JP2018102287A - Proteins having imidazole dipeptide synthesis activity and imidazole dipeptide production method - Google Patents

Proteins having imidazole dipeptide synthesis activity and imidazole dipeptide production method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To address the problem of simply providing a low cost imidazole dipeptide, to thereby provide proteins that produce imidazole dipeptides with high efficiency such as carnosine, anserine and balenine, and a production method using same.SOLUTION: A modified protein comprises an L-amino acid α-ligase illustrated by sequence number 1 in which at least 1-3 amino acid residues of an amino acid sequence of YwfE are substituted wherein the asparagine (N) residue at position 108 from the N terminal is substituted for an alanine (A) residue, glutamic acid (E) residue or glutamine (Q) residue, or additionally, the isoleucine (I) residue at position 112 is substituted for a valine (V) residue, and/or the histidine (H) residue at position 378 is substituted for a lysine (K) residue or an arginine (R) residue.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、カルノシン、アンセリン及びバレニン等のイミダゾールジペプチドに対して合成活性を有するタンパク質及びイミダゾールジペプチドの製造方法に関する。   The present invention relates to a protein having synthetic activity for imidazole dipeptides such as carnosine, anserine, and valenin, and a method for producing the imidazole dipeptide.

イミダゾールジペプチドは、イミダゾール基を含むアミノ酸残基が結合したペプチドの総称であり、カルノシン(carnosine:β−alanyl−L−histidine)、アンセリン(anserine:β−alanyl−3−methyl−L−histidine)及びバレニン(balenine:Nα−β−alanyl−1−methyl−L−histidine)等のヒスチジン残基又はその誘導体を含むジペプチドが含まれる。これらのジペプチドは、長距離を飛行する鳥類の胸肉、マグロやカツオ、鯨等の長距離を回遊する海洋生物の筋肉に多く含有されており、抗疲労効果、活性酸素消去能、血圧降下作用、抗炎症作用及び尿酸値効果作用等が知られ、ニワトリ等の家畜の筋肉から抽出されたこれらのイミダゾールジペプチドがサプリメントとして利用されている(非特許文献1〜3)。しかし、カルノシン、アンセリン及びバレニンに対する簡便かつ低コストな製造方法は、まだ確立されていない。   Imidazole dipeptide is a generic term for peptides to which amino acid residues containing an imidazole group are bonded, and includes carnosine (β-alanyl-L-histidine), anserine (β-alanyl-3-methyl-L-histidine) and Examples include dipeptides containing histidine residues or derivatives thereof such as valenine (Nα-β-alanyl-1-methyl-L-histidine). These dipeptides are abundant in muscles of marine organisms that travel long distances, such as chicken breasts, tuna, skipjack, and whales that fly over long distances, and have anti-fatigue effects, active oxygen scavenging ability, and blood pressure lowering effects. Anti-inflammatory action, uric acid level effect action, and the like are known, and these imidazole dipeptides extracted from muscles of domestic animals such as chickens are used as supplements (Non-Patent Documents 1 to 3). However, a simple and low-cost production method for carnosine, anserine and valenin has not yet been established.

Song B.ら、Nutr Res Pract.2014,8:3−10Song B. Et al., Nutr Res Pract. 2014, 8: 3-10 Bellia F.ら、Molecules 2014,19:2299−2329Bellia F.M. Molecules 2014, 19: 2299-2329. Boldyrev A.A.ら、Physiol Rev.2013,93:1803−45Boldyrev A.R. A. Et al., Physiol Rev. 2013, 93: 1803-45

本発明は、簡便に、かつ、低コストでこれらのイミダゾールジペプチドを提供することを目的に、カルノシン及びアンセリン及びバレニンのイミダゾールジペプチドを高効率で生産可能なタンパク質、及び、該タンパク質をコードする遺伝子を導入した宿主細胞、並びに前記タンパク質を使用した前記イミダゾールペプチドの製造方法を提供することを課題とする。   The present invention provides a protein capable of producing carnosine, anserine and valenine imidazole dipeptides with high efficiency and a gene encoding the protein for the purpose of providing these imidazole dipeptides simply and at low cost. It is an object of the present invention to provide a method for producing the imidazole peptide using the introduced host cell and the protein.

本発明者は、L−アミノ酸α−リガーゼが、ATPの加水分解反応と共役し、無保護のアミノ酸を基質としてαペプチド結合を形成することによりペプチド合成を触媒する酵素であることに着目し、バチルス属由来でL−アミノ酸α−リガーゼ活性を有するタンパク質YwfEの部位特異的変異を導入した変異型酵素を作製し、そのイミダゾールジペプチド合成活性を評価し、特定の部位を特定のアミノ酸残基に置換した変異型酵素が、強いイミダゾールペプチド合成活性、特に、カルノシン合成活性、アンセリン合成活性及び/又はバレニン合成活性を有することを見出し、本発明を完成させた。   The present inventor noted that L-amino acid α-ligase is an enzyme that is coupled to the hydrolysis reaction of ATP and catalyzes peptide synthesis by forming an α peptide bond using an unprotected amino acid as a substrate, A mutant enzyme introduced with a site-specific mutation of protein YwfE derived from Bacillus and having L-amino acid α-ligase activity is evaluated, its imidazole dipeptide synthesis activity is evaluated, and a specific site is substituted with a specific amino acid residue The present inventors have found that the mutated enzyme has strong imidazole peptide synthesis activity, particularly carnosine synthesis activity, anserine synthesis activity and / or valenine synthesis activity, and completed the present invention.

具体的には、本発明は、配列番号1で表されるL−アミノ酸α−リガーゼ:YwfEのアミノ酸配列の少なくとも1〜3個のアミノ酸残基の置換を含む変異タンパク質であり、
N末端より108位のアスパラギン(N)残基がアラニン(A)残基、グルタミン酸(E)残基又はグルタミン(Q)残基に置換され、又は、さらに、
112位のイソロイシン(I)残基がバリン(V)残基に置換され、及び/又は、378位のヒスチジン(H)残基がリジン(K)残基又はアルギニン(R)残基に置換されていることを特徴とする、変異タンパク質を提供する。
Specifically, the present invention is a mutant protein comprising a substitution of at least 1 to 3 amino acid residues in the amino acid sequence of L-amino acid α-ligase: YwfE represented by SEQ ID NO: 1,
An asparagine (N) residue at position 108 from the N-terminus is substituted with an alanine (A) residue, a glutamic acid (E) residue or a glutamine (Q) residue; or
The isoleucine (I) residue at position 112 is replaced with a valine (V) residue and / or the histidine (H) residue at position 378 is replaced with a lysine (K) residue or an arginine (R) residue A mutant protein is provided.

本発明の前記変異タンパク質が、L−アミノ酸α−リガーゼ活性を有する場合がある。   The mutant protein of the present invention may have L-amino acid α-ligase activity.

本発明の前記変異タンパク質が、
(i)配列番号2〜16のアミノ酸配列を有するタンパク質、
(ii)配列番号2〜16のアミノ酸配列と80%以上の相同性を有し、かつ、L−アミノ酸α−リガーゼ活性を有するタンパク質、
(iii)配列番号2〜16のアミノ酸配列の1又は複数個のアミノ酸残基が欠失、置換、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、L−アミノ酸α−リガーゼ活性を有するタンパク質の場合がある。
The mutant protein of the present invention is
(I) a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NOs: 2 to 16,
(Ii) a protein having 80% or more homology with the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 2 to 16 and having L-amino acid α-ligase activity;
(Iii) It consists of an amino acid sequence in which one or more amino acid residues of the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 2 to 16 are deleted, substituted, inserted, and / or added, and has L-amino acid α-ligase activity May be a protein.

本発明において、前記L−アミノ酸α−リガーゼ活性が、カルノシン合成活性、アンセリン合成活性及び/又はバレニン合成活性から選択される場合がある。   In the present invention, the L-amino acid α-ligase activity may be selected from carnosine synthesis activity, anserine synthesis activity and / or valenine synthesis activity.

本発明において、前記L−アミノ酸α−リガーゼ活性が、カルノシン合成活性の場合に、前記変異タンパク質が、
(i)配列番号2〜4、6、7、9、10、12〜16のアミノ酸配列を有するタンパク質、
(ii)配列番号2〜4、6、7、9、10、12〜16のアミノ酸配列と80%以上の相同性を有し、かつ、カルノシン合成活性を有するタンパク質、
(iii)配列番号2〜4、6、7、9、10、12〜16のアミノ酸配列の1又は複数個のアミノ酸残基が欠失、置換、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、カルノシン合成活性を有するタンパク質の場合がある。
In the present invention, when the L-amino acid α-ligase activity is carnosine synthesis activity, the mutant protein is:
(I) a protein having an amino acid sequence of SEQ ID NOs: 2 to 4, 6, 7, 9, 10, 12 to 16,
(Ii) a protein having 80% or more homology with the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 2 to 4, 6, 7, 9, 10, 12 to 16 and having a carnosine synthesis activity;
(Iii) consisting of an amino acid sequence in which one or more amino acid residues of the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 2 to 4, 6, 7, 9, 10, 12 to 16 are deleted, substituted, inserted, and / or added In some cases, the protein has carnosine synthesis activity.

本発明において、前記L−アミノ酸α−リガーゼ活性が、アンセリン合成活性の場合に、前記変異タンパク質が、
(i)配列番号2、3、5、6、8〜16のアミノ酸配列を有するタンパク質、
(ii)配列番号2、3、5、6、8〜16のアミノ酸配列と80%以上の相同性を有し、かつ、アンセリン合成活性を有するタンパク質、
(iii)配列番号2、3、5、6、8〜16のアミノ酸配列の1又は複数個のアミノ酸残基が欠失、置換、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、アンセリン合成活性を有するタンパク質、
であることを特徴とする、請求項4に記載の変異タンパク質。
In the present invention, when the L-amino acid α-ligase activity is anserine synthesis activity, the mutant protein is:
(I) a protein having an amino acid sequence of SEQ ID NOs: 2, 3, 5, 6, 8 to 16,
(Ii) a protein having 80% or more homology with the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 2, 3, 5, 6, 8 to 16 and having anserine synthesis activity;
(Iii) It consists of an amino acid sequence in which one or more amino acid residues of the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 2, 3, 5, 6, 8 to 16 are deleted, substituted, inserted and / or added, and anserine A protein having synthetic activity,
The mutant protein according to claim 4, wherein

本発明において、前記L−アミノ酸α−リガーゼ活性が、バレニン合成活性の場合に、前記変異タンパク質が、
(i)配列番号6、7、11、14〜16のアミノ酸配列を有するタンパク質、
(ii)配列番号6、7、11、14〜16のアミノ酸配列と80%以上の相同性を有し、かつ、バレニン合成活性を有するタンパク質、
(iii)配列番号6、7、11、14〜16のアミノ酸配列の1又は複数個のアミノ酸残基が欠失、置換、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、バレニン合成活性を有するタンパク質の場合がある。
In the present invention, when the L-amino acid α-ligase activity is a valenine synthesis activity, the mutant protein is:
(I) a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NOs: 6, 7, 11, 14-16,
(Ii) a protein having 80% or more homology with the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 6, 7, 11, 14 to 16 and having a valenin synthesis activity,
(Iii) It consists of an amino acid sequence in which one or more amino acid residues of the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 6, 7, 11, 14 to 16 are deleted, substituted, inserted and / or added, and has a valenin synthesis activity In some cases.

本発明は、本発明の変異タンパク質をコードする、核酸を提供する。   The present invention provides a nucleic acid encoding the mutant protein of the present invention.

本発明は、本発明の核酸を含むポリヌクレオチドを挿入した、ベクターを提供する。   The present invention provides a vector into which a polynucleotide containing the nucleic acid of the present invention has been inserted.

本発明は、本発明のベクターを少なくとも1種以上を含む、宿主細胞を提供する。   The present invention provides a host cell comprising at least one vector of the present invention.

本発明は、本発明の変異タンパク質を使用する、ジペプチドの製造方法を提供する。   The present invention provides a method for producing a dipeptide using the mutant protein of the present invention.

本発明の製造方法において、ペプチダーゼの活性阻害剤とともに、本発明のタンパク質を使用する場合がある。   In the production method of the present invention, the protein of the present invention may be used together with a peptidase activity inhibitor.

本発明の製造方法において、本発明の宿主細胞を使用する場合がある。   In the production method of the present invention, the host cell of the present invention may be used.

本発明の製造方法において、前記宿主細胞が、ペプチダーゼの欠損細胞である場合がある。   In the production method of the present invention, the host cell may be a peptidase-deficient cell.

本発明の製造方法において、前記ペプチダーゼがペプチダーゼDである場合がある。   In the production method of the present invention, the peptidase may be peptidase D.

本発明の製造方法において、前記欠損細胞が、JW0227株である場合がある。   In the production method of the present invention, the defective cell may be JW0227 strain.

本発明の製造方法において、前記ジペプチドが、イミダゾールジペプチドである場合がある。   In the production method of the present invention, the dipeptide may be an imidazole dipeptide.

本発明の製造方法において、前記イミダゾールジペプチドが、カルノシン、アンセリン及び/又はバレニンである場合がある。   In the production method of the present invention, the imidazole dipeptide may be carnosine, anserine and / or valenin.

イミダゾールジペプチドを高効率で生産するタンパク質、及び、該タンパク質を含有する宿主細胞を提供することにより、簡便に低コストでこれらのカルノシン、アンセリン及びバレニンを含むイミダゾールジペプチドを提供できる。また宿主細胞として、ペプチダーゼ欠損細胞を用いることで、イミダゾールジペプチド、特にカルノシンを高効率で製造できる。   By providing a protein that produces imidazole dipeptide with high efficiency and a host cell containing the protein, imidazole dipeptides containing these carnosine, anserine, and valenin can be provided simply and at low cost. Further, by using peptidase-deficient cells as host cells, imidazole dipeptides, particularly carnosine, can be produced with high efficiency.

