the previous synthesis reaction was used, and 14 mg of the crude enzyme solution of the soluble fraction was used. FIG. 9 shows the result.

図9に示す結果のとおり、野生型BmHNLやBmHNL N156Dは生成量や鏡像体過剰率ともに低く、おそらく可溶性に発現されないことが原因であると考えられる。BmHNL H103Cは生成量30mM、鏡像体過剰率35%であった。BmHNL H103C N156DとBmHNL H103C N156Gは生成量40mM、鏡像体過剰率70〜80%であり、30分間で反応系内のベンズアルデヒドの80%をマンデロニトリルに変換し、その鏡像体過剰率も70〜80%と非常に高く、(S)−マンデロニトリルを高い光学純度で得られた。   As shown in the results shown in FIG. 9, it is considered that wild-type BmHNL and BmHNL N156D are low in production amount and enantiomeric excess and are probably not expressed soluble. BmHNL H103C was produced in a yield of 30 mM and an enantiomeric excess of 35%. BmHNL H103C N156D and BmHNL H103C N156G have a production amount of 40 mM and an enantiomeric excess of 70 to 80%. In 30 minutes, 80% of benzaldehyde in the reaction system is converted to mandelonitrile, and the enantiomeric excess is also 70 to 70%. As high as 80%, (S) -mandelonitrile was obtained with high optical purity.

Claims (6)

下記(1)〜(3)の何れかの変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ。
(1) 配列番号2のアミノ酸配列における第157番目のアスパラギン、または、配列番号4もしくは配列番号6のアミノ酸配列における第156番目のアスパラギンが、グリシン、アラニン、アスパラギン酸またはアルギニンで置換されたアミノ酸配列;
(2) 上記(1)に規定されるアミノ酸配列において、上記第157番目または第156番目のアミノ酸を除く領域中で1または数個のアミノ酸が欠損、置換および/または付加されたアミノ酸配列を有する変異型ヒドロキシニトリルリアーゼであり、且つ、上記配列番号2、配列番号4または配列番号6に示されるアミノ酸配列を有する野生型ヒドロキシニトリルリアーゼと比較してヒドロキシニトリルリアーゼ活性が維持されているか或いは高い変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ;または
(3) 上記(1)に規定されるアミノ酸配列に対して少なくとも99.2%の配列同一性を有するアミノ酸配列を有し、且つ、上記配列番号2、配列番号4または配列番号6に示されるアミノ酸配列を有する野生型ヒドロキシニトリルリアーゼと比較してヒドロキシニトリルリアーゼ活性が維持されているか或いは高い変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ(但し、当該変異型ヒドロキシニトリルリアーゼのアミノ酸配列において上記第157番目または第156番目のアミノ酸配列に対応するアミノ酸は変異しないものとする)。
The mutant hydroxynitrile lyase according to any one of (1) to (3) below.
(1) An amino acid sequence in which the 157th asparagine in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or the 156th asparagine in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 or 6 is substituted with glycine, alanine, aspartic acid or arginine ;
(2) The amino acid sequence defined in (1) above has an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted and / or added in the region excluding the 157th or 156th amino acid. A mutation that is a mutant-type hydroxynitrile lyase and maintains or has a higher hydroxynitrile lyase activity compared to the wild-type hydroxynitrile lyase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4 or SEQ ID NO: 6 (3) having an amino acid sequence having at least 99.2% sequence identity to the amino acid sequence defined in (1) above, and SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4 or A wild-type hydroxynitrile lyase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6; A mutant nitrile lyase having maintained or high hydroxynitrile lyase activity (however, the amino acid sequence corresponding to the 157th or 156th amino acid sequence in the amino acid sequence of the mutated hydroxynitrile lyase is not mutated). Suppose).
さらに、上記変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ(1)において、配列番号2、配列番号4または配列番号6のアミノ酸配列における第103番目のヒスチジンが、システインで置換されている請求項1に記載の変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ。   Furthermore, in the mutant hydroxynitrile lyase (1), the 103rd histidine in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4 or SEQ ID NO: 6 is substituted with cysteine. Nitrile lyase. (S)−ヒドロキシニトリル基質特異的である請求項1または2に記載の変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ。   The mutant hydroxynitrile lyase according to claim 1 or 2, which is specific to (S) -hydroxynitrile substrate. 下記の(4)〜(6)のいずれかの塩基配列を有することを特徴とする変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ遺伝子。
(4) 配列番号7または配列番号9に記載の塩基配列;
(5) 配列番号7または配列番号9に記載の塩基配列において1から数個の塩基の欠失、置換および/または付加を有し、且つ、当該配列にコードされたタンパク質のヒドロキシニトリルリアーゼ活性が、配列番号2、配列番号4または配列番号6に示されるアミノ酸配列を有する野生型ヒドロキシニトリルリアーゼと比較して維持されているか或いは高い塩基配列;
(6) 配列番号7または配列番号9に記載の塩基配列に対して少なくとも99.2%の相同性を有し、且つ、当該配列にコードされたタンパク質のヒドロキシニトリルリアーゼ活性が、配列番号2、配列番号4または配列番号6に示されるアミノ酸配列を有する野生型ヒドロキシニトリルリアーゼと比較して維持されているか或いは高い塩基配列。
A mutant hydroxynitrile lyase gene having any one of the following base sequences (4) to (6):
(4) the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 7 or SEQ ID NO: 9;
(5) The nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 7 or SEQ ID NO: 9 has a deletion, substitution and / or addition of 1 to several bases, and the protein encoded by the sequence has hydroxynitrile lyase activity A base sequence maintained or higher compared to a wild-type hydroxynitrile lyase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4 or SEQ ID NO: 6;
(6) The hydroxynitrile lyase activity of the protein having at least 99.2% homology to the base sequence set forth in SEQ ID NO: 7 or 9 and encoded by the sequence is SEQ ID NO: 2, A base sequence that is maintained or higher than a wild-type hydroxynitrile lyase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4 or SEQ ID NO: 6.
請求項4に記載の変異型ヒドロキシニトリルリアーゼ遺伝子を含むベクターにより形質転換されたものであることを特徴とする形質転換体。   A transformant which has been transformed with a vector containing the mutant hydroxynitrile lyase gene according to claim 4. 変異型ヒドロキシニトリルリアーゼを製造するための方法であって、
請求項5に記載の形質転換体を培養して培養物を得る工程、および、
上記培養物から変異型ヒドロキシニトリルリアーゼを精製する工程
を含むことを特徴とする方法。
A method for producing a mutant hydroxynitrile lyase comprising:
Culturing the transformant according to claim 5 to obtain a culture, and
And a step of purifying the mutant hydroxynitrile lyase from the culture.
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