JP2017529091A - ゲラニルリナロールの生体触媒環化方法及びこれにより得られる環化物 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の目的において、「シクラーゼ」とは概して、特にゲラニルリナロールシクラーゼの活性を提示する、酵素又は酵素変異体である。ゲラニルリナロールシクラーゼの活性とは、少なくとも1つの5員環又は6員環、特にクロメン様、とりわけベンゾクロメン様環化構造の形成を伴う、ゲラニルリナロール(I)の異性化に関する酵素活性を意味する。ゲラニルリナロールシクラーゼの活性を有する適切な酵素は、イソメラーゼサブクラスからの分子内トランスフェラーゼであり、即ち、EC番号EC 5.4.(Eur. J. Biochem. 1999、264、610〜650に記載の酵素コード)を有するタンパク質である。具体的には、EC 5.4.99.17がその代表形態である。ゲラニルリナロールシクラーゼの活性を有する適切な酵素は、特に、ホモファルネソールからアンブロキサンへの環化、シトロネラ異性体からイソプレゴール異性体への環化、又はスクアレンからホペンへの環化もまた引き起こし(したがって、「SHC」、スクアレンホペンシクラーゼと称することもある)、本明細書中で明示的に参照される国際出願PCT/EP2010/057696及びPCT/EP2011/070304に詳細に記載されているシクラーゼである。
ee%=[XA-XB]/[XA+XB]*100
(式中、XA及びXBは、それぞれ鏡像体A及びBのモル分率を表す)。
a) 遊離の、任意選択で精製されているか又は部分的に精製されているシクラーゼ、
b) 固定化されているシクラーゼ、
c) a)又はb)に記載の、細胞から単離されているシクラーゼ、
d) 無傷の、場合により組み換えられている細胞、場合により休止期のシクラーゼ包含細胞又は破砕されたシクラーゼ包含細胞、
e) d)に記載された細胞の細胞溶解物又は細胞ホモジェネート、
の内から選択される形態で存在する、実施形態4〜9のいずれかに記載の方法。
1. 本発明に記載の方法において用いられるシクラーゼ
本発明は、本明細書に開示されているシクラーゼが具体的に用いられている方法に限定されるものではなく、むしろ、具体的に記載されたシクラーゼの機能的等価物を使用して実施される方法にも及ぶ。
2.1 核酸
本発明に記載の方法は、ヌクレオチド配列、すなわちシクラーゼをコードする核酸分子を含む微生物の存在下で実施することができる。
多重アラインメントパラメータ:
ギャップオープンペナルティ(Gap opening penalty) 10
ギャップ伸長ペナルティ(Gap extension penalty) 10
ギャップ分離ペナルティ範囲(Gap separation penalty range) 8
ギャップ分離ペナルティ オフ
アラインメント遅延(alignment delay)に関する%同一性 40
残基特異的ギャップ(Residue specific gap) オフ
親水性残基ギャップ(Hydrophilic residue gap) オフ
トランジション加重(Transition weighting) 0
ペアワイズアラインメントパラメータ:
FASTアルゴリズム オン
K-タプル(K-tuple)サイズ 1
ギャップオープンペナルティ 3
ウインドウサイズ 5
最良のディアゴナルの数(Number of best diagonal) 5
DNAギャップオープンペナルティ 15.0
DNAギャップ伸長ペナルティ 6.66
DNAマトリクス 同一性
タンパク質ギャップオープンペナルティ 10.0
タンパク質伸長ペナルティ 0.2
タンパク質マトリクス Gonnet
タンパク質/DNA ENDGAP -1
タンパク質/DNA GAPDIST 4
さらに、機能的変異体を、即ち、配列番号2と少なくとも80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%又は99%の配列同一性を有するシクラーゼをコードするヌクレオチド配列を作製するための方法は当業者にとってなじみである。
- 部位特異的変異誘発、この場合、遺伝子の単一又は数個のヌクレオチドが定方向様式で置き換わる(Trower MK(編)1996; In vitro mutagenesis protocols. Humana Press、New Jersey)、
- 飽和変異誘発、この場合、任意のアミノ酸のためのコドンが、遺伝子の任意の点で交換することができるか又は付加することができる(Kegler-Ebo DM、Docktor CM、DiMaio D (1994) Nucleic Acids Res 22:1593; Barettino D、Feigenbutz M、Valcarel R、Stunnenberg HG (1994) Nucleic Acids Res 22:541; Barik S (1995) Mol Biotechnol 3:1)、
- エラープローンポリメラーゼ連鎖反応、この場合、ヌクレオチド配列がエラープローンDNAポリメラーゼによって変異される(Eckert KA、Kunkel TA (1990) Nucleic Acids Res 18:3739)、