野生型YwfE及び部位特異的変異型YwfEを含む変異型酵素のカルノシン合成活性を評価した結果を表す図。 図中、*は、p値が0.05未満であることを示し、**は、p値が0.01未満であることを示し、***は、p値が0.001未満であることを示す。The figure showing the result of having evaluated the carnosine synthesis activity of the mutant type enzyme containing wild type YwfE and site-specific mutant type YwfE. In the figure, * indicates that the p value is less than 0.05, ** indicates that the p value is less than 0.01, and *** indicates that the p value is less than 0.001. It shows that. 野生型YwfE及び部位特異的変異型YwfEを含む変異型酵素のアンセリン合成活性を評価した結果を表す図。 図中、*は、p値が0.05未満であることを示し、**は、p値が0.01未満であることを示し、***は、p値が0.001未満であることを示す。The figure showing the result of having evaluated the anserine synthetic | combination activity of the mutant enzyme containing wild type YwfE and site-specific mutant YwfE. In the figure, * indicates that the p value is less than 0.05, ** indicates that the p value is less than 0.01, and *** indicates that the p value is less than 0.001. It shows that. 野生型YwfE及び部位特異的変異型YwfEを含む変異型酵素のバレニン合成活性を評価した結果を表す図。 図中、*は、p値が0.05未満であることを示し、**は、p値が0.01未満であることを示し、***は、p値が0.001未満であることを示す。The figure showing the result of having evaluated the valenine synthetic activity of the mutant type enzyme containing wild type YwfE and site-specific mutant type YwfE. In the figure, * indicates that the p value is less than 0.05, ** indicates that the p value is less than 0.01, and *** indicates that the p value is less than 0.001. It shows that. カルノシン合成におけるペプチダーゼの影響を評価した結果を表す図。The figure showing the result of having evaluated the influence of the peptidase in carnosine synthesis.

1.本発明のタンパク質
本発明の実施態様の1つは、バチルス属細菌であるBacillus subtilis由来でL−アミノ酸α−リガーゼ活性を有するタンパク質YwfEの変異型酵素である。
1. Protein of the present invention One embodiment of the present invention is a mutant enzyme of protein YwfE derived from Bacillus subtilis, a bacterium belonging to the genus Bacillus, and having L-amino acid α-ligase activity.

本明細書において、前記L−アミノ酸α−リガーゼ活性は、イミダゾールジペプチド合成活性であり、イミダゾールジペプチドとしては、カルノシン、アンセリン及びバレニンが挙げられる。   In the present specification, the L-amino acid α-ligase activity is imidazole dipeptide synthesis activity, and examples of the imidazole dipeptide include carnosine, anserine, and valenin.

前記変異型酵素は、野生型YwfEのN末端より108位のアスパラギン(N)残基がアラニン(A)残基、グルタミン酸(E)残基又はグルタミン(Q)残基に置換され、又は、さらに、112位のイソロイシン(I)残基がバリン(V)残基に置換され、及び/又は、378位のヒスチジン(H)残基がリジン(K)残基又はアルギニン(R)残基に置換させることにより、N末端側基質がβ−アラニンで、C末端側基質がヒスチジン又はその誘導体であるアミノ酸に対するリガーゼ活性が向上した酵素である。   In the mutant enzyme, the asparagine (N) residue at position 108 from the N-terminus of wild-type YwfE is substituted with an alanine (A) residue, glutamic acid (E) residue or glutamine (Q) residue, or The leucine (I) residue at position 112 is replaced with a valine (V) residue and / or the histidine (H) residue at position 378 is replaced with a lysine (K) residue or an arginine (R) residue. By doing so, the ligase activity for an amino acid whose N-terminal substrate is β-alanine and whose C-terminal substrate is histidine or a derivative thereof is improved.

なお、本明細書において、タンパク質の配列は、当業者に周知慣用のアミノ酸の3文字又は1文字による表記法で記述される。本明細書においてアミノ酸は、特に記載のない限りL体である。また、変異型タンパク質を表す場合、当業者に周知慣用の方法である野生型タンパク質の変異が導入されるアミノ酸の1文字表記、変異位置を表す数字、及び、変異されたアミノ酸の1文字表記が使用される。また、本明細書において、特段の説明がない場合には、アミノ酸はL−体を表す。   In the present specification, protein sequences are described in the three-letter or one-letter notation of amino acids well known to those skilled in the art. In the present specification, amino acids are in L form unless otherwise specified. In addition, when a mutant protein is represented, a one-letter code of an amino acid into which a wild-type protein mutation is introduced, a number representing the mutation position, and a one-letter code of the mutated amino acid, which are methods commonly used by those skilled in the art, are shown. used. In the present specification, unless otherwise specified, an amino acid represents an L-form.

具体的には、本発明のタンパク質である前記変異型酵素は、配列番号1で表されるL−アミノ酸α−リガーゼ:YwfEのアミノ酸配列の少なくとも1〜3個のアミノ酸残基の置換を含む変異タンパク質であり、
N末端より108位のアスパラギン(N)残基がアラニン(A)残基、グルタミン酸(E)残基又はグルタミン(Q)残基に置換され、又は、さらに、
112位のイソロイシン(I)残基がバリン(V)残基に置換され、及び/又は、378位のヒスチジン(H)残基がリジン(K)残基又はアルギニン(R)残基に置換されていることを特徴とする、変異タンパク質を提供する。
Specifically, the mutant enzyme which is the protein of the present invention is a mutation comprising substitution of at least 1 to 3 amino acid residues in the amino acid sequence of L-amino acid α-ligase: YwfE represented by SEQ ID NO: 1. Protein,
An asparagine (N) residue at position 108 from the N-terminus is substituted with an alanine (A) residue, a glutamic acid (E) residue or a glutamine (Q) residue; or
The isoleucine (I) residue at position 112 is replaced with a valine (V) residue and / or the histidine (H) residue at position 378 is replaced with a lysine (K) residue or an arginine (R) residue A mutant protein is provided.

すなわち、本発明のタンパク質は、
(i)配列番号2〜16のアミノ酸配列を有するタンパク質、
(ii)配列番号2〜16のアミノ酸配列と80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、もっとも好ましくは95%以上の相同性を有し、かつ、L−アミノ酸α−リガーゼ活性を有するタンパク質、
(iii)配列番号2〜16のアミノ酸配列の1又は複数個のアミノ酸残基が欠失、置換、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、L−アミノ酸α−リガーゼ活性を有するタンパク質であってもよい。
That is, the protein of the present invention is
(I) a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NOs: 2 to 16,
(Ii) 80% or more, preferably 85% or more, more preferably 90% or more, most preferably 95% or more of homology with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 to 16, and L-amino acid α-ligase Active protein,
(Iii) It consists of an amino acid sequence in which one or more amino acid residues of the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 2 to 16 are deleted, substituted, inserted, and / or added, and has L-amino acid α-ligase activity It may be a protein.

また、前記L−アミノ酸α−リガーゼ活性は、好ましくはジペプチド合成活性であり、より好ましくは、カルノシン(L−Carnosine)合成活性、アンセリン(L−Anserine)合成活性及び/又はバレニン(L−Balenine)合成活性である。   The L-amino acid α-ligase activity is preferably dipeptide synthesis activity, and more preferably carnosine (L-Carnosine) synthesis activity, anserine (L-Anserine) synthesis activity and / or valenine (L-Balenine). Synthetic activity.

本明細書において、前記の「L−アミノ酸α−リガーゼ活性を有する限り」とは、野生型YwfEのL−アミノ酸α−リガーゼ活性と同等又はより向上した活性をいい、野生型YwfEと本発明のタンパク質の活性とを被験タンパク質の相違以外は同一条件で比較した場合に、野生型YwfEのL−アミノ酸α−リガーゼ活性と比較して、向上したL−アミノ酸α−リガーゼ活性を示すタンパク質をいう。   In the present specification, the “as long as it has L-amino acid α-ligase activity” refers to an activity equivalent to or improved from the L-amino acid α-ligase activity of wild-type YwfE. A protein that exhibits improved L-amino acid α-ligase activity compared to the L-amino acid α-ligase activity of wild-type YwfE when the protein activity is compared under the same conditions except for the difference in the test protein.

本明細書において、L−アミノ酸α−リガーゼ活性、特に、ジペプチド合成活性の評価は、例えば、被験タンパク質、基質であるアミノ酸、ATPを含む例えばpH5〜11の緩衝水溶液中で、例えば20〜50℃の所定の温度で、例えば2〜150時間の所定の時間インキュベーションし、インキュベーションによって産生するジペプチドの量若しくは濃度の増加、基質であるアミノ酸の量若しくは濃度の減少、ATPの量若しくは濃度の減少、ADPの量若しくは濃度の増加、又は無機リン酸の量若しくは濃度の増加の中の少なくとも1つを指標として、例えば、高速液体クロマトグラフィー等を用いて測定し、被験タンパク質以外の条件が同一条件で測定する野生型YwfEのジペプチド合成活性と比較することにより、実施できる。   In the present specification, L-amino acid α-ligase activity, in particular, dipeptide synthesis activity is evaluated, for example, in a buffered aqueous solution containing, for example, a test protein, a substrate amino acid, and ATP at a pH of 5 to 11, for example, 20 to 50 ° C. Incubation at a predetermined temperature of, for example, 2 to 150 hours, increasing the amount or concentration of a dipeptide produced by the incubation, decreasing the amount or concentration of a substrate amino acid, decreasing the amount or concentration of ATP, ADP Measured using, for example, high performance liquid chromatography with at least one of an increase in the amount or concentration of inorganic phosphate or an increase in the amount or concentration of inorganic phosphate as an index, and the conditions other than the test protein are measured under the same conditions Can be carried out by comparing with the dipeptide synthesis activity of wild-type YwfE.

また、本明細書において、「配列番号XのN末端からY番目のZ残基(Z)に相当するアミノ酸残基をZ残基(Z)に置換したタンパク質」(「X」及び「Y」は、1以上の整数を、「Z」及び「Z」は任意のアミノ酸を表し、「(Z)」及び「(Z)」は、それぞれのアミノ酸を1文字表記したものである)とは、前記タンパク質のアミノ酸配列と、配列番号Xとを最も高い相同性スコアを与えるようにアライメントしたときに、配列番号Xのアミノ酸配列のN末端からY番目の位置に相当するZ残基がZ残基に置換されたアミノ酸配列を有するタンパク質をいう。 In addition, in the present specification, “a protein in which an amino acid residue corresponding to the Y-th Z 1 residue (Z 1 ) from the N-terminus of SEQ ID NO: X is substituted with a Z 2 residue (Z 2 )” (“X” And “Y” represents an integer of 1 or more, “Z 1 ” and “Z 2 ” represent any amino acid, and “(Z 1 )” and “(Z 2 )” represent each amino acid in one letter. Is equivalent to the Y-th position from the N-terminal of the amino acid sequence of SEQ ID NO: X when the amino acid sequence of the protein and SEQ ID NO: X are aligned so as to give the highest homology score Z 1 residues refers to a protein having the amino acid sequence substituted with Z 2 residues.

以下に、本発明のタンパク質の特性を詳細に説明する。   Below, the characteristic of the protein of this invention is demonstrated in detail.

バチルス属由来でL−アミノ酸α−リガーゼ活性を有するタンパク質YwfEの野生型タンパク質自体は、C末端がL−ヒスチジンであるジペプチドの合成活性を有するものの(Tabata K.ら、J.Bacteriol.,2005,187:5195-5202)、N末端がβ−アラニンでC末端がヒスチジンのジペプチドであるカルノシン並びにその誘導体であるアンセリン及びバレニンの産生に対して、強いα−リガーゼ活性を保有しない(図2参照)。すなわち、強いカルノシン合成活性、強いアンセリン合成活性及びバレニン合成活性は、YwfEの野生型タンパク質に対して変異体とすることにより、もたらされる。   Although the wild-type protein YwfE, which is derived from Bacillus and has L-amino acid α-ligase activity, has a synthetic activity of a dipeptide whose C-terminal is L-histidine (Tabata K. et al., J. Bacteriol., 2005, 187: 5195-5202), and does not possess strong α-ligase activity for the production of carnosine, which is a dipeptide having β-alanine at the N-terminus and histidine at the C-terminus, and derivatives thereof, anserine and valenin (see FIG. 2). . That is, strong carnosine synthesizing activity, strong anserine synthesizing activity, and valenine synthesizing activity are brought about by making a mutant of the wild type protein of YwfE.

本発明のタンパク質のL−アミノ酸α−リガーゼ活性の発現において、N末端基質としてAla及びGlyを、C末端基質としてHisを使用する場合と比較し、N末端基質としてβ−Alaを、C末端基質としてHisを使用する場合には、より強い活性を示し、本発明のタンパク質は、特に、カルノシン又はその誘導体であるアンセリン若しくはバレニンの合成に対して選択的な強い活性を有する。カルノシン又はその誘導体であるアンセリン若しくはバレニンの合成に対する至適な変異型酵素は必ずしも一致しない。   In the expression of L-amino acid α-ligase activity of the protein of the present invention, Ala and Gly are used as the N-terminal substrate, and His is used as the C-terminal substrate. When His is used, the protein of the present invention shows stronger activity, and the protein of the present invention has a strong selective activity particularly for the synthesis of carnosine or its derivatives, anserine or valenin. Optimal mutant enzymes for the synthesis of carnosine or its derivatives, anserine or valenin, do not necessarily match.

そして、本発明の1アミノ酸変異型タンパク質から得られた特性に基づき、本発明は2個又は3個のアミノ酸残基を置換した変異型酵素が設計され、二重変異型酵素又は三重変異型酵素であるタンパク質が本発明によって提供される。   Based on the characteristics obtained from the single amino acid mutant protein of the present invention, the present invention is designed with a mutant enzyme in which two or three amino acid residues are substituted, and a double mutant enzyme or triple mutant enzyme. A protein is provided by the present invention.

N108A、N108E又はN108Qの変異、I112Vの変異、H378K又はH378Rの変異、並びに、これらの変異の組み合わせによる二重変異型酵素又は三重変異型酵素の多くにおいて、カルノシン合成活性と、アンセリン合成活性と、バレニン合成活性とは野生型YwfEの各活性よりも活性が向上するが、必ずしも全ての活性が同様に向上するとは限らない。   Carnosine synthesizing activity, anserine synthesizing activity in many of the double mutant enzyme or triple mutant enzyme by mutation of N108A, N108E or N108Q, mutation of I112V, mutation of H378K or H378R, and combinations of these mutations, The activity of synthesizing valenine is improved over the activities of wild type YwfE, but not all activities are improved as well.

