JP2018201486A - Glucose dehydrogenase with high storage stability and continuous glucose monitoring - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、保存安定性に優れたグルコースデヒドロゲナーゼ及びこれを用いる持続血糖測定などのグルコース測定方法、並びにグルコースデヒドロゲナーゼの製造方法に関する。 The present invention relates to a glucose dehydrogenase excellent in storage stability, a glucose measurement method such as continuous blood glucose measurement using the same, and a method for producing glucose dehydrogenase.
血中グルコース濃度(血糖値)は、糖尿病の重要なマーカーである。糖尿病の診断及び管理には、自己血糖測定と持続血糖測定が重要である。特に近年は、個人差のある血糖変動をより正確に捉えるため、持続血糖測定の重要性が増している。持続血糖測定は数日〜1、2週間の期間、血中グルコース濃度を測定することが出来る。持続血糖測定装置はグルコースセンサーを有する。 Blood glucose concentration (blood glucose level) is an important marker of diabetes. Autologous blood glucose measurement and continuous blood glucose measurement are important for the diagnosis and management of diabetes. Particularly in recent years, the importance of continuous blood glucose measurement is increasing in order to more accurately capture blood glucose fluctuations that vary among individuals. Continuous blood glucose measurement can measure blood glucose concentration for a period of several days to 1 or 2 weeks. The continuous blood glucose measurement device has a glucose sensor.
グルコース濃度の測定はグルコースオキシダーゼ(GOD)を用いて行うことができる。GODはグルコースを酸化する際に、酸素を電子受容体とする。これは測定サンプル中に存在する溶存酸素の影響を受けうる。我々の知る限り、現在の市販のCGM(continuous glucose monitoring)デバイスはいずれもGODに基づく。特定のGOD、例えばアスペルギルス属、例えばAspergillus niger等の微生物に由来するGODは、過酷な熱条件下でも活性を保持することが知られている(非特許文献1)。そのため、CGMデバイスでは、一般に、熱に安定なGODが用いられている。CGMは、持続血糖測定、或いは連続グルコースモニタリングと呼ばれる(本明細書ではこれらの用語は相互に置き換え可能とする)。 The glucose concentration can be measured using glucose oxidase (GOD). GOD uses oxygen as an electron acceptor when it oxidizes glucose. This can be influenced by dissolved oxygen present in the measurement sample. To the best of our knowledge, all current commercial CGM (continuous glucose monitoring) devices are based on GOD. It is known that a specific GOD, for example, a GOD derived from a microorganism such as Aspergillus niger, for example, Aspergillus niger, retains activity even under severe heat conditions (Non-patent Document 1). For this reason, heat stable GOD is generally used in CGM devices. CGM is called continuous blood glucose measurement, or continuous glucose monitoring (herein these terms are interchangeable).
Burkholderia cepacia由来のGDHを用いてCGMデバイスの構築が検討されている。しかしながら、GODを用いたCGMやBurkholderia cepacia由来のGDHを用いて構築したCGMデバイスは、1日に数回のキャリブレーションが必要である(例えば非特許文献2)。多くの市販CGMデバイスにおいても、1日に数回のキャリブレーションが必要である。これはGODやGDHが時間経過により失活しているからであると考えられる。 Construction of a CGM device using GDH derived from Burkholderia cepacia is being studied. However, a CGM device constructed using CGM using GOD or GDH derived from Burkholderia cepacia requires calibration several times a day (for example, Non-Patent Document 2). Many commercial CGM devices also require calibration several times a day. This is thought to be because GOD and GDH are deactivated over time.
特許文献1は、ムコール属由来のGDHを開示している。
非特許文献3はMucor prainii由来のFAD-GDHを開示している。当該文献には、GOD(E.C. 1.1.3.4)がその高い熱安定性と高いグルコース選択性のため、アンペロメトリー用グルコースセンサーとして広く使用されてきたことが記載されている。
Non-Patent Document 3 discloses FAD-GDH derived from Mucor prainii. This document describes that GOD (EC 1.1.3.4) has been widely used as an amperometric glucose sensor because of its high thermal stability and high glucose selectivity.
特許文献2は、Burkholderia cepacia由来のGDHを開示している。開示されているGDHは膜結合性タンパク質であり、シトクロムドメインを有する。B. cepacia由来のGDHのアミノ酸配列はムコール属由来のFAD依存性GDHと類似していない。 Patent Document 2 discloses GDH derived from Burkholderia cepacia. The disclosed GDH is a membrane-bound protein and has a cytochrome domain. The amino acid sequence of GDH derived from B. cepacia is not similar to FAD-dependent GDH derived from the genus Mucor.
特許文献3はMucor guilliermondii (MgGDH)由来のGDHを開示している。
特許文献4はMucor hiemalis (MhGDH) 由来のGDHを開示している。
Patent Document 3 discloses GDH derived from Mucor guilliermondii (MgGDH).
特許文献5はCircinella simplex由来のCsGDH及びCircinella sp.由来のCRGDHを開示している。
特許文献6はMucor RD056860由来のMrdGDHを開示している。
特許文献7はMucor subtilissimus由来のMsGDHを開示している。
特許文献8及び特許文献9は、それぞれ、M. prainii由来のGDHを開示している。
Patent Document 6 discloses MrdGDH derived from Mucor RD056860.
Patent Document 7 discloses MsGDH derived from Mucor subtilissimus.
Patent Document 8 and Patent Document 9 each disclose GDH derived from M. prainii.
本発明は、CGM等に用いることのできる、長期安定性に優れたGDHを提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide GDH which can be used for CGM etc. and was excellent in long-term stability.
CGMは、理論上はGDH又はGODを有するグルコースセンサーにより実装できる。グルコースデヒドロゲナーゼはグルコースを脱水素するに当たり、電子アクセプターを用いる。これは溶存酸素の影響を受けにくいため、測定に有利であり得る。 CGM can theoretically be implemented by a glucose sensor having GDH or GOD. Glucose dehydrogenase uses an electron acceptor to dehydrogenate glucose. This can be advantageous for measurement because it is less susceptible to dissolved oxygen.
しかしながら本発明者の知る限り、現在市販されているCGMデバイスはいずれもGODに基づく。これはGODの熱安定性に起因するものと考えられる。特定のGOD、例えばアスペルギルス属、例えばAspergillus niger等の微生物に由来するGODは、過酷な熱条件下でも活性を保持することが知られている(非特許文献1)。GODは、GDHと比較して、過酷な熱条件下ではより高い活性を保持することが知られており、グルコースセンサーに適した酵素については特にそうである。これはGODがGDHよりも安定であることを示唆している。 However, to the best of the inventors' knowledge, all currently marketed CGM devices are based on GOD. This is probably due to the thermal stability of GOD. It is known that a specific GOD, for example, a GOD derived from a microorganism such as Aspergillus niger, for example, Aspergillus niger, retains activity even under severe heat conditions (Non-patent Document 1). GOD is known to retain higher activity under severe thermal conditions compared to GDH, especially for enzymes suitable for glucose sensors. This suggests that GOD is more stable than GDH.
このような中で本発明者らは、驚くべきことに特定のFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼ変異体が、未改変のFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼと比較して、より高い保存安定性を有することを見出し、本発明を完成させた。さらに、本発明者らは、驚くべきことに特定のFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼ変異体が、長期間周囲温度で保存された場合、同じ条件下での市販のグルコースオキシダーゼ(GOD)と比較して、すなわちより高い保存安定性を有することを見出し、本発明を完成させた。これは、熱処理を含む加速試験の条件下では、市販のGODの方が、FAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼと比較して、より高い酵素活性を保持したことに鑑みれば、特に驚きであった。すなわち、本発明者らは、より熱安定性の高い酵素が、より保存安定性が高いとは限らないことを見出した。また、本発明者らは、酵素の熱安定性の向上に寄与する変異が、必ずしも酵素の保存安定性の向上に寄与するとは限らないこと、及び酵素の保存安定性の向上に寄与す変異が、必ずしも酵素の熱安定性の向上に寄与するとは限らないことを見出した。また、本発明者は、保存安定性が増大したFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼ変異体を見出し、本発明を完成させた。 In this context, the inventors have surprisingly found that certain FAD-dependent glucose dehydrogenase mutants have higher storage stability compared to unmodified FAD-dependent glucose dehydrogenase, The present invention has been completed. Furthermore, the inventors surprisingly found that certain FAD-dependent glucose dehydrogenase mutants, when stored at ambient temperature for extended periods of time, compared to commercial glucose oxidase (GOD) under the same conditions, That is, the present inventors have found that it has higher storage stability and completed the present invention. This was particularly surprising in view of the fact that commercially available GOD retained higher enzyme activity than FAD-dependent glucose dehydrogenase under accelerated test conditions including heat treatment. That is, the present inventors have found that an enzyme having higher thermal stability is not always higher in storage stability. In addition, the present inventors have found that mutations that contribute to improving the thermal stability of an enzyme do not necessarily contribute to improving the storage stability of the enzyme, and mutations that contribute to improving the storage stability of the enzyme. It has been found that it does not necessarily contribute to the improvement of the thermal stability of the enzyme. In addition, the present inventors have found a FAD-dependent glucose dehydrogenase mutant with increased storage stability and completed the present invention.
この知見に基づき、本発明は、保存安定性に優れたFAD-GDH変異体、その製造方法及び当該酵素を用いる連続グルコースモニタリング方法を提供する。またFAD-GDH変異体を含む連続グルコースモニタリングデバイスも提供する。 Based on this finding, the present invention provides a FAD-GDH mutant excellent in storage stability, a production method thereof, and a continuous glucose monitoring method using the enzyme. A continuous glucose monitoring device comprising a FAD-GDH variant is also provided.
すなわち、本発明は以下の実施形態を包含する。
[1] FAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼ(FAD-GDH)変異体であって、
i) 配列番号1で示されるアミノ酸配列、
ii) 配列番号1で示されるアミノ酸配列において、196位、228位、600位、267位、276位、55位、230位、235位、239位、435位、587位、588位、及び591位以外の位置で1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列、
iii) 配列番号1、3、6若しくは40で示されるアミノ酸配列と70%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列、又は
iv) 配列番号1、3、若しくは6で示されるアミノ酸配列と70%以上の配列同一性を有し、かつ、相同性領域のアミノ酸配列が配列番号1で示されるアミノ酸配列における相同性領域と90%以上のアミノ酸配列同一性を有するアミノ酸配列を含み、
配列番号1のアミノ酸配列における196位、228位、600位、267位、276位、55位、230位、235位、239位、435位、587位、588位、及び/又は591位に対応する位置に1以上のアミノ酸置換を有し、当該置換を有しない未改変のFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼと比較して、保存安定性が向上しているFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼ変異体。
[2] FAD-GDHにおいて、
配列番号1のアミノ酸配列における196位に対応する位置のアミノ酸がチロシン、フェニルアラニン、リシン、グルタミン、アスパラギン、ヒスチジン、メチオニン、アラニン、若しくはアルギニンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における228位に対応する位置のアミノ酸がアスパラギン、トレオニン、ヒスチジン、セリン、グルタミン、若しくはシステインに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における600位に対応する位置のアミノ酸がイソロイシン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシン若しくはトリプトファンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における267位に対応する位置のアミノ酸がアルギニン、ヒスチジン若しくはグルタミンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における276位に対応する位置のアミノ酸がイソロイシン、ロイシン、バリン、メチオニン、システイン、フェニルアラニン、トリプトファン若しくはチロシンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における55位に対応する位置のアミノ酸がアスパラギン、セリン、トレオニン、グルタミン若しくはシステインに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における230位に対応する位置のアミノ酸がグルタミン、セリン、トレオニン、アスパラギン、アルギニン、リシン、若しくはヒスチジンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における235位に対応する位置のアミノ酸がアラニン、セリン若しくはグリシンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における239位に対応する位置のアミノ酸がアラニン、セリン若しくはグリシンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における435位に対応する位置のアミノ酸がセリン、トレオニン、アスパラギン若しくはグルタミンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における587位に対応する位置のアミノ酸がアスパラギン酸若しくはグルタミン酸に置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における588位に対応する位置のアミノ酸がセリン、トレオニン、アスパラギン若しくはグルタミンに置換されている、及び/又は
配列番号1のアミノ酸配列における591位に対応する位置のアミノ酸がリシン、アルギニン若しくはヒスチジンに置換されている、
FAD-GDH変異体であって、当該置換を有しない未改変のFAD-GDHと比較して、保存安定性が向上している、1に記載のFAD-GDH変異体。
[3] FAD-GDHにおいて、
配列番号1のアミノ酸配列における196位に対応する位置のアミノ酸がチロシン、フェニルアラニン、リシン、グルタミン、アスパラギン、ヒスチジン、メチオニン、若しくはアラニンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における228位に対応する位置のアミノ酸がアスパラギン、トレオニン、若しくはヒスチジンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における600位に対応する位置のアミノ酸がイソロイシンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における267位に対応する位置のアミノ酸がアルギニンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における276位に対応する位置のアミノ酸がイソロイシンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における55位に対応する位置のアミノ酸がアスパラギンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における230位に対応する位置のアミノ酸がグルタミンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における235位に対応する位置のアミノ酸がアラニンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における239位に対応する位置のアミノ酸がアラニンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における435位に対応する位置のアミノ酸がセリンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における587位に対応する位置のアミノ酸がアスパラギン酸に置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における588位に対応する位置のアミノ酸がセリンに置換されている、及び/又は
配列番号1のアミノ酸配列における591位に対応する位置のアミノ酸がリシンに置換されている、
FAD-GDH変異体であって、当該置換を有しない未改変のFAD-GDHと比較して、保存安定性が向上している、1又は2に記載のFAD-GDH変異体。
[4] さらに、
配列番号1のアミノ酸配列における192位に対応する位置のアミノ酸がプロリンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における212位に対応する位置のアミノ酸がロイシンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における218位に対応する位置のアミノ酸がヒスチジンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における226位に対応する位置のアミノ酸がトレオニンに置換されている、及び/又は
配列番号1のアミノ酸配列における232位に対応する位置のアミノ酸がアラニンに置換されている、
1〜3のいずれかに記載のFAD-GDH変異体。
[5]
i)配列番号1のアミノ酸配列における196位に対応する位置のアミノ酸がチロシン、フェニルアラニン、リシン若しくはアスパラギンに置換され、かつ配列番号1のアミノ酸配列における228位に対応する位置のアミノ酸がアスパラギン、トレオニン若しくはヒスチジンに置換されている変異体、
ii)配列番号1のアミノ酸配列における192位に対応する位置のアミノ酸がプロリンに置換され、かつ、配列番号1のアミノ酸配列における196位に対応する位置のアミノ酸がチロシン、フェニルアラニン、リシン若しくはアスパラギンに置換されている変異体、
iii) 配列番号1のアミノ酸配列における226位に対応する位置のアミノ酸がトレオニンに置換され、かつ配列番号1のアミノ酸配列における228位に対応する位置のアミノ酸がアスパラギン、トレオニン若しくはヒスチジンに置換されている変異体、
iv) 配列番号1のアミノ酸配列における230位に対応する位置のアミノ酸がグルタミンに置換され、配列番号1のアミノ酸配列における232位に対応する位置のアミノ酸がアラニンに置換され、配列番号1のアミノ酸配列における235位に対応する位置のアミノ酸がアラニンに置換され、かつ配列番号1のアミノ酸配列における239位に対応する位置のアミノ酸がアラニンに置換されている変異体、
v)配列番号1のアミノ酸配列における192位に対応する位置のアミノ酸がプロリンに置換され、配列番号1のアミノ酸配列における196位に対応する位置のアミノ酸がアスパラギンに置換され、配列番号1のアミノ酸配列における212位に対応する位置のアミノ酸がロイシンに置換され、配列番号1のアミノ酸配列における218位に対応する位置のアミノ酸がヒスチジンに置換され、配列番号1のアミノ酸配列における226位に対応する位置のアミノ酸がトレオニンに置換され、かつ配列番号1のアミノ酸配列における228位に対応する位置のアミノ酸がアスパラギンに置換されている192P/196N/212L/218H/226T/228N変異体、
vi) 前記v)の変異体において、さらに、配列番号1のアミノ酸配列における230位に対応する位置のアミノ酸がグルタミンに置換され、配列番号1のアミノ酸配列における232位に対応する位置のアミノ酸がアラニンに置換され、配列番号1のアミノ酸配列における235位に対応する位置のアミノ酸がアラニンに置換され、配列番号1のアミノ酸配列における239位に対応する位置のアミノ酸がアラニンに置換されている192P/196N/212L/218H/226T/228N/230Q/232A/235A/239A変異体、及び
vii) 前記vi)の変異体において、さらに配列番号40のアミノ酸配列を有するM3変異体、
からなる群より選択され、当該置換を有しないFAD-GDHと比較して、保存安定性が向上している、1〜4のいずれか1項に記載のFAD-GDH変異体。
[6] 加温前の未置換のFAD-GDHの酵素活性を100%としたときの、20-40℃でpH 7.4にて加温した未置換のFAD-GDHの残存活性(%)と、加温前のFAD-GDH変異体の酵素活性を100%としたときの、20-40℃でpH 7.4にて加温したFAD-GDH変異体の残存活性(%)とを比較して、
(a)1週間加温した後の残存活性(%)が1%以上向上している、
(b)2週間加温した後の残存活性(%)が3%以上向上している、
(c)3週間加温した後の残存活性(%)が3%以上向上している、又は
(d)4日間加温した後の残存活性(%)が1%以上向上している、
1〜5のいずれかに記載のFAD-GDH変異体。
[7] 1〜6のいずれかに記載のFAD-GDH変異体をコードするFAD-GDH遺伝子。
[8] 7に記載のFAD-GDH遺伝子を含むベクター。
[9] 8に記載のベクターが導入されている宿主細胞。
[10] 以下の工程を含むFAD-GDHを製造する方法:
9に記載の宿主細胞を培養する工程、
前記宿主細胞中に含まれるFAD-GDH遺伝子を発現させる工程、及び
前記培養物からFAD-GDHを単離する工程。
[11] 1〜6のいずれかに記載のFAD-GDH変異体を含むグルコースアッセイキット。
[12] 1〜6のいずれかに記載のFAD-GDH変異体を含むグルコースセンサー。
[13] 12に記載のグルコースセンサーを有する持続血糖測定デバイス。
[14] 1〜6のいずれかに記載のFAD-GDH変異体、11に記載のキット、12に記載のセンサー、又は13に記載のデバイスを用いるグルコース測定方法。
[15] 20〜40℃で、1日〜2週間の連続測定を行う、14に記載の方法。
That is, the present invention includes the following embodiments.
