JP2016168051A - Modified alkaline phosphatases - Google Patents

Modified alkaline phosphatases Download PDF

Info

Publication number
JP2016168051A
JP2016168051A JP2016118930A JP2016118930A JP2016168051A JP 2016168051 A JP2016168051 A JP 2016168051A JP 2016118930 A JP2016118930 A JP 2016118930A JP 2016118930 A JP2016118930 A JP 2016118930A JP 2016168051 A JP2016168051 A JP 2016168051A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
alkaline phosphatase
lysine
amino acid
derived
seq
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2016118930A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2016168051A5 (en
Inventor
洋志 相場
Hiroshi Aiba
洋志 相場
岸本 高英
Takahide Kishimoto
高英 岸本
柳谷 周作
Shusaku Yanagiya
周作 柳谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyobo Co Ltd
Original Assignee
Toyobo Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyobo Co Ltd filed Critical Toyobo Co Ltd
Publication of JP2016168051A publication Critical patent/JP2016168051A/en
Publication of JP2016168051A5 publication Critical patent/JP2016168051A5/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/14Hydrolases (3)
    • C12N9/16Hydrolases (3) acting on ester bonds (3.1)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/34Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving hydrolase
    • C12Q1/42Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving hydrolase involving phosphatase

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an alkaline phosphatase that maintains its activity in immunological assays at the same level before and after the modification thereof, more specifically, to provide an alkaline phosphatase of which activity will not lower after the introduction of a maleimide group using various maleimide reagents used for the preparation of alkaline phosphatase conjugates.SOLUTION: The invention provides an alkaline phosphatase modified by substituting the lysine residue near the active center with another amino acid residue.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、改変型アルカリホスファターゼ並びにアルカリホスファターゼの改変方法に関する。   The present invention relates to a modified alkaline phosphatase and a method for modifying alkaline phosphatase.

アルカリホスファターゼ(EC 3.1.3.1、以下APとも称する)は、リン酸モノエステルを加水分解し、アルコールと無機リン酸を生じる反応を触媒する酵素であり、原核生物・真核生物を問わず広く分布することが知られる。APは、遺伝子工学用酵素として利用されるほか、酵素免疫測定(EIA)法における標識酵素として広く利用されている。現在、このEIAに用いられるAPはほとんどがウシ小腸由来AP(以下CIAPとも称する)である。CIAPが重宝される理由のひとつは、その比活性の高さである。市販のCIAPの比活性はメーカーやグレードにより様々であるが、p−ニトロフェニルリン酸を基質とした場合に高比活性タイプで6000U/mg−proteinを超えるものも存在する。また、1,2−ジオキセタンもくしはアクリダンを基本骨格に含むCIAP用の各種高感度発光基質も多数販売され、免疫測定における測定感度の高さを実現している。   Alkaline phosphatase (EC 3.1.3.1, hereinafter also referred to as AP) is an enzyme that catalyzes the reaction of hydrolyzing phosphate monoesters to produce alcohol and inorganic phosphate. It is known to be widely distributed regardless. In addition to being used as an enzyme for genetic engineering, AP is widely used as a labeling enzyme in enzyme immunoassay (EIA). Currently, most of the APs used for this EIA are bovine small intestine derived APs (hereinafter also referred to as CIAPs). One of the reasons why CIAP comes in handy is its high specific activity. The specific activity of commercially available CIAP varies depending on the manufacturer and grade, but when p-nitrophenyl phosphate is used as a substrate, there is a high specific activity type exceeding 6000 U / mg-protein. A number of various high-sensitivity luminescent substrates for CIAP containing 1,2-dioxetane comb with acridan as the basic skeleton are also on the market, realizing high measurement sensitivity in immunoassay.

免疫測定における重要な課題のひとつは、感度の高さを実現することである。高感度を実現するための試みとして、抗原一分子あたりに吸着する標識酵素の分子数を増やす、また標識酵素の高感度基質を開発するという方法によりこれまで進歩を遂げてきた。しかしながら、今日における免疫診断法の感度はその要求を必ずしも十分に満たすものではなく、たとえば免疫診断によるインフルエンザ検出キットにおいては、その結果が陰性であろうとも感染の疑いを完全に排除できない場合があることも事実である。測定対象によっては、検体中の濃度が1pM以下である場合も少なくなく、また診断に要する時間の短縮という目的からも、感度の向上は永遠のテーマであるともいえる。   One of the important issues in immunoassay is to achieve high sensitivity. As attempts to achieve high sensitivity, progress has been made so far by increasing the number of labeled enzyme molecules adsorbed per antigen molecule and developing a highly sensitive substrate for the labeled enzyme. However, the sensitivity of today's immunodiagnostic methods does not always satisfy the requirements. For example, in the case of influenza detection kits by immunodiagnostics, even if the result is negative, the suspicion of infection may not be completely eliminated. That is also true. Depending on the measurement target, the concentration in the sample is often 1 pM or less, and for the purpose of shortening the time required for diagnosis, it can be said that improvement of sensitivity is an eternal theme.

感度上昇を目的として、これまで複数のアイソザイムが存在するCIAPのうち高比活性のものを精製の過程で単離する、あるいは高比活性型CIAPの遺伝子を特定してこれを組換え生産する、さらには高比活性の実現に重要な部位特異的アミノ酸変異の導入により比活性を高めるなどして当業者らは高感度の要望に応えている(特許文献1など)。
一方、発明者らは、シェワネラ(Shewanella)属細菌に由来し、CIAPに匹敵する高比活性を有し、かつ、免疫測定において汎用される各種発光基質に対する反応性の高いAPを見出した。発明者らは、また、そのAPをコードする遺伝子を取得し、この遺伝子を形質転換した微生物を培養することでAPの生産にも成功した。これらの発明については、PCT/JP2012/053924で国際出願されている。
For the purpose of increasing the sensitivity, CIAP having a plurality of isozymes so far is isolated in the process of purification, or a high specific activity CIAP gene is identified and recombinantly produced. Furthermore, those skilled in the art respond to the demand for high sensitivity by increasing specific activity by introducing site-specific amino acid mutations important for realizing high specific activity (Patent Document 1, etc.).
On the other hand, the inventors have found an AP derived from a bacterium belonging to the genus Shewanella, having a high specific activity comparable to CIAP, and high reactivity to various luminescent substrates widely used in immunoassays. The inventors have also succeeded in producing AP by obtaining a gene encoding the AP and culturing a microorganism transformed with the gene. These inventions have been internationally filed as PCT / JP2012 / 053924.

APは免疫測定において、多くの場合還元IgGやFab等の形態を含む抗体や抗原となりうるタンパク質を標識する酵素として用いられる。ここで標識する方法としては、グルタルアルデヒド法、過ヨウ素酸法、マレイミド法が好適に使用されるが、抗体の標識には、抗原抗体反応に実質的な影響を与えないIgGのヒンジ部を標識ターゲットとして利用できるマレイミド法が最も好適に使用される。この方法は、まずAPをN−(6−マレイミドカプロイルオキシ)スクシンイミド(以下EMCSとも称する)やN−(4−マレイミドブチリルオキシ)スクシンイミド(以下GMBSとも称する)といったマレイミド基導入試薬で修飾してマレイミド化し、標識対象のSH基とカップリングさせることによりコンジュゲートとする。この際、コンジュゲートとしてのAP活性は、未標識のAPと比べて大幅に低下することが従来指摘されており、その比率は文献により異なるが、50〜60%の活性残存率ともいわれている(非特許文献1)。しかしながら、このような活性の低下が起こる原因およびそれを解消するための手立てについては、これまで報告例がない。   In immunoassays, AP is often used as an enzyme for labeling a protein that can become an antibody or antigen including forms such as reduced IgG and Fab. As the labeling method, the glutaraldehyde method, the periodic acid method, and the maleimide method are preferably used. For the labeling of the antibody, the IgG hinge portion that does not substantially affect the antigen-antibody reaction is labeled. The maleimide method that can be used as a target is most preferably used. In this method, AP is first modified with a maleimide group introduction reagent such as N- (6-maleimidocaproyloxy) succinimide (hereinafter also referred to as EMCS) or N- (4-maleimidobutyryloxy) succinimide (hereinafter also referred to as GMBS). Then, it is converted into maleimide and coupled with the SH group to be labeled to give a conjugate. At this time, it has been pointed out that the AP activity as a conjugate is significantly lower than that of unlabeled AP, and the ratio varies depending on the literature, but is also said to be an activity remaining rate of 50 to 60%. (Non-Patent Document 1). However, there has been no report on the cause of such a decrease in activity and a means for solving it.

特許第4295386号Japanese Patent No. 4295386

「超高感度酵素免疫測定法」(石川榮治著、学会出版センター刊、1993年)"Ultra-sensitive enzyme immunoassay" (Ishikawa Yuji, published by the Academic Publishing Center, 1993)

本発明の目的は、免疫測定に際し、修飾を行った以降も修飾前と同等の活性を有しうるアルカリホスファターゼを提供することである。より具体的には、免疫測定に際し、アルカリホスファターゼコンジュゲートの作製に用いられる各種マレイミド化試薬によりマレイミド基を導入後も活性の低下を生じないアルカリホスファターゼを提供することである。   An object of the present invention is to provide an alkaline phosphatase that can have an activity equivalent to that before modification even after modification in immunoassay. More specifically, it is to provide an alkaline phosphatase that does not cause a decrease in activity even after introduction of a maleimide group with various maleimidating reagents used for preparing an alkaline phosphatase conjugate in immunoassay.

本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、AP活性中心近傍に位置するリジン残基を他のアミノ酸残基に置換することにより、酵素標識のためのマレイミド化処理後も活性が低下しないアルカリホスファターゼを作製することに成功し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies, the present inventors have found that an alkali whose activity does not decrease even after maleimidation treatment for enzyme labeling by substituting a lysine residue located in the vicinity of the AP active center with another amino acid residue. Successful production of phosphatase has led to the completion of the present invention.

すなわち、本発明は以下の構成からなる。
(1)
アルカリホスファターゼの活性中心近傍に位置するリジン残基を、他のアミノ酸残基に置換してなる改変型アルカリホスファターゼ。
(2)
アルカリホスファターゼが細菌由来である、(1)に記載の改変型アルカリホスファターゼ。
(3)
細菌がシェワネラ(Shewanella)属である、(2)に記載の改変型アルカリホスファターゼ。
(4)
アルカリホスファターゼが哺乳類由来である、(1)に記載の改変型アルカリホスファターゼ。
(5)
アルカリホスファターゼがウシ小腸由来である、(1)に記載の改変型アルカリホスファターゼ
(6)
配列番号2に示すアミノ酸配列のうち、161番目リジン及び/又は184番目リジンに相当するアミノ酸が他のアミノ酸に置換されてなる、(1)に記載の改変型アルカリホスファターゼ。
(7)
配列番号2に示すアミノ酸配列のうち、161番目リジン及び/又は184番目リジンに相当するアミノ酸が、セリンもしくはアルギニンに置換されてなる、(1)に記載の改変型アルカリホスファターゼ。
(8)
配列番号2に示すアミノ酸配列のうち、161番目リジン及び/又は184番目リジンに相当するアミノ酸が、セリンに置換されてなる、(1)に記載の改変型アルカリホスファターゼ。
(9)
配列番号11に示すアミノ酸配列のうち、100番目リジンに相当するアミノ酸が他のアミノ酸に置換されてなる、(1)に記載の改変型アルカリホスファターゼ。
(10)
配列番号12に示すアミノ酸配列のうち、81番目リジンに相当するアミノ酸が他のアミノ酸に置換されてなる、(1)に記載の改変型アルカリホスファターゼ。
(11)
配列番号13に示すアミノ酸配列のうち、100番目リジンに相当するアミノ酸が他のアミノ酸に置換されてなる、(1)に記載の改変型アルカリホスファターゼ。
(12)
配列番号14に示すアミノ酸配列のうち、100番目リジン及び/又は127番目リジンに相当するアミノ酸が他のアミノ酸に置換されてなる、(1)に記載の改変型アルカリホスファターゼ。
(13)
配列番号16に示すアミノ酸配列のうち、157番目リジン及び/又は180番目リジンに相当するアミノ酸が他のアミノ酸に置換されてなる、(1)に記載の改変型アルカリホスファターゼ。
(14)
配列番号18に示すアミノ酸配列のうち、157番目リジン及び/又は180番目リジンに相当するアミノ酸が他のアミノ酸に置換されてなる、(1)に記載の改変型アルカリホスファターゼ。
(15)
配列番号10に示すアミノ酸配列のうち、81番目リジン及び/又は87番目リジンに相当するアミノ酸が他のアミノ酸に置換されてなる、(1)に記載の改変型アルカリホスファターゼ。
(16)
(1)〜(15)のいずれかに記載のアルカリホスファターゼを標識してなるコンジュゲート。
(17)
(16)に記載のコンジュゲートを用いる免疫測定方法。
(18)
(16)に記載のコンジュゲートを含む免疫測定試薬。
(19)
以下、(A)〜(D)の工程を含む、改変型アルカリホスファターゼの作製方法。
(A)アルカリホスファターゼの活性中心近傍に位置するリジン残基を特定または推定する工程。
(B)(A)で特定または推定されたリジン残基をコードするアルカリホスファターゼ遺伝子上のコドンを、別のアミノ酸をコードするコドンに置換する工程。
(C)(B)で作製した遺伝子を宿主細胞に形質転換し、該形質転換体を培養して遺伝子を発現させる工程。
(D)(C)における発現産物である改変型アルカリホスファターゼを精製する工程。
(20)
以下、(A)〜(D)の工程を含む、(19)の改変型アルカリホスファターゼの作製方法。
(A)改変しようとするアルカリホスファターゼのアミノ酸配列と配列番号2に示すアミノ酸配列とのアライメントにより、配列番号2に示すアミノ酸配列のうち161番目リジン及び/又は184番目リジンに相当するアミノ酸残基を推定する工程。
(B)(A)で推定されたリジン残基をコードするアルカリホスファターゼ遺伝子上のコドンを、別のアミノ酸をコードするコドンに置換する工程。
(C)(B)で作製した遺伝子を宿主細胞に形質転換し、該形質転換体を培養して遺伝子を発現させる工程。
(D)(C)における発現産物である改変型アルカリホスファターゼを精製する工程。
That is, the present invention has the following configuration.
(1)
A modified alkaline phosphatase obtained by substituting a lysine residue located near the active center of alkaline phosphatase with another amino acid residue.
(2)
The modified alkaline phosphatase according to (1), wherein the alkaline phosphatase is derived from bacteria.
(3)
The modified alkaline phosphatase according to (2), wherein the bacterium is of the genus Shewanella.
(4)
The modified alkaline phosphatase according to (1), wherein the alkaline phosphatase is derived from a mammal.
(5)
The modified alkaline phosphatase according to (1), wherein the alkaline phosphatase is derived from bovine small intestine (6)
The modified alkaline phosphatase according to (1), wherein in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, the amino acid corresponding to the 161st lysine and / or the 184th lysine is substituted with another amino acid.
(7)
The modified alkaline phosphatase according to (1), wherein an amino acid corresponding to the 161st lysine and / or the 184th lysine of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 is substituted with serine or arginine.
(8)
The modified alkaline phosphatase according to (1), wherein the amino acid corresponding to the 161st lysine and / or the 184th lysine in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 is substituted with serine.
(9)
The modified alkaline phosphatase according to (1), wherein the amino acid corresponding to the 100th lysine in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 11 is substituted with another amino acid.
(10)
The modified alkaline phosphatase according to (1), wherein the amino acid corresponding to the 81st lysine in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 12 is substituted with another amino acid.
(11)
The modified alkaline phosphatase according to (1), wherein the amino acid corresponding to the 100th lysine in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 13 is substituted with another amino acid.
(12)
The modified alkaline phosphatase according to (1), wherein an amino acid corresponding to the 100th lysine and / or the 127th lysine is substituted with another amino acid in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 14.
(13)
The modified alkaline phosphatase according to (1), wherein the amino acid corresponding to the 157th lysine and / or the 180th lysine of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 16 is substituted with another amino acid.
(14)
The modified alkaline phosphatase according to (1), wherein the amino acid corresponding to the 157th lysine and / or the 180th lysine of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 18 is substituted with another amino acid.
(15)
The modified alkaline phosphatase according to (1), wherein an amino acid corresponding to the 81st lysine and / or the 87th lysine in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 10 is substituted with another amino acid.
(16)
A conjugate formed by labeling the alkaline phosphatase according to any one of (1) to (15).
(17)
An immunoassay method using the conjugate according to (16).
(18)
An immunoassay reagent comprising the conjugate according to (16).
(19)
Hereinafter, a method for producing a modified alkaline phosphatase, including the steps (A) to (D).
(A) A step of identifying or estimating a lysine residue located near the active center of alkaline phosphatase.
(B) A step of replacing a codon on the alkaline phosphatase gene encoding the lysine residue specified or estimated in (A) with a codon encoding another amino acid.
(C) A step of transforming the gene prepared in (B) into a host cell and culturing the transformant to express the gene.
(D) A step of purifying the modified alkaline phosphatase that is the expression product in (C).
(20)
Hereinafter, the production method of the modified alkaline phosphatase according to (19), including the steps (A) to (D).
(A) An amino acid residue corresponding to the 161st lysine and / or the 184th lysine of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 is obtained by aligning the amino acid sequence of alkaline phosphatase to be modified with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 Estimating process.
(B) A step of replacing the codon on the alkaline phosphatase gene encoding the lysine residue estimated in (A) with a codon encoding another amino acid.
(C) A step of transforming the gene prepared in (B) into a host cell and culturing the transformant to express the gene.
(D) A step of purifying the modified alkaline phosphatase that is the expression product in (C).