すなわち、本発明の前記タンパク質の前記L−アミノ酸α−リガーゼ活性の例がカルノシン合成活性である場合、該タンパク質は、配列番号1のN末端から108番目のアスパラギン(N)残基の、アラニン(A)残基、グルタミン酸(E)残基又はグルタミン(Q)残基から選択されるアミノ酸残基への置換;配列番号1のN末端から112位のイソロイシン(I)残基の、バリン(V)残基への置換;及び/又は、配列番号1の378番目のヒスチジン(H)残基の、リジン(K)残基又はアルギニン(R)残基への置換を含むことが好ましい。   That is, when the example of the L-amino acid α-ligase activity of the protein of the present invention is carnosine synthesis activity, the protein is alanine (of the 108th asparagine (N) residue from the N-terminus of SEQ ID NO: 1. A) Substitution with an amino acid residue selected from a residue, glutamic acid (E) residue or glutamine (Q) residue; valine (V) of isoleucine (I) residue at position 112 from the N-terminus of SEQ ID NO: 1 And / or substitution of the 378 th histidine (H) residue of SEQ ID NO: 1 with a lysine (K) residue or an arginine (R) residue.

また、本発明の前記タンパク質の前記L−アミノ酸α−リガーゼ活性の例がアンセリン合成活性である場合、該タンパク質は、配列番号1のN末端から108番目のアスパラギン(N)残基の、アラニン(A)残基、グルタミン酸(E)残基又はグルタミン(Q)残基から選択されるアミノ酸残基への置換;配列番号1のN末端から112位のイソロイシン(I)残基の、バリン(V)残基への置換;及び/又は、配列番号1の378番目のヒスチジン(H)残基の、リジン(K)残基又はアルギニン(R)残基への置換を含むことが好ましい。   In addition, when the example of the L-amino acid α-ligase activity of the protein of the present invention is anserine synthesis activity, the protein is an alanine (N) residue at the 108th asparagine (N) residue from the N-terminus of SEQ ID NO: 1. A) Substitution with an amino acid residue selected from a residue, glutamic acid (E) residue or glutamine (Q) residue; valine (V) of isoleucine (I) residue at position 112 from the N-terminus of SEQ ID NO: 1 And / or substitution of the 378 th histidine (H) residue of SEQ ID NO: 1 with a lysine (K) residue or an arginine (R) residue.

さらに、本発明の前記タンパク質の前記L−アミノ酸α−リガーゼ活性の例がバレニン合成活性である場合、該タンパク質は、配列番号1のN末端から108番目のアスパラギン(N)の、アラニン(A)残基又はグルタミン(Q)残基から選択されるアミノ酸残基への置換;配列番号1のN末端から112位のイソロイシン(I)残基の、バリン(V)残基への置換;及び/又は、配列番号1の378番目のヒスチジン(H)残基の、リジン(K)残基又はアルギニン(R)残基への置換を含むことが好ましい。   Furthermore, when the example of the L-amino acid α-ligase activity of the protein of the present invention is a valenine synthesis activity, the protein is an alanine (A) of the 108th asparagine (N) from the N-terminus of SEQ ID NO: 1. Substitution with an amino acid residue selected from a residue or glutamine (Q) residue; substitution of an isoleucine (I) residue at position 112 from the N-terminus of SEQ ID NO: 1 with a valine (V) residue; and / or Alternatively, it is preferable to include substitution of the 378th histidine (H) residue of SEQ ID NO: 1 with a lysine (K) residue or an arginine (R) residue.

前記YwfEの変異タンパク質は、例えば、配列番号17で表されるDNAをテンプレートとして、配列番号33〜44に示される核酸配列を有するプライマーを用い、当業者に周知慣用のPCRにより部位特異的変異導入を行い、下記に記載の本発明の配列番号2〜16のタンパク質をコードする核酸を含むポリヌクレオチドを挿入したベクター(以下、「核酸挿入ベクター」と記載)、さらに該核酸挿入ベクターを導入した下記の本発明の核酸挿入ベクターを含む宿主細胞(以下、「形質転換細胞」と記載する場合がある)を作製し、該形質転換細胞を含む宿主細胞を適切な培地で培養し、該形質転換体により製造されたタンパク質を塩沈法、ゲルクロマトグラフィー、ゲル電気泳動法等の通常の酵素の単離精製法を用いることにより、単離精製し、1変異型酵素を製造することができる。   The mutant protein of YwfE is, for example, site-directed mutagenesis by conventional PCR well-known to those skilled in the art, using a DNA having the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NOs: 33 to 44 using the DNA shown in SEQ ID NO: 17 as a template. And a vector into which a polynucleotide containing a nucleic acid encoding the protein of SEQ ID NOs: 2 to 16 of the present invention described below is inserted (hereinafter referred to as “nucleic acid insertion vector”), and the nucleic acid insertion vector further introduced below A host cell containing the nucleic acid insertion vector of the present invention (hereinafter sometimes referred to as “transformed cell”), culturing the host cell containing the transformed cell in an appropriate medium, and transformant By using ordinary enzyme isolation and purification methods such as salt precipitation, gel chromatography, and gel electrophoresis, the protein produced by Away purified, it is possible to produce a mutant enzyme.

前記テンプレートとして使用するDNAは、例えば、配列番号17のポリヌクレオチド配列の部分配列より設計されるプローブを用い、Bacillus subtilis 168等のYwfEタンパク質又はその類縁タンパク質をコードする微生物の染色体DNAに対するサザンハイブリダイゼーション法等により全長の配列番号17のポリヌクレオチドを取得できる。   The DNA used as the template is, for example, a probe designed from a partial sequence of the polynucleotide sequence of SEQ ID NO: 17, and Southern hybridization to a chromosomal DNA of a microorganism encoding a YwfE protein such as Bacillus subtilis 168 or a similar protein. A full-length polynucleotide of SEQ ID NO: 17 can be obtained by a method or the like.

また、二重変異型酵素は、前記1変異型酵素の製造で使用した1変異型の部位特異的変異を導入した核酸挿入ベクターをテンプレートとして、さらに、配列番号33〜44に示される核酸配列を有するプライマーを用い、当業者に周知慣用のPCRにより部位特異的変異導入を行い、1変異型酵素の製造と同様に、二重変異を導入した核酸ベクターを含む宿主細胞を適切な培地で培養後、二重変異型酵素を単離精製することにより製造できる。   In addition, the double mutant enzyme uses the nucleic acid insertion vector into which the one-mutated site-specific mutation used in the production of the one-mutated enzyme is used as a template, and further the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NOs: 33 to 44. After site-directed mutagenesis by conventional PCR well known to those skilled in the art, and after culturing a host cell containing a double-mutated nucleic acid vector in an appropriate medium, similar to the production of a single mutant enzyme It can be produced by isolating and purifying the double mutant enzyme.

さらに、三重変異型酵素は、前記2変異型酵素の製造で使用した2変異型の部位特異的変異を導入した核酸挿入ベクターをテンプレートとして、さらに、配列番号33〜44に示される核酸配列を有するプライマーを用い、当業者に周知慣用のPCRにより部位特異的変異導入を行い、2変異型酵素の製造と同様に、三重変異を導入した核酸ベクターを含む宿主細胞を適切な培地で培養後、三重変異型酵素を単離精製することにより製造できる。   Further, the triple mutant enzyme has a nucleic acid sequence shown in SEQ ID NOs: 33 to 44, using as a template a nucleic acid insertion vector into which a two-mutated site-specific mutation used in the production of the two-mutated enzyme is introduced. Using a primer, site-directed mutagenesis is carried out by conventional PCR well-known to those skilled in the art, and in the same manner as in the production of the two-mutant enzyme, host cells containing a nucleic acid vector into which a triple mutation has been introduced are cultured in an appropriate medium, It can be produced by isolating and purifying the mutant enzyme.

そして、本発明のタンパク質は、カルノシン、アンセリン又はバレニンを製造するための酵素として使用され、さらに、該タンパク質のアミノ酸配列をコードする核酸を導入した形質転換細胞を作製し、該形質転換細胞の細胞培養によりカルノシン、アンセリン及び/又はバレニンの製造に利用される。   The protein of the present invention is used as an enzyme for producing carnosine, anserine, or valenin, and further, a transformed cell into which a nucleic acid encoding the amino acid sequence of the protein is introduced is prepared, and the cell of the transformed cell is produced. It is used for the production of carnosine, anserine and / or valenin by culturing.

2.本発明の核酸
本発明のもう1つの実施態様は核酸であり、
(i)配列番号2〜16のアミノ酸配列を有するタンパク質、
(ii)配列番号2〜16のアミノ酸配列と80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、もっとも好ましくは95%以上の相同性を有し、かつ、L−アミノ酸α−リガーゼ活性を有するタンパク質、
(iii)配列番号2〜16のアミノ酸配列の1又は複数個のアミノ酸残基が欠失、置換、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、L−アミノ酸α−リガーゼ活性を有するタンパク質をコードする核酸を挙げることができる。
2. Nucleic acids of the invention Another embodiment of the invention is a nucleic acid,
(I) a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NOs: 2 to 16,
(Ii) 80% or more, preferably 85% or more, more preferably 90% or more, most preferably 95% or more of homology with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 to 16, and L-amino acid α-ligase Active protein,
(Iii) It consists of an amino acid sequence in which one or more amino acid residues of the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 2 to 16 are deleted, substituted, inserted, and / or added, and has L-amino acid α-ligase activity Mention may be made of nucleic acids encoding proteins.

前記核酸は、例えば、配列番号17のポリヌクレオチド配列より設計されるプライマーを用い、Bacillus subtilis 168等のYwfEタンパク質又はその類縁タンパク質をコードする微生物の染色体DNAを鋳型とした部位特異的変異法を用いて部位特異的変異の導入によって取得される。   The nucleic acid is, for example, a primer designed from the polynucleotide sequence of SEQ ID NO: 17, and a site-directed mutagenesis method using a chromosomal DNA of a microorganism encoding a YwfE protein such as Bacillus subtilis 168 or a similar protein as a template. Obtained by introducing site-specific mutations.

鋳型遺伝子への目的の変異導入は、より具体的には、基本的には配列番号17のポリヌクレオチドを鋳型DNAとして用いるPCR増幅や各種DNAポリメラーゼによる複製反応に基づき、当業者には周知の様々な部位特異的変異導入法を用いて行うことができる。部位特異的変異導入法は、例えば、PCR法やアニーリング法等(村松ら編、「改訂第4版 新遺伝子工学ハンドブック」、羊土社、p.82−88)の任意の手法により行うことができる。必要に応じてQuickChange II Site−Directed Mutagenesis Kit(ストラタジーン社、米国)や、QuickChange Multi Site−Directed Mutagenesis Kit(アジレント テクノロジー社、米国)等の各種の市販の部位特異的変異導入用キットを使用することもできる。   More specifically, the targeted mutation introduction into the template gene is basically based on PCR amplification using the polynucleotide of SEQ ID NO: 17 as the template DNA and replication reactions with various DNA polymerases. Can be performed using any site-directed mutagenesis method. The site-directed mutagenesis method can be performed by any method such as PCR method or annealing method (edited by Muramatsu et al., “Revised 4th edition, New Genetic Engineering Handbook”, Yodosha, p. 82-88). it can. Use various commercially available site-specific mutagenesis kits such as QuickChange II Site-Directed Mutagenesis Kit (Stratagene, USA) and QuickChange Multi Site-Directed Mutagenesis Kit (Agilent Technologies, USA) as necessary You can also.

YwfE遺伝子を含む鋳型DNAは、YwfEタンパク質を産生する細菌から、常法により、ゲノムDNAを抽出するか、又はRNAを抽出し逆転写によりcDNAを合成することによって調製することができる。YwfEタンパク質を産生する細菌は、枯草菌(Bacillus subtilis)等のバチルス属細菌、クロストリジウム属細菌、アシドサーマス属細菌を含む細菌の他、植物や動物でも報告されているが、枯草菌(Bacillus subtilis)等のバチルス属細菌が好ましく、当業者であれば容易に入手することができる。例えば、バチルス・エスピーのKSM−S237株(受託番号FERM BP−7875)、KSM−64株(受託番号FERM BP−2886)、KSM−635株(受託番号FERM BP−1485)は、独立行政法人 産業技術総合研究所 特許生物寄託センター(日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1中央第6)に、それぞれ併記した受託番号に基づいて寄託されている。   The template DNA containing the YwfE gene can be prepared by extracting genomic DNA from bacteria producing the YwfE protein by a conventional method, or extracting RNA and synthesizing cDNA by reverse transcription. Bacteria that produce YwfE protein have been reported in plants and animals in addition to bacteria including Bacillus subtilis, Bacillus subtilis, Clostridium bacteria, Acid Thermus bacteria, but Bacillus subtilis, etc. The Bacillus bacterium is preferred and can be easily obtained by those skilled in the art. For example, KSM-S237 strain (Accession No. FERM BP-7875), KSM-64 strain (Accession No. FERM BP-2886), and KSM-635 strain (Accession No. FERM BP-1485) of Bacillus Sp. Deposited at the Research Center for Biological Biology (1st, 1st, 1st, 1st East, Tsukuba City, Ibaraki Prefecture, Japan) based on the accession number written together.

これらバチルス属細菌からのゲノムDNAの調製は、例えば、Pitcher et al.,Lett.Appl.Microbiol.,1989,8:p.151−156に記載の方法等を用いて行うことができる。YwfE遺伝子を含む鋳型DNAは、調製したcDNA又はゲノムDNAから切り出したYwfE遺伝子を含むDNA断片を任意のベクター中に挿入した形で調製してもよい。   Preparation of genomic DNA from these Bacillus bacteria is described, for example, in Pitcher et al. Lett. Appl. Microbiol. 1989, 8: p. 151-156. The template DNA containing the YwfE gene may be prepared by inserting a DNA fragment containing the YwfE gene excised from the prepared cDNA or genomic DNA into an arbitrary vector.

YwfE遺伝子への部位特異的変異の導入は、最も一般的には、導入すべきヌクレオチド変異を含む変異プライマーを用いて行うことができる。そのような変異プライマーは、YwfE遺伝子内の置換対象のアミノ酸残基をコードするヌクレオチド配列を含む領域にアニーリングし、かつその置換対象のアミノ酸残基をコードするヌクレオチド配列(コドン)に代えて置換後のアミノ酸残基をコードするヌクレオチド配列(コドン)を有する塩基配列を含むように設計すればよい。   Introduction of a site-specific mutation into the YwfE gene can be most commonly performed using a mutation primer containing a nucleotide mutation to be introduced. Such a mutation primer is annealed to a region containing a nucleotide sequence encoding the amino acid residue to be replaced in the YwfE gene, and after substitution in place of the nucleotide sequence (codon) encoding the amino acid residue to be replaced. What is necessary is just to design so that the base sequence which has a nucleotide sequence (codon) which codes amino acid residue may be included.