[1] A FAD-dependent glucose dehydrogenase (FAD-GDH) mutant,
i) the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1,
ii) In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1,
iii) an amino acid sequence having 70% or more sequence identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, 3, 6 or 40, or
iv) The amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, 3, or 6 has a sequence identity of 70% or more, and the amino acid sequence of the homologous region is 90 with the homologous region in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1. % Amino acid sequence having amino acid sequence identity,
Corresponds to
[2] In FAD-GDH,
The amino acid at the position corresponding to position 196 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with tyrosine, phenylalanine, lysine, glutamine, asparagine, histidine, methionine, alanine, or arginine;
The amino acid at the position corresponding to position 228 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with asparagine, threonine, histidine, serine, glutamine, or cysteine,
The amino acid at the position corresponding to position 600 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with isoleucine, leucine, methionine, phenylalanine, tyrosine or tryptophan;
The amino acid at the position corresponding to position 267 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with arginine, histidine or glutamine,
The amino acid at the position corresponding to position 276 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with isoleucine, leucine, valine, methionine, cysteine, phenylalanine, tryptophan or tyrosine,
The amino acid at the position corresponding to position 55 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with asparagine, serine, threonine, glutamine or cysteine,
The amino acid at the position corresponding to position 230 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with glutamine, serine, threonine, asparagine, arginine, lysine, or histidine;
The amino acid at the position corresponding to position 235 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with alanine, serine or glycine;
The amino acid at the position corresponding to position 239 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with alanine, serine or glycine;
The amino acid at the position corresponding to position 435 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with serine, threonine, asparagine or glutamine,
The amino acid at the position corresponding to position 587 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with aspartic acid or glutamic acid,
The amino acid at the position corresponding to position 588 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with serine, threonine, asparagine or glutamine, and / or the amino acid at the position corresponding to position 591 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is lysine, Substituted with arginine or histidine,
2. The FAD-GDH mutant according to 1, which has improved storage stability compared to an unmodified FAD-GDH having no such substitution.
[3] In FAD-GDH,
The amino acid at the position corresponding to position 196 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with tyrosine, phenylalanine, lysine, glutamine, asparagine, histidine, methionine, or alanine;
The amino acid at the position corresponding to position 228 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with asparagine, threonine, or histidine;
The amino acid at the position corresponding to position 600 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with isoleucine,
An amino acid at a position corresponding to position 267 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with arginine;
The amino acid at the position corresponding to position 276 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with isoleucine,
The amino acid at the position corresponding to position 55 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with asparagine,
The amino acid at the position corresponding to position 230 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with glutamine,
An amino acid at a position corresponding to position 235 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with alanine;
The amino acid at the position corresponding to position 239 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with alanine;
The amino acid at the position corresponding to position 435 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with serine,
An amino acid at a position corresponding to position 587 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with aspartic acid,
The amino acid at the position corresponding to position 588 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with serine, and / or the amino acid at the position corresponding to position 591 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is replaced with lysine,
3. The FAD-GDH variant according to 1 or 2, which is a FAD-GDH variant, which has improved storage stability compared to an unmodified FAD-GDH having no such substitution.
[4] In addition,
An amino acid at a position corresponding to position 192 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with proline;
The amino acid at the position corresponding to position 212 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with leucine,
The amino acid at the position corresponding to position 218 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with histidine;
The amino acid at the position corresponding to position 226 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with threonine, and / or the amino acid at the position corresponding to position 232 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with alanine,
FAD-GDH variant in any one of 1-3.
[5]
i) The amino acid at the position corresponding to position 196 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with tyrosine, phenylalanine, lysine or asparagine, and the amino acid at the position corresponding to position 228 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is asparagine, threonine or A variant substituted with histidine,
ii) The amino acid at the position corresponding to position 192 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with proline, and the amino acid at the position corresponding to position 196 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is replaced with tyrosine, phenylalanine, lysine or asparagine Mutants,
iii) The amino acid at the position corresponding to position 226 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with threonine, and the amino acid at the position corresponding to position 228 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is replaced with asparagine, threonine or histidine. Mutant,
iv) The amino acid at the position corresponding to position 230 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with glutamine, the amino acid at the position corresponding to position 232 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with alanine, and the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 Wherein the amino acid at the position corresponding to position 235 is substituted with alanine, and the amino acid at the position corresponding to position 239 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with alanine,
v) The amino acid at the position corresponding to position 192 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with proline, the amino acid at the position corresponding to position 196 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is replaced with asparagine, and the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 The amino acid at the position corresponding to position 212 in the amino acid was substituted with leucine, the amino acid at the position corresponding to position 218 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 was replaced with histidine, and the amino acid at the position corresponding to position 226 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 A 192P / 196N / 212L / 218H / 226T / 228N mutant in which the amino acid is substituted with threonine and the amino acid at the position corresponding to position 228 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with asparagine;
vi) In the mutant v), the amino acid at the position corresponding to position 230 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with glutamine, and the amino acid at the position corresponding to position 232 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is alanine 192P / 196N in which the amino acid at the position corresponding to position 235 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with alanine, and the amino acid at the position corresponding to position 239 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is replaced with alanine / 212L / 218H / 226T / 228N / 230Q / 232A / 235A / 239A mutant, and
vii) The M3 variant having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 40 in the variant of vi) above,
The FAD-GDH variant according to any one of 1 to 4, which is selected from the group consisting of and has improved storage stability as compared with FAD-GDH having no such substitution.
[6] Residual activity (%) of unsubstituted FAD-GDH heated at pH 7.4 at 20-40 ° C., assuming that the enzyme activity of unsubstituted FAD-GDH before heating is 100%, Compared with the residual activity (%) of the FAD-GDH mutant heated at 20-40 ° C. and pH 7.4 when the enzyme activity of the FAD-GDH mutant before warming was taken as 100%,
(a) Residual activity (%) after heating for 1 week is improved by 1% or more.
(b) Residual activity (%) after 2 weeks of warming is improved by 3% or more.
(c) Residual activity (%) after heating for 3 weeks is improved by 3% or more, or
(d) Residual activity (%) after heating for 4 days is improved by 1% or more.
FAD-GDH variant in any one of 1-5.
[7] A FAD-GDH gene encoding the FAD-GDH mutant according to any one of 1 to 6.
[8] A vector comprising the FAD-GDH gene according to 7.
[9] A host cell into which the vector according to 8 has been introduced.
[10] Method for producing FAD-GDH including the following steps:
Culturing the host cell according to 9,
Expressing the FAD-GDH gene contained in the host cell, and isolating FAD-GDH from the culture.
[11] A glucose assay kit comprising the FAD-GDH mutant according to any one of 1 to 6.
[12] A glucose sensor comprising the FAD-GDH mutant according to any one of 1 to 6.
[13] A continuous blood glucose measurement device comprising the glucose sensor according to 12.
[14] A glucose measurement method using the FAD-GDH mutant according to any one of 1 to 6, the kit according to 11, the sensor according to 12, or the device according to 13.
[15] The method according to 14, wherein continuous measurement is performed at 20 to 40 ° C. for 1 day to 2 weeks.
本明細書は本願の優先権の基礎となる日本国特許出願番号2017-111101号の開示内容を包含する。 This specification includes the disclosure of Japanese Patent Application No. 2017-111101, which is the basis of the priority of the present application.
本発明によれば、保存安定性に優れたFAD-GDHを提供できる。これは連続グルコース測定や連続グルコースモニタリング用途において特に有用である。なぜならば、FAD-GDHの長期安定性のため、指先穿刺によるキャリブレーションの必要なしに、センサーの全寿命にわたり、GDHを使用することができるからである。ほとんどのGODに基づくCGMシステムは、一定期間ごとに、例えば12時間おきに、センサーの全寿命にわたり指先穿刺によるキャリブレーションを必要とする。これはCGMデバイスが使用される30-40℃の周囲温度ではGODの活性が急激に低下するためであると考えられる。これに対して、本発明のFAD-GDH変異体は驚くべきことに、長期間にわたり、例えば数週間にわたり30-40℃の周囲温度で高い安定性(酵素活性)を保持し、再キャリブレーションなしに、又はより低頻度のキャリブレーションにて、使用可能であることが本発明者により見出された。 According to the present invention, FAD-GDH excellent in storage stability can be provided. This is particularly useful in continuous glucose measurement and continuous glucose monitoring applications. This is because the long-term stability of FAD-GDH allows GDH to be used over the entire lifetime of the sensor without the need for calibration by fingertip puncture. Most GOD-based CGM systems require calibration by fingertip puncture over the entire lifetime of the sensor at regular intervals, for example every 12 hours. This is thought to be due to the fact that the activity of GOD rapidly decreases at the ambient temperature of 30-40 ° C where the CGM device is used. In contrast, the FAD-GDH variants of the present invention surprisingly retain high stability (enzyme activity) at ambient temperatures of 30-40 ° C. over long periods of time, for example several weeks, without recalibration It has been found by the inventor that it can be used at a lower or less frequent calibration.
(本発明のFAD-GDHの作用原理および活性測定法)
本発明のFAD-GDHは、電子受容体存在下でグルコースの水酸基を酸化してグルコノ-δ-ラクトンを生成する反応を触媒する。
(Operational principle and activity measuring method of FAD-GDH of the present invention)
The FAD-GDH of the present invention catalyzes a reaction in which a hydroxyl group of glucose is oxidized to produce glucono-δ-lactone in the presence of an electron acceptor.
本発明のFAD-GDHの活性は、この作用原理を利用し、例えば、電子受容体としてフェナジンメトサルフェート(PMS)および2,6-ジクロロインドフェノール(DCIP)を用いた以下の系を用いて測定することができる。 The activity of the FAD-GDH of the present invention is measured using this principle of action, for example, using the following system using phenazine methosulfate (PMS) and 2,6-dichloroindophenol (DCIP) as electron acceptors. can do.
(反応1) D-グルコ−ス + PMS(酸化型)
→ D-グルコノ-δ-ラクトン + PMS(還元型)
(反応2) PMS(還元型) + DCIP(酸化型)
→ PMS(酸化型) + DCIP(還元型)
(Reaction 1) D-glucose + PMS (oxidized form)
→ D-glucono-δ-lactone + PMS (reduced)
(Reaction 2) PMS (reduced) + DCIP (oxidized)
→ PMS (oxidation type) + DCIP (reduction type)
(反応1)において、グルコースの酸化に伴い、PMS(還元型)が生成する。続いて進行する(反応2)により、PMS(還元型)が酸化されるのに伴ってDCIPが還元される。この「DCIP(酸化型)」の消失度合を波長600nmにおける吸光度の変化量として検知し、この変化量に基づいて酵素活性を求めることができる。 In (Reaction 1), PMS (reduced form) is produced with the oxidation of glucose. By continuing (reaction 2), DCIP is reduced as PMS (reduced form) is oxidized. The disappearance degree of this “DCIP (oxidized type)” is detected as the amount of change in absorbance at a wavelength of 600 nm, and the enzyme activity can be determined based on this amount of change.
本発明のFAD-GDHの活性は、以下の手順に従って測定する。100mMリン酸緩衝液(pH7.0) 2.05mL、1M D-グルコース溶液 0.6mLおよび2mM DCIP溶液 0.15mLを混合し、37℃で5分間保温する。次いで、15mM PMS溶液 0.1mLおよび酵素サンプル溶液0.1mLを添加し、反応を開始する。反応開始時、および経時的な吸光度を測定し、酵素反応の進行に伴う600nmにおける吸光度の1分間あたりの減少量(ΔA600)を求め、次式に従いGDH活性を算出する。この際、GDH活性は、37℃において濃度200mMのD-グルコース存在下で1分間に1μmolのDCIPを還元する酵素量を1Uと定義する。 The activity of FAD-GDH of the present invention is measured according to the following procedure. Mix 2.05 mL of 100 mM phosphate buffer (pH 7.0), 0.6 mL of 1M D-glucose solution and 0.15 mL of 2 mM DCIP solution, and incubate at 37 ° C for 5 minutes. Then 0.1 mL of 15 mM PMS solution and 0.1 mL of enzyme sample solution are added to initiate the reaction. The absorbance at the start of the reaction and with time is measured to determine the amount of decrease in absorbance per minute (ΔA600) at 600 nm accompanying the progress of the enzyme reaction, and the GDH activity is calculated according to the following formula. At this time, the GDH activity is defined as 1 U of the amount of enzyme that reduces 1 μmol of DCIP per minute in the presence of D-glucose at a concentration of 200 mM at 37 ° C.
なお、式中の3.0は反応試薬+酵素試薬の液量(mL)、16.3は本活性測定条件におけるミリモル分子吸光係数(cm2/μmol)、0.1は酵素溶液の液量(mL)、1.0はセルの光路長(cm)、ΔA600blankは酵素の希釈に用いた緩衝液を酵素サンプル溶液の代わりに添加して反応開始した場合の600nmにおける吸光度の1分間あたりの減少量、dfは希釈倍数を表す。 In the formula, 3.0 is the reaction reagent + enzyme reagent solution volume (mL), 16.3 is the millimolar molecular extinction coefficient (cm 2 / μmol) under the conditions of this activity measurement, 0.1 is the enzyme solution solution volume (mL), and 1.0 is Cell optical path length (cm), ΔA600 blank is the amount of decrease in absorbance per minute at 600 nm when the reaction is started by adding the buffer used for enzyme dilution instead of the enzyme sample solution, df is the dilution factor Represent.
(本発明のFAD-GDH変異体のアミノ酸配列)
本発明のFAD-GDH変異体は、配列番号1、3、6若しくは40で示されるアミノ酸配列、又は該アミノ酸配列と同一性の高い、例えば70%以上、71%以上、72%以上、73%以上、74%以上、75%以上、76%以上、77%以上、78%以上、79%以上、80%以上、81%以上、82%以上、83%以上、84%以上、85%以上、86%以上、87%以上、88%以上、89%以上、90%以上、91%以上、92%以上、93%以上、94%以上、95%以上、96%以上、97%以上、98%以上、例えば99%以上同一なアミノ酸配列、又は該アミノ酸配列において1もしくは数個(例えば15個、14個、13個、12個、11個、10個、9個、8個、7個、6個、5個、4個、3個又は2個)のアミノ酸が欠失、置換又は付加されたアミノ酸配列からなり、配列番号1記載のアミノ酸配列における55位、192位、196位、212位、218位、226位、228位、230位、232位、235位、239位、267位、276位、435位、587位、588位、591位及び/又は600位から選択されるアミノ酸に対応する位置で、1つ又はそれ以上、例えば1〜18、例えば2〜12のアミノ酸置換を有するものであり得る。
(Amino acid sequence of FAD-GDH mutant of the present invention)
The FAD-GDH variant of the present invention has the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, 3, 6 or 40, or has high identity with the amino acid sequence, for example, 70% or more, 71% or more, 72% or more, 73% 74% or more, 75% or more, 76% or more, 77% or more, 78% or more, 79% or more, 80% or more, 81% or more, 82% or more, 83% or more, 84% or more, 85% or more, 86% or more, 87% or more, 88% or more, 89% or more, 90% or more, 91% or more, 92% or more, 93% or more, 94% or more, 95% or more, 96% or more, 97% or more, 98% As described above, for example, 99% or more identical amino acid sequence, or one or several amino acids in the amino acid sequence (for example, 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6 , 5, 4, 3 or 2) amino acids Or consisting of an added amino acid sequence, and in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1, positions 55, 192, 196, 212, 218, 226, 228, 230, 232, 235, 239, One or more, for example 1-18, for example 2-12, amino acids at positions corresponding to amino acids selected from positions 267, 276, 435, 587, 588, 591 and / or 600 It may have a substitution.
ある実施形態において本発明のGDHはFAD依存性GDHの変異体である。ある実施形態において、本発明のGDHから天然のGDHは除かれる。 In certain embodiments, the GDH of the invention is a variant of FAD-dependent GDH. In certain embodiments, native GDH is excluded from the GDH of the invention.
ある実施形態において、本発明のFAD-GDH変異体は、配列番号1記載の192位に対応する位置においてアミノ酸置換を有しうる。配列番号1の192位はセリンであるが、置換前のアミノ酸に本質的な意味はなく、置換前のアミノ酸はこれに限らない。置換後のアミノ酸はプロリンであり得る。本明細書においてこのアミノ酸置換を「S192P」又は「192P」と記載することがあるが、両者は本質的に同義である。 In certain embodiments, a FAD-GDH variant of the invention may have an amino acid substitution at a position corresponding to position 192 of SEQ ID NO: 1. Although position 192 of SEQ ID NO: 1 is serine, the amino acid before substitution is not essential and the amino acid before substitution is not limited thereto. The amino acid after substitution can be proline. In the present specification, this amino acid substitution may be described as “S192P” or “192P”, but both are essentially synonymous.
以下、同様に、種々の実施形態において、本発明のFAD-GDH変異体は、下記の表に示す配列番号1記載の所定の位置に対応する(当該GDH中の)位置においてアミノ酸置換を有しうる。 Hereinafter, similarly, in various embodiments, the FAD-GDH mutant of the present invention has an amino acid substitution at a position (in the GDH) corresponding to the predetermined position described in SEQ ID NO: 1 shown in the following table. sell.
例えば配列番号1の228位はアスパラギン酸であるが、本発明の変異体において、配列番号1の228位に対応する位置のアミノ酸をアスパラギン、セリン、トレオニン、グルタミン又はシステイン又はヒスチジンに置換しうる。他の位置及び置換アミノ酸についても同様に上記の表から読み取ることができる。 For example, although position 228 of SEQ ID NO: 1 is aspartic acid, in the mutant of the present invention, the amino acid at the position corresponding to position 228 of SEQ ID NO: 1 can be substituted with asparagine, serine, threonine, glutamine, cysteine or histidine. Other positions and substituted amino acids can be similarly read from the above table.