本発明により、免疫測定の標識酵素として有用なアルカリホスファターゼ、並びに対象物質を高感度に検出可能なアルカリホスファターゼ標識抗体を提供することができる。   According to the present invention, alkaline phosphatase useful as a labeling enzyme for immunoassay and an alkaline phosphatase-labeled antibody capable of detecting a target substance with high sensitivity can be provided.

T3−3株由来APの野生型および改変型酵素をマレイミド化した際の、マレイミド基導入数と比活性残存率の関係を示す。The relationship between the number of maleimide group introduction | transductions and a specific activity residual rate at the time of maleimidizing the wild type and modified enzyme of AP derived from T3-3 strain is shown. T3−3株由来変異型APおよびウシ小腸由来AP(CIAP)をマレイミド化した際の、マレイミド基導入数と単位タンパク質量あたりの発光基質に対する反応性の関係を示す。The relationship between the number of maleimide group introductions and the reactivity to the luminescent substrate per unit protein amount when T3-3 strain-derived mutant AP and bovine small intestine-derived AP (CIAP) are maleimidized is shown.

(1)
本発明は、活性中心近傍に位置するリジン残基を他のアミノ酸に置換してなるアルカリホスファターゼである。
(1)
The present invention is an alkaline phosphatase obtained by substituting a lysine residue located near the active center with another amino acid.

(1−1)アルカリホスファターゼ
変異を行おうとするアルカリホスファターゼとしては、免疫測定に利用可能な限りにおいては特に限定されない。例えば哺乳類由来、細菌由来のものが挙げられる。
哺乳類由来のものとして、好適な例としてはウシ由来アルカリホスファターゼ、ホッコクアカエビ由来アルカリホスファターゼなどが例示される。ウシ由来の中でも仔牛小腸より単離されるアルカリホスファターゼが好適な例として挙げられる。
細菌由来のものとして、バチルス属細菌由来アルカリホスファターゼ、シェワネラ属細菌由来アルカリホスファターゼなどが例示される。中でもシェワネラ属細菌由来アルカリホスファターゼもより好適な例として挙げられる。シェワネラ属細菌としては、シェワネラ・フォディナエ(例えばNBRC105216株)、シェワネラ・チリケンシス(例えばNBRC105217株)、シェワネラ・バルティカ(例えばOS185株)、シェワネラ・エスピーT3−3株、シェワネラ・エスピーW3−18−1株などが例示できる。これらのうち、NBRC番号が付与されているものについては、独立行政法人製品評価技術基盤機構バイオテクノロジーセンター生物資源課に保管された菌株であり、所定の手続を経ることによってその分譲を受けることができる。
(1-1) Alkaline phosphatase Alkaline phosphatase to be mutated is not particularly limited as long as it can be used for immunoassay. Examples thereof include those derived from mammals and bacteria.
Preferable examples of the mammal-derived one include bovine-derived alkaline phosphatase and pink lobster-derived alkaline phosphatase. Among bovine origin, alkaline phosphatase isolated from calf small intestine is a preferred example.
Examples of those derived from bacteria include alkaline phosphatase derived from Bacillus bacteria, alkaline phosphatase derived from Shewanella bacteria, and the like. Among them, an alkaline phosphatase derived from a genus Shewanella is also a more preferable example. As a bacterium belonging to the genus Shewanella, Shewanella fodinae (for example, NBRC105216 strain), Shewanella chillikensis (for example, NBRC105217 strain), Shewanella baltica (for example, OS185 strain), Shewanella sp. T3-3 strain, Shewanella sp. W3-18-1 strain Etc. can be exemplified. Among these, those with NBRC numbers are strains stored in the Biotechnology Center, Biotechnology Center, National Institute of Technology and Evaluation, and may be sold for sale through a prescribed procedure. it can.

変異を行おうとするAPが由来する他の生物としては、例えば、土壌や河川・湖沼などの水系又は海洋に存在する微生物や各種動植物の表面または内部に常在する微生物等を挙げることができる。低温環境、火山などの高温環境、深海などの無酸素・高圧・無光環境、油田など特殊な環境に生育する微生物を単離源としてもよい。   Examples of other organisms from which APs to be mutated are derived include microorganisms present in water systems such as soil, rivers, and lakes or in the ocean, microorganisms that are resident on the surface or inside various animals and plants, and the like. Microorganisms that grow in a low temperature environment, a high temperature environment such as a volcano, an oxygen-free / high-pressure / no-light environment such as the deep sea, and a special environment such as an oil field may be used as the isolation source.

変異を行おうとするAPには、微生物から直接単離されるAPだけでなく、単離されたAPを蛋白質工学的な方法によりアミノ酸配列等を改変したものや、遺伝子工学的手法により改変したものも含まれる。例えば、前述の、シェワネラ属細菌等から取得した酵素に改変を加えたものに、さらに本発明の変異を加えた酵素であってもよい。   APs to be mutated include not only APs directly isolated from microorganisms, but also those in which the isolated APs have been modified by amino acid sequences or the like by protein engineering methods, or by genetic engineering methods. included. For example, the enzyme obtained by modifying the enzyme obtained from the above-mentioned genus Shewanella or the like and further adding the mutation of the present invention may be used.

本発明が、アルカリホスファターゼの由来生物を限定しない理由としては以下のとおりである。マレイミド化試薬であるEMCSやGMBSは、酵素表面のリジン残基とこれら試薬の活性エステルとがカップリングすることにより酵素表面に導入される。上述の活性低下の原因として、発明者らは活性中心近傍のリジン残基とマレイミド化試薬がカップリングすることにより、導入された側鎖が基質の活性中心への接触を妨げることにより起こるのではと推定した。後述の実施例のとおり、野生型APと比して活性中心近傍のリジン残基を置換した変異型APのほうがマレイミド化後の活性維持率が高いことが示され、これはすなわち発明者らの上記推定が正しいことを強く示唆する結果である。このようなマレイミド化後の活性低下は、活性中心近傍にリジン残基が存在すれば理論上どのAPにも起こりうることであり、このリジン残基を他のアミノ酸残基に置換することによるこうした活性低下の回避も同様にあらゆるAPに対して有効であると考えられる。こうした修飾・標識後のアルカリホスファターゼの活性低下を回避する方策については、これまでその可能性にすら触れられたことがなかった。   The reason why the present invention does not limit the origin of alkaline phosphatase is as follows. EMCS and GMBS, which are maleimidation reagents, are introduced onto the enzyme surface by coupling lysine residues on the enzyme surface with active esters of these reagents. As a cause of the above-described decrease in activity, the inventors do not occur because the lysine residue in the vicinity of the active center couples with the maleimidating reagent, and the introduced side chain prevents the substrate from contacting the active center. Estimated. As shown in the examples described later, it was shown that the mutant AP in which the lysine residue near the active center was substituted has a higher activity retention rate after maleimidation than the wild-type AP. This result strongly suggests that the above estimation is correct. Such a decrease in activity after maleimidation can theoretically occur in any AP if a lysine residue is present in the vicinity of the active center. The avoidance of the decrease in activity is considered to be effective for any AP as well. There has been no mention of the possibility of measures to avoid such a decrease in the activity of alkaline phosphatase after modification and labeling.

(1−2)アルカリホスファターゼの活性中心近傍に位置するリジン残基の特定
アルカリホスファターゼの活性中心近傍に位置するリジン残基の特定は、本書では原則として、3次元立体構造および活性中心が既知のAPの立体構造情報を利用して行う。このようなAPとして、シェワネラ・エスピー・AP1株(Shewanella sp. AP−1)由来AP(ProteinDataBank登録番号:3A52)が例示できる。
(1-2) Identification of lysine residue located near the active center of alkaline phosphatase In principle, the specification of lysine residue located near the active center of alkaline phosphatase is known in this document for the three-dimensional structure and the active center. This is performed using the 3D structure information of the AP. An example of such an AP is a Shewanella sp. AP-1 derived AP (ProteinDataBank registration number: 3A52).

この場合、まず3次元立体構造が既知のAPについて活性中心近傍のアミノ酸残基を特定し、次に3次元立体構造が既知のAPと変異を導入しようとするAPとでアミノ酸配列のアライメントを行うことで、変異を導入しようとするAPの活性中心近傍に位置するアミノ酸残基を推定することができる。これら残基の中でリジンが存在すれば、すなわちそれが活性中心近傍のリジン残基と推定できる。   In this case, first, an amino acid residue in the vicinity of the active center is specified for an AP having a known three-dimensional structure, and then an amino acid sequence is aligned between the AP having the known three-dimensional structure and the AP to introduce a mutation. Thus, an amino acid residue located in the vicinity of the active center of the AP into which a mutation is to be introduced can be estimated. If lysine is present among these residues, that is, it can be assumed that it is a lysine residue near the active center.

一次配列のアライメントは、アミノ酸の同一性を計算するために用いられる各種アルゴリズムが利用可能であり、例えば、市販の又は電気通信回線(インターネット)を通じて利用可能な解析ツールを用いて算出することができる。
本書では、全米バイオテクノロジー情報センター(NCBI)の相同性アルゴリズムBLAST(Basic local alignment search tool)http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/においてデフォルト(初期設定)のパラメーターを用いることにより、アライメントを行う。
The primary sequence alignment can be calculated using various algorithms used to calculate amino acid identity, for example, using a commercially available analysis tool available through a telecommunication line (Internet). .
In this document, the National Biotechnology Information Center (NCBI) homology algorithm BLAST (Basic local alignment search tool) http: // www. ncbi. nlm. nih. Alignment is performed using default (initial setting) parameters in gov / BLAST /.

3次元立体構造から活性中心近傍に位置するアミノ酸を特定する方法は、該APを構成する全原子ならびに基質アナログとしての無機リン酸の座標情報を含むPDBファイルから原子間の距離を計算可能な各種ソフトを利用可能であり、本書では、ファイアラックス社製のMolFeatを用いることとする。活性中心近傍であることの判断は、基質アナログとしての無機リン酸のリン酸基を構成するリン原子から15オングストローム以内にアミノ酸残基の少なくとも一部が位置することを基準になされる。配列番号2に示す、シェワネラ・エスピーT3−3株由来APの184番目リジンがちょうど基質から15オングストロームの距離にあると推定され、実施例に示すように、この残基を置換することで修飾後の活性残存率が向上している。このことから、少なくとも15オングストローム以内の距離にあるリジン残基であれば、他のアミノ酸への置換によりマレイミド化による活性低下を回避する効果が期待できることが理解される。   A method for identifying an amino acid located near the active center from a three-dimensional structure has various methods capable of calculating the distance between atoms from a PDB file including coordinate information of all atoms constituting the AP and inorganic phosphate as a substrate analog. Software can be used, and in this book, MolFeat manufactured by Firelux is used. Judgment that it is in the vicinity of the active center is based on the fact that at least a part of the amino acid residue is located within 15 angstroms from the phosphorus atom constituting the phosphate group of inorganic phosphate as a substrate analog. It is presumed that the 184th lysine of AP derived from Shewanella sp. T3-3 strain shown in SEQ ID NO: 2 is just 15 angstroms away from the substrate, and after modification by substituting this residue as shown in the Examples The activity remaining rate of is improved. From this, it can be understood that lysine residues at a distance of at least 15 angstroms can be expected to have an effect of avoiding a decrease in activity due to maleimidation by substitution with other amino acids.