これらの方法で取得された核酸を用い、下記の本発明のタンパク質を宿主細胞で発現させるためのベクターの調製、該ベクターを導入した宿主細胞、すなわち、形質転換細胞の作製、さらに、前記の本発明のタンパク質の製造に使用できる。   Using the nucleic acid obtained by these methods, preparation of a vector for expressing the following protein of the present invention in a host cell, preparation of a host cell into which the vector is introduced, that is, a transformed cell, and the above-described book It can be used to produce the protein of the invention.

3.本発明のタンパク質をコードする核酸を含むポリヌクレオチドを挿入したベクター(核酸挿入ベクター)
本発明のもう1つの実施態様は、前記の本発明のタンパク質をコードする遺伝子及び適切な発現配列を含む核酸挿入ベクターである。これらの組換えDNAを作製するための発現ベクターは、商業的に利用可能である。これらのベクターを入手し、利用することにより本発明の核酸挿入ベクターを作製し、下記の本核酸挿入ベクターを含む宿主細胞、すなわち形質転換細胞の作製に使用することができる。
3. A vector into which a polynucleotide containing a nucleic acid encoding the protein of the present invention is inserted (nucleic acid insertion vector)
Another embodiment of the present invention is a nucleic acid insertion vector comprising a gene encoding the above-described protein of the present invention and an appropriate expression sequence. Expression vectors for producing these recombinant DNAs are commercially available. By obtaining and utilizing these vectors, the nucleic acid insertion vector of the present invention can be prepared and used for the preparation of a host cell containing the following nucleic acid insertion vector, that is, a transformed cell.

ベクターとしては、例えば、宿主細胞にエシェリヒア・コリを用いる場合、pColdI(タカラバイオ社製)、pCDF−1b、pRSF−1b(いずれもノバジェン社製)、pMAL−c2x(ニューイングランドバイオラブス社製)、pGEX−4T−1(ジーイーヘルスケアバイオサイエンス社製)、pTrcHis(インビトロジェン社製)、pSE280(インビトロジェン社製)、pGEMEX−1(プロメガ社製)、pQE−30(キアゲン社製)、pET−3(ノバジェン社製)、pBluescriptII SK(+)、pBluescript II KS(−)(ストラタジーン社製)、pTrS30[エシェリヒア・コリ JM109/pTrS30(FERM BP−5407)より調製]、等を挙げることができる。   As a vector, for example, when Escherichia coli is used as a host cell, pColdI (manufactured by Takara Bio Inc.), pCDF-1b, pRSF-1b (all manufactured by Novagen), pMAL-c2x (manufactured by New England Biolabs) PGEX-4T-1 (manufactured by GE Healthcare Bioscience), pTrcHis (manufactured by Invitrogen), pSE280 (manufactured by Invitrogen), pGEMEX-1 (manufactured by Promega), pQE-30 (manufactured by Qiagen), pET- 3 (manufactured by Novagen), pBluescript II SK (+), pBluescript II KS (−) (manufactured by Stratagene), pTrS30 [prepared from Escherichia coli JM109 / pTrS30 (FERM BP-5407)], and the like. Yes.

前記ベクターを用いる場合のプロモーターとしては、エシェリヒア・コリ等の宿主細胞中で機能するものであればいかなるものでもよいが、例えば、trpプロモーター(Ptrp)、lacプロモーター(Plac)、PLプロモーター、PRプロモーター、PSEプロモーター等の、エシェリヒア・コリやファージ等に由来するプロモーターを用いることができる。また親株としてバチルス属に属する微生物を用いる場合、バチルス・サチルスで機能するSPO1プロモーター、SPO2プロモーター、penPプロモーター等も用いることができる。またPtrpを2つ直列させたプロモーター、tacプロモーター、lacT7プロモーター、let Iプロモーターのように人為的に設計改変されたプロモーター等も用いることができる。   As the promoter in the case of using the vector, any promoter can be used as long as it functions in a host cell such as Escherichia coli. For example, trp promoter (Ptrp), lac promoter (Plac), PL promoter, PR promoter A promoter derived from Escherichia coli, phage, or the like, such as a PSE promoter, can be used. When a microorganism belonging to the genus Bacillus is used as a parent strain, an SPO1 promoter, an SPO2 promoter, a penP promoter, etc. that function in Bacillus subtilis can also be used. In addition, artificially designed and modified promoters such as a promoter in which two Ptrps are connected in series, a tac promoter, a lacT7 promoter, and a let I promoter can be used.

本発明のタンパク質を生成する目的において、ベクターを利用する場合には、特に発現ベクターが有用である。発現ベクターとしては、試験管内、大腸菌内、培養細胞内、生物個体内でタンパク質を発現するベクターであれば特に制限されないが、例えば、試験管内発現であればpBESTベクター(プロメガ社製)、大腸菌であればpETベクター(インビトロジェン社製)、培養細胞であればpME18S−FL3ベクター(GenBank Accession No.AB009864)、生物個体であればpME18Sベクター(Mol Cell Biol.8:466−472(1988))等が好ましい。ベクターへの本発明のDNAの挿入は、常法により、例えば、制限酵素サイトを用いたリガーゼ反応により行うことができる(Current protocols in Molecular Biology Edited by Ausubel et al.(1987)Publish. John Wiley & Sons.Section 11.4−11.11)。   For the purpose of producing the protein of the present invention, an expression vector is particularly useful when a vector is used. The expression vector is not particularly limited as long as it is a vector that expresses a protein in vitro, in E. coli, in cultured cells, or in an individual organism. For example, in the case of in vitro expression, pBEST vector (manufactured by Promega), E. coli If present, pET vector (manufactured by Invitrogen), pME18S-FL3 vector (GenBank Accession No. AB009864) for cultured cells, pME18S vector (Mol Cell Biol. 8: 466-472 (1988)) for individual organisms, and the like. preferable. The DNA of the present invention can be inserted into a vector by a conventional method, for example, by a ligase reaction using a restriction enzyme site (Current protocol in Molecular Biology Edited by Ausubel et al. (1987) Publish. John Wiley &. Sons.Section 11.4-11.11).

4.本発明の宿主細胞
本発明のもう1つの実施態様は、前記核酸挿入ベクターを宿主細胞に導入し、本発明の前記タンパク質を発現する形質転換された宿主細胞である。核酸挿入ベクターを宿主細胞に導入するための試薬は、各種の試薬が商業的に利用可能であり、これらを入手して形質転換細胞の作製に使用できる。
4). Host cells of the invention Another embodiment of the invention is a transformed host cell that introduces the nucleic acid insertion vector into a host cell and expresses the protein of the invention. As a reagent for introducing the nucleic acid insertion vector into the host cell, various reagents are commercially available. These can be obtained and used for the production of transformed cells.

宿主細胞は酵母細胞、真菌細胞、藻類細胞、動物細胞、昆虫細胞、細菌細胞、植物細胞及び古細菌細胞から選択され、好ましくは、細菌細胞である。細菌細胞の例としては、Escherichia細胞、Bacillus細胞、Lactobacillus細胞、Rhodococcus細胞、Pseudomonas細胞、Aspergillus細胞等が挙げられるが、これらに限定されない。イミダゾールジペプチド生成物(例えば、カルノシン、アンセリン、バレニン)を高効率に製造する観点から、前記宿主細胞は、イミダゾールジペプチドの分解酵素、具体的にはペプチダーゼDの欠損細胞であることが好ましい。   The host cell is selected from yeast cells, fungal cells, algae cells, animal cells, insect cells, bacterial cells, plant cells and archaeal cells, preferably bacterial cells. Examples of bacterial cells include, but are not limited to, Escherichia cells, Bacillus cells, Lactobacillus cells, Rhodococcus cells, Pseudomonas cells, Aspergillus cells, and the like. From the viewpoint of producing an imidazole dipeptide product (for example, carnosine, anserine, and valenine) with high efficiency, the host cell is preferably a cell lacking imidazole dipeptide degrading enzyme, specifically peptidase D.

具体的には、本発明のベクターを導入する宿主細胞の例としては、エシェリヒア(Escherichia)属細菌、例えば、大腸菌、放線菌(Actinomycetes)属細菌、バチルス(Bacillus)属細菌、セラチア(Serratia)属細菌、シュードモナス(Pseudomonas)属細菌、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属細菌、ブレビバクテリウム(Brevibacterium)属細菌、ロドコッカス(Rhodococcus)属細菌、ラクトバチルス(Lactobacillus)属細菌、ストレプトマイセス(Streptomyces)属細菌、サーマス(Thermus)属細菌、ストレプトコッカス(Streptococcus)属細菌、サッカロミセス(Saccharomyces)属酵母、ピキア(Pichia)属酵母、クルイベロマイセス(Kluyveromyces)属酵母、キャンディダ(Candida)属酵母、シゾサッカロミセス(Schizosaccharomyces)属酵母、デバリヨミセス(Debaryomyces)属酵母、ヤロウィア(Yarrowia)属酵母、クリプトコッカス(Cryptococcus)属酵母、キサントフィロミセス(Xanthophyllomyces)属酵母、モルティエレラ(Mortierella)属糸状菌、フザリウム(Fusarium)属糸状菌、シゾキトリウム(Schizochytrium)属、スラウストキトリウム(Thraustochytrium)属等に属する微生物を好適に用いることができる。好ましくは、宿主細胞は大腸菌、放線菌、シュードモナス属に属する細菌、サッカロミセス属に属する酵母である。   Specifically, examples of host cells into which the vector of the present invention is introduced include Escherichia bacteria such as Escherichia coli, Actinomycetes bacteria, Bacillus bacteria, Serratia genera. Bacteria, Pseudomonas genus, Corynebacterium genus, Brevibacterium genus, Rhodococcus genus, Lactobacillus genus Lactobacillus genus Streptomyces genus Streptomyces , Thermus genus, Streptococcus genus, Saccharomyces (Sa) yeasts of the genus charomyces, yeasts of the genus Pichia, yeasts of the genus Kluyveromyces, yeasts of the genus Candida, yeasts of the genus Schizosaccharomyces, yeasts of the genus Debaryomyros Genus yeast, Cryptococcus genus, Xanthophyllomyces genus yeast, Mortierella genus fungus, Fusarium genus fungus, Schizochytrium striatum Can be suitably used. That. Preferably, the host cell is Escherichia coli, actinomycetes, bacteria belonging to the genus Pseudomonas, yeast belonging to the genus Saccharomyces.

本発明の宿主細胞は、より具体的には、エシェリヒア・コリ(Escherichia coli)、バチルス・サチリス(Bacillus subtilis)、バチルス・ブレビス(Bacillus brevis)、バチルス・ステアロサーモフィラス(Bacillus stearothermophilus)、セラチア・マーセッセンス(Serratia marcescens)、シュードモナス・プチダ(Pseudomonas putida)、シュードモナス・アエルギノサ(Pseudomonas aeruginosa)、コリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)、ブレビバクテリウム・フラバム(Brevibacterium flavum)、ブレビバクテリウム・ラクトファーメンタム(Brevibacterium lactofermentum)、ロドコッカス・エリスロポリス(Rhodococcus erythropolis)、サーマス・サーモフィラス(Thermus thermophilus)、ストレプトコッカス・ラクティス(Streptococcus lactis)、ラクトバチルス・カゼイ(Lactobacillus casei)、ストレプトマイセス・リビダンス(Streptomyces lividans)、サッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)、サッカロミセス・バヤヌス(Saccharomyces bayanus)、ピキア・パストリス(Pichia pastoris)、クルイベロマイセス・ラクティス(Kluyveromyces lactis)、キャンディダ・ユティリス(Candida utilis)、キャンディダ・グラブラータ(Candida glabrata)、シゾサッカロミセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)、デバリヨミセス・ハンセニ(Debaryomyces hansenii)、ヤロウィア・リポリティカ(Yarrowia lypolitica)、クリプトコッカス・カバタス(Cryptococcus curvatus)、キサントフィロミセス・デンドロロウス(Xanthophyllomyces dendrorhous)、アスペルギルス・ニガー(Aspergillus nigar)、アスペルギルス・オリゼ(Aspergillus oryzae)、モルティエレラ・ラマニアナ(Mortierella ramanniana)、モルティエレラ・バイニエリ(Mortierella bainieri)、モルティエレラ・アルピナ(Mortierella alpina)カニンガメラ・エレガンス(Cunninghamella elegans)、フザリウム・フジクロイ(Fusarium fujikuroi)、シゾキトリウム・リマシアム(Schizochytrium limacium)、スラウストキトリウム・アウレウム(Thraustochytrium aureum)等を用いることができる。   More specifically, the host cell of the present invention is Escherichia coli, Bacillus subtilis, Bacillus brevis, Bacillus stearothermophilus, Bacillus stearotherm.・ Mercense (Serratia marcescens), Pseudomonas putida, Pseudomonas aeruginosa, Corynebacterium umba Levibacterium lactofermentum, Rhodococcus erythropolis (Rhodococcus erythropolis), Thermus thermophilus (Thermus certocilia lactis, Streptococcus lactos) Streptomyces lividans, Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces bayanus, Pichia pastoris (Pichia pasto) is), Kluyveromyces lactis, Candida utilis, Candida glabrata, Schizosaccharomyces pombe D Yarrowia lipolytica, Cryptococcus curvatus, Xanthophyllomyces dendrorous, Aspergillus niger lu, Aspergillus niger Aspergillus oryzae, Mortierella ramaniana, Mortierella baineri, Mortierella alpina ganeruna Schizochytrium limacium, Thraustochytrium aureum, etc. can be used.