ある実施形態において、本発明の変異体はD55Nでありうる又は該変異を有しうる。
ある実施形態において、本発明の変異体はS192Pでありうる又は該変異を有しうる。
ある実施形態において、本発明の変異体はS196N、S196Y、S196F若しくはS196Kでありうる又は該変異を有しうる。
ある実施形態において、本発明の変異体はI212Lでありうる又は該変異を有しうる。
ある実施形態において、本発明の変異体はA218Hでありうる又は該変異を有しうる。
ある実施形態において、本発明の変異体はI226Tでありうる又は該変異を有しうる。
ある実施形態において、本発明の変異体はD228N、D228T若しくはD228Hでありうる又は該変異を有しうる。
ある実施形態において、本発明の変異体はE435Sでありうる又は該変異を有しうる。
ある実施形態において、本発明の変異体はS587Dでありうる又は該変異を有しうる。
ある実施形態において、本発明の変異体はP588Sでありうる又は該変異を有しうる。
ある実施形態において、本発明の変異体はM591Kでありうる又は該変異を有しうる。
ある実施形態において、本発明の変異体はV600Iでありうる又は該変異を有しうる。
ある実施形態において、本発明の変異体は267Rでありうる又は該変異を有しうる。
ある実施形態において、本発明の変異体は276Iでありうる又は該変異を有しうる。
ある実施形態において、本発明の変異体は230Qでありうる又は該変異を有しうる。
ある実施形態において、本発明の変異体は232Aでありうる又は該変異を有しうる。
ある実施形態において、本発明の変異体は235Aでありうる又は該変異を有しうる。
ある実施形態において、本発明の変異体は239Aでありうる又は該変異を有しうる。
これらの場合において、位置はいずれも配列番号1の位置に対応する当該GDH中の位置を意味する。
In certain embodiments, a variant of the invention can be D55N or have the mutation.
In certain embodiments, a variant of the invention can be or have the mutation S192P.
In certain embodiments, a variant of the invention can be or have the mutation S196N, S196Y, S196F or S196K.
In certain embodiments, a variant of the invention can be I212L or have the mutation.
In certain embodiments, a variant of the invention can be A218H or have the mutation.
In certain embodiments, a variant of the invention can be or have the mutation I226T.
In certain embodiments, a variant of the invention can be D228N, D228T, or D228H or have the mutation.
In certain embodiments, a variant of the invention can be E435S or have the mutation.
In certain embodiments, a variant of the invention can be or have the mutation S587D.
In certain embodiments, a variant of the invention can be or have the mutation P588S.
In certain embodiments, a variant of the invention may be M591K or have the mutation.
In certain embodiments, a variant of the invention may be V600I or have the mutation.
In certain embodiments, a variant of the invention can be 267R or have the mutation.
In certain embodiments, a variant of the invention can be 276I or have the mutation.
In certain embodiments, a variant of the invention may be 230Q or have the mutation.
In certain embodiments, a variant of the invention can be 232A or have the mutation.
In certain embodiments, a variant of the invention can be 235A or have the mutation.
In certain embodiments, a variant of the invention can be 239A or have the mutation.
In these cases, the position means the position in the GDH corresponding to the position of SEQ ID NO: 1.
他の由来のGDHについても、配列番号1の所定の位置に対応する当該他の由来のGDH中の位置にアミノ酸置換を行うことができる。以下に、対応する位置を示す。 For GDH from other origins, amino acid substitution can be performed at a position in GDH from the other origin corresponding to the predetermined position of SEQ ID NO: 1. The corresponding positions are shown below.
例えば表中、配列番号1の218位に対応する位置及びアミノ酸は、Mucor circinelloides由来のMcGDH(配列番号9)では、219位のアラニンである。他の位置についても同様に表から読み取ることができる。 For example, in the table, the position and amino acid corresponding to position 218 of SEQ ID NO: 1 is alanine at position 219 in McGDH (SEQ ID NO: 9) derived from Mucor circinelloides. Other positions can be similarly read from the table.
ある実施形態において、本発明のFAD-GDH変異体は上記のアミノ酸置換を複数、例えば2〜12有する多重変異体であり得る。本明細書において多重変異体を「/」記号を用いて示すことがある。例えばある実施形態において本発明のFAD-GDH変異体は配列番号1の192位に対応する位置にアミノ酸置換を有し、配列番号1の196位に対応する位置にアミノ酸置換を有する二重変異体であり得る。この二重変異体を本明細書において「S192/S196」又は「192/196」変異体と記載することがあるが、これらは同義である。例えばある実施形態において本発明のFAD-GDH変異体は配列番号1の192位に対応する位置にプロリンへのアミノ酸置換(192P)を有し、配列番号1の196位に対応する位置にアスパラギンへのアミノ酸置換(196N)を有する二重変異体であり得る。この二重変異体を本明細書において「S192P/S196N」又は「192P/196N」と記載することがあるが、これらは同義である。 In certain embodiments, the FAD-GDH variants of the present invention may be multiple variants having multiple, eg 2-12, amino acid substitutions as described above. In the present specification, multiple mutants may be indicated using the “/” symbol. For example, in one embodiment, the FAD-GDH mutant of the present invention has an amino acid substitution at a position corresponding to position 192 of SEQ ID NO: 1 and a double mutant having an amino acid substitution at a position corresponding to position 196 of SEQ ID NO: 1. It can be. This double mutant is sometimes referred to herein as an “S192 / S196” or “192/196” mutant, but these are synonymous. For example, in one embodiment, the FAD-GDH variant of the present invention has an amino acid substitution to proline (192P) at a position corresponding to position 192 of SEQ ID NO: 1, and to an asparagine at a position corresponding to position 196 of SEQ ID NO: 1. Double mutants with the amino acid substitution of (196N). This double mutant may be described as “S192P / S196N” or “192P / 196N” in the present specification, but these are synonymous.
以下、同様の標記方法により本発明が包含するGDH多重変異体の一部を例示する。表では位置は便宜上配列番号1の位置を示しているが、変異体における位置は配列番号1の所定の位置に対応する(当該変異体中の)位置である。 Hereinafter, a part of GDH multiple mutants encompassed by the present invention will be exemplified by the same notation method. In the table, the position indicates the position of SEQ ID NO: 1 for convenience, but the position in the mutant is the position corresponding to the predetermined position of SEQ ID NO: 1 (in the mutant).
本発明の変異体は表3−1に記載の位置に変異を有する単変異体であり得る。
本発明の変異体は表3−2又は3−6に記載の位置に変異を有する二重変異体であり得る。
本発明の変異体は表3−3〜3−5又は3−7に記載の位置に変異を有する三重変異体であり得る。
本発明の変異体は表3−8に記載の位置に変異を有する四重変異体であり得る。
本発明の変異体は、上記表に記載の変異を組み合わせた四重〜十二重変異体又は四重〜18重変異体であり得る。これらの変異体の各位置に関し、置換アミノ酸は表1に記載のものであり得る。
The mutant of the present invention may be a single mutant having a mutation at the position described in Table 3-1.
The mutant of the present invention may be a double mutant having a mutation at the position described in Table 3-2 or 3-6.
The mutant of the present invention may be a triple mutant having a mutation at the position described in Tables 3-3 to 3-5 or 3-7.
The mutant of the present invention may be a quadruple mutant having a mutation at the position described in Table 3-8.
The mutant of the present invention may be a quadruple to ten-fold mutant or a quadruple to 18-fold mutant in which the mutations listed in the above table are combined. For each position of these variants, the substituted amino acids can be those listed in Table 1.
具体的な変異体を例示すると、本発明の変異体は
196N/228N、196N/228T、196N/228H、196Q/228N、196Q/228T、196Q/228H、
196A/228N、196A/228T、196A/228H、196F/228N、196F/228T、196F/228H、
196H/228N、196H/228T、196H/228H、196K/228N、196K/228T、196K/228H、
196M/228N、196M/228T、196M/228H、196Y/228N、196Y/228T、196Y/228H、
196N/600I、196Q/600I、196A/600I、196F/600I、196H/600I、196K/600I、196M/600I、196Y/600I、
196N/267R、196Q/267R、196A/267R、196F/267R、196H/267R、196K/267R、196M/267R、196Y/267R、
196N/276I、196Q/276I、196A/276I、196F/276I、196H/276I、196K/276I、196M/276I、196Y/276I、
196N/55N、196Q/55N、196A/55N、196F/55N、196H/55N、196K/55N、196M/55N、196Y/55N、
228N/600I、228T/600I、228H/600I、
228N/267R、228T/267R、228H/267R、
228N/276I、228T/276I、228H/276I、
228N/55N、228T/55N、228H/55N、
E230Q/V232A/V235A/T239A/55N、E230Q/V232A/V235A/T239A/S192P、E230Q/V232A/V235A/T239A/S196N、E230Q/V232A/V235A/T239A/I212L、E230Q/V232A/V235A/T239A/A218H、E230Q/V232A/V235A/T239A/I226T、E230Q/V232A/V235A/T239A/D228N、E230Q/V232A/V235A/T239A/435S、E230Q/V232A/V235A/T239A/S587D、E230Q/V232A/V235A/T239A/S588S、E230Q/V232A/V235A/T239A/M591K、E230Q/V232A/V235A/T239A/V600I、
S192P/S196N、
S192P/S196N/E230Q/V232A/V235A/T239A、
I212L/A218H、
I212L/A218H/E230Q/V232A/V235A/T239A、
I226T/D228N、
I226T/D228N/E230Q/V232A/V235A/T239A、
I212L/A218H/I226T、
I212L/A218H/I226T/E230Q/V232A/V235A/T239A、
S192P/I212L/A218H/I226T、
S192P/I212L/A218H/I226T/E230Q/V232A/V235A/T239A、
S192P/S196N/I212L/A218H、
S192P/S196N/I212L/A218H/E230Q/V232A/V235A/T239A、
S192P/S196N/I226T/D228N、
S192P/S196N/I226T/D228N/E230Q/V232A/V235A/T239A、
I212L/A218H/I226T/D228N、
I212L/A218H/I226T/D228N/E230Q/V232A/V235A/T239A、
S192P/S196N/I212L/A218H/I226T/D228N、
S192P/S196N/I212L/A218H/I226T/D228N/E230Q/V232A/V235A/T239A、
D55N/S192P/S196N/I212L/A218H/I226T/D228N、
D55N/S192P/S196N/I212L/A218H/I226T/D228N/435S、
D55N/S192P/S196N/I212L/A218H/I226T/D228N/435S/S587D、
D55N/S192P/S196N/I212L/A218H/I226T/D228N/435S/S587D/P588S、
D55N/S192P/S196N/I212L/A218H/I226T/D228N/435S/S587D/P588S/M591K、
D55N/S192P/S196N/I212L/A218H/I226T/D228N/435S/S587D/P588S/M591K/V600I、又は
D55N/S192P/S196N/I212L/A218H/I226T/D228N/E230Q/V232A/V235A/T239A/435S/S587D/P588S/M591K/V600I
の変異を有し得る。これらの場合において、位置はいずれも配列番号1の位置に対応する当該GDH中の位置を意味する。
When a specific mutant is exemplified, the mutant of the present invention is
196N / 228N, 196N / 228T, 196N / 228H, 196Q / 228N, 196Q / 228T, 196Q / 228H,
196A / 228N, 196A / 228T, 196A / 228H, 196F / 228N, 196F / 228T, 196F / 228H,
196H / 228N, 196H / 228T, 196H / 228H, 196K / 228N, 196K / 228T, 196K / 228H,
196M / 228N, 196M / 228T, 196M / 228H, 196Y / 228N, 196Y / 228T, 196Y / 228H,
196N / 600I, 196Q / 600I, 196A / 600I, 196F / 600I, 196H / 600I, 196K / 600I, 196M / 600I, 196Y / 600I,
196N / 267R, 196Q / 267R, 196A / 267R, 196F / 267R, 196H / 267R, 196K / 267R, 196M / 267R, 196Y / 267R,
196N / 276I, 196Q / 276I, 196A / 276I, 196F / 276I, 196H / 276I, 196K / 276I, 196M / 276I, 196Y / 276I,
196N / 55N, 196Q / 55N, 196A / 55N, 196F / 55N, 196H / 55N, 196K / 55N, 196M / 55N, 196Y / 55N,
228N / 600I, 228T / 600I, 228H / 600I,
228N / 267R, 228T / 267R, 228H / 267R,
228N / 276I, 228T / 276I, 228H / 276I,
228N / 55N, 228T / 55N, 228H / 55N,
E230Q / V232A / V235A / T239A / 55N, E230Q / V232A / V235A / T239A / S192P, E230Q / V232A / V235A / T239A / S196N, E230Q / V232A / V235A / T239A / I212L, E230Q / V232A / V235A / T239A / A218 E230Q / V232A / V235A / T239A / I226T, E230Q / V232A / V235A / T239A / D228N, E230Q / V232A / V235A / T239A / 435S, E230Q / V232A / V235A / T239A / S587D, E230Q / V232A / V235A / T239A / S588 E230Q / V232A / V235A / T239A / M591K, E230Q / V232A / V235A / T239A / V600I,
S192P / S196N,
S192P / S196N / E230Q / V232A / V235A / T239A,
I212L / A218H,
I212L / A218H / E230Q / V232A / V235A / T239A,
I226T / D228N,
I226T / D228N / E230Q / V232A / V235A / T239A,
I212L / A218H / I226T,
I212L / A218H / I226T / E230Q / V232A / V235A / T239A,
S192P / I212L / A218H / I226T,
S192P / I212L / A218H / I226T / E230Q / V232A / V235A / T239A,
S192P / S196N / I212L / A218H,
S192P / S196N / I212L / A218H / E230Q / V232A / V235A / T239A,
S192P / S196N / I226T / D228N,
S192P / S196N / I226T / D228N / E230Q / V232A / V235A / T239A,
I212L / A218H / I226T / D228N,
I212L / A218H / I226T / D228N / E230Q / V232A / V235A / T239A,
S192P / S196N / I212L / A218H / I226T / D228N,
S192P / S196N / I212L / A218H / I226T / D228N / E230Q / V232A / V235A / T239A,
D55N / S192P / S196N / I212L / A218H / I226T / D228N,
D55N / S192P / S196N / I212L / A218H / I226T / D228N / 435S,
D55N / S192P / S196N / I212L / A218H / I226T / D228N / 435S / S587D,
D55N / S192P / S196N / I212L / A218H / I226T / D228N / 435S / S587D / P588S,
D55N / S192P / S196N / I212L / A218H / I226T / D228N / 435S / S587D / P588S / M591K,
D55N / S192P / S196N / I212L / A218H / I226T / D228N / 435S / S587D / P588S / M591K / V600I, or
D55N / S192P / S196N / I212L / A218H / I226T / D228N / E230Q / V232A / V235A / T239A / 435S / S587D / P588S / M591K / V600I
May have mutations. In these cases, the position means the position in the GDH corresponding to the position of SEQ ID NO: 1.
また、上記のような多重変異体を作出するにあたっては、上述の各種の置換以外の位置における置換を組み合わせることもできる。このような置換の位置は、単独で置換を導入した場合には、上述の置換部位におけるもののように顕著な効果を奏さないものであっても、上述の置換部位と組み合わせて導入することによって、相乗的に効果を奏するものであり得る。 Moreover, when producing the above multiple mutants, substitutions at positions other than the above-mentioned various substitutions can be combined. Such substitution positions are introduced in combination with the above-described substitution sites, even when those substitutions are introduced alone, even if they do not have a significant effect as in the above-mentioned substitution sites, It can be synergistic.
また、本発明のFAD-GDHには、上述のような、保存安定性を向上させる変異のほかに、熱安定性を向上させる変異、マルトースへの反応性を低減させる変異、温度依存性を改善させる変異や、pHや特定の物質などへの耐性を向上させる変異のような、別種の効果を奏する変異、例えばそのような効果を奏する各種公知の変異を任意に組み合わせてもよい。このような別種の変異を組み合わせた場合であっても、本発明の効果を発揮し得るものである限り、それらのFAD-GDH変異体は本発明に包含される。 The FAD-GDH of the present invention has a mutation that improves thermal stability, a mutation that improves thermal stability, a mutation that reduces the reactivity to maltose, and temperature dependency, as described above. Mutations exhibiting other effects, such as mutations that improve resistance to pH and specific substances, for example, various known mutations that exhibit such effects may be arbitrarily combined. Even when such different types of mutations are combined, those FAD-GDH mutants are included in the present invention as long as the effects of the present invention can be exhibited.
ある実施形態において、出発GDHとして、国際公開第2015/099112号(US2016/0319246)、国際公開第2012/169512号(US2014/0287445)又は国際公開第2015/129475号(EP3112461)又は国際公開第2017/1957665号に記載のGDH、又はそれをコードするGDH遺伝子を用いることができる。参照によりこれらの全内容を本明細書に組み入れる。取得したGDH遺伝子を変異させGDHにアミノ酸置換を導入しうる。変異はこれらの文献に開示されている位置又はそれに対応する位置に導入されうる。ある実施形態において、Mucor prainii由来GDH(MpGDH、配列番号1)は、N66Y/N68G/C88A/Q233R/T387C/E554D/L557V/S559K変異を導入することにより改変しうる。便宜上これをM1変異体と呼ぶことがある。ある実施形態において、Mucor prainii由来GDH(MpGDH、配列番号1)は、M1にA175C/N214C/G466D変異を導入することにより改変しうる。便宜上これをM2変異体と呼ぶことがある。出発GDHとしてこのようなGDHを使用し、本発明の変異を導入しうる。 In certain embodiments, as the starting GDH, International Publication No. 2015/099112 (US2016 / 0319246), International Publication No. 2012/169512 (US2014 / 0287445) or International Publication No. 2015/129475 (EP3112461) or International Publication No. 2017 GDH described in / 1957665 or the GDH gene encoding it can be used. The entire contents of which are incorporated herein by reference. The obtained GDH gene can be mutated to introduce amino acid substitution into GDH. Mutations can be introduced at positions disclosed in these documents or at positions corresponding thereto. In certain embodiments, the Mucor prainii derived GDH (MpGDH, SEQ ID NO: 1) can be modified by introducing a N66Y / N68G / C88A / Q233R / T387C / E554D / L557V / S559K mutation. For convenience this is sometimes referred to as the M1 variant. In one embodiment, Mucor prainii derived GDH (MpGDH, SEQ ID NO: 1) can be modified by introducing an A175C / N214C / G466D mutation into M1. For convenience this is sometimes referred to as the M2 variant. Such GDH can be used as a starting GDH to introduce the mutation of the present invention.
後述のとおり、本発明のFAD-GDH変異体は、例えば、まず任意の方法で、配列番号1のアミノ酸配列に類似するアミノ酸配列をコードする遺伝子を入手し、配列番号1の所定の位置に対応する位置におけるいずれかの位置にアミノ酸置換を導入することにより得ることもできる。 As described later, the FAD-GDH mutant of the present invention, for example, first obtains a gene encoding an amino acid sequence similar to the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 by any method and corresponds to a predetermined position of SEQ ID NO: 1. It can also be obtained by introducing an amino acid substitution at any position in the position.