上記の方法で活性中心近傍に位置するリジン残基が特定できない場合は、変異を行おうとするAPの3次元立体構造情報より特定することが出来る。変異を行おうとするAPの高純度精製品に無機リン酸もしくは基質アナログを加えたものを常法に従って結晶化し、X線結晶構造解析を行うことで3次元立体構造情報が得られ、基質のリン酸基もしくはリン酸基に相当する官能基の座標およびAPを構成する原子の座標から、活性中心近傍のリジン残基を特定できる。また、変異を行おうとするAPのアミノ酸配列から3次元立体構造を各種構造予測ソフトを用いて構造を予測し、この情報から同様に活性中心近傍に位置するリジン残基を推定することが可能である。利用可能な立体構造予測ソフトとしては、例えばDiscovery Studio (accelrys製)、MOE(Chemical ComputinguGroup製)、Desert Scientific Software(Infocom製)、あるいはSwiss Institute of Bioinfomaticsがオンラインで無償公開しているSWISS−MODELなどが例示される。   If the lysine residue located near the active center cannot be identified by the above method, it can be identified from the three-dimensional structure information of the AP to be mutated. Crystallization of a high-purity AP product to be mutated plus inorganic phosphoric acid or a substrate analog according to conventional methods, and X-ray crystal structure analysis yields three-dimensional structure information. The lysine residue in the vicinity of the active center can be identified from the coordinates of the functional group corresponding to the acid group or phosphate group and the coordinates of the atoms constituting the AP. It is also possible to predict the structure of the three-dimensional structure from the amino acid sequence of the AP to be mutated using various structure prediction software, and to estimate the lysine residue located near the active center from this information. is there. Examples of available 3D structure prediction software include Discovery Studio (manufactured by Accelrys), MOE (manufactured by Chemical Computing Group), Desert Scientific Software (manufactured by Infocom SWIFI, etc.), or Swiss Institute SMO Is exemplified.

上記のいずれかの方法で、あるAPの活性中心近傍に位置するリジン残基が特定できた場合、今度はそのAPを基準に、さらに他のAPの活性中心近傍に位置するリジン残基を特定することが出来る。   If any of the above methods can identify a lysine residue located near the active center of an AP, this time, identify a lysine residue located near the active center of another AP. I can do it.

アルカリホスファターゼの配列上に位置する、活性中心近傍に位置すると特定されるリジン残基を以下具体的に例示する。
上述のPCT/JP2012/053924に記載されている、シェワネラ・エスピー・T3−3株由来AP(配列番号2)の場合、161番目および184番目リジンが該当する。これは、後述の実施例5に示すように、3次元立体構造および活性中心が既知のシェワネラ・エスピー・AP1株由来のAPとの構造比較によって特定された。
Specific examples of lysine residues that are located on the alkaline phosphatase sequence and are specified near the active center are shown below.
In the case of the AP derived from Shewanella sp. T3-3 strain (SEQ ID NO: 2) described in PCT / JP2012 / 053924 described above, the 161st and 184th lysines are applicable. As shown in Example 5 to be described later, this was identified by structural comparison with AP derived from the Chewanella sp. AP1 strain having a known three-dimensional structure and active center.

他のシェワネラ属由来もしくはシェワネラ属と近縁の属由来APなどT3−3株と高い同一性を有する配列にあっては、T3−3株由来AP配列との一次配列アライメントの結果、これら161番目および184番目のリジンに相当するリジン残基がこれに該当する。例えば、配列番号16に示すシェワネラ・フォディナエNBRC105216株由来のAPにあっては157番目および180番目リジンが、また配列番号18に示すシェワネラ・チリケンシスNBRC105217株由来のAPも同様に157番目および180番目リジンが、活性中心近傍に位置すると推定される。
また例えば、配列番号11〜14に示す、ウシ小腸由来アルカリホスファターゼの場合、配列番号11のCIAP Iにあっては100番目リジンが、配列番号12に示すCIAP IIにあっては81番目リジンが、配列番号13のCIAP IIIにあっては100番目リジンが、配列番号14のCIAP IVにあっては100番目および127番目リジンが、活性中心近傍に位置すると特定される。
さらに配列番号10に示すヒト由来アルカリホスファターゼにあっては、81番目および87番目リジンが、活性中心近傍に位置すると特定される。
ヒトやウシ小腸由来APのアミノ酸配列と高い同一性を有するAPにあっては、上記ヒトもしくはウシ小腸由来AP配列との一次配列アライメントの結果、上記リジンに相当するリジン残基がこれに該当する。
In the sequence having high identity with the T3-3 strain such as AP derived from other genus Shewanella or closely related to the genus Shewanella, as a result of the primary sequence alignment with the AP sequence derived from the T3-3 strain, these 161st positions This corresponds to the lysine residue corresponding to the 184th lysine. For example, in the AP derived from the Shewanella fodinae NBRC105216 strain shown in SEQ ID NO: 16, the 157th and 180th lysines, and in the same way, the AP derived from the Shewanella chillensis NBRC105217 strain shown in SEQ ID NO: 18 is also used. Is estimated to be located near the active center.
Further, for example, in the case of bovine small intestine-derived alkaline phosphatase shown in SEQ ID NOs: 11 to 14, the 100th lysine in CIAP I of SEQ ID NO: 11 and the 81st lysine in CIAP II shown in SEQ ID NO: 12, In CIAP III of SEQ ID NO: 13, the 100th lysine is specified, and in CIAP IV of SEQ ID NO: 14, the 100th and 127th lysines are located near the active center.
Furthermore, in the human alkaline phosphatase shown in SEQ ID NO: 10, the 81st and 87th lysines are specified to be located in the vicinity of the active center.
In the AP having high identity with the amino acid sequence of human or bovine small intestine-derived AP, as a result of primary sequence alignment with the human or bovine small intestine-derived AP sequence, a lysine residue corresponding to the lysine corresponds to this. .

(1−3)置換アミノ酸
活性中心近傍のリジン残基を置換する他のアミノ酸とは、リジン以外であってアルカリホスファターゼ活性を維持しうるものであれば特に限定しないが、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシンなどの脂肪族アミノ酸、グリシン、セリン、スレオニン、メチオニン、プロリンなどの親水性アミノ酸、グルタミン酸、アスパラギン酸などの酸性アミノ酸、アルギニン、ヒスチジンなどリジン以外の塩基性アミノ酸などが例示される。これらの中で、疎水性が低くかつ側鎖の小さいグリシン、アラニン、セリン、もしくはリジン残基と同じ塩基性アミノ酸であり、特性に大きな影響を及ぼさないと推定されるアルギニンが好適な例として挙げられる。これらの中で、セリンおよびアルギニンがさらに好適な例として挙げられ、この中でセリンが最も好適な例として挙げられる。
(1-3) Substituted amino acids Other amino acids that substitute lysine residues in the vicinity of the active center are not particularly limited as long as they are other than lysine and can maintain alkaline phosphatase activity, but alanine, valine, leucine, Examples include aliphatic amino acids such as isoleucine, hydrophilic amino acids such as glycine, serine, threonine, methionine and proline, acidic amino acids such as glutamic acid and aspartic acid, and basic amino acids other than lysine such as arginine and histidine. Among these, arginine, which is the same basic amino acid as a glycine, alanine, serine, or lysine residue with low hydrophobicity and a small side chain, and which is presumed not to have a large effect on properties, is given as a suitable example. It is done. Among these, serine and arginine are further preferable examples, and serine is the most preferable example among them.

(2)改変型アルカリホスファターゼの作製方法
また本発明の別の態様は、改変型アルカリホスファターゼの作製方法である。その方法は、
(A)アルカリホスファターゼの活性中心近傍に位置するリジン残基を特定する工程、
(B)(A)で特定または推定されたリジン残基をコードするアルカリホスファターゼ遺伝子上のコドンを、別のアミノ酸をコードするコドンに置換する工程、
(C)(B)で作製した遺伝子を宿主細胞に形質転換し、該形質転換体を培養して遺伝子を発現させる工程、
(D)(C)における発現産物である改変型アルカリホスファターゼを精製する工程、
を含むものである。
(2) Method for producing modified alkaline phosphatase Another aspect of the present invention is a method for producing modified alkaline phosphatase. The method is
(A) identifying a lysine residue located near the active center of alkaline phosphatase,
(B) substituting the codon on the alkaline phosphatase gene encoding the lysine residue specified or estimated in (A) with a codon encoding another amino acid,
(C) transforming the gene prepared in (B) into a host cell, culturing the transformant to express the gene,
(D) purifying the modified alkaline phosphatase that is the expression product in (C),
Is included.

(2−1)
アルカリホスファターゼの活性中心近傍に位置するリジン残基を特定する工程は、既に(1−1)で述べた方法で実施することができる。
(2-1)
The step of specifying a lysine residue located in the vicinity of the active center of alkaline phosphatase can be performed by the method already described in (1-1).

(2−2)
特定されたリジン残基をコードするアルカリホスファターゼ遺伝子上のコドンの、別のアミノ酸をコードするコドンへの置換は、アルカリホスファターゼ遺伝子配列上における上述のリジン残基をコードするコドンを別のコドンに置き換えた遺伝子を作製し、これを宿主細胞に形質転換し、該形質転換体を培養して遺伝子を発現させ、発現産物である改変型アルカリホスファターゼを精製することにより実施することが出来る。このような変異型アルカリホスファターゼ遺伝子の作製は、設計した改変型AP遺伝子配列全長を化学合成により行うことも可能であり、また、野生型アルカリホスファターゼ遺伝子を鋳型にミスマッチプライマーを使用してDNAを複製することによっても可能である。
(2-2)
Replacing a codon on the alkaline phosphatase gene encoding the specified lysine residue with a codon encoding another amino acid replaces the codon encoding the above-mentioned lysine residue on the alkaline phosphatase gene sequence with another codon. The gene can be transformed into a host cell, the transformant is cultured to express the gene, and the modified alkaline phosphatase that is the expression product is purified. Such a mutant alkaline phosphatase gene can be produced by chemical synthesis of the designed modified AP gene full-length sequence, and DNA is replicated using a wild-type alkaline phosphatase gene as a template and a mismatch primer. This is also possible.

(2−3)
本発明のAPは、好ましくは、該蛋白質をコードする遺伝子を担持する発現ベクターを含んでなるか、もしくは該遺伝子をゲノムDNA中に挿入してなる形質転換体の培養物から単離精製することにより製造することができる。
(2-3)
The AP of the present invention preferably comprises an expression vector carrying a gene encoding the protein, or is isolated and purified from a transformant culture obtained by inserting the gene into genomic DNA. Can be manufactured.

本発明のAPをコードするDNAを導入する宿主細胞は、後述するように組換え発現系が確立しているものであれば、特に制限されないが、好ましくは大腸菌、枯草菌などのバクテリア、放線菌、麹菌、酵母といった微生物宿主並びに昆虫細胞、動物細胞、高等植物等が挙げられる。   The host cell into which the DNA encoding the AP of the present invention is introduced is not particularly limited as long as a recombinant expression system has been established as will be described later, but preferably bacteria such as Escherichia coli and Bacillus subtilis, actinomycetes And microbial hosts such as gonococci and yeast, insect cells, animal cells, higher plants and the like.

ベクターとしては、大腸菌由来のプラスミドとして、例えばpBR322、pBR325、pUC18、pUC19、pBluescript SK(−)、pBluescript KS(+)など、酵母由来プラスミドとして、例えばpSH19、pSH15など、枯草菌由来プラスミドとして、例えばpUB110、pTP5、pC194などが挙げられる。また、ウイルスとして、λファージなどのバクテリオファージや、SV40、ウシパピローマウイルス(BPV)等のパポバウイルス、モロニーマウス白血病ウイルス(MoMuLV)等のレトロウイルス、アデノウイルス(AdV)、アデノ随伴ウイルス(AAV)、ワクシニヤウイルス、バキュロウイルスなどの動物および昆虫のウイルスが例示される。   Examples of vectors include plasmids derived from E. coli, such as pBR322, pBR325, pUC18, pUC19, pBluescript SK (-), pBluescript KS (+), etc., yeast-derived plasmids such as pSH19, pSH15, etc. pUB110, pTP5, pC194, etc. are mentioned. Moreover, bacteriophage such as λ phage, papovirus such as SV40, bovine papilloma virus (BPV), retrovirus such as Moloney murine leukemia virus (MoMuLV), adenovirus (AdV), adeno-associated virus (AAV), Illustrative are animal and insect viruses such as vaccinia virus, baculovirus.

特に、目的の宿主細胞内で機能的なプロモーターの制御下にAPをコードするDNAが配置されたAP発現ベクターを使用することが好ましく、使用されるベクターとしては、原核および/または真核細胞の各種宿主細胞内で機能して、その下流に配置された遺伝子の転写を制御し得るプロモーター領域(例えば宿主が大腸菌の場合、trpプロモーター、lacプロモーター、lecAプロモーター等、宿主が枯草菌の場合、SPO1プロモーター、SPO2プロモーター、penPプロモーター等、宿主が酵母の場合、PHO5プロモーター、PGKプロモーター、GAPプロモーター、ADHプロモーター等、宿主が哺乳動物細胞の場合、SV40由来初期プロモーター、MoMuLV由来ロングターミナルリピート、アデノウイルス由来初期プロモーター等のウイルスプロモーター)と、該遺伝子の転写終結シグナル、すなわちターミネーター領域を含有し、該プロモーター領域と該ターミネーター領域とが、少なくとも1つの制限酵素認識部位、好ましくは該ベクターをその箇所のみで切断するユニークな制限部位を含む配列を介して連結されたものであれば特に制限はないが、形質転換体選択のための選択マーカー遺伝子(テトラサイクリン、アンピシリン、カナマイシン、ハイグロマイシン、ホスフィノスリシン等の薬剤に対する抵抗性を付与する遺伝子、栄養要求性変異を相補する遺伝子等)をさらに含有していることが好ましい。さらに、挿入されるAPをコードするDNAが開始コドンおよび終止コドンを含まない場合には、開始コドン(ATGまたはGTG)および終止コドン(TAG、TGA、TAA)を、それぞれプロモーター領域の下流およびターミネーター領域の上流に含むベクターが好ましく使用される。
宿主細胞として細菌を用いる場合、一般に発現ベクターは上記のプロモーター領域およびターミネーター領域に加えて、宿主細胞内で自律複製し得る複製可能単位を含む必要がある。また、プロモーター領域は、プロモーターの近傍にオペレーターおよびShine−Dalgarno(SD)配列を包含する。
宿主として酵母,動物細胞または昆虫細胞を用いる場合、発現ベクターは、エンハンサー配列、AP mRNAの5’側および3’側の非翻訳領域、ポリアデニレーション部位等をさらに含むことが好ましい。
In particular, it is preferable to use an AP expression vector in which a DNA encoding AP is placed under the control of a promoter functional in the target host cell. Examples of the vector used include prokaryotic and / or eukaryotic cells. Promoter region that functions in various host cells and can control transcription of a gene located downstream thereof (for example, trp promoter, lac promoter, recA promoter when the host is Escherichia coli, SPO1 when the host is Bacillus subtilis, etc. Promoter, SPO2 promoter, penP promoter, etc. When the host is yeast, PHO5 promoter, PGK promoter, GAP promoter, ADH promoter, etc. When the host is a mammalian cell, SV40-derived early promoter, MoMuLV-derived long terminal repeat, adenovirus A viral promoter such as an early promoter) and a transcription termination signal of the gene, that is, a terminator region, and the promoter region and the terminator region contain at least one restriction enzyme recognition site, preferably the vector only at that site. There is no particular limitation as long as it is ligated via a sequence containing a unique restriction site that cleaves at <RTIgt;, </ RTI> but a selection marker gene for selection of transformants (tetracycline, ampicillin, kanamycin, hygromycin, phosphinothricin) It is preferable to further contain a gene that imparts resistance to a drug such as a gene that complements an auxotrophic mutation. Further, when the DNA encoding the AP to be inserted does not contain a start codon and a stop codon, the start codon (ATG or GTG) and the stop codon (TAG, TGA, TAA) are respectively located downstream of the promoter region and the terminator region. A vector contained upstream of is preferably used.
When a bacterium is used as a host cell, the expression vector generally needs to contain a replicable unit capable of autonomous replication in the host cell in addition to the promoter region and terminator region described above. The promoter region includes an operator and a Shine-Dalgarno (SD) sequence in the vicinity of the promoter.
When yeast, animal cells, or insect cells are used as the host, the expression vector preferably further includes an enhancer sequence, 5 ′ and 3 ′ untranslated regions of AP mRNA, a polyadenylation site, and the like.