宿主細胞への前記核酸挿入ベクターの導入は、リン酸カルシウムトランスフェクション、DEAE−デキストラン媒介トランスフェクション、ポリブレン媒介トランスフェクション、プロトプラスト融合、リポソーム媒介トランスフェクション(リポフェクション)、接合、天然の形質転換、エレクトロポレーション及び当業者に公知のその他の方法を含む様々な方法によって実施できる。また、商業的に利用可能なトランスフェクション試薬を入手し、これらを利用することにより、宿主細胞への前記発現ベクターの導入を実施できる。[参考文献:Current protocols in molecular biology. 3 vols. Edited by Ausubel F.M.et al., John Wiley & Son,Inc., Current Protocols.]   The introduction of the nucleic acid insertion vector into the host cell includes calcium phosphate transfection, DEAE-dextran mediated transfection, polybrene mediated transfection, protoplast fusion, liposome mediated transfection (lipofection), conjugation, natural transformation, electroporation and It can be implemented by various methods including other methods known to those skilled in the art. Moreover, the expression vector can be introduced into a host cell by obtaining commercially available transfection reagents and using them. [Reference: Current protocols in molecular biology. 3 vols. Edited by Ausubel F. M.M. et al. , John Wiley & Son, Inc. , Current Protocols. ]

5.本発明のジペプチドの製造方法
前記の本発明のタンパク質又は形質転換細胞を用い、本発明のタンパク質の基質となる製造原料であるアミノ酸をATPの共存下、緩衝液中でインキュベーションする又は細胞培養用培地中で細胞培養することにより産生される所望とするジペプチドを緩衝液又は培地から単離することにより、これらのジペプチドを製造できる。原料とするアミノ酸としては、L−アラニン(L−Ala)、L−グルタミン(L−Gln)、L−グルタミン酸(L−Glu)、L−バリン(L−Val)、L−ロイシン(L−Leu)、L−イソロイシン(L−Ile)、L−プロリン(L−Pro)、L−フェニルアラニン(L−Phe)、L−トリプトファン(L−Trp)、L−メチオニン(L−Met)、L−セリン(L−Ser)、L−スレオニン(L−Thr)、L−システイン(L−Cys)、L−アスパラギン(L−Asn)、L−チロシン(L−Tyr)、L−リジン(L−Lys)、L−アルギニン(L−Arg)、L−ヒスチジン(L−His)、L−アスパラギン酸(L−Asp)、L−α−Aminobutyric acid、L−Azaserine、L−Theanine、L−4−Hydroxyproline、L−3−Hydroxyproline、L−Ornithine、L−Citrulline、L−6−Diazo−5−oxo−norleucine、グリシン(Gly)及びβ−アラニン(β−Ala)からなる群より選ばれる1種又は2種のアミノ酸の組み合わせを挙げることができる。
5. Method for Producing Dipeptide of the Present Invention Using the protein or transformed cell of the present invention described above, an amino acid that is a production raw material serving as a substrate for the protein of the present invention is incubated in a buffer in the presence of ATP, or a medium for cell culture These dipeptides can be produced by isolating the desired dipeptides produced by culturing the cells in a buffer or medium. As amino acids used as raw materials, L-alanine (L-Ala), L-glutamine (L-Gln), L-glutamic acid (L-Glu), L-valine (L-Val), L-leucine (L-Leu) ), L-isoleucine (L-Ile), L-proline (L-Pro), L-phenylalanine (L-Phe), L-tryptophan (L-Trp), L-methionine (L-Met), L-serine (L-Ser), L-threonine (L-Thr), L-cysteine (L-Cys), L-asparagine (L-Asn), L-tyrosine (L-Tyr), L-lysine (L-Lys) L-arginine (L-Arg), L-histidine (L-His), L-aspartic acid (L-Asp), L-α-Aminobutyric acid, L-Azaserine, L The group consisting of Theanine, L-4-Hydroxyproline, L-3-Hydroxyproline, L-Ornitine, L-Citrulline, L-6-Diazo-5-oxo-norleucine, glycine (Gly) and β-alanine (β-Ala) The combination of 1 type or 2 types of amino acids chosen from more can be mentioned.

緩衝液としては、例えば、当業者に慣用のリン酸緩衝液、ホウ酸緩衝液、クエン酸緩衝液、酢酸緩衝液及びトリス塩酸緩衝液等が挙げられる。   Examples of the buffer include a phosphate buffer, a borate buffer, a citrate buffer, an acetate buffer, and a Tris-HCl buffer that are commonly used by those skilled in the art.

細胞培養培地に含まれる成分として、炭素源としては、宿主細胞及び形質転換細胞が資化し得るものであればよく、グルコース、フラクトース、スクロース、これらを有する糖蜜、デンプンあるいはデンプン加水分解物等の炭水化物、酢酸、プロピオン酸等の有機酸、エタノール、プロパノール等のアルコール類等を用いることができる。   As a component contained in the cell culture medium, any carbon source may be used as long as it can be assimilated by the host cell and the transformed cell, and carbohydrates such as glucose, fructose, sucrose, molasses containing these, starch or starch hydrolysate, etc. Further, organic acids such as acetic acid and propionic acid, alcohols such as ethanol and propanol, and the like can be used.

窒素源としては、アンモニア、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、リン酸アンモニウム等の無機酸もしくは有機酸のアンモニウム塩、その他の含窒素化合物、並びに、ペプトン、肉エキス、酵母エキス、コーンスティープリカー、カゼイン加水分解物、大豆粕及び大豆粕加水分解物、各種発酵菌体、及びその消化物等を用いることができる。   Nitrogen sources include ammonia, ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium acetate, ammonium salts of organic acids such as ammonium phosphate, other nitrogen-containing compounds, peptone, meat extract, yeast extract, corn steep liquor, casein Hydrolyzate, soybean meal, soybean meal hydrolyzate, various fermented cells, digested products thereof, and the like can be used.

無機塩としては、リン酸第一カリウム、リン酸第二カリウム、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガン、硫酸銅、炭酸カルシウム等を用いることができる。この他にペプトン、肉エキス、酵母エキス、コーンスティープリカー、カザミノ酸、ビオチン等の各種ビタミン等の栄養素を培地に添加することができる。   As the inorganic salt, monopotassium phosphate, dipotassium phosphate, magnesium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride, ferrous sulfate, manganese sulfate, copper sulfate, calcium carbonate and the like can be used. In addition, nutrients such as various vitamins such as peptone, meat extract, yeast extract, corn steep liquor, casamino acid, and biotin can be added to the medium.

培養は、通常、通気撹拌、振とう等の好気条件下で行う。培養温度は、宿主細胞又は形質転換細胞の生育し得る温度であれば特に制限はなく、また、培養途中のpHについても宿主細胞又は形質転換細胞が生育し得るpHであれば特に制限はない。培養中のpH調整は、酸又はアルカリを添加して行うことができる。   The culture is usually carried out under aerobic conditions such as aeration stirring and shaking. The culture temperature is not particularly limited as long as it is a temperature at which a host cell or transformed cell can grow, and the pH during the culture is not particularly limited as long as the host cell or transformed cell can grow. The pH adjustment during the culture can be performed by adding an acid or an alkali.

上記培養において、ペプチダーゼによるイミダゾールジペプチド生成物(例えば、カルノシン、アンセリン、バレニン)の分解を妨げるために、本発明のタンパク質を使用する場合にペプチダーゼ、特にペプチダーゼDの活性阻害剤を用いる、又は、宿主細胞を用いる場合に宿主細胞としてペプチダーゼの欠損細胞、特にJW0227株を用いることにより、カルノシン、アンセリン及び/又はバレニンを高効率で製造することができる。   In the above culture, when using the protein of the present invention in order to prevent degradation of imidazole dipeptide products (eg, carnosine, anserine, valenine) by peptidase, an activity inhibitor of peptidase, particularly peptidase D is used, or a host When cells are used, carnosine, anserine, and / or valenin can be produced with high efficiency by using peptidase-deficient cells, particularly JW0227 strain, as host cells.

培養物からの所望とする酵素の採取は、所望とする酵素の活性を指標として公知の採取方法により行うことができる。所望とする酵素は必ずしも均一にまで精製される必要はなく、用途に応じた精製度まで精製すればよい。   The desired enzyme can be collected from the culture by a known collection method using the activity of the desired enzyme as an index. The desired enzyme does not necessarily have to be purified to homogeneity, and may be purified to a degree of purification according to the application.

以下に、ジペプチドがカルシノン、アンセリン及びバレニンの場合について、より具体的に説明する。   Hereinafter, the case where the dipeptide is carcinone, anserine, and valenin will be described more specifically.

(1)本発明のタンパク質を基質であるアミノ酸を含む緩衝液中でインキュベーションすることによるカルノシンの製造方法
カルノシンは、β−アラニンとL−ヒスチジンとを基質として、本発明のタンパク質が触媒として縮合反応することにより産生される。したがって、β−アラニン及びL−ヒスチジンを含む緩衝液に本発明のタンパク質を添加し所定の時間インキュベーション後、産生されるカルノシンを単離精製することにより、所望とするカルノシンを製造できる。
(1) Method of producing carnosine by incubating the protein of the present invention in a buffer containing an amino acid as a substrate Carnosine is a condensation reaction using β-alanine and L-histidine as substrates and the protein of the present invention as a catalyst. It is produced by doing. Therefore, the desired carnosine can be produced by adding the protein of the present invention to a buffer containing β-alanine and L-histidine, and incubating the produced carnosine after isolation for a predetermined time.

前記製造法において、本発明のタンパク質は、基質として用いるアミノ酸1mgあたり0.01〜100mg、好ましくは0.1〜10mg添加する。前記製造法において、基質として用いるアミノ酸は、0.1〜100g/L、好ましくは0.2〜40g/Lの濃度になるように水性媒体中に初発又は反応途中に添加する。前記製造法において、エネルギー源としてATPを用いることができ、ATPは、0.5〜1mol/Lの濃度で用いる。   In the production method, the protein of the present invention is added in an amount of 0.01 to 100 mg, preferably 0.1 to 10 mg, per 1 mg of amino acid used as a substrate. In the production method, the amino acid used as a substrate is added to the aqueous medium at the beginning or in the middle of the reaction so as to have a concentration of 0.1 to 100 g / L, preferably 0.2 to 40 g / L. In the production method, ATP can be used as an energy source, and ATP is used at a concentration of 0.5 to 1 mol / L.

インキュベーションによる生成反応は水性媒体中、pH5〜11、好ましくはpH6〜10、20〜50℃、好ましくは25〜45℃の条件で2〜72時間、好ましくは6〜36時間行う。   The production reaction by incubation is carried out in an aqueous medium at pH 5-11, preferably pH 6-10, 20-50 ° C, preferably 25-45 ° C, for 2-72 hours, preferably 6-36 hours.

緩衝液中に生成、蓄積したカルノシンの単離・精製は、当業者に慣用の活性炭やイオン交換樹脂等を用いる方法あるいは、有機溶媒による抽出、結晶化、薄層クロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー等により行うことができる。   Carnosine produced and accumulated in the buffer can be isolated and purified by methods using activated carbon or ion exchange resins commonly used by those skilled in the art, extraction with organic solvents, crystallization, thin layer chromatography, high performance liquid chromatography, etc. Can be performed.

(2)本発明を使用するカルノシンの製造方法
カルノシンは、β−アラニンとL−ヒスチジンとを基質として、本発明のタンパク質が触媒として縮合反応することにより生成される。したがって、β−アラニン及びL−ヒスチジンを含む細胞培養用培地で本発明の形質転換細胞を培養後、産生されるカルノシンを単離精製することにより、所望とするカルノシンを製造し、取得できる。
(2) Method for producing carnosine using the present invention Carnosine is produced by subjecting β-alanine and L-histidine as substrates to the condensation reaction of the protein of the present invention as a catalyst. Therefore, the desired carnosine can be produced and obtained by isolating and purifying the produced carnosine after culturing the transformed cell of the present invention in a cell culture medium containing β-alanine and L-histidine.

前記製造法において、本発明のタンパク質は、基質として用いるアミノ酸1mgあたり0.01〜100mg、好ましくは0.1〜10mg添加する。前記製造法において、添加するβ−アラニンとL−ヒスチジンの量は、各々通常0.5〜100g/L、好ましくは2〜50g/Lである。これらのアミノ酸を含む細胞培地において、本発明の形質転換細胞を、当業者に周知慣用の方法に従って培養する。   In the production method, the protein of the present invention is added in an amount of 0.01 to 100 mg, preferably 0.1 to 10 mg, per 1 mg of amino acid used as a substrate. In the said manufacturing method, the quantity of (beta) -alanine and L-histidine to add is 0.5-100 g / L normally, respectively, Preferably it is 2-50 g / L. In a cell culture medium containing these amino acids, the transformed cell of the present invention is cultured according to a method well known to those skilled in the art.

培養は、通常振盪培養又は深部通気攪拌培養等の好気的条件下で行う。培養温度は15〜40℃がよく、培養時間は、通常5時間〜7日間である。培養中pHは3.0〜9.0に保持する。pHの調整は、無機又は有機の酸、アルカリ溶液、尿素、炭酸カルシウム、アンモニア等を用いて行う。   The culture is usually carried out under aerobic conditions such as shaking culture or deep aeration stirring culture. The culture temperature is preferably 15 to 40 ° C., and the culture time is usually 5 hours to 7 days. During the culture, the pH is maintained at 3.0 to 9.0. The pH is adjusted using an inorganic or organic acid, an alkaline solution, urea, calcium carbonate, ammonia or the like.

緩衝液中に生成、蓄積したカルノシンの単離・精製は、当業者に慣用の活性炭やイオン交換樹脂等を用いる方法あるいは、有機溶媒による抽出、結晶化、薄層クロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー等により行うことができる。   Carnosine produced and accumulated in the buffer can be isolated and purified by methods using activated carbon or ion exchange resins commonly used by those skilled in the art, extraction with organic solvents, crystallization, thin layer chromatography, high performance liquid chromatography, etc. Can be performed.

(3)本発明のタンパク質を基質であるアミノ酸を含む緩衝液中でインキュベーションすることによるアンセリンの製造方法
アンセリンは、β−アラニンと3−メチル−L−ヒスチジンとがペプチド結合したジペプチドである。したがって、本発明のタンパク質を利用してアンセリンを製造する場合には、前記の「(1)本発明のタンパク質を基質であるアミノ酸を含む緩衝液中でインキュベーションすることによるカルノシンの製造方法」に記載において、基質の1つであるL−ヒスチジンの代わりに3−メチル−L−ヒスチジンを使用する以外は、該「(1)カルノシンの製造方法」と同様の条件でインキュベーションし、単離・精製することにより、アンセリンを製造し、取得できる。
(3) Method for producing anserine by incubating the protein of the present invention in a buffer containing an amino acid as a substrate Anserine is a dipeptide in which β-alanine and 3-methyl-L-histidine are peptide-bonded. Therefore, when producing anserine using the protein of the present invention, it is described in “(1) Method for producing carnosine by incubating the protein of the present invention in a buffer containing an amino acid as a substrate”. In this method, incubation is carried out under the same conditions as in “(1) Carnosine production method” except that 3-methyl-L-histidine is used instead of L-histidine, which is one of the substrates, and isolation and purification are performed. Thus, anserine can be produced and obtained.