アミノ酸置換の導入方法としては、例えばランダムに変異を導入する方法あるいは想定した位置に部位特異的変異を導入する方法が挙げられる。前者としては、エラープローンPCR法(Techniques,1,11-15,(1989))や、増殖の際、プラスミドの複製にエラーを起こしやすく、改変を生じやすいXL1-Redコンピテントセル(STRATAGENE社製)を用いる方法等がある。また、後者として、目的タンパク質の結晶構造解析により立体構造を構築し、その情報をもとに目的の効果を付与すると予想されるアミノ酸を選択し、市販のQuick Change Site Directed Mutagenesis Kit(STRATAGENE社製)等により部位特異的変異を導入する方法がある。あるいは、目的タンパク質と相同性の高い公知のタンパク質の立体構造を用いてモデリングを行い、目的の効果を付与すると予想されるアミノ酸を選択し、部位特異的変異を導入することもできる。 Examples of the method for introducing amino acid substitution include a method of introducing mutations at random or a method of introducing site-specific mutations at assumed positions. The former includes error-prone PCR (Techniques, 1, 11-15, (1989)) and XL1-Red competent cells (manufactured by STRATAGENE) that are prone to errors in plasmid replication and prone to modification during propagation. ). Also, as the latter, a three-dimensional structure is constructed by analyzing the crystal structure of the target protein, amino acids that are expected to give the desired effect are selected based on the information, and a commercially available Quick Change Site Directed Mutagenesis Kit (manufactured by STRATAGENE) is selected. There is a method of introducing site-specific mutation by, for example. Alternatively, modeling can be performed using a three-dimensional structure of a known protein having high homology with the target protein, an amino acid expected to impart the target effect can be selected, and a site-specific mutation can be introduced.
本明細書にいう、「配列番号1のアミノ酸配列に対応する位置」とは、配列番号1のアミノ酸配列と、他のアミノ酸配列とをアラインさせた場合に、そのアラインメントにおける同一の位置を意味する。他のアミノ酸配列としては、配列番号1と高いアミノ酸配列同一性(例えば70%以上、71%以上、72%以上、73%以上、74%以上、75%以上、76%以上、77%以上、78%以上、79%以上、80%以上、81%以上、82%以上、83%以上、84%以上、85%以上、86%以上、87%以上、88%以上、89%以上、90%以上、91%以上、92%以上、93%以上、94%以上、95%以上、96%以上、97%以上、98%以上、例えば99%以上)を有するアミノ酸配列が挙げられる。なお、アミノ酸配列の同一性は、GENETYX Ver.11(ゼネティックス社製)のマキシマムマッチングやサーチホモロジー等のプログラム、又はDNASIS Pro(日立ソフト社製)のマキシマムマッチングやマルチプルアライメント等のプログラムにより計算することができる。 As used herein, the “position corresponding to the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1” means the same position in the alignment when the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is aligned with another amino acid sequence. . As other amino acid sequences, high amino acid sequence identity with SEQ ID NO: 1 (for example, 70% or more, 71% or more, 72% or more, 73% or more, 74% or more, 75% or more, 76% or more, 77% or more, 78% or more, 79% or more, 80% or more, 81% or more, 82% or more, 83% or more, 84% or more, 85% or more, 86% or more, 87% or more, 88% or more, 89% or more, 90% As mentioned above, amino acid sequences having 91% or more, 92% or more, 93% or more, 94% or more, 95% or more, 96% or more, 97% or more, 98% or more, for example 99% or more) can be mentioned. Amino acid sequence identity should be calculated using GENETYX Ver.11 (Genetics) maximum matching and search homology programs, or DNASIS Pro (Hitachi Soft) maximum matching and multiple alignment programs. Can do.
上記の「配列番号1のアミノ酸配列に対応する位置」を特定する方法としては、例えば、リップマン−パーソン法等の公知のアルゴリズムを用いてアミノ酸配列を比較し、FAD-GDHのアミノ酸配列中に存在する保存アミノ酸残基に最大の同一性を与えることにより行うことができる。FAD-GDHのアミノ酸配列をこのような方法で整列させることにより、アミノ酸配列中にある挿入、欠失にかかわらず、対応するアミノ酸残基の各FAD-GDH配列における配列中の位置を決めることが可能である。特にアミノ酸配列同一性が70%以上のアミノ酸配列を比較する場合に決めることが可能である。対応する位置は、三次元構造中で同位置に存在すると考えられ、対象となるFAD-GDHの保存安定性に関して類似した効果を有することが合理的に推定できる。なお、GDHによっては、アライメントの結果、特定のドメインやループが欠失している等により配列番号1の所定の位置に対応する位置が存在しない場合もあり得るが、そのような場合には当該対応する位置の存在ない位置はアミノ酸置換するに及ばず、対応する位置を決定できる他の位置にアミノ酸置換を導入すればよい。 As a method for specifying the “position corresponding to the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1”, for example, the amino acid sequences are compared using a known algorithm such as the Lippmann-Person method and are present in the amino acid sequence of FAD-GDH. This can be done by giving maximum identity to conserved amino acid residues. By aligning the amino acid sequence of FAD-GDH in this way, the position of the corresponding amino acid residue in each FAD-GDH sequence can be determined regardless of insertion or deletion in the amino acid sequence. Is possible. In particular, it can be determined when comparing amino acid sequences having amino acid sequence identity of 70% or more. Corresponding positions are considered to exist at the same position in the three-dimensional structure, and it can be reasonably estimated that they have a similar effect on the storage stability of the target FAD-GDH. Depending on the GDH, the position corresponding to the predetermined position of SEQ ID NO: 1 may not exist due to the lack of a specific domain or loop as a result of the alignment. A position where the corresponding position does not exist is not limited to amino acid substitution, and amino acid substitution may be introduced at another position where the corresponding position can be determined.
(相同性領域について)
アミノ酸配列の同一性又は類似性は、GENETYX Ver.11(ゼネティックス社製)のマキシマムマッチングやサーチホモロジー等のプログラムまたはDNASIS Pro(日立ソリューションズ社製)のマキシマムマッチングやマルチプルアライメント等のプログラムにより計算することができる。アミノ酸配列同一性を計算するために、2以上のGDHをアライメントしたときに、該2以上のGDHにおいて同一であるアミノ酸の位置を調べることができる。こうした情報を基に、アミノ酸配列中の同一領域を決定できる。
(About homology region)
Amino acid sequence identity or similarity should be calculated using GENETYX Ver.11 (Genetics) maximum matching and search homology programs, or DNASIS Pro (Hitachi Solutions) maximum matching and multiple alignment programs. Can do. In order to calculate amino acid sequence identity, when two or more GDHs are aligned, the positions of amino acids that are identical in the two or more GDHs can be examined. Based on such information, the same region in the amino acid sequence can be determined.
また、2以上のGDHにおいて類似であるアミノ酸の位置を調べることもできる。例えばCLUSTALWを用いて複数のアミノ酸配列をアライメントすることができ、この場合、アルゴリズムとしてBlosum62を使用し、複数のアミノ酸配列をアライメントしたときに類似と判断されるアミノ酸を類似アミノ酸と呼ぶことがある。本発明の変異体において、アミノ酸置換はこのような類似アミノ酸の間の置換によるものであり得る。こうしたアライメントにより、複数のアミノ酸配列について、アミノ酸配列が同一である領域及び類似アミノ酸によって占められる位置を調べることができる。こうした情報を基に、アミノ酸配列中の相同性領域(保存領域)を決定できる。 It is also possible to examine amino acid positions that are similar in two or more GDH. For example, CLUSTALW can be used to align a plurality of amino acid sequences. In this case, Blosum62 is used as an algorithm, and amino acids that are judged to be similar when a plurality of amino acid sequences are aligned may be referred to as similar amino acids. In the variants of the invention, amino acid substitutions may be due to substitutions between such similar amino acids. By such alignment, a position occupied by a region having the same amino acid sequence and a similar amino acid can be examined for a plurality of amino acid sequences. Based on such information, a homology region (conserved region) in an amino acid sequence can be determined.
本明細書において「相同性領域」とは、2以上のGDHをアライメントしたときに、ある基準となるGDHと比較対象のGDHの対応する位置におけるアミノ酸が同一であるか又は類似アミノ酸からなる領域であって、連続する3以上、4以上、5以上、6以上、7以上、8以上、9以上又は10以上のアミノ酸からなる領域をいう。例えば、図1では全長アミノ酸配列の配列同一性が70%以上であるGDHをアライメントした。このうち、配列番号1で示されるMucor属GDHを基準として第31位〜41位は同一アミノ酸からなり、よって相同性領域に該当する。同様に、配列番号1で示されるMucor属GDHを基準として、31位〜41位、58〜62位、71〜85位、106〜116位、119〜127位、132〜134位、136〜144位、150〜153位、167〜171位、219〜225位、253〜262位、277〜281位、301〜303位、305〜312位、314〜319位、324〜326位、332〜337位、339〜346位、348〜354位、386〜394位、415〜417位、454〜459位、476〜484位、486〜491位、508〜511位、518〜520位、522〜524位、526〜528位、564〜579位、584〜586位、592〜595位、597〜599位、607〜617位、及び625〜630位は相同性領域に該当しうる。 In the present specification, the “homology region” is a region in which when two or more GDHs are aligned, the amino acids at the corresponding positions of the reference GDH and the GDH to be compared are the same or are composed of similar amino acids. It is a region composed of 3 or more, 4 or more, 5 or more, 6 or more, 7 or more, 8 or more, 9 or more, or 10 or more consecutive amino acids. For example, in FIG. 1, GDH whose sequence identity of the full length amino acid sequence is 70% or more is aligned. Among these, positions 31 to 41 with respect to the Mucor genus GDH represented by SEQ ID NO: 1 are composed of the same amino acid, and thus correspond to the homology region. Similarly, based on the Mucor genus GDH represented by SEQ ID NO: 1, positions 31 to 41, 58 to 62, 71 to 85, 106 to 116, 119 to 127, 132 to 134, 136 to 144 , 150-153, 167-171, 219-225, 253-262, 277-281, 301-303, 305-312, 314-319, 324-326, 332-337 , 339-346, 348-354, 386-394, 415-417, 454-459, 476-484, 486-491, 508-511, 518-520, 522-524 Positions 526 to 528, 564 to 579, 584 to 586, 592 to 595, 597 to 599, 607 to 617, and 625 to 630 are homologous. It can be applicable to the region.
本発明のGDHは、配列番号1、3、6若しくは40に示されるアミノ酸配列を有するGDHとアライメントしたときに50%、55%、60%、65%、70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、例えば99%以上の全長アミノ酸配列同一性を有し、グルコースデヒドロゲナーゼ活性を有する。さらに、本発明のGDH変異体の相同性領域におけるアミノ酸配列は、配列番号1、3、若しくは6における相同性領域のアミノ酸配列と80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、例えば99%以上の配列同一性を有する。 The GDH of the present invention is 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 71%, 72%, 73 when aligned with GDH having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3, 6 or 40 %, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, It has 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, for example 99% or more full-length amino acid sequence identity and has glucose dehydrogenase activity. Furthermore, the amino acid sequence in the homology region of the GDH variant of the present invention is 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85% with the amino acid sequence of the homology region in SEQ ID NO: 1, 3, or 6. 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, eg, 99% or more sequence identity .
本発明のFAD-GDHには、上記の同一性の範囲内で各種のバリエーションが想定されるが、各種FAD-GDHの酵素科学的性質が本明細書に記載する本発明のFAD-GDHと同様である限り、それらは全て本発明のFAD-GDHに含まれ得る。このようなアミノ酸配列を有するFAD-GDHは、保存安定性の高いFAD-GDHであり、産業上有用である。 The FAD-GDH of the present invention is expected to have various variations within the above-mentioned range of identity, but the enzymatic scientific properties of the various FAD-GDH are the same as the FAD-GDH of the present invention described herein. As long as they are all included in the FAD-GDH of the present invention. FAD-GDH having such an amino acid sequence is FAD-GDH with high storage stability and is industrially useful.
また、本発明のFAD-GDH変異体において、上述の位置において置換後のアミノ酸が上述のとおりであること、例えば配列番号1の192位に対応する位置のアミノ酸が置換後にプロリンであることが重要であり、それが人為的な置換操作によるものか否かは問わない。例えば、配列番号1記載のタンパク質のように、上記の位置のアミノ酸が本発明で所望される残基とは元々異なっているタンパク質を出発物質として、そこに公知の技術を用いて所望の置換を導入していく場合であれば、これらの所望されるアミノ残基は置換により導入される。一方、公知のペプチド全合成により所望のタンパク質を入手する場合、又は、所望のアミノ酸配列を有するタンパク質をコードするように遺伝子配列を全合成し、これに基づき所望のタンパク質を入手する場合、あるいは、天然型として見出されたものの中に元々そのような配列を有するものがあった場合等には、人為的な置換という工程を経ることなく、本発明のFAD-GDHを得ることができる。ただし、本発明のFAD-GDH変異体からは天然物や天然の配列そのものは除かれる。例えば配列番号1の192位に関し、これに対応する位置のアミノ酸が天然配列においてプロリンであるものは、本明細書にいう「192P」変異体に該当しない。 In the FAD-GDH mutant of the present invention, it is important that the amino acid after substitution at the above position is as described above, for example, that the amino acid at the position corresponding to position 192 of SEQ ID NO: 1 is proline after substitution. It does not matter whether it is due to an artificial replacement operation. For example, starting from a protein in which the amino acid at the above position is originally different from the residue desired in the present invention, such as the protein described in SEQ ID NO: 1, a desired substitution is performed there using a known technique. In the case of introduction, these desired amino residues are introduced by substitution. On the other hand, when a desired protein is obtained by publicly known total peptide synthesis, or when a gene sequence is totally synthesized to encode a protein having a desired amino acid sequence, and a desired protein is obtained based on this, or In the case where some of those found as natural types originally have such a sequence, the FAD-GDH of the present invention can be obtained without going through a step of artificial substitution. However, natural products and natural sequences themselves are excluded from the FAD-GDH mutant of the present invention. For example, regarding position 192 of SEQ ID NO: 1, the amino acid at the corresponding position is proline in the natural sequence does not fall under the “192P” variant referred to in this specification.
(FAD-GDHの保存安定性)
従来のGODやFAD-GDH、さらには本発明のFAD-GDH変異体の保存安定性は、本明細書中に記載の活性測定方法及び保存安定性測定方法に記載した条件において評価される。アミノ酸置換の前後でのGDHの保存安定性を比較することにより、当該置換による保存安定性の向上を評価することができる。保存安定性は、保存安定性試験における初期活性及び所定期間経過後の残存活性から決定する。初期活性と残存活性の比を計算するために、酵素活性は、初期状態及び加温後において同じ条件で測定する。試験の初期状態における活性を100%とし、例えば20-40℃の周囲温度で所定期間、例えば1日〜3週間にわたりGDHを加温し、その後の残存活性を測定する。ある実施形態において、保存試験の溶液のpHは6.9〜7.4、例えば7.4である。これは血液のpHが中性付近であるためである。pHはPBSのようなリン酸緩衝液などの慣用のバッファーにより調整しうるが、緩衝剤や緩衝液はこれに限らない。
(Storage stability of FAD-GDH)
The storage stability of conventional GOD, FAD-GDH, and further the FAD-GDH mutant of the present invention is evaluated under the conditions described in the activity measurement method and the storage stability measurement method described in this specification. By comparing the storage stability of GDH before and after amino acid substitution, the improvement in storage stability due to the substitution can be evaluated. The storage stability is determined from the initial activity in the storage stability test and the residual activity after a predetermined period. In order to calculate the ratio of initial activity to residual activity, enzyme activity is measured under the same conditions in the initial state and after warming. The activity in the initial state of the test is defined as 100%, and GDH is heated for a predetermined period of time, for example, 1 day to 3 weeks, for example, at an ambient temperature of 20-40 ° C., and then the remaining activity is measured. In certain embodiments, the pH of the storage test solution is from 6.9 to 7.4, such as 7.4. This is because the pH of blood is near neutral. The pH can be adjusted with a conventional buffer such as a phosphate buffer such as PBS, but the buffer and the buffer are not limited thereto.
ある実施形態において、本発明のFAD-GDH変異体は、pH 7.4にて、
(a) 20-40℃、例えば40℃で、1週間にわたり加温した場合に、初期活性100%のうち、60%以上、例えば65%以上、70%以上、75%以上、例えば80%以上、90%以上、例えば95%、96%以上、97%以上、98%以上、例えば99%以上のデヒドロゲナーゼ活性が保持される、
(b) 20-40℃、例えば40℃で、2週間にわたり加温した場合に、初期活性100%のうち、40%以上、例えば45%以上、50%以上、55%以上、例えば60%以上、70%以上、75%以上、例えば80%以上、90%以上、例えば95%以上、96%以上、97%以上、98%以上、例えば99%のデヒドロゲナーゼ活性が保持される、
(c) 20-40℃、例えば40℃で、3週間にわたり加温した場合に、初期活性100%のうち、30%以上、例えば35%以上、40%以上、45%以上、50%以上、55%以上、例えば60%、70%以上、75%以上、例えば80%以上、90%以上、例えば95%以上、96%以上、97%以上、98%以上、例えば99%のデヒドロゲナーゼ活性が保持される、または
(d) 20-40℃、例えば40℃で、4日間にわたり加温した場合に、初期活性100%のうち、60%、70%以上、71%以上、72%以上、73%以上、74%以上、75%以上、76%以上、77%以上、78%以上、79%以上、例えば80%以上、81%以上、82%以上、83%以上、84%以上、85%以上、86%以上、87%以上、88%以上、89%以上、90%以上、例えば95%以上、96%以上、97%以上、98%以上、例えば99%のデヒドロゲナーゼ活性が保持される、
保存安定性(長期安定性)を有し得る。
In one embodiment, the FAD-GDH variant of the invention has a pH of 7.4
(a) 60% or more, for example 65% or more, 70% or more, 75% or more, for example 80% or more of
(b) 40% or more, for example 45% or more, 50% or more, 55% or more, for example 60% or more of the
(c) 30% or more, for example 35% or more, 40% or more, 45% or more, 50% or more of the
(d) 60%, 70% or more, 71% or more, 72% or more, 73% or more, 74% of
It may have storage stability (long-term stability).