作成した組換えベクターを導入する宿主生物としては、組換え発現系が確立している大腸菌、枯草菌などのバクテリア、放線菌、麹菌、酵母といった微生物宿主並びに昆虫細胞、動物細胞、高等植物等を挙げることができるが、中でもタンパク質発現能力に優れている大腸菌を用いるのが好ましい。組換えプラスミドを導入する方法としてはエレクトロポレーションによる導入のほか、塩化カルシウム等薬品処理によりコンピテント化した宿主であればヒートショックによる導入も可能である。宿主ベクターへの目的組換えプラスミドの移入の有無についての選択は、目的とするDNAを保持するベクターの各種薬剤耐性遺伝子に代表されるマーカーとAP活性とを同時に発現する微生物を検索すればよく、例えば薬剤耐性マーカーに基づく選択培地で生育し、かつAPを発現する微生物を選択すればよい。   Host organisms into which the prepared recombinant vector is introduced include bacteria such as Escherichia coli and Bacillus subtilis for which recombinant expression systems have been established, microbial hosts such as actinomycetes, bacilli, and yeast, insect cells, animal cells, higher plants, etc. Among them, it is preferable to use Escherichia coli having excellent protein expression ability. As a method for introducing the recombinant plasmid, in addition to introduction by electroporation, introduction by heat shock is possible if the host is made competent by chemical treatment such as calcium chloride. Selection for the presence or absence of transfer of the target recombinant plasmid into the host vector may be performed by searching for microorganisms that simultaneously express markers represented by various drug resistance genes of the vector holding the target DNA and AP activity, For example, a microorganism that grows in a selective medium based on a drug resistance marker and expresses AP may be selected.

本発明のAPは、上記のようにして調製されるAP発現ベクターを含む形質転換体を培地中で培養し、得られる培養物からAPを回収することによって製造することができる。   The AP of the present invention can be produced by culturing a transformant containing the AP expression vector prepared as described above in a medium, and collecting AP from the resulting culture.

使用される培地は、宿主細胞(形質転換体)の生育に必要な炭素源,無機窒素源もしくは有機窒素源を含んでいることが好ましい。炭素源としては、例えばグルコース,デキストラン,可溶性デンプン,ショ糖などが、無機窒素源もしくは有機窒素源としては、例えばアンモニウム塩類,硝酸塩類,アミノ酸,コーンスチープ・リカー,ペプトン,カゼイン,肉エキス,大豆粕,バレイショ抽出液などが例示される。また所望により他の栄養素〔例えば、無機塩(例えば塩化カルシウム,リン酸二水素ナトリウム,塩化マグネシウム),ビタミン類,抗生物質(例えばテトラサイクリン,ネオマイシン,アンピシリン,カナマイシン等)など〕を含んでいてもよい。   The medium to be used preferably contains a carbon source, an inorganic nitrogen source or an organic nitrogen source necessary for the growth of the host cell (transformant). Examples of the carbon source include glucose, dextran, soluble starch, and sucrose. Examples of the inorganic or organic nitrogen source include ammonium salts, nitrates, amino acids, corn steep liquor, peptone, casein, meat extract, large Examples include soybean cake and potato extract. Further, other nutrients [for example, inorganic salts (for example, calcium chloride, sodium dihydrogen phosphate, magnesium chloride), vitamins, antibiotics (for example, tetracycline, neomycin, ampicillin, kanamycin, etc.)] may be included as desired. .

培養は当分野において知られている方法により行われる。下記に宿主細胞に応じて用いられる具体的な培地および培養条件を例示するが、本発明における培養条件はこれらに何ら限定されるものではない。
宿主が細菌,放線菌,酵母,糸状菌等である場合、例えば上記栄養源を含有する液体培地が適当である。好ましくは、pHが5〜9である培地である。宿主が大腸菌の場合、好ましい培地としてLB培地,M9培地[Miller. J., Exp. Mol. Genet, p.431, Cold Spring Harbor Laboratory, New York (1972)]等が例示される。培養は、必要により通気・攪拌をしながら、通常14〜43℃で約3〜72時間行うことができる。宿主が枯草菌の場合、必要により通気・攪拌をしながら、通常30〜40℃で約16〜96時間行うことができる。宿主が酵母の場合、培地として、例えばBurkholder最少培地[Bostian. K.L. et al,Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 77, 4505 (1980)]が挙げられ、pHは5〜8であることが望ましい。
培養は通常約20〜35℃で約14〜144時間行なわれ、必要により通気や攪拌を行うこともできる。
宿主が動物細胞の場合、培地として、例えば約5〜20%のウシ胎仔血清を含む最少必須培地(MEM)[Science, 122, 501 (1952)]、ダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)[Virology, 8, 396 (1959)]、RPMI1640培地[J. Am. Med. Assoc., 199, 519 (1967)]、199培地[Proc. Soc. Exp. Biol. Med., 73, 1 (1950)] 等を用いることができる。培地のpHは約6〜8であるのが好ましく、培養は通常約30〜40℃で約15〜72時間行なわれ、必要により通気や攪拌を行うこともできる。
宿主が昆虫細胞の場合、培地として、例えばウシ胎仔血清を含むGrace’s培地[Proc. Natl. Acad. Sci. USA,82, 8404 (1985)]等が挙げられ、そのpHは約5〜8であるのが好ましい。培養は通常約20〜40℃で15〜100時間行なわれ、必要により通気や攪拌を行うこともできる。
Culturing is performed by methods known in the art. Specific media and culture conditions used according to the host cells are exemplified below, but the culture conditions in the present invention are not limited to these.
When the host is a bacterium, actinomycetes, yeast, filamentous fungus or the like, for example, a liquid medium containing the above nutrient source is suitable. Preferably, the medium has a pH of 5-9. When the host is Escherichia coli, LB medium and M9 medium [Miller. J. et al. , Exp. Mol. Genet, p. 431, Cold Spring Harbor Laboratory, New York (1972)]. Culturing can be performed usually at 14 to 43 ° C. for about 3 to 72 hours with aeration and stirring as necessary. When the host is Bacillus subtilis, it can be carried out usually at 30 to 40 ° C. for about 16 to 96 hours with aeration and stirring as necessary. When the host is yeast, examples of the medium include Burkholder's minimal medium [Bostian. K. L. et al, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 77, 4505 (1980)], and the pH is preferably 5-8.
The culture is usually carried out at about 20 to 35 ° C. for about 14 to 144 hours, and if necessary, aeration and agitation can be performed.
When the host is an animal cell, the medium is, for example, a minimal essential medium (MEM) containing about 5 to 20% fetal calf serum [Science, 122, 501 (1952)], Dulbecco's modified Eagle medium (DMEM) [Virology, 8 , 396 (1959)], RPMI 1640 medium [J. Am. Med. Assoc. , 199, 519 (1967)], 199 medium [Proc. Soc. Exp. Biol. Med. , 73, 1 (1950)] or the like. The pH of the medium is preferably about 6 to 8, and the culture is usually carried out at about 30 to 40 ° C. for about 15 to 72 hours, and if necessary, aeration and stirring can be performed.
When the host is an insect cell, for example, Grace's medium containing fetal calf serum [Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 82, 8404 (1985)], etc., and the pH is preferably about 5-8. The culture is usually performed at about 20 to 40 ° C. for 15 to 100 hours, and if necessary, aeration and stirring can be performed.

これら培地には、APを安定化させるための金属塩を添加してもよく、そのような金属塩としては、好ましくはマグネシウム塩および/又は亜鉛塩が用いられる。これら金属塩は、培養する細胞に毒性を示さない範囲において設定すればよく、マグネシウム塩であれば終濃度0.001mM〜10mM、亜鉛塩であれば0.001mM〜1mMが好ましい添加量の範囲として例示されるが、この範囲に限定されない。   A metal salt for stabilizing AP may be added to these media, and as such a metal salt, a magnesium salt and / or a zinc salt is preferably used. These metal salts may be set within a range not toxic to the cells to be cultured. The final concentration range is 0.001 mM to 10 mM for a magnesium salt, and 0.001 mM to 1 mM for a zinc salt. Although illustrated, it is not limited to this range.

(2−4)
APの精製は、AP活性の存在する画分に応じて、通常使用される種々の分離技術を適宜組み合わせることにより行うことができる。
培養物の培地中に存在するAPは、培養物を遠心または濾過して培養上清(濾液)を得、該培養上清から、例えば、塩析、溶媒沈澱、透析、限外濾過、ゲル濾過、非変性PAGE、SDS−PAGE、イオン交換クロマトグラフィー、ヒドロキシルアパタイトクロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー、逆相高速液体クロマトグラフィー、等電点電気泳動などの公知の分離方法を適当に選択して行うことにより得ることができる。
(2-4)
The purification of AP can be carried out by appropriately combining various commonly used separation techniques depending on the fraction in which AP activity exists.
The AP present in the culture medium is obtained by centrifuging or filtering the culture to obtain a culture supernatant (filtrate), for example, salting out, solvent precipitation, dialysis, ultrafiltration, gel filtration. By appropriately selecting a known separation method such as non-denaturing PAGE, SDS-PAGE, ion exchange chromatography, hydroxylapatite chromatography, affinity chromatography, reverse phase high performance liquid chromatography, isoelectric focusing, etc. Can be obtained.

一方、細胞質に存在するAPは、培養物を遠心または濾過して細胞を集め、これを適当な緩衝液に懸濁し、例えば超音波処理、リゾチーム処理、凍結融解、浸透圧ショック、および/またはトライトン−X100等の界面活性剤処理などにより、細胞およびオルガネラ膜を破砕(溶解)した後、遠心分離や濾過などによりデブリスを除去して可溶性画分を得、該可溶性画分を、上記と同様の方法で処理することにより単離精製することができる。   On the other hand, AP present in the cytoplasm collects cells by centrifuging or filtering the culture and suspending it in an appropriate buffer, for example, sonication, lysozyme treatment, freeze-thawing, osmotic shock, and / or triton. -After disrupting (dissolving) the cells and the organelle membrane by treatment with a surfactant such as -X100, the debris is removed by centrifugation or filtration to obtain a soluble fraction. It can be isolated and purified by treating with a method.

組換えAPを迅速且つ簡便に取得する手段として、APのコード配列のある部分(好ましくはNまたはC末端)に、金属イオンキレートに吸着し得るアミノ酸配列(例えば、ヒスチジン、アルギニン、リシン等の塩基性アミノ酸からなる配列、好ましくはヒスチジンからなる配列)をコードするDNA配列を、遺伝子操作により付加して宿主細胞で発現させ、該細胞の培養物のAP活性画分から、該金属イオンキレートを固定化した担体とのアフィニティーによりAPを分離回収する方法が好ましく例示される。金属イオンキレートに吸着し得るアミノ酸配列をコードするDNA配列は、例えば、APをコードするDNAをクローニングする過程で、APのC末端アミノ酸配列をコードする塩基配列に該DNA配列を連結したハイブリッドプライマーを用いてPCR増幅を行ったり、あるいは該DNA配列を終止コドンの前に含む発現ベクターにAPをコードするDNAをインフレームで挿入することにより、APコード配列に導入することができる。また、精製に使用される金属イオンキレート吸着体は、遷移金属、例えばコバルト、銅、ニッケル、鉄の二価イオン、あるいは鉄、アルミニウムの三価イオン等、好ましくはコバルトまたはニッケルの二価イオン含有溶液を、リガンド、例えばイミノジ酢酸(IDA)基、ニトリロトリ酢酸(NTA)基、トリス(カルボキシメチル)エチレンジアミン(TED)基等を付着したマトリックスと接触させて該リガンドに結合させることにより調製される。キレート吸着体のマトリックス部は通常の不溶性担体であれば特に限定されない。
あるいは、タグとしてグルタチオン−S−トランスフェラーゼ(GST)、マルトース結合タンパク質(MBP)、HA、FLAGペプチドなどを用いてアフィニティー精製することもできる。
As a means for obtaining recombinant AP quickly and conveniently, an amino acid sequence (for example, a base such as histidine, arginine, lysine, etc.) that can be adsorbed to a metal ion chelate at a certain part (preferably N or C terminal) of the AP coding sequence A DNA sequence encoding an amino acid sequence (preferably a sequence consisting of histidine) is added by genetic manipulation and expressed in a host cell, and the metal ion chelate is immobilized from the AP active fraction of the cell culture. A method of separating and recovering AP by affinity with the carrier thus obtained is preferably exemplified. The DNA sequence encoding the amino acid sequence that can be adsorbed to the metal ion chelate is obtained by, for example, using a hybrid primer in which the DNA sequence is linked to the base sequence encoding the C-terminal amino acid sequence of AP in the process of cloning the DNA encoding AP. The DNA can be introduced into the AP coding sequence by performing PCR amplification or by inserting the DNA encoding AP in frame into an expression vector containing the DNA sequence before the stop codon. The metal ion chelate adsorbent used for purification contains transition metals such as cobalt, copper, nickel, iron divalent ions, or iron, aluminum trivalent ions, etc., preferably cobalt or nickel divalent ions. The solution is prepared by contacting a ligand, such as an iminodiacetic acid (IDA) group, a nitrilotriacetic acid (NTA) group, a tris (carboxymethyl) ethylenediamine (TED) group, etc., in contact with the ligand. The matrix part of the chelate adsorbent is not particularly limited as long as it is a normal insoluble carrier.
Alternatively, affinity purification can be performed using glutathione-S-transferase (GST), maltose binding protein (MBP), HA, FLAG peptide, or the like as a tag.