(4)本発明の形質転換細胞を使用するアンセリンの製造方法
アンセリンは、β−アラニンと3−メチル−L−ヒスチジンとがペプチド結合したジペプチドである。したがって、本発明のタンパク質を利用してアンセリンを製造する場合には、前記の「(2)本発明の形質転換細胞を使用するカルノシンの製造方法」に記載において、基質の1つであるL−ヒスチジンの代わりに3−メチル−L−ヒスチジンを使用する以外は、「(2)本発明の形質転換細胞を使用するカルノシンの製造方法」と同様の条件で、実施することにより、アンセリンを製造し、取得できる。
(4) Method for producing anserine using the transformed cell of the present invention Anserine is a dipeptide in which β-alanine and 3-methyl-L-histidine are peptide-bonded. Therefore, in the case of producing anserine using the protein of the present invention, in the above-mentioned “(2) Method for producing carnosine using the transformed cell of the present invention”, L- Except for using 3-methyl-L-histidine instead of histidine, anserine was produced by carrying out the same conditions as in “(2) Carnosine production method using transformed cells of the present invention”. Can get.

(5)本発明のタンパク質を基質であるアミノ酸を含む緩衝液中でインキュベーションすることによるバレニンの製造方法
アンセリンは、β−アラニンと1−メチル−L−ヒスチジンとがペプチド結合したジペプチドである。したがって、本発明のタンパク質を利用してバレニンを製造する場合には、前記の「(1)本発明のタンパク質を基質であるアミノ酸を含む緩衝液中でインキュベーションすることによるカルノシンの製造方法」に記載において、基質の1つであるL−ヒスチジンの代わりに1−メチル−L−ヒスチジンを使用する以外は、該「(1)カルノシンの製造方法」と同様の条件でインキュベーションし、単離・精製することにより、バレニンを製造し、取得できる。
(5) Method for producing valerin by incubating the protein of the present invention in a buffer containing an amino acid as a substrate Anserine is a dipeptide in which β-alanine and 1-methyl-L-histidine are peptide-bonded. Therefore, when producing valenin using the protein of the present invention, it is described in “(1) Method for producing carnosine by incubating the protein of the present invention in a buffer containing an amino acid as a substrate”. 1) Incubate, isolate and purify under the same conditions as in “(1) Method for producing carnosine” except that 1-methyl-L-histidine is used instead of L-histidine which is one of the substrates. Thus, it is possible to produce and obtain barenin.

(6)本発明の形質転換細胞を使用するバレニンの製造方法
バレニンは、β−アラニンと1−メチル−L−ヒスチジンとがペプチド結合したジペプチドである。したがって、本発明のタンパク質を利用してバレニンを製造する場合には、前記の「(2)本発明の形質転換細胞を使用するカルノシンの製造方法」に記載において、基質の1つであるL−ヒスチジンの代わりに1−メチル−L−ヒスチジンを使用する以外は、「(2)本発明の形質転換細胞を使用するカルノシンの製造方法」と同様の条件で、実施することにより、バレニンを製造し、取得できる。
(6) Method for Producing Valenin Using the Transformed Cell of the Present Invention Valenin is a dipeptide in which β-alanine and 1-methyl-L-histidine are peptide-bonded. Therefore, when producing valenin using the protein of the present invention, in the above-mentioned “(2) Method for producing carnosine using the transformed cell of the present invention”, L- By carrying out under the same conditions as in “(2) Method for producing carnosine using the transformed cell of the present invention” except that 1-methyl-L-histidine is used instead of histidine, valenin is produced. Can get.

本明細書において言及される全ての文献はその全体が引用により本明細書に取り込まれる。ここに記述される実施例は本発明の実施形態を例示するものであり、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。   All documents mentioned herein are hereby incorporated by reference in their entirety. The examples described herein are illustrative of embodiments of the invention and should not be construed as limiting the scope of the invention.

以下の実施例において、ポリヌクレオチド(DNA、mRNA)の調製、PCR、塩基配列決定、形質転換、タンパク質の発現、タンパク質の精製、HPLC分析等は、当業者に周知慣用の方法を用いて行うことができる。例えば、Sambrook、J.及びRussell、D.W.、Molecular Cloning A Laboratory Manual 4rd Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press (2012)等を参照せよ。   In the following examples, polynucleotide (DNA, mRNA) preparation, PCR, sequencing, transformation, protein expression, protein purification, HPLC analysis, etc. should be performed using methods well known to those skilled in the art. Can do. For example, Sambrook, J. et al. And Russell, D .; W. See, Molecular Cloning A Laboratory Manual 4rd Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press (2012), and the like.

YwfEへの部位特異的変異の導入
YwfE遺伝子(配列番号11)を組み込んだpETベクターを鋳型として、製造者の指示に従ってQuick Change Site−Directed Mutagenesis(Strategene、米国)を用いて目的の変異を導入した。PCR反応は、表1(組成)及び表2(PCRサイクル)に示す反応条件で実施した。PCR反応では、KOD−Plus−Neo−DNA polymerase(Toyobo Co., Ltd.、大阪)を用いた。プライマー(配列番号33〜44)を使用し、N1
08A、N108E又はN108Qの部位特異的変異を導入したベクターを得た。なお、N108Aに対するベクターはYwfEタンパク質のN末端から108番目のアスパラギン(N)残基をアラニン(A)残基に置換したYwfEタンパク質をコードするポリヌクレオチド(配列番号18)を、N108Eに対するベクターはYwfEタンパク質の108番目のアスパラギン(N)残基をグルタミン酸(E)残基に置換したYwfEタンパク質をコードするポリヌクレオチド(配列番号19)を、N108Qに対するベクターはYwfEタンパク質の108番目のアスパラギン(N)残基をグルタミン(Q)残基に置換したYwfEタンパク質をコードするポリヌクレオチド(配列番号20)を表す。
Introduction of site-specific mutation into YwfE Using pET vector incorporating YwfE gene (SEQ ID NO: 11) as a template, the target mutation was introduced using Quick Change Site-Directed Mutagenesis (Strategene, USA) according to the manufacturer's instructions. . The PCR reaction was performed under the reaction conditions shown in Table 1 (composition) and Table 2 (PCR cycle). In the PCR reaction, KOD-Plus-Neo-DNA polymerase (Toyobo Co., Ltd., Osaka) was used. Using a primer (SEQ ID NO: 33-44), N1
A vector into which a site-specific mutation of 08A, N108E or N108Q was introduced was obtained. A vector for N108A is a polynucleotide (SEQ ID NO: 18) encoding a YwfE protein in which the 108th asparagine (N) residue from the N-terminus of the YwfE protein is substituted with an alanine (A) residue, and a vector for N108E is YwfE. A polynucleotide (SEQ ID NO: 19) encoding a YwfE protein in which the 108th asparagine (N) residue of the protein is replaced with a glutamic acid (E) residue, and the vector for N108Q is the 108th asparagine (N) residue of the YwfE protein. This represents a polynucleotide (SEQ ID NO: 20) encoding a YwfE protein having a group substituted with a glutamine (Q) residue.

PCR反応後、得られたPCR産物について、DNAシークエンサー(アプライドバイオシステムズ、ライフテクノロジーズジャパン株式会社、東京)で解析し、部位特異的変異が導入されたかを確認した。   After the PCR reaction, the obtained PCR product was analyzed with a DNA sequencer (Applied Biosystems, Life Technologies Japan Co., Ltd., Tokyo) to confirm whether a site-specific mutation was introduced.

大腸菌から抽出されたベクターは、Damメチラーゼにより、Dpn Iサイトがメチル化されている一方、PCR産物は、Dpn Iサイトがメチル化されていないため、これを利用することにより、鋳型ベクターと、PCR産物とを区別できる。簡潔には、PCR後の反応液に含まれる鋳型ベクターを除去するために、精製したPCR産物をDpn Iで37℃、2時間処理した。制限酵素反応は、表3に示した反応条件で実施した。   In the vector extracted from E. coli, the Dpn I site is methylated by Dam methylase, whereas the PCR product is not methylated in the Dpn I site. Distinguish from products. Briefly, in order to remove the template vector contained in the reaction solution after PCR, the purified PCR product was treated with Dpn I at 37 ° C. for 2 hours. The restriction enzyme reaction was performed under the reaction conditions shown in Table 3.

Dpn Iでの消化後、フェノール・クロロホルム処理及びエタノール沈殿によって精製した部位特異的変異導入ベクターを、TE緩衝液pH8.0に溶解した。   After digestion with Dpn I, the site-directed mutagenesis vector purified by phenol / chloroform treatment and ethanol precipitation was dissolved in TE buffer pH 8.0.

部位特異的変異導入ベクターによる大腸菌JM109の形質転換
大腸菌JM109のコンピテントセルと、部位特異的変異導入ベクターとをともに、42℃で熱処理した。その後SOC培地を加えて培養し、カナマイシン50μg/mL含有LB寒天培地に植菌し、37℃で終夜培養した。
Transformation of E. coli JM109 with site-directed mutagenesis vector Both the competent cell of E. coli JM109 and the site-specific mutagenesis vector were heat-treated at 42 ° C. Thereafter, an SOC medium was added for cultivation, inoculated into an LB agar medium containing 50 μg / mL kanamycin, and cultured at 37 ° C. overnight.

生育したコロニーから1つのコロニーを選択し、カナマイシン含有LB培地3mLに懸濁し、37℃で5時間培養した。培養後、アルカリSDS法により形質転換細胞から部位特異的変異導入ベクターを抽出した。抽出した部位特異的変異導入ベクターをフェノール・クロロホルム処理とエタノール沈殿により精製し、TE緩衝液(pH8.0)に溶解した。   One colony was selected from the grown colonies, suspended in 3 mL of LB medium containing kanamycin, and cultured at 37 ° C. for 5 hours. After culture, a site-specific mutagenesis vector was extracted from the transformed cells by alkaline SDS method. The extracted site-directed mutagenesis vector was purified by phenol / chloroform treatment and ethanol precipitation, and dissolved in TE buffer (pH 8.0).

精製酵素の調製
部位特異的変異導入ベクターによる大腸菌BL21の形質転換
精製した部位特異的変異導入ベクターを用いて、ヒートショック法により大腸菌BL21の形質転換を行った。大腸菌BL21のコンピテントセルと部位特異的変異導入ベクターとをともに、42℃で熱処理した。その後SOC培地を加えて培養し、カナマイシン50μg/mL含有LB寒天培地に植菌し、37℃で終夜培養した。ここでコロニーを形成した大腸菌を、YwfE発現形質転換細胞とした。
Preparation of purified enzyme
Transformation of E. coli BL21 with site-directed mutagenesis vector Escherichia coli BL21 was transformed by the heat shock method using the purified site-specific mutagenesis vector. Both the competent cell of E. coli BL21 and the site-directed mutagenesis vector were heat-treated at 42 ° C. Thereafter, an SOC medium was added for cultivation, inoculated into an LB agar medium containing 50 μg / mL kanamycin, and cultured at 37 ° C. overnight. Here, E. coli that formed colonies was used as YwfE-expressing transformed cells.

IPTGによる発現誘導
生育したYwfE発現形質転換細胞のコロニーから1つのコロニーを選択し、試験管中でカナマイシン含有LB培地3mLに懸濁して、37℃で5時間、前培養を行った。次に、500mLバッフル付エルレンマイヤーフラスコ中のカナマイシン含有LB培地200mLに前培養液2mLを添加した。37℃、120rpmで2時間本培養した後、100mM IPTG 200μLを添加した。IPTG添加後の培養液を25℃、120rpmで終夜培養した。
Expression induction by IPTG One colony was selected from the colonies of YwfE-expressing transformed cells grown and suspended in 3 mL of LB medium containing kanamycin in a test tube, and precultured at 37 ° C. for 5 hours. Next, 2 mL of the preculture solution was added to 200 mL of the LB medium containing kanamycin in the Erlenmeyer flask with a 500 mL baffle. After main culture at 37 ° C. and 120 rpm for 2 hours, 200 μL of 100 mM IPTG was added. The culture solution after addition of IPTG was cultured overnight at 25 ° C. and 120 rpm.

終夜培養後、5000×g、10分間の遠心分離を行って集菌し、菌体ペレットを100mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)で懸濁して洗菌した。この操作を2回繰り返して培地成分を除去した。洗菌後、菌体ペレットを−80℃で凍結保存した。   After overnight culture, the cells were collected by centrifugation at 5000 × g for 10 minutes, and the cell pellet was suspended in 100 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) and washed. This operation was repeated twice to remove the medium components. After washing, the cell pellet was stored frozen at -80 ° C.

酵素精製
解凍した菌体ペレットに、BugBuster(BugBusterTM Protein Extraction Reagent、メルクKGaA社、独国)とリゾチームとを添加し、タンパク質を抽出した。菌体破砕液は遠心分離によって、沈殿(不溶性画分)と上清(無細胞抽出液)とに分離した。無細胞抽出液をHis GraviTrap(GEヘルスケア社、米国)を用いて製造者の指示に従って適用した。溶出した溶液をPD−10カラム(GEヘルスケア社)を用いて、製造者の指示書に従って脱塩した。精製した酵素を、以下の実験で使用されるまで、−80℃で保存した。
BugBuster (BugBuster Protein Extraction Reagent, Merck KGaA, Germany) and lysozyme were added to the enzyme-purified and thawed cell pellet to extract the protein. The cell disruption solution was separated into a precipitate (insoluble fraction) and a supernatant (cell-free extract) by centrifugation. The cell-free extract was applied using His GraviTrap (GE Healthcare, USA) according to the manufacturer's instructions. The eluted solution was desalted using a PD-10 column (GE Healthcare) according to the manufacturer's instructions. The purified enzyme was stored at −80 ° C. until used in the following experiments.

精製酵素の濃度測定
精製した酵素の濃度を、クマシーブリリアントブルーを用いた呈色反応後、マイクロプレートリーダーMODEL550(Bio−Rad社、米国)により測定した。検量線法により595nmの吸光度の測定値から精製した酵素濃度を決定した。
Concentration measurement of purified enzyme The concentration of the purified enzyme was measured with a microplate reader MODEL550 (Bio-Rad, USA) after a color reaction using Coomassie Brilliant Blue. The purified enzyme concentration was determined from the absorbance measurement at 595 nm by the calibration curve method.