ある実施形態において、本発明のFAD-GDH変異体は、pH 7.4にて、
(a) 20-40℃、例えば25℃で、1週間にわたり加温した場合に、初期活性100%のうち、40%以上、50%以上、60%以上、例えば65%以上、70%以上、75%以上、例えば80%以上、90%以上、例えば95%、96%以上、97%以上、98%以上、例えば99%以上のデヒドロゲナーゼ活性が保持される、
(b) 20-40℃、例えば25℃で、2週間にわたり加温した場合に、初期活性100%のうち、40%以上、50%以上、40%以上、例えば45%以上、50%以上、55%以上、例えば60%以上、70%以上、75%以上、例えば80%以上、90%以上、例えば95%以上、96%以上、97%以上、98%以上、例えば99%のデヒドロゲナーゼ活性が保持される、
(c) 20-40℃、例えば25℃で、3週間にわたり加温した場合に、初期活性100%のうち、40%以上、50%以上、30%以上、例えば35%以上、40%以上、45%以上、50%以上、55%以上、例えば60%、70%以上、75%以上、例えば80%以上、90%以上、例えば95%以上、96%以上、97%以上、98%以上、例えば99%のデヒドロゲナーゼ活性が保持される、または
(d) 20-40℃、例えば25℃で、4日間にわたり加温した場合に、初期活性100%のうち、40%以上、50%以上、60%、70%以上、71%以上、72%以上、73%以上、74%以上、75%以上、76%以上、77%以上、78%以上、79%以上、例えば80%以上、81%以上、82%以上、83%以上、84%以上、85%以上、86%以上、87%以上、88%以上、89%以上、90%以上、例えば95%以上、96%以上、97%以上、98%以上、例えば99%のデヒドロゲナーゼ活性が保持される、
保存安定性(長期安定性)を有し得る。
In one embodiment, the FAD-GDH variant of the invention has a pH of 7.4
(a) 40% or more, 50% or more, 60% or more, for example, 65% or more, 70% or more of
(b) 40% or more, 50% or more, 40% or more, for example 45% or more, 50% or more of
(c) 40% or more, 50% or more, 30% or more, for example, 35% or more, 40% or more of
(d) 40% or more, 50% or more, 60%, 70% or more, 71% or more, 72% of the
It may have storage stability (long-term stability).
ある実施形態において、本発明のFAD-GDH変異体は、pH 7.4にて、
(a) 20-40℃、例えば20℃で、1週間にわたり加温した場合に、初期活性100%のうち、60%以上、例えば65%以上、70%以上、75%以上、例えば80%以上、90%以上、例えば95%、96%以上、97%以上、98%以上、例えば99%以上のデヒドロゲナーゼ活性が保持される、
(b) 20-40℃、例えば20℃で、2週間にわたり加温した場合に、初期活性100%のうち、40%以上、例えば45%以上、50%以上、55%以上、例えば60%以上、70%以上、75%以上、例えば80%以上、90%以上、例えば95%以上、96%以上、97%以上、98%以上、例えば99%のデヒドロゲナーゼ活性が保持される、
(c) 20-40℃、例えば20℃で、3週間にわたり加温した場合に、初期活性100%のうち、30%以上、例えば35%以上、40%以上、45%以上、50%以上、55%以上、例えば60%、70%以上、75%以上、例えば80%以上、90%以上、例えば95%以上、96%以上、97%以上、98%以上、例えば99%のデヒドロゲナーゼ活性が保持される、または
(d) 20-40℃、例えば20℃で、4日間にわたり加温した場合に、初期活性100%のうち、60%、70%以上、71%以上、72%以上、73%以上、74%以上、75%以上、76%以上、77%以上、78%以上、79%以上、例えば80%以上、81%以上、82%以上、83%以上、84%以上、85%以上、86%以上、87%以上、88%以上、89%以上、90%以上、例えば95%以上、96%以上、97%以上、98%以上、例えば99%のデヒドロゲナーゼ活性が保持される、
保存安定性(長期安定性)を有し得る。
In one embodiment, the FAD-GDH variant of the invention has a pH of 7.4
(a) 60% or more, for example 65% or more, 70% or more, 75% or more, for example 80% or more, out of
(b) 40% or more, for example 45% or more, 50% or more, 55% or more, for example 60% or more of the
(c) 30% or more, for example, 35% or more, 40% or more, 45% or more, 50% or more of the
(d) 60%, 70% or more, 71% or more, 72% or more, 73% or more, 74% of
It may have storage stability (long-term stability).
ある実施形態において、本発明のFAD-GDH変異体は、
加温前の未置換のFAD-GDHの酵素活性を100%としたときの、20-40℃でpH 7.4にて加温した未置換のFAD-GDHの残存活性(%)と、加温前のFAD-GDH変異体の酵素活性を100%としたときの、20-40℃でpH 7.4にて加温したFAD-GDH変異体の残存活性(%)とを比較して、
(a)1週間加温した後の残存活性(%)が1%以上、1.5%以上、2%以上、3%以上、4%以上、5%以上、6%以上、7%以上、8%以上、9%以上、10%以上、11%以上、12%以上、13%以上、14%以上、15%以上、20%以上、25%以上、30%以上、40%以上、50%以上、例えば55%以上、向上している、
(b)2週間加温した後の残存活性(%)が1%以上、1.5%以上、2%以上、3%以上、4%以上、5%以上、6%以上、7%以上、8%以上、9%以上、10%以上、11%以上、12%以上、13%以上、14%以上、15%以上、20%以上、25%以上、例えば30%以上、35%以上、40%以上、45%以上、50%以上、例えば55%以上、向上している、
(c)3週間加温した後の残存活性(%)が1%以上、1.5%以上、2%以上、3%以上、4%以上、5%以上、6%以上、7%以上、8%以上、9%以上、10%以上、11%以上、12%以上、13%以上、14%以上、15%以上、20%以上、25%以上、例えば30%以上、35%以上、40%以上、45%以上、50%以上、例えば55%以上、向上している、又は
(d)4日間加温した後の残存活性(%)が1%以上、1.5%以上、2%以上、3%以上、4%以上、5%以上、6%以上、7%以上、8%以上、9%以上、10%以上、11%以上、12%以上、13%以上、14%以上、15%以上、20%以上、25%以上、例えば30%以上、35%以上、40%以上、45%以上、50%以上、例えば55%以上、向上している。このような残存活性の向上を本明細書において保存安定性(長期安定性)の向上ということがある。例えば40℃で7日間加温した未改変のFAD-GDHの残存活性が63.9%であり、同じ条件で加温した本発明の変異を有するFAD-GDH変異体の残存活性が73.9%である場合、本発明のFAD-GDH変異体は保存安定性が10%向上している。このような変異体は本発明に包含される。このような変異体は持続血糖測定に用いることができる。ある変異がもたらす保存安定性の向上が1%程度であっても、未変異のGDHと比較してそれだけ保存安定性が向上していれば、連続グルコース測定に適したGDHが取得され、本発明の課題は解決されたということができる。また、ある変異がもたらす保存安定性の向上が1%程度であっても、例えばそのような変異を複数組み合わせることで、より保存安定性の高いGDHを作製しうる。また、そのような変異を、他の酵素特性を変化させる変異と組み合わせることもできる。組み合わせに使用可能な種々の単変異の群により、タンパク質工学上の選択肢が広がる。
In certain embodiments, the FAD-GDH variant of the invention comprises
When the enzyme activity of unsubstituted FAD-GDH before heating is defined as 100%, the remaining activity (%) of unsubstituted FAD-GDH heated at pH 7.4 at 20-40 ° C, and before heating In comparison with the residual activity (%) of the FAD-GDH mutant heated at 20-40 ° C. and pH 7.4 when the enzyme activity of the FAD-GDH mutant was 100%,
(a) Residual activity (%) after heating for 1 week is 1% or more, 1.5% or more, 2% or more, 3% or more, 4% or more, 5% or more, 6% or more, 7% or more, 8% or more, 9% or more, 10% or more, 11% or more, 12% or more, 13% or more, 14% or more, 15% or more, 20% or more, 25% or more, 30% or more, 40% or more, 50% For example, 55% or more,
(b) Residual activity (%) after heating for 2 weeks is 1% or more, 1.5% or more, 2% or more, 3% or more, 4% or more, 5% or more, 6% or more, 7% or more, 8% or more, 9% or more, 10% or more, 11% or more, 12% or more, 13% or more, 14% or more, 15% or more, 20% or more, 25% or more, for example, 30% or more, 35% or more, 40 % Or higher, 45% or higher, 50% or higher, for example 55% or higher,
(c) Residual activity (%) after heating for 3 weeks is 1% or more, 1.5% or more, 2% or more, 3% or more, 4% or more, 5% or more, 6% or more, 7% or more, 8% or more, 9% or more, 10% or more, 11% or more, 12% or more, 13% or more, 14% or more, 15% or more, 20% or more, 25% or more, for example, 30% or more, 35% or more, 40 % Or higher, 45% or higher, 50% or higher, for example 55% or higher, or
(d) Residual activity (%) after heating for 4 days is 1% or more, 1.5% or more, 2% or more, 3% or more, 4% or more, 5% or more, 6% or more, 7% or more, 8% or more, 9% or more, 10% or more, 11% or more, 12% or more, 13% or more, 14% or more, 15% or more, 20% or more, 25% or more, for example, 30% or more, 35% or more, 40 % Or more, 45% or more, 50% or more, for example 55% or more. In the present specification, such improvement in residual activity is sometimes referred to as improvement in storage stability (long-term stability). For example, the residual activity of unmodified FAD-GDH heated for 7 days at 40 ° C. is 63.9%, and the residual activity of the FAD-GDH mutant having the mutation of the present invention heated under the same conditions is 73.9% The FAD-GDH mutant of the present invention has a 10% improvement in storage stability. Such variants are encompassed by the present invention. Such a mutant can be used for continuous blood glucose measurement. Even if the storage stability improvement caused by a certain mutation is about 1%, GDH suitable for continuous glucose measurement is obtained as long as the storage stability is improved as compared with unmutated GDH. It can be said that this problem has been solved. Moreover, even if the improvement in storage stability caused by a certain mutation is about 1%, GDH with higher storage stability can be produced by combining a plurality of such mutations, for example. Such mutations can also be combined with mutations that alter other enzyme properties. The group of different single mutations that can be used in combination opens up protein engineering options.
(本発明のFAD-GDHをコードする遺伝子の取得)
本発明のFAD-GDHを効率よく取得するためには、遺伝子工学的手法を利用するのが好ましい。本発明のFAD-GDHをコードする遺伝子(以下、FAD-GDH遺伝子)を取得するには、通常一般的に用いられている遺伝子のクローニング方法を用いればよい。例えば、公知のFAD-GDHを出発物質とし、それを改変することにより本発明のFAD-GDHを取得するには、FAD-GDH生産能を有する公知の微生物菌体や種々の細胞から、常法、例えば、Current Protocols in Molecular Biology (WILEY Interscience,1989)記載の方法により、染色体DNA又はmRNAを抽出することができる。さらにmRNAを鋳型としてcDNAを合成することができる。このようにして得られた染色体DNA又はcDNAを用いて、染色体DNA又はcDNAのライブラリーを作製することができる。
(Acquisition of gene encoding FAD-GDH of the present invention)
In order to efficiently obtain the FAD-GDH of the present invention, it is preferable to use a genetic engineering technique. In order to obtain a gene encoding FAD-GDH of the present invention (hereinafter referred to as FAD-GDH gene), a generally used gene cloning method may be used. For example, in order to obtain the FAD-GDH of the present invention by using a known FAD-GDH as a starting material and modifying it, it is possible to obtain a conventional method from known microbial cells or various cells having the ability to produce FAD-GDH. For example, chromosomal DNA or mRNA can be extracted by the method described in Current Protocols in Molecular Biology (WILEY Interscience, 1989). Furthermore, cDNA can be synthesized using mRNA as a template. Using the chromosomal DNA or cDNA thus obtained, a chromosomal DNA or cDNA library can be prepared.
ついで、公知のFAD-GDHのアミノ酸配列情報に基づき、適当なプローブDNAを合成して、これを用いて染色体DNA又はcDNAのライブラリーから基質特異性の高いFAD-GDH遺伝子を選抜する方法、あるいは、上記アミノ酸配列に基づき、適当なプライマーDNAを作製して、5’RACE法や3’RACE法などの適当なポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)により、基質特異性の高いFAD-GDHをコードする目的の遺伝子断片を含むDNAを増幅させ、これらのDNA断片を連結させて、目的のFAD-GDH遺伝子の全長を含むDNAを得ることができる。 Next, based on the known amino acid sequence information of FAD-GDH, an appropriate probe DNA is synthesized, and using this, a method for selecting a FAD-GDH gene with high substrate specificity from a chromosomal DNA or cDNA library, or Based on the above amino acid sequence, an appropriate primer DNA is prepared, and FAD-GDH with high substrate specificity is encoded by an appropriate polymerase chain reaction (PCR method) such as 5'RACE method or 3'RACE method. DNAs containing the gene fragment can be amplified, and these DNA fragments can be ligated to obtain DNA containing the full length of the target FAD-GDH gene.
公知のFAD-GDHを出発物質として、本発明の保存安定性に優れたFAD-GDHを取得する方法として、出発物質であるFAD-GDHをコードする遺伝子に変異を導入し、各種の変異遺伝子から発現されるFAD-GDHの酵素科学的性質を指標に選択を行う方法を採用し得る。 Using a known FAD-GDH as a starting material, as a method for obtaining FAD-GDH having excellent storage stability of the present invention, a mutation is introduced into the gene encoding the starting material FAD-GDH, and various mutant genes are used. A method of performing selection using the enzymatic scientific properties of the expressed FAD-GDH as an index may be employed.
出発物質であるFAD-GDH遺伝子の変異処理は、企図する変異形態に応じた、公知の任意の方法で行うことができる。すなわち、FAD-GDH遺伝子あるいは当該遺伝子の組み込まれた組換え体DNAと変異原となる薬剤とを接触・作用させる方法;紫外線照射法;遺伝子工学的手法;又は蛋白質工学的手法を駆使する方法等を広く用いることができる。 Mutation treatment of the FAD-GDH gene as a starting material can be performed by any known method depending on the intended mutation form. That is, a method in which a FAD-GDH gene or a recombinant DNA in which the gene is incorporated is brought into contact with and acting on a mutagen; an ultraviolet irradiation method; a genetic engineering method; or a method using a protein engineering method, etc. Can be widely used.
上記変異処理に用いられる変異原となる薬剤としては、例えば、ヒドロキシルアミン、N-メチル-N’-ニトロ-N-ニトロソグアニジン、亜硝酸、亜硫酸、ヒドラジン、蟻酸、若しくは5-ブロモウラシル等を挙げることができる。 Examples of the mutagen used in the mutation treatment include hydroxylamine, N-methyl-N′-nitro-N-nitrosoguanidine, nitrous acid, sulfite, hydrazine, formic acid, or 5-bromouracil. be able to.
この接触・作用の諸条件は、用いる薬剤の種類等に応じた条件を採ることが可能であり、現実に所望の変異をMucor属由来FAD-GDH遺伝子において惹起することができる限り特に限定されない。通常、好ましくは0.5〜12Mの上記薬剤濃度において、20〜80℃の反応温度下で10分間以上、好ましくは10〜180分間接触・作用させることで、所望の変異を惹起可能である。紫外線照射を行う場合においても、上記の通り常法に従い行うことができる(現代化学、p24〜30、1989年6月号)。 The conditions for the contact and action can be determined according to the type of drug used, and are not particularly limited as long as a desired mutation can be actually induced in the Mucor genus-derived FAD-GDH gene. Usually, a desired mutation can be induced by contacting and acting at the above drug concentration of preferably 0.5 to 12 M at a reaction temperature of 20 to 80 ° C. for 10 minutes or more, preferably for 10 to 180 minutes. Even when ultraviolet irradiation is performed, it can be performed according to a conventional method as described above (Hyundai Kagaku, p24-30, June 1989 issue).
蛋白質工学的手法を駆使する方法としては、一般的に、Site-Specific Mutagenesisとして知られる手法を用いることができる。例えば、Kramer法 (Nucleic Acids Res.,12,9441(1984):Methods Enzymol.,154,350(1987):Gene,37,73(1985))、Eckstein法(Nucleic Acids Res.,13,8749(1985):Nucleic Acids Res.,13,8765(1985):Nucleic Acids Res,14,9679(1986))、Kunkel法(Proc. Natl. Acid. Sci. U.S.A.,82,488(1985):Methods Enzymol.,154,367(1987))等が挙げられる。DNA中の塩基配列を変換する具体的な方法としては、例えば市販のキット(Transformer Mutagenesis Kit;Clonetech社、EXOIII/Mung Bean Deletion Kit;Stratagene製、Quick Change Site Directed Mutagenesis Kit;Stratagene製など)の利用が挙げられる。 As a method of making full use of protein engineering techniques, a technique known as Site-Specific Mutagenesis can be generally used. For example, Kramer method (Nucleic Acids Res., 12, 9441 (1984): Methods Enzymol., 154, 350 (1987): Gene, 37, 73 (1985)), Eckstein method (Nucleic Acids Res., 13, 8749 (1985) : Nucleic Acids Res., 13, 8765 (1985): Nucleic Acids Res, 14, 9679 (1986)), Kunkel method (Proc. Natl. Acid. Sci. USA, 82, 488 (1985): Methods Enzymol., 154, 367 (1987) )) And the like. As a specific method for converting a base sequence in DNA, for example, use of a commercially available kit (Transformer Mutagenesis Kit; Clonetech, EXOIII / Mung Bean Deletion Kit; Stratagene, Quick Change Site Directed Mutagenesis Kit; Stratagene, etc.) Is mentioned.
また、一般的なポリメラーゼチェインリアクション(Polymerase Chain Reaction)として知られる手法を用いることもできる(Technique,1,11(1989))。 In addition, a technique known as a general polymerase chain reaction can be used (Technique, 1, 11 (1989)).
なお、上記遺伝子改変法の他に、有機合成法又は酵素合成法により、直接所望の保存安定性に優れた改変FAD-GDH遺伝子を合成することもできる。 In addition to the gene modification method described above, a desired modified FAD-GDH gene having excellent storage stability can be directly synthesized by an organic synthesis method or an enzyme synthesis method.
上記のような任意の方法により選択された本発明のFAD-GDH遺伝子のDNA塩基配列の決定又は確認を行う場合には、例えば、マルチキャピラリーDNA解析システムCEQ2000(ベックマン・コールター社製)等を用いれば良い。 When determining or confirming the DNA base sequence of the FAD-GDH gene of the present invention selected by any method as described above, for example, a multicapillary DNA analysis system CEQ2000 (manufactured by Beckman Coulter, Inc.) or the like can be used. It ’s fine.