上記精製工程において、必要に応じて膜濃縮、減圧濃縮、活性化剤および安定化剤添加等の処理を行うこともできる。これら工程に用いる溶媒としては特に限定されないが、pH6〜9程度の範囲において緩衝能を有するK−リン酸緩衝液、トリス−塩酸緩衝液、GOODの緩衝液等に代表される各種緩衝液が好ましい。また、APの安定性を担保するために、これら緩衝液中に金属塩を添加してもよく、そのような金属塩としては、好ましくはマグネシウム塩および/又は亜鉛塩が用いられる。これら金属塩は、APの安定化に奏効する範囲において設定すればよく、マグネシウム塩であれば終濃度0.001mM〜10mM、亜鉛塩であれば0.001mM〜1mMが好ましい添加量の範囲として例示されるが、この範囲に限定されない。   In the purification step, treatment such as membrane concentration, concentration under reduced pressure, addition of an activator and a stabilizer can be performed as necessary. The solvent used in these steps is not particularly limited, but various buffer solutions represented by K-phosphate buffer solution, Tris-HCl buffer solution, GOOD buffer solution and the like having a buffer capacity in the range of about pH 6-9 are preferable. . Moreover, in order to ensure the stability of AP, a metal salt may be added to these buffers, and as such a metal salt, a magnesium salt and / or a zinc salt is preferably used. These metal salts may be set within a range effective for stabilizing AP, and the final concentration is 0.001 mM to 10 mM for magnesium salts, and 0.001 mM to 1 mM for zinc salts. However, it is not limited to this range.

かくして得られるAPが遊離体である場合には、自体公知の方法あるいはそれに準じる方法によって該遊離体を塩に変換することができ、該タンパク質が塩として得られた場合には、自体公知の方法あるいはそれに準じる方法により該塩を遊離体または他の塩に変換することができる。   When the AP thus obtained is a free form, the free form can be converted into a salt by a method known per se or a method analogous thereto, and when the protein is obtained as a salt, a method known per se Alternatively, the salt can be converted into a free form or other salt by a method analogous thereto.

精製酵素は液状で産業利用に供することも可能であるが、粉末化し、あるいはさらに造粒することもできる。液状酵素の粉末化は定法により凍結乾燥することでなされる。また、液状で提供する場合、緩衝剤、金属塩、防腐剤を含むのが好ましく、また必要に応じて凍結防止剤、界面活性剤等を含むのが好ましい。緩衝剤としてはリン酸塩、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン塩酸塩、トリエタノールアミン塩酸塩、GOODの緩衝剤などが好適に選択されるがこれらに限定されない。緩衝剤の濃度は、溶液のpHを一定に保持しうる濃度であればよく特に限定されないが、好ましくは1mM〜500mMの範囲であり、より好ましくは2mM〜200mMの範囲である。また、溶液のpHは、APの活性を安定に維持しうる範囲であることが好ましく、好ましくはpH6〜9の範囲である。また、金属塩としては好ましくはマグネシウム塩および/又は亜鉛塩が用いられ、濃度はAPの安定化に奏効する範囲において設定すればよく、マグネシウム塩であれば終濃度0.001mM〜10mM、亜鉛塩であれば0.001mM〜1mMが好ましい添加量の範囲として例示されるが、この範囲に限定されない。防腐剤としては、アジ化物や抗生物質、プロクリン150、プロクリン300等が挙げられるが、これらに限定されない。また、凍結防止剤としてはグリセリンやジメチルスルフオキシドなど非タンパク質のものが好ましい。さらに界面活性剤を加える場合にあっては、TritonX−100, Tween20,Tween80, エマルゲンA60, エマルゲン430, Brij35等が好ましく選択される。   The purified enzyme is liquid and can be used for industrial use, but can also be pulverized or further granulated. The liquid enzyme is pulverized by lyophilization by a conventional method. Moreover, when providing in liquid form, it is preferable to contain a buffer, a metal salt, and an antiseptic | preservative, and it is preferable to contain an antifreezing agent, surfactant, etc. as needed. As the buffer, phosphate, tris (hydroxymethyl) aminomethane hydrochloride, triethanolamine hydrochloride, GOOD buffer, and the like are preferably selected, but not limited thereto. The concentration of the buffer is not particularly limited as long as the pH of the solution can be kept constant, but is preferably in the range of 1 mM to 500 mM, more preferably in the range of 2 mM to 200 mM. Moreover, it is preferable that the pH of a solution is the range which can maintain the activity of AP stably, Preferably it is the range of pH 6-9. Further, magnesium salt and / or zinc salt is preferably used as the metal salt, and the concentration may be set within a range effective for stabilizing AP, and if magnesium salt, final concentration of 0.001 mM to 10 mM, zinc salt If so, 0.001 mM to 1 mM is exemplified as a preferable range of addition amount, but is not limited to this range. Examples of preservatives include, but are not limited to, azides, antibiotics, proclin 150, proclin 300, and the like. Further, as the antifreezing agent, non-protein agents such as glycerin and dimethylsulfoxide are preferable. Further, when adding a surfactant, Triton X-100, Tween 20, Tween 80, Emulgen A60, Emulgen 430, Brij35, etc. are preferably selected.

(3)改変型アルカリホスファターゼを標識してなるコンジュゲート、および、該コンジュゲートを用いる免疫測定方法、該コンジュゲートを含む免疫測定試薬
また、本発明の別の態様は、上述のアルカリホスファターゼによって標識されてなるコンジュゲートであり、標識の対象となる物質はたとえば核酸プローブ、ビオチンなどの生体物質、ポリペプチド・アビジン・抗体などのタンパク質などが好適に選択される。標識の方法は、マレイミド法が好ましく選択される。ELISAや免疫診断試薬において使用されるAP標識抗体・AP標識抗原の作製方法並びにそれらを用いた免疫測定の方法については「超高感度酵素免疫測定法」(石川榮治著、学会出版センター刊)などに詳しい。
(3) Conjugate formed by labeling modified alkaline phosphatase, immunoassay method using the conjugate, immunoassay reagent containing the conjugate Further, another aspect of the present invention is labeled with the above-mentioned alkaline phosphatase For example, a nucleic acid probe, a biological material such as biotin, a protein such as a polypeptide, avidin, or an antibody is preferably selected as the substance to be labeled. As the labeling method, the maleimide method is preferably selected. For methods for preparing AP-labeled antibodies and AP-labeled antigens used in ELISA and immunodiagnostic reagents, and immunoassay methods using them, “Ultrasensitive Enzyme Immunoassay” (Ishikawa Yuji, published by Academic Publishing Center), etc. Be familiar with.

典型的な免疫測定方法の一例は、まず測定対象となる物質の一次抗体を含む溶液を添加・インキュベートすることにより固相に吸着させる。この固相は反応層として用いる容器であってもよく、また反応層とは別に用意した磁性ビーズ等であってもよい。一次抗体を吸着させた後、溶液を除いて洗浄バッファーで数回リンスして非吸着物質を除く。洗浄バッファーは抗体が安定に存在しうる中性付近のpH領域で緩衝能を有するものを利用可能であり、また洗浄能を高めるために界面活性剤を含んでいてもよい。洗浄後の固相は、さらにウシ血清アルブミンや不活性化型AP等のタンパク質を含んだ液に浸漬され、インキュベートすることによりブロッキングを行う。ブロッキング後の固相は前出の洗浄バッファーで洗浄の後、測定対象となるサンプルに接触させ、一定時間インキュベートすることで、測定対象物を一次抗体に吸着させる。サンプル溶液を完全に除き、前出の洗浄バッファーで洗浄ののち、AP標識二次抗体を含む溶液を添加し一定時間インキュベートすることにより、固相上の一次抗体に捕捉された測定対象物にAP標識二次抗体を吸着させる。溶液を完全に除き、前出の洗浄バッファーで洗浄ののち、APの基質を添加して活性を検出する。APの基質としては、活性の検出方法が比色法であればp−ニトロフェニルリン酸や5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリルリン酸が、蛍光法であれば4−メチルウンベリフェリルリン酸が、発光法であれば1,2−ジオキセタン系もしくはアクリダン系発光基質からなる各種発光基質を利用可能である。これらの中で、本発明のAPは特に発光基質に対する反応性に優れており、これを用いる方法がより好適に選択される。発光基質としては、たとえばAMPPD、CSPD、CDP−star、Lumigen PPD、Lumi−Phos530、APS−5などが挙げられるが、これらに限定されない。あらかじめ測定対象物質の標準液を用いて作成した検量線より、測定対象物質を定量する。   In an example of a typical immunoassay method, first, a solution containing a primary antibody of a substance to be measured is added to and incubated on a solid phase. This solid phase may be a container used as a reaction layer, or may be magnetic beads prepared separately from the reaction layer. After adsorbing the primary antibody, remove the solution and rinse several times with wash buffer to remove non-adsorbed material. As the washing buffer, one having a buffering ability in a neutral pH range where the antibody can stably exist can be used, and a surfactant may be included to enhance the washing ability. The washed solid phase is further immersed in a solution containing a protein such as bovine serum albumin or inactivated AP, and blocked by incubation. The solid phase after blocking is washed with the above-described washing buffer, then brought into contact with the sample to be measured, and incubated for a fixed time, thereby adsorbing the measurement target to the primary antibody. After completely removing the sample solution and washing with the above washing buffer, adding a solution containing an AP-labeled secondary antibody and incubating for a certain period of time, the object to be measured captured by the primary antibody on the solid phase is subjected to AP. A labeled secondary antibody is adsorbed. After completely removing the solution and washing with the above washing buffer, AP substrate is added to detect the activity. As an AP substrate, p-nitrophenyl phosphate or 5-bromo-4-chloro-3-indolyl phosphate is used when the activity detection method is a colorimetric method, and 4-methylumbellite is used when the method is a fluorescence method. If ferryl phosphate is a luminescence method, various luminescent substrates composed of 1,2-dioxetane or acridan luminescent substrates can be used. Among these, the AP of the present invention is particularly excellent in reactivity with a luminescent substrate, and a method using this is more preferably selected. Examples of the luminescent substrate include, but are not limited to, AMPPD, CSPD, CDP-star, Lumigen PPD, Lumi-Phos530, and APS-5. The substance to be measured is quantified from a calibration curve prepared in advance using a standard solution for the substance to be measured.

典型的な免疫測定試薬の構成の一例は、反応層、一次抗体が固定化され、かつウシ血清アルブミンや不活性化型AP等のタンパク質でブロッキングされた固相、測定対象である抗原の標準液、APが標識された二次抗体、反応層中でサンプルや二次抗体を反応させた後に洗浄するための洗浄液、APの基質溶液、使用マニュアルを含む。APの基質としては、活性の検出方法が比色法であればp−ニトロフェニルリン酸や5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリルリン酸が、蛍光法であれば4−メチルウンベリフェリルリン酸が、発光法であれば1,2−ジオキセタン系もしくはアクリダン系発光基質からなる各種発光基質を利用可能である。これらの中で、本発明のAPは特に発光基質に対する反応性に優れており、これを用いる方法がより好適に選択される。発光基質としては、たとえばAMPPD、CSPD、CDP−star、Lumigen PPD、Lumi−Phos530、APS−5などが挙げられるが、これらに限定されない。   An example of the configuration of a typical immunoassay reagent is as follows: a reaction layer, a solid phase on which a primary antibody is immobilized and blocked with a protein such as bovine serum albumin or inactivated AP, and a standard solution of an antigen to be measured , A secondary antibody labeled with AP, a washing solution for washing after reacting a sample or secondary antibody in a reaction layer, a substrate solution of AP, and a use manual. As an AP substrate, p-nitrophenyl phosphate or 5-bromo-4-chloro-3-indolyl phosphate is used when the activity detection method is a colorimetric method, and 4-methylumbellite is used when the method is a fluorescence method. If ferryl phosphate is a luminescence method, various luminescent substrates composed of 1,2-dioxetane or acridan luminescent substrates can be used. Among these, the AP of the present invention is particularly excellent in reactivity with a luminescent substrate, and a method using this is more preferably selected. Examples of the luminescent substrate include, but are not limited to, AMPPD, CSPD, CDP-star, Lumigen PPD, Lumi-Phos530, and APS-5.

活性測定例
本発明に述べるAP活性は、特に断りがない限り以下の方法で測定されたものである。
まず、下記の溶液A・Bを調製する。
A:1M ジエタノールアミン緩衝液(pH9.8)
B:0.67M p−ニトロフェニルリン酸(溶液Aに溶解する)
溶液A 2.9mlと溶液B 0.1mlとをキュベット(光路長=1.0cm)に調製し、37℃で5分間予備加温する。AP溶液0.1mlを添加してゆるやかに混和し、水を対照に37℃に制御された分光光度計で405nmの吸光度変化を3〜5分間記録し、その直線部分から1分間あたりの吸光度変化を求める(ΔODTEST)。盲検は酵素の代わりに酵素を溶解しているバッファーを0.1ml加え、同様に1分間あたりの吸光度変化を求める(ΔODBLANK)。これらの値を用いて、下記の式よりAP活性を求める。

AP活性(U/ml)={(ΔODTEST−ΔODBLANK)×3.1}/{18.2×1.0×0.1}

3.1:AP溶液添加後の反応液量(ml)
18.2:上記測定条件における、p−ニトロフェノールのミリモル分子吸光係数(cm/μmol)
1.0:光路長(cm)
0.1:酵素溶液の添加量(ml)
Activity measurement examples The AP activity described in the present invention is measured by the following method unless otherwise specified.
First, the following solutions A and B are prepared.
A: 1M diethanolamine buffer (pH 9.8)
B: 0.67M p-nitrophenyl phosphate (dissolves in solution A)
Prepare 2.9 ml of solution A and 0.1 ml of solution B in a cuvette (optical path length = 1.0 cm), and preheat at 37 ° C. for 5 minutes. Add 0.1 ml of AP solution and mix gently. Record the change in absorbance at 405 nm for 3 to 5 minutes using a spectrophotometer controlled at 37 ° C. with water as a control, and change the absorbance per minute from the linear portion. (ΔOD TEST ). In the blind test, 0.1 ml of a buffer in which an enzyme is dissolved is added instead of the enzyme, and the change in absorbance per minute is similarly determined (ΔOD BLANK ). Using these values, the AP activity is obtained from the following formula.