二重変異型酵素
N108A、N108E又はN108Qの変異と、I112V、H378K又はH378Rの変異とを組み合わせた二重変異型酵素N108A/I112V(配列番号5)、N108A/H378K(配列番号6)、N108A/H378R(配列番号7)、N108E/I112V(配列番号8)、N108E/H378K(配列番号9)、N108E/H378R(配列番号10)、N108Q/I112V(配列番号11)、N108Q/H378K(配列番号12)及びN108Q/H378R(配列番号13)を作製し、カルノシン合成活性を評価した。簡潔には、上記の部位特異的変異の導入と同様に、N108A、N108E又はN108Qの部位特異的変異を有するベクターを鋳型にして、I112Vのプライマー(配列番号39及び40)、H378Kのプライマー(配列番号41及び42)又はH378Rのプライマー(配列番号43及び44)を用いて部位特異的変異(I112V、H378K又はH378R)をさらに導入し、二重部位特異的変異を有するベクターを得た。その後、上記と同様に、精製した二重部位特異的変異型YwfE(配列番号5〜13)を得た。
Double mutant enzymes N108A / I112V (SEQ ID NO: 5), N108A / H378K (SEQ ID NO: 6), N108A / N108A / N108Q (SEQ ID NO: 6), which are a combination of double mutant enzyme N108A, N108E or N108Q mutation and I112V, H378K or H378R mutation H378R (SEQ ID NO: 7), N108E / I112V (SEQ ID NO: 8), N108E / H378K (SEQ ID NO: 9), N108E / H378R (SEQ ID NO: 10), N108Q / I112V (SEQ ID NO: 11), N108Q / H378K (SEQ ID NO: 12) ) And N108Q / H378R (SEQ ID NO: 13) were prepared, and carnosine synthesis activity was evaluated. Briefly, similar to the introduction of the site-specific mutation described above, a vector having a site-specific mutation of N108A, N108E or N108Q is used as a template, the primer of I112V (SEQ ID NOs: 39 and 40), the primer of H378K (sequence No. 41 and 42) or a H378R primer (SEQ ID No. 43 and 44) was used to further introduce a site-specific mutation (I112V, H378K or H378R) to obtain a vector having a double site-specific mutation. Thereafter, in the same manner as described above, purified double-site-specific mutant YwfE (SEQ ID NOs: 5 to 13) was obtained.

三重変異型酵素
N108A/I112V、N108Q/I112Vの変異と、H378K、H378Rの変異とを組み合わせた三重変異型酵素N108A/I112V/H378R(配列番号14)、N108Q/I112V/H378K(配列番号15)及びN108Q/I112V/H378R(配列番号16)を作製し、カルノシン合成活性を評価した。簡潔には、上記の部位特異的変異の導入と同様に、N108A/I112V、N108Q/I112Vの部位特異的変異を有するベクターを鋳型にして、H378Kのプライマー(配列番号41及び42)又はH378Rのプライマー(配列番号43及び44)を用いて部位特異的変異(H378K又はH378R)をさらに導入し、三重部位特異的変異を有するベクターを得た。その後、上記と同様に、精製した三重部位特異的変異型YwfE(配列番号14〜16)を得た。
Triple mutant enzymes N108A / I112V / H378R (SEQ ID NO: 14), N108Q / I112V / H378K (SEQ ID NO: 15), which are combinations of triple mutant enzymes N108A / I112V and N108Q / I112V, and mutations of H378K and H378R N108Q / I112V / H378R (SEQ ID NO: 16) was prepared, and carnosine synthesis activity was evaluated. Briefly, in the same manner as the introduction of the above site-specific mutation, H378K primer (SEQ ID NO: 41 and 42) or H378R primer using vectors having N108A / I112V and N108Q / I112V site-specific mutations as templates. A site-specific mutation (H378K or H378R) was further introduced using (SEQ ID NOs: 43 and 44) to obtain a vector having a triple site-specific mutation. Thereafter, in the same manner as described above, purified triple site-specific mutant YwfE (SEQ ID NOs: 14 to 16) was obtained.

カルノシン合成活性評価(HPLC分析)
カルノシンの標品は、市販のカルノシン(Sigma−Aldrich、米国)を使用した。ペプチドの合成量について、Nα−(5−fluoro−2,4−dinitrophenyl)−L−alanineamide(FDAA)誘導体化法を用いたHPLC分析を実施し、検量線法により定量した。該HPLC分析は表4(溶離液組成)及び表5(グラジエントプログラム)に示した条件で定法に従って実施された。
<分析条件>
使用機器:HITACHI L−7000 シリーズ(株式会社日立製作所、東京)
使用カラム:WH−C18A(4×150mm)(株式会社日立ハイテクノロジーズ、東京)
サンプル注入量:10μL
流速:0.5mL/分
カラム温度:40℃
UV検出波長:340nm
Carnosine synthesis activity evaluation (HPLC analysis)
A commercial carnosine (Sigma-Aldrich, USA) was used as a standard carnosine. The amount of peptide synthesized was subjected to HPLC analysis using N α- (5-fluoro-2,4-dinitrophenyl) -L-alanineamide (FDAA) derivatization method, and quantified by a calibration curve method. The HPLC analysis was performed according to a conventional method under the conditions shown in Table 4 (eluent composition) and Table 5 (gradient program).
<Analysis conditions>
Equipment used: HITACHI L-7000 series (Hitachi, Ltd., Tokyo)
Column used: WH-C18A (4 × 150 mm) (Hitachi High-Technologies Corporation, Tokyo)
Sample injection volume: 10 μL
Flow rate: 0.5 mL / min Column temperature: 40 ° C
UV detection wavelength: 340 nm

カルノシン合成は、表6に示す組成の反応液中で、30℃で20時間実施された。酵素として、野生型酵素(配列番号1)と、単変異型酵素N108A(配列番号2)、N108E(配列番号3)、N108Q(配列番号4)と、二重変異型酵素N108A/I112V(配列番号5)、N108A/H378K(配列番号6)、N108A/H378R(配列番号7)、N108E/I112V(配列番号8)、N108E/H378K(配列番号9)、N108E/H378R(配列番号10)、N108Q/I112V(配列番号11)、N108Q/H378K(配列番号12)、N108Q/H378R(配列番号13)と、三重変異型酵素N108A/I112V/H378R(配列番号14)、N108Q/I112V/H378K(配列番号15)、N108Q/I112V/H378R(配列番号16)とを用いた。反応終了後、カルノシン合成の評価するために上記と同様の方法でHPLCによって分析した。   Carnosine synthesis was performed in a reaction solution having the composition shown in Table 6 at 30 ° C. for 20 hours. As an enzyme, a wild type enzyme (SEQ ID NO: 1), a single mutant enzyme N108A (SEQ ID NO: 2), N108E (SEQ ID NO: 3), N108Q (SEQ ID NO: 4), and a double mutant enzyme N108A / I112V (SEQ ID NO: 5), N108A / H378K (SEQ ID NO: 6), N108A / H378R (SEQ ID NO: 7), N108E / I112V (SEQ ID NO: 8), N108E / H378K (SEQ ID NO: 9), N108E / H378R (SEQ ID NO: 10), N108Q / I112V (SEQ ID NO: 11), N108Q / H378K (SEQ ID NO: 12), N108Q / H378R (SEQ ID NO: 13), triple mutant enzyme N108A / I112V / H378R (SEQ ID NO: 14), N108Q / I112V / H378K (SEQ ID NO: 15) ), N108Q / I112V / H378R (SEQ ID NO: 16) It was used. After the reaction was completed, HPLC analysis was performed in the same manner as described above in order to evaluate carnosine synthesis.

統計学的検定は、統計検定ソフト:EZR(http://www.jichi.ac.jp/saitama−sct/SaitamaHP.files/statmed.htm)を用い、野生型酵素によって生成されるカルノシンの濃度を対照群として、各変異型酵素によって生成されるカルノシンの濃度に対して、一元配置分散分析(ANOVA)及びDunnettの検定法により、p値0.05を有意水準としてpost hoc解析した(各群n=3)。また、下記のアンセリン合成活性評価、及び、バレニン合成活性評価の統計学的解析も同様に実施した。   The statistical test is performed using statistical test software: EZR (http://www.jichi.ac.jp/saitama-sct/SaitamaHP.files/statmed.htm) and the concentration of carnosine produced by the wild-type enzyme. As a control group, post hoc analysis was performed with respect to the concentration of carnosine produced by each mutant enzyme using a one-way analysis of variance (ANOVA) and Dunnett's test with a p-value of 0.05 as a significance level (n for each group). = 3). In addition, the following statistical analysis of anserine synthesis activity evaluation and valenine synthesis activity evaluation was performed in the same manner.

結果
図1は、野生型酵素(配列番号1)と、単変異型酵素N108A(配列番号2)、N108E(配列番号3)、N108Q(配列番号4)と、二重変異型酵素N108A/I112V(配列番号5)、N108A/H378K(配列番号6)、N108A/H378R(配列番号7)、N108E/I112V(配列番号8)、N108E/H378K(配列番号9)、N108E/H378R(配列番号10)、N108Q/I112V(配列番号11)、N108Q/H378K(配列番号12)、N108Q/H378R(配列番号13)と、三重変異型酵素N108A/I112V/H378R(配列番号14)、N108Q/I112V/H378K(配列番号15)、N108Q/I112V/H378R(配列番号16)のカルノシン合成によるカルノシン濃度を示す。N108A/I112V(配列番号5)、N108E/I112V(配列番号8)及びN108Q/I112V(配列番号11)を除いて、いずれの変異型酵素においても、野生型と比較して統計学的有意なカルシノン合成活性の上昇を認めた。また、カルシノン合成活性は、N108E/H378K(配列番号9)が最も高く、収率は91.4%であった。
Results FIG. 1 shows a wild type enzyme (SEQ ID NO: 1), a single mutant enzyme N108A (SEQ ID NO: 2), N108E (SEQ ID NO: 3), N108Q (SEQ ID NO: 4), and a double mutant enzyme N108A / I112V ( SEQ ID NO: 5), N108A / H378K (SEQ ID NO: 6), N108A / H378R (SEQ ID NO: 7), N108E / I112V (SEQ ID NO: 8), N108E / H378K (SEQ ID NO: 9), N108E / H378R (SEQ ID NO: 10), N108Q / I112V (SEQ ID NO: 11), N108Q / H378K (SEQ ID NO: 12), N108Q / H378R (SEQ ID NO: 13), triple mutant enzyme N108A / I112V / H378R (SEQ ID NO: 14), N108Q / I112V / H378K (sequence) No. 15), N108Q / I112V / H378R (SEQ ID NO: 16) The carnosine concentration by carnosine synthesis is shown. Except for N108A / I112V (SEQ ID NO: 5), N108E / I112V (SEQ ID NO: 8), and N108Q / I112V (SEQ ID NO: 11), the statistically significant calcinone in all mutant enzymes compared to the wild type An increase in synthetic activity was observed. The calcinone synthesis activity was highest for N108E / H378K (SEQ ID NO: 9), and the yield was 91.4%.

アンセリン合成活性の評価
実施例1のカルノシン合成活性の評価と同様に、15種類の変異型酵素(N108A、N108E、N108Q、N108A/I112V、N108A/H378K、N108A/H378R、N108E/I112V、N108E/H378K、N108E/H378R、N108Q/I112V、N108Q/H378K、N108Q/H378R、N108A/I112V/H378R、N108Q/I112V/H378K及びN108Q/I112V/H378R)のアンセリン合成活性を、野生型の活性と比較し評価した。簡潔には、アンセリン合成は、表7に示す組成の反応液中で、30℃で20時間実施された。反応終了後、アンセリン濃度を実施例1と同様にHPLCで定量することにより各変異型酵素のアンセリン合成活性を評価した。アンセリンの標品は、市販のアンセリン(和光純薬工業株式会社、大阪)を使用した。
Evaluation of Anserine Synthesis Activity As in the evaluation of carnosine synthesis activity in Example 1, 15 mutant enzymes (N108A, N108E, N108Q, N108A / I112V, N108A / H378K, N108A / H378R, N108E / I112V, N108E / H378K) N108E / H378R, N108Q / I112V, N108Q / H378K, N108Q / H378R, N108A / I112V / H378R, N108Q / I112V / H378K and N108Q / I112V / H378R) were evaluated by comparing with the wild-type activity. . Briefly, anserine synthesis was carried out in a reaction solution having the composition shown in Table 7 at 30 ° C. for 20 hours. After completion of the reaction, the anserine concentration of each mutant enzyme was evaluated by quantifying the anserine concentration by HPLC in the same manner as in Example 1. As an anserine preparation, commercially available anserine (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Osaka) was used.

結果
図2に測定結果を示した。N108Q(配列番号4)及びN108A/H378R(配列番号7)を除いて、いずれの変異型酵素においても、野生型と比較して統計学的有意なアンセリン合成活性の上昇を認めた。また、アンセリン合成活性は、N108Q/I112V/H378K(配列番号15)が最も高く、収率は94.7%であった。
Results FIG. 2 shows the measurement results. With the exception of N108Q (SEQ ID NO: 4) and N108A / H378R (SEQ ID NO: 7), a statistically significant increase in anserine synthesis activity was observed in all mutant enzymes compared to the wild type. Moreover, N108Q / I112V / H378K (sequence number 15) had the highest anserine synthetic activity, and the yield was 94.7%.

バレニン合成活性の評価
実施例1のカルノシン合成活性の評価と同様に、15種類の変異型酵素(N108A、N108E、N108Q、N108A/I112V、N108A/H378K、N108A/H378R、N108E/I112V、N108E/H378K、N108E/H378R、N108Q/I112V、N108Q/H378K、N108Q/H378R、N108A/I112V/H378R、N108Q/I112V/H378K及びN108Q/I112V/H378R)のバレニン合成活性を、野生型の活性と比較し評価した。簡潔には、バレニン合成は、表8に示す組成の反応液中で、30℃で20時間実施された。反応終了後、バレニン濃度を実施例1と同様にHPLCで定量することにより各変異型酵素のバレニン合成活性を評価した。バレニンの標品は、市販のバレニン(浜理薬品工業株式会社、大阪)を使用した。
Evaluation of Valenin Synthesis Activity Similar to the evaluation of carnosine synthesis activity in Example 1, 15 mutant enzymes (N108A, N108E, N108Q, N108A / I112V, N108A / H378K, N108A / H378R, N108E / I112V, N108E / H378K) , N108E / H378R, N108Q / I112V, N108Q / H378K, N108Q / H378R, N108A / I112V / H378R, N108Q / I112V / H378K and N108Q / I112V / H378R) were evaluated by comparing with the wild-type activity. . Briefly, valenin synthesis was performed in a reaction solution having the composition shown in Table 8 at 30 ° C. for 20 hours. After completion of the reaction, the valenin concentration of each mutant enzyme was evaluated by quantifying the valenin concentration by HPLC in the same manner as in Example 1. As a standard product of valenin, commercially available valenin (Hamari Pharmaceutical Co., Ltd., Osaka) was used.