(本発明のFAD-GDHの由来となる天然型FAD-GDHの例)
本発明のFAD-GDHは、公知のFAD-GDHを改変することにより取得することもできる。公知のFAD-GDHの由来微生物の好適な例としては、ケカビ亜門、好ましくはケカビ綱、より好ましくはケカビ目、さらに好ましくはケカビ科に分類される微生物を挙げることができる。具体的には、ムコール(Mucor)属、アブシジア(Absidia)属、アクチノムコール(Actinomucor)属、シルシネラ(Circinella)属由来のFAD-GDH等が挙げられる。
(Example of natural FAD-GDH from which FAD-GDH of the present invention is derived)
The FAD-GDH of the present invention can also be obtained by modifying a known FAD-GDH. Preferable examples of known FAD-GDH-derived microorganisms include microorganisms that are classified into the subfamily Pleurotus, preferably Pleurotus, more preferably Pleuromyceae, and more preferably Pleurotus. Specific examples include FAD-GDH derived from the genus Mucor, the genus Absidia, the genus Actinomucor, the genus Circinella, and the like.
Mucor属に分類される微生物であって、具体的な好ましい微生物の例としては、Mucor prainii、Mucor javanicus、Mucor circinelloides f. circinelloides、Mucor guilliermondii、Mucor hiemalis f. silvaticus、Mucor subtilissimus、Mucor dimorphosporus等が挙げられる。より具体的には、特許第4648993号公報に記載のMucor prainii、Mucor javanicus、Mucor circinelloides f. circinelloides、Mucor guilliermondii NBRC9403、Mucor hiemalis f. silvaticus NBRC6754、Mucor subtilissimus NBRC6338、Mucor RD056860、Mucor dimorphosporus NBRC5395等が挙げられる。Absidia属に分類される微生物であって、具体的な好ましい微生物の例としては、Absidia cylindrospora、Absidia hyalosporaを挙げることができる。より具体的には、特許文献5に記載のAbsidia cylindrospora、Absidia hyalosporaを挙げることができる。Actinomucor属に分類される微生物であって、具体的な好ましい微生物の例としては、Actinomucor elegansを挙げることができる。より具体的には、特許文献5に記載のActinomucor elegansを挙げることができる。Circinella属に分類される微生物であって、具体的な好ましい微生物の例としては、Circinella minor、Circinella mucoroides、Circinella muscae、Circinella rigida、Circinella simplex、Circinella umbellataを挙げることができる。より具体的には、Circinella minor NBRC6448、Circinella mucoroides NBRC4453、Circinella muscae NBRC6410、Circinella rigida NBRC6411、Circinella simplex NBRC6412、Circinella umbellata NBRC4452、Circinella umbellata NBRC5842、Circinella RD055423及びCircinella RD055422を挙げることができる。なお、NBRC菌株およびRD菌株はNBRC(独立行政法人製品評価技術基盤機構バイオテクノロジーセンター)の保管菌株である。
Specific examples of preferred microorganisms classified into the genus Mucor, such as Mucor prainii, Mucor javanicus, Mucor circinelloides f. Circinelloides, Mucor guilliermondii, Mucor hiemalis f. Silvaticus, Mucor subtilissimus, Mucor dimorphosporus, etc. It is done. More specifically, Mucor prainii, Mucor javanicus, Mucor circinelloides f. Circinelloides, Mucor guilliermondii NBRC9403, Mucor hiemalis f. Silvaticus NBRC6754, Mucor subtilissimus NBRC6338, RC60 It is done. Specific examples of preferred microorganisms classified into the genus Absidia include Absidia cylindrospora and Absidia hyalospora. More specifically, Absidia cylindrospora and Absidia hyalospora described in
(本発明のFAD-GDH遺伝子が挿入されたベクターおよび宿主細胞)
上述のように得られた本発明のFAD-GDH遺伝子を、常法により、バクテリオファージ、コスミド、又は原核細胞若しくは真核細胞の形質転換に用いられるプラスミド等のベクターに組み込み、各々のベクターに対応する宿主細胞を常法により、形質転換又は形質導入をすることができる。
(Vector and host cell into which the FAD-GDH gene of the present invention has been inserted)
The FAD-GDH gene of the present invention obtained as described above is incorporated into a vector such as a bacteriophage, a cosmid, or a plasmid used for transformation of prokaryotic cells or eukaryotic cells by a conventional method, and corresponds to each vector. The host cell to be transformed can be transformed or transduced by conventional methods.
原核宿主細胞の一例としては、エシェリヒア属に属する微生物、例えば大腸菌K-12株、エシェリヒア・コリーBL21(DE3)、エシェリヒア・コリーJM109、エシェリヒア・コリーDH5α、エシェリヒア・コリーW3110、エシェリヒア・コリーC600等(いずれもタカラバイオ社製)が挙げられる。それらを形質転換し、又は、それらに形質導入して、DNAが導入された宿主細胞(形質転換体)を得る。こうした宿主細胞に組み換えベクターを移入する方法としては、例えば宿主細胞がエシェリヒア・コリーに属する微生物の場合には、カルシウムイオンの存在下で組み換えDNAの移入を行う方法などを採用することができる、更にエレクトロポレーション法を用いても良い。更には市販のコンピテントセル(例えばECOS Competent エシェリヒア・コリーBL21(DE3);ニッポンジーン製)を用いても良い。 Examples of prokaryotic host cells include microorganisms belonging to the genus Escherichia, such as Escherichia coli K-12, Escherichia coli BL21 (DE3), Escherichia coli JM109, Escherichia coli DH5α, Escherichia coli W3110, Escherichia coli C600, etc. Both are manufactured by Takara Bio Inc.). They are transformed or transduced to obtain host cells into which DNA has been introduced (transformants). As a method for transferring a recombinant vector into such a host cell, for example, when the host cell is a microorganism belonging to Escherichia coli, a method of transferring a recombinant DNA in the presence of calcium ions can be employed. An electroporation method may be used. Furthermore, a commercially available competent cell (for example, ECOS Competent Escherichia Collie BL21 (DE3); manufactured by Nippon Gene) may be used.
真核宿主細胞の一例としては、酵母が挙げられる。酵母に分類される微生物としては、例えば、チゴサッカロマイセス(Zygosaccharomyces)属、サッカロマイセス(Saccharomyces)属、ピキア(Pichia)属、カンジダ(Candida)属などに属する酵母が挙げられる。挿入遺伝子には、形質転換された細胞を選択することを可能にするためのマーカー遺伝子が含まれていてもよい。マーカー遺伝子としては、例えば、URA3、TRP1のような、宿主の栄養要求性を相補する遺伝子等が挙げられる。また、挿入遺伝子は、宿主細胞中で本発明の遺伝子を発現することのできるプロモーター又はその他の制御配列(例えば、エンハンサー配列、ターミネーター配列、ポリアデニル化配列等)を含むことが望ましい。プロモーターとしては、具体的には、例えば、GAL1プロモーター、ADH1プロモーター等が挙げられる。酵母への形質転換方法としては、公知の方法、例えば、酢酸リチウムを用いる方法(MethodsMol. Cell. Biol., 5, 255-269(1995))やエレクトロポレーション(J Microbiol Methods 55 (2003)481-484)等を好適に用いることができるが、これに限定されず、スフェロプラスト法やガラスビーズ法等を含む各種任意の手法を用いて形質転換を行えばよい。 An example of a eukaryotic host cell is yeast. Examples of microorganisms classified as yeast include yeasts belonging to the genus Zygosaccharomyces, the genus Saccharomyces, the genus Pichia, the genus Candida and the like. The inserted gene may include a marker gene to enable selection of transformed cells. Examples of the marker gene include genes that complement the auxotrophy of the host, such as URA3 and TRP1. In addition, the inserted gene preferably contains a promoter or other control sequence (for example, enhancer sequence, terminator sequence, polyadenylation sequence, etc.) capable of expressing the gene of the present invention in the host cell. Specific examples of the promoter include GAL1 promoter and ADH1 promoter. As a method for transformation into yeast, known methods such as a method using lithium acetate (Methods Mol. Cell. Biol., 5, 255-269 (1995)) and electroporation (J Microbiol Methods 55 (2003) 481 -484) and the like can be preferably used, but the present invention is not limited to this, and transformation may be performed using various arbitrary methods including a spheroplast method and a glass bead method.
真核宿主細胞の他の例としては、アスペルギルス(Aspergillus)属やトリコデルマ(Tricoderma)属のようなカビ細胞が挙げられる。挿入遺伝子は、宿主細胞中で本発明の遺伝子を発現することのできるプロモーター(例えばtef1プロモーター)及びその他の制御配列(例えば、分泌シグナル配列、エンハンサー配列、ターミネーター配列、ポリアデニル化配列等)を含むことが望ましい。また、挿入遺伝子には、形質転換された細胞を選択することを可能にするためのマーカー遺伝子、例えばniaD、pyrGが含まれていても良い。さらに、挿入遺伝子には、任意の染色体部位へ挿入するための相同組換え領域が含まれていても良い。糸状菌への形質転換方法としては、公知の方法、例えば、プロトプラスト化した後ポリエチレングリコール及び塩化カルシウムを用いる方法(Mol. Gen. Genet., 218, 99-104(1989))を好適に用いることができる。 Other examples of eukaryotic host cells include mold cells such as the genus Aspergillus and the genus Tricoderma. The inserted gene contains a promoter capable of expressing the gene of the present invention in the host cell (eg, tef1 promoter) and other regulatory sequences (eg, secretory signal sequence, enhancer sequence, terminator sequence, polyadenylation sequence, etc.). Is desirable. In addition, the inserted gene may contain a marker gene for enabling selection of transformed cells, for example, niaD and pyrG. Furthermore, the inserted gene may contain a homologous recombination region for insertion into an arbitrary chromosomal site. As a method for transformation into filamentous fungi, a known method, for example, a method using polyethylene glycol and calcium chloride after protoplastization (Mol. Gen. Genet., 218, 99-104 (1989)) is preferably used. Can do.
(ハイスループットスクリーニング)
GDHはさらに、機能性GDH変異体を取得するためにハイスループットスクリーニングに供することができる。例えば変異導入したGDH遺伝子を有する形質転換又は形質導入株のライブラリーを作製し、これをマイクロタイタープレートに基づくハイスループットスクリーニングに供してもよく、又は液滴型マイクロ流体に基づく超ハイスループットスクリーニングに供してもよい。例としてはバリアントをコードする変異遺伝子のコンビナトリアルライブラリーを構築し、次いでファージディスプレイ(例えばChem. Rev. 105 (11): 4056-72, 2005)、イーストディスプレイ(例えばComb Chem High Throughput Screen. 2008;11(2): 127-34)、バクテリアルディスプレイ(例えばCurr Opin Struct Biol 17: 474-80, 2007)等を用いて、変異GDHの大きな集団をスクリーニングする方法が挙げられる。またAgresti et al, "Ultrahigh-throughput screening in drop-based microfluidics for directed evolution" Proceedings of the National Academy of Sciences 107 (9): 4004-4009 (Mar, 2010)を参照のこと。GDHバリアントのスクリーニングに使用しうる超ハイスループットスクリーニング手法についての同文献の記載を参照により本明細書に組み入れる。例えばエラープローンPCR法によりライブラリーを構築することができる。また飽和突然変異誘発を用いて、本明細書に記載の領域や位置又はそれらに対応する領域や位置を標的として変異導入しライブラリーを構築してもよい。ライブラリーを用いて電気コンピテントEBY-100細胞等の適当な細胞を形質転換し、約10の7乗の変異体を取得しうる。該ライブラリーで形質転換した酵母細胞を次いでセルソーティングに供しうる。標準ソフトリトグラフィー法を用いて作製したポリジメトキシルシロキサン(PDMS)マイクロ流体デバイスを用いてもよい。フローフォーカスデバイスを用いて単分散の液滴を形成することができる。個別の変異体を含有する形成された液滴を適当なソーティングデバイスに供しうる。細胞を選別する際にはGDH活性の有無を利用しうる。これには例えば上記のGDHが作用すれば発色する組成とした反応液を用いてもよい。例えばDCIPを用いる場合は、96ウェルプレート、192ウェルプレート、384ウェルプレート、9600ウェルプレート等及びプレートリーダーを用いて600nmの吸光度を測定してもよい。変異導入と選別は複数回反復してもよい。
(High-throughput screening)
GDH can further be subjected to high-throughput screening to obtain functional GDH mutants. For example, a library of transformed or transduced strains containing the mutated GDH gene may be prepared and used for high-throughput screening based on microtiter plates, or for ultra-high-throughput screening based on droplet microfluids May be provided. As an example, a combinatorial library of mutant genes encoding variants is constructed, and then phage display (eg Chem. Rev. 105 (11): 4056-72, 2005), yeast display (eg Comb Chem High Throughput Screen. 2008; 11 (2): 127-34), bacterial display (for example, Curr Opin Struct Biol 17: 474-80, 2007) and the like, and a method of screening a large population of mutant GDH. See also Agresti et al, "Ultrahigh-throughput screening in drop-based microfluidics for directed evolution" Proceedings of the National Academy of Sciences 107 (9): 4004-4009 (Mar, 2010). The same literature description of ultra-high throughput screening techniques that can be used to screen for GDH variants is incorporated herein by reference. For example, a library can be constructed by error-prone PCR. Alternatively, using saturation mutagenesis, a library may be constructed by introducing mutations targeting the regions or positions described in the present specification or the regions or positions corresponding thereto as targets. The library can be used to transform suitable cells, such as electrically competent EBY-100 cells, to obtain approximately 10 7 mutants. Yeast cells transformed with the library can then be subjected to cell sorting. Polydimethoxylsiloxane (PDMS) microfluidic devices made using standard soft lithography methods may be used. A monodisperse droplet can be formed using a flow focus device. The formed droplets containing the individual variants can be subjected to a suitable sorting device. When cells are sorted, the presence or absence of GDH activity can be used. For example, a reaction solution having a composition that develops color when the above-described GDH acts may be used. For example, when DCIP is used, the absorbance at 600 nm may be measured using a 96-well plate, 192-well plate, 384-well plate, 9600-well plate, etc. and a plate reader. Mutation introduction and selection may be repeated multiple times.
(本発明のFAD-GDH変異体の製造方法)
本発明のFAD-GDH変異体は、上述のように取得した本発明のFAD-GDHを生産する宿主細胞を培養し、前記宿主細胞中に含まれるFAD-GDH遺伝子を発現させ、次いで、前記培養物からFAD-GDH変異体を単離することにより製造すればよい。
(Method for producing FAD-GDH mutant of the present invention)
The FAD-GDH mutant of the present invention is obtained by culturing a host cell that produces the FAD-GDH of the present invention obtained as described above, expressing a FAD-GDH gene contained in the host cell, and then culturing the culture. The FAD-GDH mutant may be isolated from the product.
上記宿主細胞を培養する培地としては、例えば、酵母エキス、トリプトン、ペプトン、肉エキス、コーンスティープリカーあるいは大豆若しくは小麦ふすまの浸出液等の1種以上の窒素源に、塩化ナトリウム、リン酸第1カリウム、リン酸第2カリウム、硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム、塩化第2鉄、硫酸第2鉄あるいは硫酸マンガン等の無機塩類の1種以上を添加し、さらに必要により糖質原料、ビタミン等を適宜添加したものが用いられる。 Examples of the culture medium for culturing the host cells include yeast extract, tryptone, peptone, meat extract, corn steep liquor, or one or more nitrogen sources such as soybean or wheat bran leachate, sodium chloride, potassium monophosphate One or more inorganic salts such as dibasic potassium phosphate, magnesium sulfate, magnesium chloride, ferric chloride, ferric sulfate or manganese sulfate were added, and saccharide raw materials, vitamins, etc. were added as necessary Things are used.
培地の初発pHは、限定されないが、例えば、pH 6〜9に調整することができる。培養は、10〜42℃の培養温度、好ましくは25℃前後の培養温度で4〜24時間、さらに好ましくは25℃前後の培養温度で4〜8時間、通気攪拌深部培養、振盪培養、静置培養等により実施すればよい。 Although the initial pH of a culture medium is not limited, For example, it can adjust to pH 6-9. The culture is performed at a culture temperature of 10 to 42 ° C., preferably at a culture temperature of around 25 ° C. for 4 to 24 hours, more preferably at a culture temperature of around 25 ° C. for 4 to 8 hours, aeration and agitation deep culture, shaking culture, and stationary. What is necessary is just to implement by culture | cultivation etc.
培養終了後、該培養物より本発明のFAD-GDHを採取する。これには、通常の公知の酵素採取手段を用いればよい。例えば、常法により菌体を、超音波破壊処理、磨砕処理等するか、もしくはリゾチームやヤタラーゼ等の溶菌酵素を用いて本酵素を抽出するか、又はトルエン等の存在下で振盪若しくは放置して溶菌を行わせ、本酵素を菌体外に排出させることができる。そして、この溶液を濾過、遠心分離等して固形部分を除去し、必要によりストレプトマイシン硫酸塩、プロタミン硫酸塩、若しくは硫酸マンガン等により核酸を除去したのち、これに硫安、アルコール、アセトン等を添加して分画し、沈澱物を採取し、本発明のFAD-GDHの粗酵素を得る。 After completion of the culture, the FAD-GDH of the present invention is collected from the culture. For this, an ordinary known enzyme collecting means may be used. For example, the cells are subjected to ultrasonic disruption treatment, grinding treatment, etc., or the enzyme is extracted using a lytic enzyme such as lysozyme or yatalase, or shaken or left in the presence of toluene. Thus, the enzyme can be lysed and discharged from the cell. Then, this solution is filtered, centrifuged, etc. to remove the solid part, and if necessary, nucleic acid is removed with streptomycin sulfate, protamine sulfate, manganese sulfate or the like, and then ammonium sulfate, alcohol, acetone or the like is added thereto. The fraction is collected and the precipitate is collected to obtain the FAD-GDH crude enzyme of the present invention.