AP activity (U / ml) = {(ΔOD TEST− ΔOD BLANK ) × 3.1} / {18.2 × 1.0 × 0.1}

3.1: Amount of reaction solution after addition of AP solution (ml)
18.2: Molar molecular extinction coefficient (cm 2 / μmol) of p-nitrophenol under the above measurement conditions
1.0: Optical path length (cm)
0.1: Amount of enzyme solution added (ml)

タンパク質の定量および比活性の算出例
本発明に述べるタンパク質量は280nmの吸光度を測定することにより測定したものである。すなわち、280nmにおける吸光度が0.1〜1.0の範囲となるように酵素溶液を蒸留水で希釈し、蒸留水を用いてゼロ点補正を行った吸光度計を用いて280nmの吸光度(Abs)を測定する。本発明に述べるタンパク質濃度は、1Abs≒1mg/mlと近似し、吸光度の測定と測定した溶液の希釈倍率とを乗じた値で示したものである。また、本発明に述べる比活性とは、本測定方法によるタンパク質量として1mgあたりのAPの活性(U/mg)であり、この際のAP活性は、上記活性測定例に従って測定することにより得られる値である。
Example of calculation of protein quantification and specific activity The amount of protein described in the present invention is measured by measuring absorbance at 280 nm. In other words, the enzyme solution was diluted with distilled water so that the absorbance at 280 nm was in the range of 0.1 to 1.0, and the absorbance at 280 nm (Abs) was obtained using a zero point correction using distilled water. Measure. The protein concentration described in the present invention approximates 1 Abs≈1 mg / ml, and is expressed by a value obtained by multiplying the absorbance measurement and the measured solution dilution rate. The specific activity described in the present invention is the activity (U / mg) of AP per mg as the amount of protein according to this measurement method, and the AP activity at this time is obtained by measuring according to the above activity measurement example. Value.

マレイミド基定量方法例
本発明におけるマレイミド基の定量方法は、以下に示すものである。
まず、マレイミド化AP 50μlを400μlの0.1M リン酸ナトリウムバッファー(pH6.0)と混合し、さらに50μlの0.5mM 2−MEAを加えて30℃ 20分インキュベートする。盲検として、450μl の0.1Mリン酸ナトリウムバッファー(pH6.0)に50μlの0.5mM 2−MEAを加えて30℃ 20分インキュベートする。さらに5mM 4−PDSを20μl添加し、30℃ 10分インキュベートの後、324nmにおける吸光度を測定する(A324sample)。盲検は、450μlの0.1Mリン酸ナトリウムバッファー(pH6.0)に50μlの0.5mM 2−MEAを加えて同様の操作を行い、324nmにおける吸光度を測定する(A324blank)。これらの値を用いて、下記の式によりマレイミド基濃度を求める。

マレイミド基濃度(mM)= (A324blank−A324sample)×520/(19.8×50)

520:液全量のボリューム(μl)
19.8:ミリモル分子吸光係数
50:サンプルのボリューム(μl)
なお、AP1分子あたりのマレイミド基数は、測定に使用したAP溶液について上述の方法でタンパク質濃度を測定し、APの分子量100000からAPのミリモル濃度を算出し、マレイミド基濃度をAPのミリモル濃度で割ることにより決定できる。
Example of maleimide group quantification method The method of quantifying maleimide groups in the present invention is as follows.
First, 50 μl of maleimidated AP is mixed with 400 μl of 0.1 M sodium phosphate buffer (pH 6.0), and 50 μl of 0.5 mM 2-MEA is added and incubated at 30 ° C. for 20 minutes. As a blind test, add 50 μl of 0.5 mM 2-MEA to 450 μl of 0.1 M sodium phosphate buffer (pH 6.0) and incubate at 30 ° C. for 20 minutes. Further, 20 μl of 5 mM 4-PDS is added, and after incubation at 30 ° C. for 10 minutes, the absorbance at 324 nm is measured (A324 sample ). In the blind test, 50 μl of 0.5 mM 2-MEA is added to 450 μl of 0.1 M sodium phosphate buffer (pH 6.0), and the same operation is performed to measure the absorbance at 324 nm (A324 blank ). Using these values, the maleimide group concentration is determined by the following formula.

Maleimide group concentration (mM) = (A324 blank −A324 sample ) × 520 / (19.8 × 50)

520: Volume of total liquid (μl)
19.8: millimolar molecular extinction coefficient 50: sample volume (μl)
The number of maleimide groups per AP molecule is determined by measuring the protein concentration of the AP solution used for the measurement by the method described above, calculating the AP mmol concentration from the molecular weight of AP of 100,000, and dividing the maleimide group concentration by the AP mmol concentration. Can be determined.

以下、本発明を具体的に実施例として示すが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is shown as an Example concretely, this invention is not limited to a following example.

[AP産生菌株の取得]
福井県敦賀市の敦賀湾沿岸より採取した海中土砂サンプルを、50μg/ml 5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリルリン酸(BCIP)を含むLB寒天培地(pH7.5)に塗布し、25℃で培養した。培地上に形成されたコロニーのうち、BCIPのリン酸エステルが加水分解されたことによる青色を呈しているコロニーを純化した。この菌株を、日本薬局方「遺伝子解析による微生物の迅速同定法」に記載される10F/800Rの各プライマーを用いてコロニーダイレクトPCRにより16S rRNAの配列を構成するDNA領域の一部を増幅した。この配列をNCBI−BLASTで検索したところ、シェワネラ属に属する細菌と推定されたため、この菌株をShewanella sp. T3−3株と名づけた。
[Acquisition of AP-producing strain]
An underwater sediment sample collected from the coast of Tsuruga Bay in Tsuruga City, Fukui Prefecture was applied to an LB agar medium (pH 7.5) containing 50 μg / ml 5-bromo-4-chloro-3-indolyl phosphate (BCIP), Cultured at 25 ° C. Among colonies formed on the culture medium, colonies showing a blue color due to hydrolysis of the phosphate ester of BCIP were purified. A part of the DNA region constituting the 16S rRNA sequence was amplified from this strain by colony direct PCR using 10F / 800R primers described in the Japanese Pharmacopoeia “Method for Rapid Identification of Microorganisms by Genetic Analysis”. When this sequence was searched with NCBI-BLAST, it was presumed to be a bacterium belonging to the genus Shewanella, so this strain was identified as Shewanella sp. It was named T3-3 strain.

[野生型AP遺伝子のクローニング]
Shewanella sp. T3−3株を試験管中の5ml LB培地に植菌し、30℃で24時間振とう培養した。培養液を1.5ml容エッペンドルフチューブに入れ、冷却遠心機で12000rpm 5分遠心し、上清を吸引除去することにより、菌体を得た。この菌体より、ゲノムDNA抽出キット(TOYOBO製、NPK−1)を用いて、該キットに添付のマニュアルに従ってゲノムDNAを取得した。このゲノムDNAを制限酵素BamHIもしくはBglIIで消化させ、DNA精製キット(TOYOBO製、NPK−6)を用いて精製し、制限酵素を除いた。このDNA断片を、BamHIで消化し精製したpBR322と混合し、混合液と等量のライゲーション液(TOYOBO製、LigationHigh)を加えて16℃で一晩インキュベートした。このライゲーション溶液を大腸菌JM109株コンピテントセル(TOYOBO製、コンピテントハイJM109)に添加し、ヒートショックによりプラスミドを形質転換することで、T3−3株のゲノムDNAライブラリーを作製した。50μg/mlのBCIPおよび100μg/mlのアンピシリンを含むLB寒天培地にこのライブラリーを植菌して30℃で培養し、形質転換コロニーを形成させた。形成されたコロニーをうち青色を呈したものを爪楊枝でつき、試験管中の5mlLB培地(100μg/mlのアンピシリンを含む)に植菌し、30℃で16時間振とう培養した。この培養液より、プラスミド抽出キット(TOYOBO製、NPK−3)を用いてT3−3株由来AP遺伝子を含むプラスミド(pBRT3−3LPP)を抽出、精製した。得られたプラスミドは、約6kbのインサートを有しており、この配列をシーケンス解析することにより、AP遺伝子全長およびその隣接領域の配列を決定した。決定されたAP遺伝子の塩基配列を配列番号1に、またこの塩基配列から推定されるアミノ酸配列を配列番号2に示す。
[Cloning of wild-type AP gene]
Shewanella sp. The T3-3 strain was inoculated into 5 ml LB medium in a test tube and cultured with shaking at 30 ° C. for 24 hours. The culture solution was placed in a 1.5 ml Eppendorf tube, centrifuged at 12000 rpm for 5 minutes with a cooling centrifuge, and the supernatant was removed by suction to obtain bacterial cells. From this bacterial cell, genomic DNA was obtained using a genomic DNA extraction kit (manufactured by TOYOBO, NPK-1) according to the manual attached to the kit. This genomic DNA was digested with restriction enzymes BamHI or BglII and purified using a DNA purification kit (manufactured by TOYOBO, NPK-6) to remove the restriction enzymes. This DNA fragment was mixed with pBR322 that had been digested with BamHI and purified, and an equal amount of ligation solution (Ligation High, manufactured by TOYOBO) was added to the mixture and incubated at 16 ° C. overnight. This ligation solution was added to Escherichia coli JM109 strain competent cells (manufactured by TOYOBO, competent high JM109), and the plasmid was transformed by heat shock to prepare a genomic DNA library of the T3-3 strain. This library was inoculated into an LB agar medium containing 50 μg / ml BCIP and 100 μg / ml ampicillin and cultured at 30 ° C. to form transformed colonies. Of the formed colonies, the blue colony was attached with a toothpick, inoculated into 5 ml LB medium (containing 100 μg / ml ampicillin) in a test tube, and cultured with shaking at 30 ° C. for 16 hours. From this culture solution, a plasmid (pBRT3-3LPP) containing the AP gene derived from the T3-3 strain was extracted and purified using a plasmid extraction kit (manufactured by TOYOBO, NPK-3). The obtained plasmid had an insert of about 6 kb, and by sequencing this sequence, the sequence of the full length AP gene and its adjacent region was determined. The determined base sequence of the AP gene is shown in SEQ ID NO: 1, and the amino acid sequence deduced from this base sequence is shown in SEQ ID NO: 2.

[大腸菌宿主での野生型APの発現]
AP遺伝子全長並びにT3−3株AP遺伝子のプロモーター領域を含む配列をカバーし、かつそれぞれの5‘末端部にBamHIサイトを有するようにプライマーを作製し(配列番号3、4)、このプライマーを用いてプラスミド(pBRT3−3LPP)を鋳型にPCRを行った。増幅されたDNA断片は、1%アガロースを含むTAEゲルにアプライし電気泳動を行い、UVを照射しながら増幅断片のバンドを切り出し、DNA精製キット(NPK−6)を用いてゲルからのDNAの抽出・精製を行った。このゲノムDNA断片を制限酵素BamHIで消化し、同制限酵素処理したpBluescprSK(−)にライゲーションすることで発現プラスミド(pBST3−3LPP)を作製した。ライゲーション後のプラスミドを大腸菌C600株にエレクトロポレーションにより導入し、100μg/mlのアンピシリンを含むLB寒天培地に塗布、30℃で一晩培養することにより、形質転換コロニーを形成させた。この形質転換コロニーを500ml容坂口フラスコ中の60ml LB培地(100μg/mlのアンピシリンを含む)に一白金耳植菌し、30℃ 180rpmで一晩振とう培養した。この培養液全量を10L容ジャーファーメンター中の6L生産培地(1.2%ペプトン、2.4%酵母エキス、0.1% NaCl、0.1mM硫酸亜鉛、100μg/mlのアンピシリン、pH7.0)に全量投入し、通気量2L/分、攪拌380rpm、温度30℃で48時間攪拌通気培養した。これにより、800U/mlのAPを産生させた。
[Expression of wild-type AP in E. coli host]
Primers were prepared so as to cover the entire length of the AP gene and the sequence including the promoter region of the T3-3 strain AP gene and to have a BamHI site at each 5 ′ end (SEQ ID NOs: 3 and 4). PCR was performed using the plasmid (pBRT3-3LPP) as a template. The amplified DNA fragment is applied to a TAE gel containing 1% agarose and subjected to electrophoresis, and the band of the amplified fragment is excised while irradiating with UV, and the DNA fragment from the gel is extracted using a DNA purification kit (NPK-6). Extraction and purification were performed. This genomic DNA fragment was digested with the restriction enzyme BamHI and ligated to pBluescprSK (−) treated with the restriction enzyme to prepare an expression plasmid (pBST3-3LPP). The ligated plasmid was introduced into E. coli strain C600 by electroporation, applied to an LB agar medium containing 100 μg / ml ampicillin, and cultured at 30 ° C. overnight to form transformed colonies. This transformed colony was inoculated with one platinum ear in 60 ml LB medium (containing 100 μg / ml ampicillin) in a 500 ml Sakaguchi flask, and cultured with shaking at 30 ° C. and 180 rpm overnight. The total amount of this culture solution was added to a 6 L production medium (1.2% peptone, 2.4% yeast extract, 0.1% NaCl, 0.1 mM zinc sulfate, 100 μg / ml ampicillin, pH 7.0 in a 10 L jar fermenter. ), And aerated with aeration at an aeration rate of 2 L / min, agitation of 380 rpm, and a temperature of 30 ° C. for 48 hours. This produced 800 U / ml AP.