- SeSaM法(配列飽和法(sequence saturation method))、この場合、好ましい交換がポリメラーゼによって妨げられる。Schenkら、Biospektrum、第3巻、2006、277〜279
- ミューテーター株における遺伝子の継代、この場合、例えば、欠陥のあるDNA修復機構により、ヌクレオチド配列の変異率が増加している(Greener A、Callahan M、Jerpseth B (1996) An efficient random mutagenesis technique using an E.coli mutator strain. In: Trower MK(編)In vitro mutagenesis protocols. Humana Press、New Jersey)、又は
- DNAシャッフリング、この場合、密接に関連した遺伝子のプールが形成され、消化され、そしてその断片がポリメラーゼ連鎖反応のテンプレートとして使用されるが、ここで、繰り返される鎖分離及び再会合によって、最終的に全長のモザイク遺伝子が生じる(Stemmer WPC (1994) Nature 370:389; Stemmer WPC (1994) Proc Natl Acad Sci USA 91:10747)。
本発明に記載の方法では、ヌクレオチド配列は発現カセットの一部とすることができる。用語発現カセットと発現構築物とは同義的に使用されている。好ましく組み換えられた発現構築物は、本発明に記載のポリペプチドをコードするとともに、調節核酸配列の遺伝子制御下にある核酸配列を含有する。
文脈に応じて、用語「微生物」は、野生型微生物若しくは遺伝的に改変された組換え微生物又はそれら両方を云うことができる。
本発明はさらに、本発明に記載の酵素及びそれらの機能的な生物学的に活性な断片の組換え産生のための方法に関し、ここで、酵素産生微生物を培養し、ポリペプチドの発現を任意選択で誘導し、そしてこのポリペプチドを培養物から単離する。所望の場合、ポリペプチドはまた工業規模でこのようにして産生することもできる。
本発明にしたがって使用される酵素は、本明細書に記載の方法において、遊離形態で又は固定化形態で使用することができる。固定化された酵素は、不活性担体に固定化されている酵素である。適切な担体材料及び担体材料に固定化される酵素は、EP-A-1149849、EP-A-1069183及びDE-OS 100193773から並びにこれらに引用されている参考文献から公知である。これに関して、これらの文献の開示全体が参照により本明細書に組み込まれることとする。適切な担体材料には、例えば、粘土、カオリナイトなどの粘土鉱物、珪藻土、パーライト、シリカ、酸化アルミニウム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、セルロース粉末、アニオン交換材料、合成ポリマー、例えば、ポリスチレン、アクリル樹脂、フェノール/ホルムアルデヒド樹脂、ポリウレタン並びにポリエチレン及びポリプロピレンなどのポリオレフィンが含まれる。担持された酵素を製造するために、担体材料は、通常、微細に分割された粒状形態で、多孔性形態が好ましいが、通常用いられる。担体材料の粒径は通常5mm以下であり、特に2mm以下である(粒径分布曲線)。同様に、デヒドロゲナーゼを全細胞触媒として使用する場合、遊離形態又は固定化形態を選択することが可能である。担体物質は、例えば、アルギン酸Ca及びカラゲナンである。酵素と細胞はまた、グルタルアルデヒドを用いて直接的に架橋されていてもよい(CLEAに対する架橋)。相応する及び他の固定化技法は、例えば、J. Lalonde及びA. Margolin「Immobilization of Enzymes」、K. Drauz and H. Waldmann, Enzyme Catalysis in Organic Synthesis 2002、第III巻、991〜1032、Wiley-VCH, Weinheimに記載されている。本発明に記載の方法を実施するための生体内変換及びバイオリアクタに関するさらなる情報は、例えば、Rehmら、(編)Biotechnology、第2版、第3巻、第17章、VCH, Weinheim中にも与えられている。
本発明に記載の環化方法は特に酵素の存在下で実施されるが、この酵素は配列番号1による核酸配列又はその機能的等価物によってコードされ、ここで、この核酸配列は遺伝子構築物又はベクターの構成要素である。このような遺伝子構築物又はベクターは、本明細書中で明示的に参照される、国際出願PCT/EP2010/057696の第16〜20ページに詳細に記載されている。
a) 遊離の、任意選択で精製されているか又は部分的に精製されているポリペプチド、
b) 固定化されているポリペプチド、
c) a)又はb)に記載の、細胞から単離されているポリペプチド、
d) 少なくとも1つのそのようなポリペプチドを含む、無傷の細胞、任意選択で休止状態又は増殖中の細胞、
e) d)に記載された細胞の溶解物又はホモジェネート。
a) 天然源由来の、シクラーゼ活性を有する酵素を産生する微生物を単離するか又は組換え作出するステップ、又は
b) この微生物を増殖させるステップ、
c) 任意選択で、シクラーゼ活性を有する酵素をこの微生物から単離するステップ又はこの酵素を含むタンパク質画分を調製するステップ、及び