本発明のFAD-GDHの粗酵素を、公知の任意の手段を用いてさらに精製することもできる。精製された酵素標品を得るには、例えば、セファデックス、ウルトロゲル若しくはバイオゲル等を用いるゲル濾過法;イオン交換体を用いる吸着溶出法;ポリアクリルアミドゲル等を用いる電気泳動法;ヒドロキシアパタイトを用いる吸着溶出法;蔗糖密度勾配遠心法等の沈降法;アフィニティクロマトグラフィー法;分子ふるい膜若しくは中空糸膜等を用いる分画法等を適宜選択し、又はこれらを組み合わせて実施することにより、精製された本発明のFAD-GDH酵素標品を得ることができる。 The crude enzyme of FAD-GDH of the present invention can be further purified using any known means. In order to obtain a purified enzyme preparation, for example, a gel filtration method using Sephadex, Ultrogel or biogel; an adsorption elution method using an ion exchanger; an electrophoresis method using a polyacrylamide gel; an adsorption using hydroxyapatite Elution method; Sedimentation method such as sucrose density gradient centrifugation; Affinity chromatography method; Fractionation method using molecular sieve membrane, hollow fiber membrane, etc. The FAD-GDH enzyme preparation of the present invention can be obtained.
(本発明のFAD-GDHを用いたグルコース測定方法)
本発明はまた、本発明のFAD-GDH変異体を含むグルコースアッセイキットを提供する。本発明のFAD-GDHを用いて血中のグルコース(血糖値)を測定することができる。
(Glucose measurement method using FAD-GDH of the present invention)
The present invention also provides a glucose assay kit comprising the FAD-GDH mutant of the present invention. Blood glucose (blood glucose level) can be measured using the FAD-GDH of the present invention.
本発明のグルコースアッセイキットには、少なくとも1回のアッセイに十分な量の本発明のFAD-GDH変異体を含む。典型的には、本発明のグルコースアッセイキットは、本発明のFAD-GDH変異体に加えて、アッセイに必要な緩衝液、メディエーター、キャリブレーションカーブ作製のためのグルコース標準溶液を含む。本発明のグルコース測定法やグルコースアッセイキットに用いるFAD-GDH変異体は、種々の形態で、例えば、凍結乾燥された試薬として、又は適切な保存溶液中に溶解されて提供することができる。 The glucose assay kit of the present invention contains an amount of the FAD-GDH variant of the present invention sufficient for at least one assay. Typically, the glucose assay kit of the present invention contains, in addition to the FAD-GDH mutant of the present invention, a buffer solution necessary for the assay, a mediator, and a glucose standard solution for preparing a calibration curve. The FAD-GDH mutant used in the glucose measurement method and glucose assay kit of the present invention can be provided in various forms, for example, as a lyophilized reagent or dissolved in an appropriate storage solution.
グルコース濃度の測定は、比色式グルコースアッセイキットの場合は、例えば、以下のよう行うことができる。グルコースアッセイキットの反応層にはFAD-GDH、電子受容体、そして反応促進剤としてN-(2-アセトアミド)イミド2酢酸(ADA)、ビス(2-ヒドロキシエチル)イミノトリス(ヒドロキシメチル)メタン(Bis-Tris)、炭酸ナトリウムおよびイミダゾールからなる群より選ばれる1以上の物質を含む液状もしくは固体状の組成物を保持させておく。ここで、必要に応じてpH緩衝剤、発色試薬を添加する。ここにグルコースを含む試料を加え、一定時間反応させる。この間、還元により退色する電子受容体もしくは電子受容体より電子を受け取ることによって重合し生成する色素の最大吸収波長に相当する吸光度をモニタリングする。レート法であれば、吸光度の時間あたりの変化率から、エンドポイント法であれば、試料中のグルコースがすべて酸化された時点までの吸光度変化から、予め標準濃度のグルコース溶液を用いて作成したキャリブレーションカーブを元にして、試料中のグルコース濃度を算出することができる。 In the case of a colorimetric glucose assay kit, the glucose concentration can be measured, for example, as follows. The reaction layer of the glucose assay kit contains FAD-GDH, an electron acceptor, and N- (2-acetamido) imidodiacetic acid (ADA), bis (2-hydroxyethyl) iminotris (hydroxymethyl) methane (Bis) as a reaction accelerator. -Tris), a liquid or solid composition containing one or more substances selected from the group consisting of sodium carbonate and imidazole. Here, a pH buffering agent and a coloring reagent are added as necessary. A sample containing glucose is added to this and allowed to react for a certain time. During this time, the absorbance corresponding to the maximum absorption wavelength of the dye that is polymerized and formed by receiving electrons from the electron acceptor or the electron acceptor that fades upon reduction is monitored. In the case of the rate method, from the rate of change of absorbance per time, in the case of the endpoint method, the calibration was made in advance using a standard concentration glucose solution from the change in absorbance up to the point when all the glucose in the sample was oxidized. Based on the calibration curve, the glucose concentration in the sample can be calculated.
この方法において使用できるメディエーター及び発色試薬としては、例えば、2,6-ジクロロフェノールインドフェノール(DCPIP)を電子受容体として添加し、600nmにおける吸光度の減少をモニタリングすることでグルコースの定量が可能である。また、電子受容体としてフェナジンメトサルフェート(PMS)を、さらに発色試薬としてニトロテトラゾリウムブルー(NTB)を加え、570nm吸光度を測定することにより生成するジホルマザンの量を決定し、グルコース濃度を算出することが可能である。なお、いうまでもなく、使用する電子受容体および発色試薬はこれらに限定されない。 As a mediator and coloring reagent that can be used in this method, for example, 2,6-dichlorophenolindophenol (DCPIP) is added as an electron acceptor, and glucose can be quantified by monitoring the decrease in absorbance at 600 nm. . In addition, phenazine methosulfate (PMS) is added as an electron acceptor, nitrotetrazolium blue (NTB) is further added as a coloring reagent, and the amount of diformazan produced is determined by measuring the absorbance at 570 nm to calculate the glucose concentration. Is possible. Needless to say, the electron acceptor and the coloring reagent used are not limited to these.
(本発明のFAD-GDH変異体を含むグルコースセンサー)
本発明はまた、本発明のFAD-GDH変異体を用いるグルコースセンサーを開示する。ある実施形態においてグルコースセンサーは、本発明のFAD-GDH変異体を含む作用電極、参照電極及び対極を有する。作用電極としては、カーボン電極、金電極、白金電極などを用い、この電極上に本発明のFAD-GDHを固定化する。さらに、又はこれとは別に、作用電極上に電子メディエーターを固定化してもよい。対極は白金電極やPt/C等の慣用の電極でありうる。参照電極はAg/AgCl電極などの慣用の電極でありうる。固定化方法としては、架橋試薬を用いる方法、高分子マトリックス中に封入する方法、透析膜で被覆する方法、光架橋性ポリマー、導電性ポリマー、酸化還元ポリマーなどがあり、あるいはフェロセンあるいはその誘導体に代表される電子メディエーターとともにポリマー中に固定あるいは電極上に吸着固定してもよく、またこれらを組み合わせて用いてもよい。典型的には、グルタルアルデヒドを用いて本発明のFAD-GDHをカーボン電極上に固定化した後、アミン基を有する試薬で処理してグルタルアルデヒドをブロッキングする。本発明のFAD-GDH変異体は、保護膜により保護してグルコースセンサーに用いることができる。保護膜としては、センサーに使用されている酵素を保護するための既知の保護膜や一般的な保護膜を使用しうる。
(Glucose sensor containing FAD-GDH mutant of the present invention)
The present invention also discloses a glucose sensor using the FAD-GDH mutant of the present invention. In certain embodiments, a glucose sensor has a working electrode comprising a FAD-GDH variant of the invention, a reference electrode and a counter electrode. As the working electrode, a carbon electrode, a gold electrode, a platinum electrode or the like is used, and the FAD-GDH of the present invention is immobilized on this electrode. Additionally or alternatively, an electron mediator may be immobilized on the working electrode. The counter electrode can be a conventional electrode such as a platinum electrode or Pt / C. The reference electrode can be a conventional electrode such as an Ag / AgCl electrode. Immobilization methods include a method using a crosslinking reagent, a method of encapsulating in a polymer matrix, a method of coating with a dialysis membrane, a photocrosslinkable polymer, a conductive polymer, a redox polymer, etc., or ferrocene or a derivative thereof. It may be fixed in a polymer or adsorbed and fixed on an electrode together with a representative electron mediator, or a combination thereof may be used. Typically, FAD-GDH of the present invention is immobilized on a carbon electrode using glutaraldehyde and then treated with a reagent having an amine group to block glutaraldehyde. The FAD-GDH mutant of the present invention can be protected by a protective film and used for a glucose sensor. As the protective film, a known protective film or a general protective film for protecting the enzyme used in the sensor can be used.
ある実施形態では、保護膜として、膜中に酵素を担持する酵素膜を使用しうる。酵素膜は、GDH酵素とアルブミンのようなタンパク質とを架橋剤(グルタルアルデヒド等)で固定化して形成しうる。酵素膜は、第1の透過膜の上に形成しうる(選択透過膜ともいう)。その後、第1透過膜上の酵素膜の上にさらに第2の透過膜を形成してもよい(制限透過膜ともいう)。制限透過膜はシリコーン膜、フッ素系ポリマー膜、ウレタンポリマー膜、ポリカーボネート膜から形成され得る。第1透過膜、酵素膜、第2透過膜は0.1〜10μmの厚みであり得る。選択透過膜は、過酸化水素のみ透過させ、測定を妨害する物質の透過を防ぐものであり得る。制限透過膜は、汚染物質の吸着を防ぎ、グルコースの透過を制限するものであり得る。各透過膜は微小孔を有してもよく、それにより物質の透過が制限されうる。 In some embodiments, an enzyme membrane carrying an enzyme in the membrane may be used as the protective membrane. The enzyme membrane can be formed by immobilizing a GDH enzyme and a protein such as albumin with a crosslinking agent (glutaraldehyde or the like). The enzyme membrane can be formed on the first permeable membrane (also referred to as a selectively permeable membrane). Thereafter, a second permeable membrane may be further formed on the enzyme membrane on the first permeable membrane (also referred to as a restricted permeable membrane). The restricted permeable membrane can be formed from a silicone membrane, a fluorine-based polymer membrane, a urethane polymer membrane, or a polycarbonate membrane. The first permeable membrane, the enzyme membrane, and the second permeable membrane may have a thickness of 0.1 to 10 μm. The permselective membrane may be one that allows only hydrogen peroxide to pass therethrough and prevents permeation of substances that interfere with measurement. The restricted permeation membrane may be one that prevents adsorption of contaminants and restricts glucose permeation. Each permeable membrane may have micropores, which may limit the permeation of the substance.
ある実施形態において保護膜は、酵素層を基板に形成し、当該基板を保護膜溶液に浸漬して被膜することにより作製しうる。GDHを含む酵素層には、ポリアクリル酸ナトリウム、トレハロース、グルコマンナン等の添加剤を使用しうる。保護膜溶液は、ポリ―4―ビニルピリジン溶液等であり得るが、これに限らない。 In an embodiment, the protective film may be prepared by forming an enzyme layer on a substrate and immersing the substrate in a protective film solution to coat the substrate. For the enzyme layer containing GDH, additives such as sodium polyacrylate, trehalose and glucomannan can be used. The protective film solution may be a poly-4-vinylpyridine solution or the like, but is not limited thereto.
グルコースセンサーの製造方法は公知文献にあり、例えばLiu, et. al., Anal. Chem. 2012, 84, 3403-3409及びTsujimura, et. al., J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 14432-14437が挙げられる(参照によりいずれもその全内容を本明細書に組み入れるものとする。)。公知の方法においてGODの代わりにGDHを用いることができる。 Methods for producing a glucose sensor are known in the literature, such as Liu, et. Al., Anal. Chem. 2012, 84, 3403-3409 and Tsujimura, et. Al., J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 14432-14437 (all of which are incorporated herein by reference in their entirety). In a known method, GDH can be used instead of GOD.
例えば、オスミウム錯体を含むポリマーなどのレドックスポリマーを、HEPES緩衝液などの適切な緩衝液中のポリエチレングリコールなどの別のポリマー中に存在するGDHと混合して、グルコースセンシング試薬を調製することができる。オスミウム錯体は、2,2'-ビピリジンのようなビピリジン分子、2,2'-ビイミダゾールのようなビイミダゾール分子、2-(2-ピリジル)イミダゾールのようなピリジン-イミダゾール化合物またはそれらの組み合わせを含む1以上の化合物と錯体形成したオスミウム錯体であり得る。錯体を形成する有機分子は、必要に応じて、メチル基またはエチル基などのC1〜C6アルキルなどのアルキル基で置換されていてもよい。一実施形態では、オスミウム錯体は、以下のとおりであり得る:
[Os有機分子複合体]−[ポリマー]
錯体を形成する有機分子の1つは、場合により、リンカーを介してポリマーに結合されてもよい。したがって、別の実施形態では、オスミウム錯体は以下の通りであり得る:
[Os有機分子複合体]−[リンカー]−[ポリマー]
例示的な分子は、Oharaら、Anal Chem. 1993 Dec 1; 65(23):3512-7及びAntiochiaら、Materials Sciences and Applications Vol. 4 No.7 A2(2013)(両方とも参考として全内容を本明細書に組み入れる)にある。オスミウム錯体を含むポリマーの例には、ポリ(1-ビニルイミダゾール)で錯体化されたオスミウムビス(2,2'-ビピリジン)クロライド、ポリ(4-ビニルピリジン)錯体化オスミウムビス(2,2'-ビピリジン)クロライド、ポリ(1-ビニルイミダゾール)n−[オスミウム(4,4'-ジメチル-2,2'-ビピリジル)2Cl2]2+/+およびそれらの誘導体が挙げられる。
For example, a glucose sensing reagent can be prepared by mixing a redox polymer such as a polymer containing an osmium complex with GDH present in another polymer such as polyethylene glycol in a suitable buffer such as HEPES buffer. . An osmium complex is a bipyridine molecule such as 2,2'-bipyridine, a biimidazole molecule such as 2,2'-biimidazole, a pyridine-imidazole compound such as 2- (2-pyridyl) imidazole, or a combination thereof. It can be an osmium complex complexed with one or more compounds comprising. The organic molecule forming the complex may be substituted with an alkyl group such as C1-C6 alkyl such as a methyl group or an ethyl group, if necessary. In one embodiment, the osmium complex may be as follows:
[Os Organic Molecular Complex]-[Polymer]
One of the organic molecules forming the complex may optionally be attached to the polymer via a linker. Thus, in another embodiment, the osmium complex can be as follows:
[Os Organic Molecular Complex]-[Linker]-[Polymer]
Exemplary molecules include Ohara et al., Anal Chem. 1993
溶液をカーボンセンサ上に堆積して、レドックスポリマーワイヤードGDHを含む作用電極として機能する活性電極領域を形成することができる。膜ポリマーおよび架橋剤溶液の混合物を添加して、センサー上に膜を形成することができる。膜は、ポリ(1-ビニルイミダゾール)、ポリ(4-ビニルピリジン)、それらの誘導体または組み合わせなどのポリマーを含みうる。上記のオスミウム錯体を含有するポリマーは、かかる膜ポリマーと組み合わせて用いて、ヒドロゲルフィルムを形成しうる。 The solution can be deposited on a carbon sensor to form an active electrode region that functions as a working electrode containing redox polymer wired GDH. A mixture of membrane polymer and crosslinker solution can be added to form a membrane on the sensor. The membrane may comprise a polymer such as poly (1-vinylimidazole), poly (4-vinylpyridine), derivatives or combinations thereof. Polymers containing the above osmium complexes can be used in combination with such membrane polymers to form hydrogel films.
一実施形態では、グルコースセンサーは印刷電極を含みうる。この場合、絶縁基板上に電極を形成しうる。具体的には、電極は、フォトリソグラフィ又はスクリーン印刷、グラビア印刷またはフレキソ印刷などの印刷技術によって基板上に形成しうる。絶縁基板を構成する材料としては、例えば、シリコン、ガラス、セラミック、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル等が挙げられる。様々な溶媒または化学物質に対して高い耐性を示す材料を使用しうる。 In one embodiment, the glucose sensor can include a printed electrode. In this case, an electrode can be formed on the insulating substrate. Specifically, the electrode can be formed on the substrate by a printing technique such as photolithography or screen printing, gravure printing or flexographic printing. Examples of the material constituting the insulating substrate include silicon, glass, ceramic, polyvinyl chloride, polyethylene, polypropylene, and polyester. Materials that are highly resistant to various solvents or chemicals may be used.
グルコース濃度の測定は、以下のようにして行うことができる。恒温セルに緩衝液を入れ、一定温度に維持する。メディエーターとしては、フェリシアン化カリウム、フェナジンメトサルフェートなどを用いることができる。作用電極としてFAD-GDHを固定化した電極を用い、対極(例えば白金電極)および参照電極(例えばAg/AgCl電極)を用いる。カーボン電極に一定の電圧を印加して、電流が定常になった後、グルコースを含む試料を加えて電流の増加を測定する。標準濃度のグルコース溶液により作成したキャリブレーションカーブに従い、試料中のグルコース濃度を計算することができる。 The glucose concentration can be measured as follows. Put buffer in constant temperature cell and maintain at constant temperature. As the mediator, potassium ferricyanide, phenazine methosulfate, or the like can be used. An electrode on which FAD-GDH is immobilized is used as a working electrode, and a counter electrode (for example, a platinum electrode) and a reference electrode (for example, an Ag / AgCl electrode) are used. After a constant voltage is applied to the carbon electrode and the current becomes steady, a sample containing glucose is added and the increase in current is measured. The glucose concentration in the sample can be calculated according to a calibration curve created with a standard concentration glucose solution.
具体的な一例としては、グラッシーカーボン(GC)電極に本発明の1.5UのFAD-GDH変異体を固定化し、グルコース濃度に対する応答電流値を測定する。電解セル中に、50mM リン酸カリウム緩衝液(pH6.0)1.8ml、及び、1M ヘキサシアノ鉄(III)酸カリウム(フェリシアン化カリウム)水溶液0.2mlを添加する。GC電極をポテンショスタットBAS100B/W(BAS製)に接続し、37℃で溶液を撹拌し、銀塩化銀(飽和KCl)参照電極に対して+500mVを印加する。これらの系に1M D-グルコース溶液を終濃度が1、2、3、4、5、10、20、30、40、50mMになるよう添加し、添加ごとに定常状態の電流値を測定する。この電流値を既知のグルコース濃度(1、2、3、4、5、10、20、30、40、50mM)に対してプロットし、検量線が作成する。これより本発明のFAD結合型グルコース脱水素酵素を使用した酵素固定化電極でグルコースの定量が可能となる。 As a specific example, the 1.5 U FAD-GDH mutant of the present invention is immobilized on a glassy carbon (GC) electrode, and the response current value with respect to the glucose concentration is measured. In the electrolytic cell, 1.8 ml of 50 mM potassium phosphate buffer (pH 6.0) and 0.2 ml of 1M potassium hexacyanoferrate (III) aqueous solution (potassium ferricyanide) are added. Connect the GC electrode to potentiostat BAS100B / W (manufactured by BAS), stir the solution at 37 ° C, and apply +500 mV to the silver-silver chloride (saturated KCl) reference electrode. A 1M D-glucose solution is added to these systems to a final concentration of 1, 2, 3, 4, 5, 10, 20, 30, 40, 50 mM, and a steady-state current value is measured for each addition. This current value is plotted against a known glucose concentration (1, 2, 3, 4, 5, 10, 20, 30, 40, 50 mM) to create a calibration curve. Thus, glucose can be quantified with the enzyme-immobilized electrode using the FAD-bound glucose dehydrogenase of the present invention.