結果
図3に測定結果を示した。6種類の変異型酵素(N108A/H378K、N108A/H378R、N108Q/I112V、N108A/I112V/H378R、N108Q/I112V/H378K及びN108Q/I112V/H378R)において、野生型と比較して統計学的有意なバレニン合成活性の上昇を認めた。また、バレニン合成活性は、N108A/H378K(配列番号6)が最も高く、収率は38.8%であった。
Results FIG. 3 shows the measurement results. In 6 mutant enzymes (N108A / H378K, N108A / H378R, N108Q / I112V, N108A / I112V / H378R, N108Q / I112V / H378K and N108Q / I112V / H378R), statistically significant compared to the wild type Increase in the activity of synthesizing valenin was observed. In addition, the activity of synthesizing valerin was highest for N108A / H378K (SEQ ID NO: 6), and the yield was 38.8%.

以上の結果から、4種類の変異型酵素(N108A/H378K(配列番号6)、N108A/I112V/H378R(配列番号14)、N108Q/I112V/H378K(配列番号15)及びN108Q/I112V/H378R(配列番号16))については、野生型と比較して統計学的有意なカルノシン合成活性、アンセリン合成活性及びバレニン合成活性の上昇を認めた。   From the above results, four types of mutant enzymes (N108A / H378K (SEQ ID NO: 6), N108A / I112V / H378R (SEQ ID NO: 14), N108Q / I112V / H378K (SEQ ID NO: 15) and N108Q / I112V / H378R (sequence) Regarding No. 16)), statistically significant increases in carnosine synthesis activity, anserine synthesis activity, and valenin synthesis activity were observed compared to the wild type.

カルノシン合成におけるペプチダーゼの影響評価
ペプチダーゼD(pepD)は、N末端側の任意のアミノ酸(Xaa)と、C末端側のヒスチジン(His)とからなるジペプチド(Xaa−His)を認識し、これを分解する(J.Gen.Microbiol.172,2337−2343(1986))。そのため、細胞を用いる製造方法では、pepDを欠損する菌体を使用することでカルノシンの分解を抑制できると考えられた。
そこで、エシェリヒア・コリ JM101株及びJW0227株を使用して、カルノシンの分解活性を比較評価した。JW0227株はJM101株からペプチダーゼの一種であるpepDの遺伝子を欠損させたものである。表9にJM101株のGenotypeを示す。
Evaluation of the effect of peptidase on carnosine synthesis Peptidase D (pepD) recognizes and decomposes a dipeptide (Xaa-His) consisting of any amino acid (Xaa) on the N-terminal side and histidine (His) on the C-terminal side. (J. Gen. Microbiol. 172, 2337-2343 (1986)). Therefore, it was considered that in the production method using cells, degradation of carnosine can be suppressed by using bacterial cells lacking pepD.
Therefore, the degradation activity of carnosine was comparatively evaluated using Escherichia coli JM101 strain and JW0227 strain. The JW0227 strain is obtained by deleting the gene of pepD, which is a kind of peptidase, from the JM101 strain. Table 9 shows the Genotype of JM101 strain.

菌体反応によるカルノシン分解は、表10に示す組成の反応液中で、30℃で0又は20時間実施された。反応終了後の溶液について90℃で10分間処理し、反応を停止させた。20分間の遠心分離後、上清をHPLCにより分析を行った。0時間のカルノシン濃度を100%としたときの20時間反応後のカルノシン残存率を算出した。
Carnosine degradation by the bacterial cell reaction was performed in a reaction solution having the composition shown in Table 10 at 30 ° C. for 0 or 20 hours. The solution after completion of the reaction was treated at 90 ° C. for 10 minutes to stop the reaction. After centrifugation for 20 minutes, the supernatant was analyzed by HPLC. The carnosine residual rate after reaction for 20 hours when the carnosine concentration at 0 hour was taken as 100% was calculated.

結果
図4は、宿主細胞としてJM101株、JW0227株それぞれを使用した際のカルノシン残存率を示す。カルノシン残存率はJM101株では64.2%であり、JW0227株では74.7%であった。このことから、ペプチダーゼの欠損株を用いることにより、生成されたカルノシンの分解を抑制し、カルノシンを高効率で製造できることが明らかとなった。また、アンセリン及びバレニンもペプチダーゼの欠損株を用いることにより、高効率で製造できることが示唆された。
Results FIG. 4 shows the carnosine survival rate when using JM101 strain and JW0227 strain as host cells, respectively. The carnosine residual rate was 64.2% for the JM101 strain and 74.7% for the JW0227 strain. From this, it was clarified that by using a peptidase-deficient strain, degradation of the produced carnosine can be suppressed and carnosine can be produced with high efficiency. It was also suggested that anserine and valenin can be produced with high efficiency by using a peptidase-deficient strain.

イミダゾールジペプチド、特にカルノシン、アンセリン及び/又はバレニンを高効率で生産するタンパク質、該タンパク質をコードする核酸を含むベクター、及び、該タンパク質を含有する宿主細胞を提供することにより、簡便に低コストでこれらのイミダゾールジペプチドを提供することができる。また宿主細胞として、ペプチダーゼ欠損細胞を用いることで、イミダゾールジペプチド、特にカルノシンを高効率で製造できる。   By providing a protein that efficiently produces imidazole dipeptides, particularly carnosine, anserine and / or valenin, a vector containing a nucleic acid encoding the protein, and a host cell containing the protein, these can be conveniently and at low cost. Of imidazole dipeptides can be provided. Further, by using peptidase-deficient cells as host cells, imidazole dipeptides, particularly carnosine, can be produced with high efficiency.

Claims (17)

配列番号1で表されるL−アミノ酸α−リガーゼ:YwfEのアミノ酸配列の少なくとも1〜3個のアミノ酸残基の置換を含む変異タンパク質であり、
N末端より108位のアスパラギン(N)残基がアラニン(A)残基、グルタミン酸(E)残基又はグルタミン(Q)残基に置換され、又は、さらに、
112位のイソロイシン(I)残基がバリン(V)残基に置換され、及び/又は、378位のヒスチジン(H)残基がリジン(K)残基又はアルギニン(R)残基に置換されていることを特徴とする、変異タンパク質。
L-amino acid α-ligase represented by SEQ ID NO: 1 is a mutant protein comprising a substitution of at least 1 to 3 amino acid residues in the amino acid sequence of YwfE;
An asparagine (N) residue at position 108 from the N-terminus is substituted with an alanine (A) residue, a glutamic acid (E) residue or a glutamine (Q) residue; or
The isoleucine (I) residue at position 112 is replaced with a valine (V) residue and / or the histidine (H) residue at position 378 is replaced with a lysine (K) residue or an arginine (R) residue A mutated protein characterized by
前記変異タンパク質が、L−アミノ酸α−リガーゼ活性を有することを特徴とする、請求項1に記載の変異タンパク質。   The mutant protein according to claim 1, wherein the mutant protein has L-amino acid α-ligase activity. 前記変異タンパク質が、
(i)配列番号2〜16のアミノ酸配列を有するタンパク質、
(ii)配列番号2〜16のアミノ酸配列と80%以上の相同性を有し、かつ、L−アミノ酸α−リガーゼ活性を有するタンパク質、
(iii)配列番号2〜16のアミノ酸配列の1又は複数個のアミノ酸残基が欠失、置換、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、L−アミノ酸α−リガーゼ活性を有するタンパク質、
であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の変異タンパク質。
The mutant protein is
(I) a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NOs: 2 to 16,
(Ii) a protein having 80% or more homology with the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 2 to 16 and having L-amino acid α-ligase activity;
(Iii) It consists of an amino acid sequence in which one or more amino acid residues of the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 2 to 16 are deleted, substituted, inserted, and / or added, and has L-amino acid α-ligase activity protein,
The mutant protein according to claim 1 or 2, characterized in that
前記L−アミノ酸α−リガーゼ活性が、カルノシン合成活性、アンセリン合成活性及び/又はバレニン合成活性から選択されることを特徴とする、請求項2又は3に記載の変異タンパク質。   The mutant protein according to claim 2 or 3, wherein the L-amino acid α-ligase activity is selected from carnosine synthesis activity, anserine synthesis activity and / or valenine synthesis activity. 前記L−アミノ酸α−リガーゼ活性が、カルノシン合成活性の場合に、前記変異タンパク質が、
(i)配列番号2〜4、6、7、9、10、12〜16のアミノ酸配列を有するタンパク質、
(ii)配列番号2〜4、6、7、9、10、12〜16のアミノ酸配列と80%以上の相同性を有し、かつ、カルノシン合成活性を有するタンパク質、
(iii)配列番号2〜4、6、7、9、10、12〜16のアミノ酸配列の1又は複数個のアミノ酸残基が欠失、置換、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、カルノシン合成活性を有するタンパク質、
であることを特徴とする、請求項4に記載の変異タンパク質。
When the L-amino acid α-ligase activity is carnosine synthesis activity, the mutant protein is
(I) a protein having an amino acid sequence of SEQ ID NOs: 2 to 4, 6, 7, 9, 10, 12 to 16,
(Ii) a protein having 80% or more homology with the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 2 to 4, 6, 7, 9, 10, 12 to 16 and having a carnosine synthesis activity;
(Iii) consisting of an amino acid sequence in which one or more amino acid residues of the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 2 to 4, 6, 7, 9, 10, 12 to 16 are deleted, substituted, inserted, and / or added And a protein having carnosine synthesis activity,
The mutant protein according to claim 4, wherein
前記L−アミノ酸α−リガーゼ活性が、アンセリン合成活性の場合に、前記変異タンパク質が、
(i)配列番号2、3、5、6、8〜16のアミノ酸配列を有するタンパク質、
(ii)配列番号2、3、5、6、8〜16のアミノ酸配列と80%以上の相同性を有し、かつ、アンセリン合成活性を有するタンパク質、
(iii)配列番号2、3、5、6、8〜16のアミノ酸配列の1又は複数個のアミノ酸残基が欠失、置換、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、アンセリン合成活性を有するタンパク質、
であることを特徴とする、請求項4に記載の変異タンパク質。
When the L-amino acid α-ligase activity is anserine synthesis activity, the mutant protein is
(I) a protein having an amino acid sequence of SEQ ID NOs: 2, 3, 5, 6, 8 to 16,
(Ii) a protein having 80% or more homology with the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 2, 3, 5, 6, 8 to 16 and having anserine synthesis activity;
(Iii) It consists of an amino acid sequence in which one or more amino acid residues of the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 2, 3, 5, 6, 8 to 16 are deleted, substituted, inserted and / or added, and anserine A protein having synthetic activity,
The mutant protein according to claim 4, wherein
前記L−アミノ酸α−リガーゼ活性が、バレニン合成活性の場合に、前記変異タンパク質が、
(i)配列番号6、7、11、14〜16のアミノ酸配列を有するタンパク質、
(ii)配列番号6、7、11、14〜16のアミノ酸配列と80%以上の相同性を有し、かつ、バレニン合成活性を有するタンパク質、
(iii)配列番号6、7、11、14〜16のアミノ酸配列の1又は複数個のアミノ酸残基が欠失、置換、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、バレニン合成活性を有するタンパク質、
であることを特徴とする、請求項4に記載の変異タンパク質。
When the L-amino acid α-ligase activity is valenine synthesis activity, the mutant protein is
(I) a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NOs: 6, 7, 11, 14-16,
(Ii) a protein having 80% or more homology with the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 6, 7, 11, 14 to 16 and having a valenin synthesis activity,
(Iii) It consists of an amino acid sequence in which one or more amino acid residues of the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 6, 7, 11, 14 to 16 are deleted, substituted, inserted and / or added, and has a valenin synthesis activity A protein having
The mutant protein according to claim 4, wherein
請求項1〜7のいずれか1項に記載のタンパク質をコードすることを特徴とする、核酸。   A nucleic acid encoding the protein according to any one of claims 1 to 7. 請求項8に記載の核酸を含むポリヌクレオチドを挿入したことを特徴とする、ベクター。   A vector comprising a polynucleotide comprising the nucleic acid according to claim 8 inserted therein. 請求項9に記載のベクターを少なくとも1種以上を含むことを特徴とする、宿主細胞。   A host cell comprising at least one vector according to claim 9. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の変異タンパク質を使用することを特徴とする、ジペプチドの製造方法。   A method for producing a dipeptide, wherein the mutant protein according to any one of claims 1 to 7 is used. ペプチダーゼの活性阻害剤とともに、請求項1〜3のいずれか1項に記載のタンパク質を使用することを特徴とする、ジペプチドの製造方法。   A method for producing a dipeptide, comprising using the protein according to any one of claims 1 to 3 together with a peptidase activity inhibitor. 請求項10に記載の宿主細胞を使用することを特徴とする、ジペプチドの製造方法。   A method for producing a dipeptide, comprising using the host cell according to claim 10. 前記宿主細胞が、ペプチダーゼの欠損細胞であることを特徴とする、請求項13に記載のジペプチドの製造方法。   The method for producing a dipeptide according to claim 13, wherein the host cell is a peptidase-deficient cell. 前記ペプチダーゼがペプチダーゼDであることを特徴とする、請求項12又は14に記載のジペプチドの製造方法。   The method for producing a dipeptide according to claim 12 or 14, wherein the peptidase is peptidase D. 前記ジペプチドが、イミダゾールジペプチドであることを特徴とする、請求項11〜15のいずれか1項に記載のジペプチドの製造方法。   The method for producing a dipeptide according to any one of claims 11 to 15, wherein the dipeptide is an imidazole dipeptide. 前記イミダゾールジペプチドが、カルノシン、アンセリン及び/又はバレニンであることを特徴とする、請求項16に記載のジペプチドの製造方法。   The method for producing a dipeptide according to claim 16, wherein the imidazole dipeptide is carnosine, anserine and / or valenin.
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