d) ステップb)の微生物又はステップc)の酵素を、一般式(I)の基質を含む培地に移すステップ。
以下の実施例において、特別な情報が与えられていない場合には、以下の一般的な情報が適用される。
用いられる全ての材料及び微生物は、市販の製品である。
大腸菌LU15568を、適切な前培養2mlから播種し、100mlのエルレンマイヤーフラスコ(バッフル付)で、IPTG0.1mM、ラムノース0.5g/lの存在下で、20mlのLytic Broth-Amp/Spec/Cm(アンピシリン100μg/l、スペクチノマイシン100μg/l、クロラムフェニコール20μg/l)中で37℃にて16時間増殖し、5000*gにて10分間遠心分離した。
組換え大腸菌細胞を、20mM Tris-HCl pH8.0(湿細胞1g当たり3ml)中に懸濁させた。この環化混合物には、細胞懸濁物250μl、1Mクエン酸塩緩衝液(pH4.5)50μl、基質20mM(最終濃度)及び500μlとする水が含れていた。スクアレンの環化では、1%(v/v)Triton-X100を添加した。環化反応にあたって、大腸菌細胞(湿細胞6g)を、可溶化緩衝液(50mMリン酸塩、10mM MgCl2(pH6.5、総容量:25ml))中に懸濁させた。細胞を、Manton-Gaulinホモジナイザーを使用して1500barにて破砕させた。不溶性細胞細片を、遠心分離して除いた(4℃及び7150*gにて15分間)。
装置: Agilent 6890 series
カラム: OPTIMA-1 TG ID:0.32mm、長さ:10m(Macherey-Nagel、Duren、ドイツ)
流速: 5.1psi(及び80℃)にて1.0/min
スプリット: 1:50、スプリットフロー: 50ml/min、
キャリアーガス: 窒素
インジェクター: スプリット/スプリットレスライナー(Restec GmbH、Bad Homburg、ドイツ;Siltec-非作動、4*6.3*78.5mm、ガラスウール)インジェクター温度 280℃
注入容積: 1μl
ディテクター: 300ml/minの空気、30ml/minの水素及び30ml/minの窒素でのFID
ディテクター温度: 320℃
温度プログラム:
開始時: 100℃
滞留時間1: 0min
T ramp 1: 5℃/min
T end 1: 200℃
滞留時間2: 5min
T ramp 2: 30℃/min
T end 2: 320℃
滞留時間3: 20min
合計時間: 49.0min
データ分析: Empower-3 software Service Release 1 (Waters GmbH、Eschborn、ドイツ)
ゲラニルリナロールの保持時間: 14.4min
[実施例1]
Zmo-SHC(配列番号2)によるゲラニルリナロールの環化
a) 手順:
組換えZmo-SHCを、LU 15568を増殖させ破砕することにより記載の通り作製した(PCT/EP2010/057696 (WO2010139719 A2)を参照)。この酵素の調製をチェックするために、参照基質としてホモファルネソールを使用してその活性を再決定した。得られた活性(総タンパク質39mgで3時間において63%の転換率)は、これらの条件下でこれまでに得られた結果の範囲内である。
20時間後、酵素依存性の2つのピークが見られた(それぞれ、13.3及び13.7分間の保持時間)。用いたゲラニルリナロールに対して転換率は約11%である。GC-MS分析及びマススペクトルの解釈により、ベンゾクロメン誘導体2の2つの構造異性体をその2つのピークに割り当てた。
ザイモモナス・モビリス由来の組換えスクアレン-ホペンシクラーゼによるゲラニルリナロールから三環のビニルベンゾクロメン誘導体への環化を初めて実証することができた。
配列番号1: Zmo-SHCの核酸配列
配列番号2: Zmo-SHCのアミノ酸配列
Claims (11)
- 配列番号2に示されるアミノ酸配列を有するシクラーゼの存在下又は配列番号2と少なくとも80%の配列同一性を有するシクラーゼの存在下で、式(I)
- シクラーゼが配列番号2と少なくとも90%の配列同一性を有する、請求項1記載の方法。
- シクラーゼが配列番号2と少なくとも95%の配列同一性を有する、請求項1記載の方法。
- 式(I)の化合物を反応させて式(II)
- シクラーゼが、未精製の、精製された、溶解された、分散された若しくは固定化された形態で存在するか、又は微生物のシクラーゼ提示細胞の存在下で存在する、請求項1〜4のいずれか1項記載の方法。
- シクラーゼをコードするヌクレオチド配列を含む組換え微生物の存在下での請求項1〜35のいずれか1項記載の方法。
- ヌクレオチド配列が発現カセットの一部であるとともに、その発現カセットにおいて、少なくとも1つの調節配列の制御下にある、請求項6記載の方法。
- 発現カセットが発現ベクターの一部である、請求項7記載の方法。
- 発現ベクターがプラスミドの内から選択される、請求項8記載の方法。
- 微生物が細菌、菌類及び酵母の内から選択される、請求項5〜9のいずれか1項記載の方法。
- 微生物が大腸菌である、請求項10記載の方法。
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