[大腸菌組換え野生型APの精製]
実施例3で得られた培養液を500ml容遠心管に分注し、高速冷却遠心装置で8000rpm 30分遠心し、上清をデカントで除去することにより菌体を得た。菌体を1.5Lの20mMトリス塩酸バッファー(pH7.5)に懸濁し、フレンチプレス破砕機により圧力80MPaで破砕した。破砕液に5%(w/v)ポリエチレンイミンを対液3%添加し、生成した固形分を高速冷却遠心装置で8000rpm 30分遠心により沈降させ除いた。この液に0.15飽和の硫酸アンモニウムを溶解させ、生じた固形分を高速冷却遠心装置で8000rpm 30分遠心することにより除いた。さらに、終濃度0.55飽和となるように硫酸アンモニウムを追加して溶解させ、高速冷却遠心装置で8000rpm 30分遠心し、デカントにより上清を除いてAPを含む沈殿を得た。この沈殿を90mlの20mMトリス塩酸バッファー(pH7.5、かつ1mMの塩化マグネシウムを含む)を加えて溶解させた。この溶液を20mMトリス塩酸バッファー(pH7.5、かつ1mMの塩化マグネシウムを含む)で緩衝化したG−25セファロースゲル(GEヘルスケア製)を用いて脱塩した。この液を、20mMトリス塩酸バッファー(pH7.5、かつ1mMの塩化マグネシウムを含む)で緩衝化したDEAEセファロースゲル(GEヘルスケア製)に吸着させ、同バッファーでNaCl濃度を0.5Mまで上昇させることによりグラジエント溶出を行った。AP活性を有する画分を集め、0.05飽和となるよう硫酸アンモニウムを溶解した。この溶液を20mMトリス塩酸バッファー(pH7.5、かつ0.05飽和の硫酸アンモニウムおよび1mMの塩化マグネシウムを含む)で緩衝化したOctylセファロースゲル(GEヘルスケア製)にアプライ、同バッファーを通液しつづけて非吸着画分を回収した。この溶液に終濃度0.2飽和となるように硫酸アンモニウムを追加溶解させ、20mMトリス塩酸バッファー(pH7.5、かつ0.2飽和の硫酸アンモニウムおよび1mMの塩化マグネシウムを含む)で緩衝化したPhenylセファロースゲル(GEヘルスケア製)にアプライし、同バッファーで硫酸アンモニウム濃度を0まで下げることによりグラジエント溶出した。APを含む画分をあつめ、20mMトリエタノールアミン(pH7.5、かつ1mMの塩化マグネシウムおよび0.1mMの硫酸亜鉛を含む)で緩衝化したG−25セファロースゲルで脱塩し、精製T3−3株由来組換えAPとした。このAP溶液について比活性を測定したところ、6090U/mgであった。
[Purification of E. coli recombinant wild-type AP]
The culture solution obtained in Example 3 was dispensed into a 500 ml centrifuge tube, centrifuged at 8000 rpm for 30 minutes with a high-speed cooling centrifuge, and the supernatant was removed by decantation to obtain bacterial cells. The cells were suspended in 1.5 L of 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5) and crushed with a French press crusher at a pressure of 80 MPa. To the crushed liquid, 5% (w / v) polyethyleneimine was added to 3% of the liquid, and the resulting solid content was removed by centrifugation at 8000 rpm for 30 minutes in a high-speed cooling centrifuge. 0.15 saturated ammonium sulfate was dissolved in this solution, and the resulting solid content was removed by centrifuging at 8000 rpm for 30 minutes with a high-speed cooling centrifuge. Furthermore, ammonium sulfate was added and dissolved so that the final concentration became 0.55 saturation, and centrifuged at 8000 rpm for 30 minutes with a high-speed cooling centrifuge, and the supernatant was removed by decantation to obtain a precipitate containing AP. This precipitate was dissolved by adding 90 ml of 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5, containing 1 mM magnesium chloride). This solution was desalted using G-25 Sepharose gel (manufactured by GE Healthcare) buffered with 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5 and containing 1 mM magnesium chloride). This solution is adsorbed on DEAE Sepharose gel (manufactured by GE Healthcare) buffered with 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5 and containing 1 mM magnesium chloride), and the NaCl concentration is increased to 0.5 M with the same buffer. Gradient elution was performed. Fractions having AP activity were collected, and ammonium sulfate was dissolved so as to be 0.05 saturated. This solution was applied to Octyl Sepharose gel (manufactured by GE Healthcare) buffered with 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5, containing 0.05 saturated ammonium sulfate and 1 mM magnesium chloride), and the same buffer was continuously passed through. The non-adsorbed fraction was collected. Phenyl Sepharose gel in which ammonium sulfate was further dissolved in this solution to a final concentration of 0.2 and buffered with 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5, containing 0.2 saturated ammonium sulfate and 1 mM magnesium chloride). (GE Healthcare) was applied, and gradient elution was performed by lowering the ammonium sulfate concentration to 0 with the same buffer. Fractions containing AP were pooled and desalted on G-25 Sepharose gel buffered with 20 mM triethanolamine (pH 7.5, containing 1 mM magnesium chloride and 0.1 mM zinc sulfate) and purified T3-3. Strain-derived recombinant AP. The specific activity of this AP solution was measured and found to be 6090 U / mg.

[T3−3株由来APの活性中心近傍に位置するリジン残基の推定]
シェワネラ・エスピー・AP1株(Shewanella sp. AP−1)由来APの立体構造情報(Protein Data Bank登録番号:3A52)の活性中心に位置する硫酸(基質であるリン酸エステルのアナログとして使用)から15オングストローム以内に存在するアミノ酸残基を、MolFeat v.3.6(フィアラックス社製)を用いて検索した。続いて、T3−3株由来APの配列である配列番号2に示すアミノ酸配列について、配列番号9に示すシェワネラ・エスピー・AP1株(Shewanella sp. AP−1)由来APアミノ酸配列との一次配列アライメントにより、AP1株由来APの活性中心近傍に位置するアミノ酸残基に相当するT3−3株由来AP配列上の残基を決めた。これら挙げられた推定残基のうち、リジン残基が置換によりAPの改変に効果がある残基である。すなわち、配列番号2の中では161番目および184番目リジンが、活性中心近傍に位置するリジン残基と推定された。
[Estimation of lysine residues located near the active center of AP derived from T3-3 strain]
From sulfuric acid (used as an analog of phosphate ester as a substrate) located at the active center of the three-dimensional structure information (Protein Data Bank accession number: 3A52) of AP derived from Shewanella sp. AP-1 Amino acid residues present within angstroms are identified by MolFeat v. The search was performed using 3.6 (Fiarax). Subsequently, for the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 which is the sequence of AP derived from the T3-3 strain, primary sequence alignment with the AP amino acid sequence derived from Shewanella sp. AP-1 shown in SEQ ID NO: 9 Thus, residues on the T3-3 strain-derived AP sequence corresponding to the amino acid residues located in the vicinity of the active center of AP1-derived AP were determined. Among these deduced residues, lysine residues are residues that are effective for AP modification by substitution. That is, in SEQ ID NO: 2, the 161st and 184th lysines were presumed to be lysine residues located near the active center.

[活性中心近傍に位置すると推定されるリジン残基を置換した改変型アルカリホスファターゼの作製]
まず、184番目リジンをセリンに置換するために、pBST3−3LPPを鋳型に配列番号5、6に示すミスマッチプライマーおよびPCRキット(東洋紡製KOD plus)を用いて複製反応を行った。反応液組成および反応条件はキットに添付されているマニュアルに記載の通常のPCRの推奨条件に従った。複製産物を含む反応液50μLに制限酵素DpnIを2μL加えて37℃2時間処理することにより、鋳型のpBST3−3LPPを消化し、消化産物を大腸菌JM109株(TOYOBO製コンピテントハイJM109)にヒートショックにより形質転換を行い、SOC培地を加えて37℃1時間振とうした後100μg/mlのアンピシリンを含むLB寒天培地に塗布、30℃で一晩培養することにより、形質転換コロニーを形成させた。形質転換コロニーを爪楊枝でついて100μg/mlのアンピシリンを含む5mlのLB培地に植菌、30℃一晩振とう培養した。この培養液より、プラスミド抽出キット(TOYOBO製、NPK−3)を用いてプラスミドを抽出、精製した。プラスミド中のAP遺伝子のシーケンスを解析した結果、184番目リジンをコードするコドンAAGがセリンをコードするTCGに変換(すなわち、配列番号1に示す塩基配列のうち550番目のAがTに、551番目のAがCにそれぞれ変換)されていることを確認し、このプラスミドをpBST3−3LPP184Sと名づけた。さらに161番目のリジンをセリンに置換するために、pBSpBST3−3LPP184Sを鋳型に配列番号7,8に示すミスマッチプライマーおよびPCRキット(東洋紡製KOD plus)を用いて複製反応を行った。反応液組成および反応条件はキットに添付されているマニュアルに記載の通常のPCRの推奨条件に従った。複製産物を含む反応液50μLに制限酵素DpnIを2μL加えて37℃2時間処理することにより、鋳型のpBST3−3LPPを消化し、消化産物を大腸菌JM109株(TOYOBO製コンピテントハイJM109)にヒートショックにより形質転換を行い、SOC培地を加えて37℃1時間振とうした後100μg/mlのアンピシリンを含むLB寒天培地に塗布、30℃で一晩培養することにより、形質転換コロニーを形成させた。形質転換コロニーを爪楊枝でついて100μg/mlのアンピシリンを含む5mlのLB培地に植菌、30℃一晩振とう培養した。この培養液より、プラスミド抽出キット(TOYOBO製、NPK−3)を用いてプラスミドを抽出、精製した。プラスミド中のAP遺伝子のシーケンスを解析した結果、161番目リジンをコードするコドンAAAがセリンをコードするTCGに変換(すなわち、配列番号1に示す塩基配列のうち481番目のAがTに、482番目のAがCに、483番目のAがGにそれぞれ変換)されていることを確認し、このプラスミドをpBST3−3LPP161S184Sと名づけた。これらプラスミドを用いて、実施例3および4に記載された方法に従って形質転換株の作製・培養およびAPの精製を行って改変APであるK184S単変異およびK161S+K184S二重変異酵素を作製した。
[Production of modified alkaline phosphatase substituted with a lysine residue presumed to be located near the active center]
First, in order to substitute the 184th lysine with serine, a replication reaction was performed using pBST3-3LPP as a template and a mismatch primer shown in SEQ ID NOs: 5 and 6 and a PCR kit (KOD plus manufactured by Toyobo). The reaction solution composition and reaction conditions followed the recommended conditions for normal PCR described in the manual attached to the kit. 2 μL of the restriction enzyme DpnI is added to 50 μL of the reaction solution containing the replication product and treated at 37 ° C. for 2 hours to digest the template pBST3-3LPP, and the digested product is heat shocked to E. coli strain JM109 (competent high JM109 manufactured by TOYOBO). Then, an SOC medium was added, shaken at 37 ° C. for 1 hour, applied to an LB agar medium containing 100 μg / ml ampicillin, and cultured at 30 ° C. overnight to form transformed colonies. The transformed colony was inoculated with a toothpick, inoculated into 5 ml of LB medium containing 100 μg / ml ampicillin, and cultured with shaking at 30 ° C. overnight. From this culture solution, a plasmid was extracted and purified using a plasmid extraction kit (manufactured by TOYOBO, NPK-3). As a result of analyzing the sequence of the AP gene in the plasmid, the codon AAG encoding the 184th lysine was converted to TCG encoding serine (that is, the 550th A in the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 was changed to T, the 551st A was converted to C, and this plasmid was named pBST3-3LPP184S. Furthermore, in order to replace the 161st lysine with serine, a replication reaction was performed using pBSpBST3-3LPP184S as a template and a mismatch primer shown in SEQ ID NOs: 7 and 8 and a PCR kit (KOD plus manufactured by Toyobo). The reaction solution composition and reaction conditions followed the recommended conditions for normal PCR described in the manual attached to the kit. 2 μL of the restriction enzyme DpnI is added to 50 μL of the reaction solution containing the replication product and treated at 37 ° C. for 2 hours to digest the template pBST3-3LPP, and the digested product is heat shocked to E. coli strain JM109 (competent high JM109 manufactured by TOYOBO). Then, an SOC medium was added, shaken at 37 ° C. for 1 hour, applied to an LB agar medium containing 100 μg / ml ampicillin, and cultured at 30 ° C. overnight to form transformed colonies. The transformed colony was inoculated with a toothpick, inoculated into 5 ml of LB medium containing 100 μg / ml ampicillin, and cultured with shaking at 30 ° C. overnight. From this culture solution, a plasmid was extracted and purified using a plasmid extraction kit (manufactured by TOYOBO, NPK-3). As a result of analyzing the sequence of the AP gene in the plasmid, the codon AAA encoding the 161st lysine was converted to TCG encoding serine (that is, the 481st A in the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 was changed to T, the 482nd A was converted to C, and the 483rd A was converted to G), and this plasmid was named pBST3-3LPP161S184S. Using these plasmids, transformants were prepared and cultured according to the methods described in Examples 3 and 4, and AP was purified to produce K184S single mutation and K161S + K184S double mutant enzymes as modified APs.

[野生型および改変型APのマレイミド化後の残存活性比較]
実施例4および実施例6で作製した野生型および変異型APについて、それぞれ以下の要領でマレイミド化を行った。まず、各AP 2mgを含む500μLの溶液をセロファンチューブに入れ、透析バッファー(50mMホウ酸ナトリウム、1mM塩化マグネシウム、0.1mM塩化亜鉛、pH=7.6)を含むジョッキに入れ、バッファーを数回置換しながら一晩透析した。透析液に10μLのEMCS溶液を加え、30℃で30分インキュベートした。なお、この際、AP分子のマレイミド基導入効率を変化させるためにEMCS濃度を0.2〜1.0mMの範囲で変化させた。この溶液を脱塩用スピンカラムを用いてバッファーを0.1Mトリス塩酸塩、1mM塩化マグネシウム、0.1mM塩化亜鉛、pH=7.6に置換してマレイミド化AP溶液とした。このマレイミド化APについて比活性およびマレイミド基導入数を測定した。結果を図1に示す。野生型APではマレイミド化によって比活性が低下し、K184S単変異酵素ではマレイミド化後のAPの比活性残存率が野生型よりも高く、さらにK161S+K184S二重変異酵素ではマレイミド化後もほぼ完全に元の比活性を保っていることが示された。すなわち、活性中心近傍のリジン残基を置換することにより、マレイミド基導入後の活性低下が抑制されることが示された。
[Comparison of residual activity of wild-type and modified AP after maleimidation]
The wild-type and mutant AP prepared in Example 4 and Example 6 were respectively maleimidated in the following manner. First, 500 μL of a solution containing 2 mg of each AP is put into a cellophane tube, put into a mug containing dialysis buffer (50 mM sodium borate, 1 mM magnesium chloride, 0.1 mM zinc chloride, pH = 7.6), and the buffer is several times. Dialyzed overnight with replacement. 10 μL of EMCS solution was added to the dialysate and incubated at 30 ° C. for 30 minutes. At this time, the EMCS concentration was changed in the range of 0.2 to 1.0 mM in order to change the maleimide group introduction efficiency of the AP molecule. This solution was replaced with 0.1 M Tris hydrochloride, 1 mM magnesium chloride, 0.1 mM zinc chloride, pH = 7.6 using a desalting spin column to obtain a maleimidated AP solution. Specific activity and the number of maleimide groups introduced were measured for this maleimidated AP. The results are shown in FIG. In the wild type AP, the specific activity is reduced by maleimidation, in the K184S single mutant enzyme, the specific activity remaining rate of the AP after maleimidation is higher than in the wild type, and in the K161S + K184S double mutant enzyme, it is almost completely after the maleimidation. It was shown that the specific activity of was maintained. That is, it was shown that the decrease in activity after maleimide group introduction was suppressed by substituting a lysine residue near the active center.

[改変型APと市販のウシ小腸由来APとのマレイミド化後の反応性比較]
実施例6で作製したK161S+K184S二重変異酵素およびウシ小腸由来AP(Native酵素、比活性6000U/mg)について、それぞれ実施例7の要領に従ってマレイミド化を行った。但し、マレイミド化反応中のEMCS濃度を0.25〜1mMの範囲で変化させた。マレイミド化前およびマレイミド化後のAPについてそれぞれ濃度10μg/mlとなるよう希釈バッファー(30mMトリエタノールアミン塩酸塩、1mM塩化マグネシウム、0.1mM塩化亜鉛、pH=7.6)を用いて希釈し、あらかじめBSAでコーティングした96ウエルELISAプレート(nunc製96F MAXISORP BLACK MICROWELL SH)に10μLずつを注入し、37℃で予備加温した発光基質溶液(Lumigen製Lumi−phos530)50μLを添加して発光量をルミノメーター(PerkinElmer製Wallac 1420 ARVO MX)を用いて測定した。各APのマレイミド基導入数と相対発光強度(ウシ小腸由来APの非マレイミド化酵素を用いた際の発光強度を100とした相対値)のプロットを図2に示す。現在標識用酵素として広く用いられているウシ小腸由来APではマレイミド基の導入数上昇に従って単位タンパク質あたりの発光量が減少しているのに対し、K161S+K184S二重変異酵素ではマレイミド基の導入数にかかわらず一定の発光量を示した。
[Comparison of reactivity of modified AP with commercially available bovine small intestine-derived AP after maleimidation]
Maleimidation was performed for the K161S + K184S double mutant enzyme and bovine small intestine-derived AP (Native enzyme, specific activity 6000 U / mg) prepared in Example 6 according to the procedure of Example 7. However, the EMCS concentration during the maleimidation reaction was changed in the range of 0.25 to 1 mM. Dilute with dilution buffer (30 mM triethanolamine hydrochloride, 1 mM magnesium chloride, 0.1 mM zinc chloride, pH = 7.6) to a concentration of 10 μg / ml before and after maleimidation. Inject 10 μL each into a 96-well ELISA plate (nunc 96F MAXISORP BLACK MICROWELL SH) coated with BSA, add 50 μL of luminescent substrate solution (Lumigen Lumi-phos 530) pre-warmed at 37 ° C. Measurements were made using a luminometer (Wallac 1420 ARVO MX from PerkinElmer). FIG. 2 shows a plot of the number of maleimide groups introduced and the relative luminescence intensity of each AP (relative value when the luminescence intensity when using a non-maleimidating enzyme of bovine small intestine derived AP is 100). In the AP derived from bovine small intestine, which is currently widely used as a labeling enzyme, the amount of luminescence per unit protein decreases as the number of maleimide groups introduced increases, whereas in K161S + K184S double mutant enzymes, the number of maleimide groups introduced depends on the number of maleimide groups introduced. It showed a certain amount of luminescence.

[哺乳類由来APにおける活性中心近傍のリジン残基の特定または推定]
立体構造が決定しているヒト由来APの立体構造情報(Protein Data Bank登録番号:3A52)の活性中心に位置するリン酸基(基質であるリン酸エステルのアナログとして使用)から15オングストローム以内に存在するアミノ酸残基を、MolFeat v.3.6(フィアラックス社製)を用いて検索した。配列番号10に示すヒト由来APにおける活性中心近傍に位置するリジン残基は、81番目リジンおよび87番目リジンである。また、ヒト由来APのアミノ酸残基のうち活性中心から15オングストローム以内に位置するアミノ酸残基を特定し、該アミノ酸配列と各種ウシ小腸由来APアミノ酸配列(配列番号11〜14)とのアライメントを行うことにより、活性中心近傍に位置するアミノ酸残基を推定し、さらにこの中でリジン残基をピックアップした。このように推定されたウシ小腸由来APにおける活性中心近傍のリジン残基は、配列番号11、13にあっては100番目リジンが、配列番号12にあっては81番目リジンが、配列番号14にあっては100番目リジンおよび127番目リジンがこれに該当する。これらリジン残基を他のアミノ酸に置換することにより、リジン残基を介したマレイミド化等の修飾を行った後も修飾前の活性を維持しうるAPに改変することが可能である。
[Identification or estimation of lysine residues near the active center in mammalian AP]
Present within 15 Å of the phosphate group (used as an analog of the phosphate ester substrate) located in the active center of the three-dimensional structure information of human-derived AP (Protein Data Bank registration number: 3A52). Amino acid residues to be converted into MolFeat v. The search was performed using 3.6 (Fiarax). The lysine residues located near the active center in the human-derived AP shown in SEQ ID NO: 10 are the 81st lysine and the 87th lysine. Further, among amino acid residues of human-derived AP, amino acid residues located within 15 angstroms from the active center are specified, and the amino acid sequence is aligned with various bovine small intestine-derived AP amino acid sequences (SEQ ID NOs: 11 to 14). Thus, amino acid residues located near the active center were estimated, and lysine residues were picked up among them. The lysine residues in the vicinity of the active center in the bovine small intestine-derived AP thus estimated are the 100th lysine in SEQ ID NOS: 11 and 13 and the 81st lysine in SEQ ID NO: 12 in SEQ ID NO: 14. In this case, the 100th lysine and the 127th lysine correspond to this. By substituting these lysine residues with other amino acids, it is possible to change to AP that can maintain the activity before modification even after modification such as maleimidation via lysine residues.

[他のシェワネラ属細菌由来アルカリホスファターゼ遺伝子の取得と活性中心近傍のリジン残基の推定]
独立行政法人製品評価技術基盤機構より、シェワネラ・フォディナエNBRC105216株およびシェワネラ・チリケンシスNBRC105217株を購入し、それぞれ実施例2の要領に従って菌体からゲノムDNAを抽出し、ライブラリを作製、AP遺伝子を含むプラスミドを取得し、AP遺伝子配列を決定した。決定されたシェワネラ・フォディナエNBRC105216株由来AP遺伝子の塩基配列を配列番号15に、概AP遺伝子がコードするポリペプチドのアミノ酸配列を配列番号16に示す。また、決定されたシェワネラ・チリケンシスNBRC105217株由来AP遺伝子の塩基配列を配列番号17に、概AP遺伝子がコードするポリペプチドのアミノ酸配列を配列番号18に示す。これらの配列について、実施例5の要領に従って活性中心近傍に位置するリジン残基の推定を行った。このように推定された残基は、配列番号16に示すシェワネラ・フォディナエNBRC105216株由来APにあっては157番目および180番目リジンが、また配列番号18に示すシェワネラ・チリケンシスNBRC105217株由来APにあっても同様に157番目および180番目リジンがこれに該当する。T3−3株同様、これらアミノ酸残基を置換することで、リジン残基を介したマレイミド化等の修飾を行った後も修飾前の活性を維持しうるAPに改変することが可能である。
[Acquisition of alkaline phosphatase gene from other Shewanella bacteria and estimation of lysine residues near the active center]
From the National Institute for Product Evaluation and Technology, buy the Shewanella Fodinae NBRC105216 and Shewanella Chirikensis NBRC105217 strains, extract genomic DNA from the cells according to the procedure in Example 2, respectively, create a library, and include the AP gene plasmid And the AP gene sequence was determined. The determined base sequence of the AP gene derived from Shewanella fodinae NBRC105216 strain is shown in SEQ ID NO: 15, and the amino acid sequence of the polypeptide encoded by the approximate AP gene is shown in SEQ ID NO: 16. In addition, the determined base sequence of the AP gene derived from Shewanella chilikensis NBRC105217 strain is shown in SEQ ID NO: 17, and the amino acid sequence of the polypeptide encoded by the approximate AP gene is shown in SEQ ID NO: 18. For these sequences, lysine residues located in the vicinity of the active center were estimated according to the procedure of Example 5. The residues estimated in this way are the 157th and 180th lysines in the AP derived from the Shewanella fodinae NBRC105216 strain shown in SEQ ID NO: 16, and the AP derived from the Shewanella chilikensis NBRC105217 strain shown in the SEQ ID NO: 18. Similarly, the 157th and 180th lysines correspond to this. Similar to the T3-3 strain, by substituting these amino acid residues, it is possible to change to AP that can maintain the activity before modification even after modification such as maleimidation via a lysine residue.

本発明のアルカリホスファターゼは、免疫測定用標識酵素として有用であるほか、プローブハイブリダイゼーション、ウエスタンブロッティング用標識酵素として利用可能である。   The alkaline phosphatase of the present invention is useful not only as a labeling enzyme for immunoassay but also as a labeling enzyme for probe hybridization and western blotting.

Claims (5)

配列番号2に示すアミノ酸配列のうち、184番目リジンがセリンに置換されてなる、または、161番目リジン及び184番目リジンがセリンに置換されてなる、改変型アルカリホスファターゼ。   A modified alkaline phosphatase in which the 184th lysine is substituted with serine in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, or the 161st lysine and 184th lysine are substituted with serine. 請求項1に記載のアルカリホスファターゼを標識してなるコンジュゲート。 A conjugate formed by labeling the alkaline phosphatase according to claim 1. 請求項2に記載のコンジュゲートを用いる免疫測定方法。   An immunoassay method using the conjugate according to claim 2. 請求項2に記載のコンジュゲートを含む免疫測定試薬。   An immunoassay reagent comprising the conjugate according to claim 2. 以下、(A)〜(C)の工程を含む、改変型アルカリホスファターゼの作製方法。
(A)配列番号2に示すアミノ酸配列のうち、184番目リジンをコードするコドンをセリンをコードするコドンに、または、161番目リジン及び184番目リジンをコードするコドンをそれぞれセリンをコードするコドンに、置換する工程。
(B)(A)で作製した遺伝子を宿主細胞に形質転換し、該形質転換体を培養して遺伝子を発現させる工程。
(C)(B)における発現産物であるアルカリホスファターゼを精製する工程。
Hereinafter, a method for producing a modified alkaline phosphatase, including the steps (A) to (C).
(A) Of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, the codon encoding 184th lysine is a codon encoding serine, or the codons encoding 161st lysine and 184th lysine are codons encoding serine, The step of replacing.
(B) A step of transforming the gene prepared in (A) into a host cell and culturing the transformant to express the gene.
(C) A step of purifying alkaline phosphatase which is an expression product in (B).
JP2016118930A 2012-07-06 2016-06-15 Modified alkaline phosphatases Pending JP2016168051A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012152219 2012-07-06
JP2012152219 2012-07-06

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014523743A Division JP6040987B2 (en) 2012-07-06 2013-07-02 Modified alkaline phosphatase

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016168051A true JP2016168051A (en) 2016-09-23
JP2016168051A5 JP2016168051A5 (en) 2016-11-04

Family

ID=49881985

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014523743A Active JP6040987B2 (en) 2012-07-06 2013-07-02 Modified alkaline phosphatase
JP2016118930A Pending JP2016168051A (en) 2012-07-06 2016-06-15 Modified alkaline phosphatases

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014523743A Active JP6040987B2 (en) 2012-07-06 2013-07-02 Modified alkaline phosphatase

Country Status (2)

Country Link
JP (2) JP6040987B2 (en)
WO (1) WO2014007229A1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6732368B2 (en) * 2016-01-12 2020-07-29 東ソー株式会社 Alkaline phosphatase and method for producing the same
CA3087569A1 (en) * 2018-01-09 2019-07-18 Synthetic Biologics, Inc. Alkaline phosphatase agents for treatment of neurodevelopmental disorders
JP7417854B2 (en) * 2018-09-25 2024-01-19 東レ株式会社 Alkaline phosphatase composition and method for producing dephosphorylated nucleic acid and labeled nucleic acid
WO2022196538A1 (en) * 2021-03-17 2022-09-22 味の素株式会社 Modified alkaline phosphatase

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02502646A (en) * 1987-12-23 1990-08-23 ジェネティックス・インスティテュート・インコーポレイテッド Site-specific homogeneous modification of polypeptides to facilitate covalent attachment to hydrophilic groups
JP2008005734A (en) * 2006-06-28 2008-01-17 Kikkoman Corp Alkaline phosphatase

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IE81141B1 (en) * 1983-06-24 2000-04-05 Genencor Int Procaryotic carbonyl hydrolases
CN103380213B (en) * 2011-02-23 2016-01-20 东洋纺株式会社 Alkaline phosphatase

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02502646A (en) * 1987-12-23 1990-08-23 ジェネティックス・インスティテュート・インコーポレイテッド Site-specific homogeneous modification of polypeptides to facilitate covalent attachment to hydrophilic groups
JP2008005734A (en) * 2006-06-28 2008-01-17 Kikkoman Corp Alkaline phosphatase

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BIOSCIENCE, BIOTECHNOLOGY, AND BIOCHEMISTRY, vol. 69, no. 2, JPN6013036741, 2005, pages 364 - 373, ISSN: 0003527449 *
PROTEIN ENGINEERING, vol. 4, no. 7, JPN6013036740, 1991, pages 801 - 804, ISSN: 0003527448 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014007229A1 (en) 2014-01-09
JPWO2014007229A1 (en) 2016-06-02
JP6040987B2 (en) 2016-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6065587B2 (en) Alkaline phosphatase
JP2016168051A (en) Modified alkaline phosphatases
Ben-Yosef et al. Directed evolution of tyrosinase for enhanced monophenolase/diphenolase activity ratio
US7871805B2 (en) Glucose dehydrogenase
JP6079038B2 (en) Novel glucose dehydrogenase
ES2543010T3 (en) Method and reagent to determine mevalonic acid, 3-hydroxymethylglutaryl-coenzyme A and coenzyme A
WO2013118798A1 (en) Novel glucose dehydrogenase
WO2013065623A1 (en) Novel glucose dehydrogenase
JPWO2014002973A1 (en) Novel glucose dehydrogenase
CN108484779B (en) Fusion protein of nano antibody and human placenta alkaline phosphatase and application
Habe et al. Crystal structure of a histidine-tagged serine hydrolase involved in the carbazole degradation (CarC enzyme)
WO2013118799A1 (en) Novel glucose dehydrogenase
Lee et al. Functional and structural characterization of thermostable D-amino acid aminotransferases from Geobacillus spp
Ma et al. Dissecting the catalytic and substrate binding activity of a class II lanthipeptide synthetase BovM
Xu et al. Kinetic, mutagenic, and structural homology analysis of L-serine dehydratase from Legionella pneumophila
CN114149980B (en) Novel protein biotin ligase and proximity marking system PhastID based on same
CN106350494B (en) Method for anchoring and optimally preparing methyl parathion hydrolase by using flavin fluorescent protein
JP5929229B2 (en) Alkaline phosphatase
JP5923995B2 (en) Alkaline phosphatase
JP6045025B2 (en) Antimicrobial screening method
KR20160076416A (en) Bacillus cereus cell wall binding polypeptide, bioprobe for detecting bacillus cereus
RU2703169C1 (en) Strain-producer of human glutamate oxaloacetate transaminase
JP2002325574A (en) Protein originating from extremely thermophilic bacterium and gene encoding the same
JPH11508450A (en) Phenylacetyl-CoA ligase from Penicillium chrysogenum
CN114609384A (en) Indirect ELISA detection kit for detecting goose G hepatitis virus antibody and application thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160616

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160825

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170404

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170526

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20171017