本発明のFAD-GDH変異体は、良好な保存安定性を示す。このようなFAD-GDH変異体は、連続してサンプルのグルコース濃度を20〜40℃で測定することができる。連続測定は1日〜3週間、例えば1日〜2週間等でありうる。また、液状試薬を40℃以下で長期輸送する際にも有利である。特に、血糖を体温付近で連続的に測定する持続血糖測定に使用することができる。例えば、本発明の保存安定性を有するFAD-GDH変異体を酵素電極に使用すると、安定な電極が得られる。このような安定性を有する電極は、持続血糖測定に用いることができる。 The FAD-GDH mutant of the present invention shows good storage stability. Such FAD-GDH mutant can continuously measure the glucose concentration of the sample at 20 to 40 ° C. The continuous measurement can be from 1 day to 3 weeks, such as from 1 day to 2 weeks. It is also advantageous when transporting liquid reagents for a long time at 40 ° C. or lower. In particular, it can be used for continuous blood glucose measurement in which blood glucose is continuously measured near body temperature. For example, when the FAD-GDH mutant having storage stability of the present invention is used as an enzyme electrode, a stable electrode can be obtained. The electrode having such stability can be used for continuous blood glucose measurement.
ある実施形態において、本発明のグルコースセンサーを有する持続血糖測定デバイスが提供される。持続血糖測定デバイスは、24時間〜2週間の血糖値の変動を把握することが可能となるCGM(continuous glucose monitoring)デバイスやFGM(Flash glucose monitoring)デバイスを含みうる。またある実施形態において、本発明のFAD-GDH変異体を用いる持続血糖測定方法が提供される。 In one embodiment, a continuous blood glucose measurement device having the glucose sensor of the present invention is provided. The continuous blood glucose measurement device may include a CGM (continuous glucose monitoring) device or an FGM (Flash glucose monitoring) device that can grasp a blood glucose level change for 24 hours to 2 weeks. In one embodiment, a method for measuring continuous blood glucose using the FAD-GDH mutant of the present invention is provided.
ある実施形態において、持続血糖測定は、再キャリブレーション有りで又は無しで行うことができる。ある実施形態において再キャリブレーション頻度を従来法よりも低く設定することができ、例えば再キャリブレーションを2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13又は14日毎に行うことができる。 In certain embodiments, continuous blood glucose measurements can be made with or without recalibration. In some embodiments, the recalibration frequency can be set lower than the conventional method, for example, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, or 14 Can be done daily.
ある実施形態において、CGMデバイスは、皮膚の下に配置するためのグルコースセンサーを有しうる。センサーは一定期間、例えば1日〜3週間、装着されうる。センサーは使い捨て型であってもよく、再利用可能であってもよい。センサーは、組織と酵素の直接接触を防ぐためのセンサーメンブレン層を有し得る。センサーは、アプリケーターを用いて腹部に挿入するよう設計しうる。ある実施形態において、本発明は発信機及びセンサーから発信機への連結部をさらに有するCGMデバイスを提供する。発信機はインプラントせずともよい。好ましくは発信機は、電波受信機と通信可能である。CGMデバイスはさらに、グルコースレベルを連続的に表示する電気的受信機を有し得る。CGMデバイスは場合により、キャリブレーション用のフィンガースティック(指先穿刺部材)を有し得る。CGMデバイスは使用説明書を有し得る。 In certain embodiments, the CGM device may have a glucose sensor for placement under the skin. The sensor can be worn for a certain period, for example 1 day to 3 weeks. The sensor may be disposable or reusable. The sensor can have a sensor membrane layer to prevent direct contact between the tissue and the enzyme. The sensor can be designed to be inserted into the abdomen using an applicator. In certain embodiments, the present invention provides a CGM device further comprising a transmitter and a sensor to transmitter connection. The transmitter may not be implanted. Preferably, the transmitter is communicable with the radio receiver. The CGM device may further have an electrical receiver that continuously displays the glucose level. The CGM device may optionally have a calibration fingerstick (fingertip piercing member). The CGM device can have instructions for use.
GODの酵素活性は公知の方法により測定しうる。例えばGODの酵素活性は、GDH活性を測定する方法、例えば電子を受容するメディエーターが過剰に存在する条件下で測定しうる。或いはGODの酵素活性は、酸素をアクセプターとするアッセイ系により測定しうる。また、GODの酵素活性は、供給者の使用説明書に従い決定しうる。残存活性比を算出するために、初期活性及び残存活性は同じ系で測定する。 The enzyme activity of GOD can be measured by a known method. For example, the enzyme activity of GOD can be measured by a method of measuring GDH activity, for example, under conditions where an excess of mediators that accept electrons are present. Alternatively, the enzyme activity of GOD can be measured by an assay system using oxygen as an acceptor. Also, the enzyme activity of GOD can be determined according to the supplier's instructions. In order to calculate the residual activity ratio, the initial activity and the residual activity are measured in the same system.
以下、実施例により、本発明をさらに具体的に説明する。ただし、本発明の技術的範囲は、それらの例により何ら限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the technical scope of the present invention is not limited by these examples.
実施例1.Mucor属由来GDH遺伝子の宿主への導入とGDH活性の確認
大まかに説明すると、まずMucor属由来GDH(MpGDH、配列番号1)にN66Y/N68G/C88A/Q233R/T387C/E554D/L557V/S559Kの各変異を導入した改変GDH(MpGDH-M1)をコードする遺伝子を取得した。MpGDH-M1のアミノ酸配列は配列番号10に示し、その遺伝子の塩基配列は配列番号11に示す。プラスミド酵母発現プラスミドpYES2/CTのマルチクローニングサイトに対象遺伝子であるMpGDH-M1遺伝子を常法により挿入させたDNAコンストラクトを作製した。pYES2/CTのマルチクローニングサイトにあるIn-Fusion Cloning Siteにて、MpGDH-M1遺伝子を、上記したIn-Fusion HD Cloning Kitを使用して、キットに添付されたプロトコールに従って連結して、コンストラクト用プラスミド(pYES2/CT-MpGDH-M1)を得た。
Example 1. Introduction of Mucor gene-derived GDH gene into host and confirmation of GDH activity Roughly explained, first of all, each of N66Y / N68G / C88A / Q233R / T387C / E554D / L557V / S559K was added to Mucor gene-derived GDH (MpGDH, SEQ ID NO: 1). A gene encoding a modified GDH (MpGDH-M1) into which a mutation was introduced was obtained. The amino acid sequence of MpGDH-M1 is shown in SEQ ID NO: 10, and the base sequence of the gene is shown in SEQ ID NO: 11. A DNA construct was prepared by inserting the target gene MpGDH-M1 gene into the multicloning site of the plasmid yeast expression plasmid pYES2 / CT by a conventional method. At the In-Fusion Cloning Site at the multiple cloning site of pYES2 / CT, the MpGDH-M1 gene is ligated according to the protocol attached to the kit using the In-Fusion HD Cloning Kit described above, and the construct plasmid (pYES2 / CT-MpGDH-M1) was obtained.
得られた組換え体プラスミドpYES2/CT-MpGDH-M1を鋳型として、配列番号14−19の合成オリゴヌクレオチド、KOD-Plus-(東洋紡社製)を用い、以下の条件でPCR反応を行った。 Using the obtained recombinant plasmid pYES2 / CT-MpGDH-M1 as a template, PCR was performed using the synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 14-19, KOD-Plus- (manufactured by Toyobo) under the following conditions.
すなわち、10×KOD-Plus-緩衝液を5μl、dNTPが各2mMになるよう調製されたdNTPs混合溶液を5μl、25mMのMgSO4溶液を2μl、鋳型となるMpGDH-M1遺伝子を連結させたDNAコンストラクトを50ng、上記合成オリゴヌクレオチドをそれぞれ15pmol、KOD-Plus-を1Unit加えて、滅菌水により全量を50μlとした。調製した反応液をサーマルサイクラー(エッペンドルフ社製)を用いて、94℃で2分間インキュベートし、続いて、「94℃、15秒」−「50℃、30秒」−「68℃、8分」のサイクルを30回繰り返した。 That is, 5 μl of 10 × KOD-Plus-buffer, 5 μl of dNTPs mixed solution prepared so that each dNTP is 2 mM, 2 μl of 25 mM MgSO 4 solution, and a DNA construct in which MpGDH-M1 gene as a template is linked. Was added in an amount of 15 ng, and 1 unit of KOD-Plus- was added, and the total volume was adjusted to 50 μl with sterilized water. The prepared reaction solution was incubated at 94 ° C. for 2 minutes using a thermal cycler (Eppendorf), followed by “94 ° C., 15 seconds” — “50 ° C., 30 seconds” — “68 ° C., 8 minutes” This cycle was repeated 30 times.
反応液の一部を1.0%アガロースゲルで電気泳動し、約8,000bpのDNAが特異的に増幅されていることを確認した。こうして得られたDNAを制限酵素DpnI(NEW ENGLAND BIOLABS社製)で処理し、残存している鋳型DNAを切断した後、大腸菌JM109を形質転換し、LB-amp寒天培地に展開した。生育したコロニーをLB-amp培地[1%(W/V) バクトトリプトン、0.5%(W/V) ペプトン、0.5%(W/V) NaCl、50μg/ml Ampicillin]2.5mlに接種して、37℃で20時間振とう培養し、培養物を得た。この培養物を7,000rpmで、5分間遠心分離することにより集菌して菌体を得た。次いで、この菌体よりQIAGEN tip-100(キアゲン社製)を用いて組換え体プラスミドを抽出して精製し、DNA2.5μgを得た。該プラスミド中のMpGDH-M1をコードするDNAの塩基配列を、マルチキャピラリーDNA解析システムApplied Biosystems 3130xlジェネティックアナライザ(Life Technologies社製)を用いて決定し、その結果、配列番号1記載のアミノ酸配列の175位のアラニンをシステインに、214位のアスパラギンをシステインに、及び466位のグリシンをアスパラギン酸に置換した変異体であるMpGDH-M1/A175C/N214C/G466D(配列番号12)をコードするDNAコンストラクトを得た(配列番号13)。この改変GDHをMpGDH-M2とした。 A part of the reaction solution was electrophoresed on a 1.0% agarose gel, and it was confirmed that about 8,000 bp of DNA was specifically amplified. The DNA thus obtained was treated with a restriction enzyme DpnI (manufactured by NEW ENGLAND BIOLABS), and the remaining template DNA was cleaved. Then, Escherichia coli JM109 was transformed and developed on an LB-amp agar medium. The grown colonies were inoculated into 2.5 ml of LB-amp medium [1% (W / V) bactotryptone, 0.5% (W / V) peptone, 0.5% (W / V) NaCl, 50 μg / ml Ampicillin] The culture was obtained by shaking at 37 ° C. for 20 hours. The culture was collected by centrifuging at 7,000 rpm for 5 minutes to obtain bacterial cells. Next, the recombinant plasmid was extracted from the cells using QIAGEN tip-100 (Qiagen) and purified to obtain 2.5 μg of DNA. The base sequence of DNA encoding MpGDH-M1 in the plasmid was determined using a multicapillary DNA analysis system Applied Biosystems 3130xl Genetic Analyzer (manufactured by Life Technologies). As a result, 175 of the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1 was determined. A DNA construct encoding MpGDH-M1 / A175C / N214C / G466D (SEQ ID NO: 12), a mutant in which the alanine at position is replaced with cysteine, the asparagine at position 214 with cysteine, and the glycine at position 466 with aspartic acid Obtained (SEQ ID NO: 13). This modified GDH was designated as MpGDH-M2.
実施例2.FAD-GDH変異体の作製
次いで、配列番号20−37及び42−49の合成オリゴヌクレオチド、KOD-Plus-(東洋紡社製)を用い、上記と同様の条件でPCR反応を行い、部位特異的変異を導入した。
Example 2 Preparation of FAD-GDH mutant Next, PCR was performed under the same conditions as described above using the synthetic oligonucleotides of SEQ ID NOs: 20-37 and 42-49, KOD-Plus- (manufactured by Toyobo Co., Ltd.), and site-specific mutation Was introduced.
表において、例えば「S192P」は、配列番号1の192位のセリンをプロリンに置換することを意味する。また「S192P/S196N」は配列番号1の192位のセリンをプロリンに、196位のセリンをアスパラギンにそれぞれ置換すること、「/」記号はその両方の置換を有することを意味する。 In the table, for example, “S192P” means that serine at position 192 in SEQ ID NO: 1 is substituted with proline. “S192P / S196N” means that serine at position 192 in SEQ ID NO: 1 is substituted with proline and serine at position 196 is substituted with asparagine, and the symbol “/” has both substitutions.
その後、S.cerevisiae用形質転換キット(Invitrogen社製)により、pYES2/CT-M2、および各種変異が導入された改変型、例えば、pYES2/CT-M2-S192P/S196N等)を用いてINVSc1株(Invitrogen社製)を形質転換することにより、GDHを発現する酵母形質転換体Sc-M2株、および各種の改変型MpGDHを発現する酵母形質転換株、例えば、Sc-M2-S192P/S196N株等をそれぞれ取得した。 Then, using the transformation kit for S. cerevisiae (manufactured by Invitrogen), INVSc1 strain using pYES2 / CT-M2 and a modified type into which various mutations were introduced (for example, pYES2 / CT-M2-S192P / S196N) By transforming (produced by Invitrogen), a yeast transformant Sc-M2 strain that expresses GDH, and a yeast transformant that expresses various modified MpGDH, such as the Sc-M2-S192P / S196N strain, etc. Respectively.
(酵母発現FAD-GDHの保存安定性評価)
酵母形質転換体Sc-M2、および、各種の酵母形質転換体Sc-M2-S192P/S196N等を、各々、5mLの前培養用液体培地[0.67%(w/v)アミノ酸不含有イーストニトロゲンベース(BD)、0.192%(w/v)ウラシル不含有酵母合成ドロップアウト培地用添加物(sigma社製)、2.0%(w/v)ラフィノース]中で、30℃にて24時間培養した。その後、前培養液1mLを4mLの本培養用液体培地[0.67%(w/v)アミノ酸不含有イーストニトロゲンベース、0.192%(w/v)ウラシル不含有酵母合成ドロップアウト培地用添加物、2.5%(w/v)D-ガラクトース、0.75%(w/v)ラフィノース]に加えて、30℃で16時間培養する。この培養液を遠心分離(10,000×g、4℃、3分間)により菌体と培養上清に分離し、培養上清液を回収した。この培養上清液3mlをアミコンウルトラ 0.5mlにより50μlまで濃縮し、1×PBS溶液に置換した。これらを試験サンプルとして用いた。なお、国際公開第2010/140431号に記載の手順と同様の手法で麹菌Aspergillus sojaeにより発現させ、精製したGDH-M2と、酵母で発現させた透析後の粗酵素GDH-M2とで、保存安定性が変わらなかったことを確認した。
(Evaluation of storage stability of yeast-expressed FAD-GDH)
Each of yeast transformant Sc-M2, various yeast transformants Sc-M2-S192P / S196N, etc., was added to each 5 mL of a liquid medium for preculture [0.67% (w / v) amino acid-free yeast nitrogen base (BD), 0.192% (w / v) uracil-free yeast synthetic dropout medium additive (manufactured by sigma), 2.0% (w / v) raffinose] was cultured at 30 ° C. for 24 hours. Thereafter, 1 mL of the preculture solution was added to 4 mL of a liquid medium for main culture [0.67% (w / v) amino acid-free yeast nitrogen base, 0.192% (w / v) uracil-free yeast synthesis dropout medium additive, 2.5 % (w / v) D-galactose, 0.75% (w / v) raffinose], and cultured at 30 ° C. for 16 hours. This culture solution was separated into cells and culture supernatant by centrifugation (10,000 × g, 4 ° C., 3 minutes), and the culture supernatant was collected. 3 ml of this culture supernatant was concentrated to 50 μl with 0.5 ml of Amicon Ultra and replaced with 1 × PBS solution. These were used as test samples. Furthermore, GDH-M2 expressed and purified by Aspergillus sojae using the same procedure as described in International Publication No. 2010/140431, and the stable enzyme GDH-M2 after dialysis expressed in yeast are stable. It was confirmed that the sex did not change.
実施例3.FAD-GDH変異体の保存安定性試験
次に、作製した変異体をpH 7.4のPBS溶液(2ml)中で40℃にて、所定の期間加温した。次いで所定期間経過後の残存活性を測定した。
Example 3 Storage stability test of FAD-GDH mutant Next, the prepared mutant was heated in a PBS solution (2 ml) at pH 7.4 at 40 ° C. for a predetermined period. Subsequently, the residual activity after a predetermined period was measured.
GDH活性の測定方法は、所定期間経過後、各サンプルのFAD-GDH活性を上記に記したGDH活性の測定方法に基づいて測定し、40℃で保存する直前の酵素活性を100%としたときの、40℃、所定期間経過後の活性値を「活性残存率(%)」として算出した。
保存安定性試験の結果を表に示す。
GDH activity is measured when the FAD-GDH activity of each sample is measured based on the GDH activity measurement method described above after a predetermined period, and the enzyme activity immediately before storage at 40 ° C. is taken as 100%. The activity value after a predetermined period of time at 40 ° C. was calculated as “activity remaining rate (%)”.
The results of the storage stability test are shown in the table.
表のとおり、本発明の変異体は保存安定性が未置換のものと比較して向上した。なお、上記の変異体MpGDH-M2/S196N及びMpGDH-M2/D228Nについて、60℃、15分の熱処理を施し、熱安定性についても評価したが、未改変の酵素と比較して、有意の熱安定性向上は見られなかった。また、同様にD55N、E435S、K267R、T276I、S587D、P588S、M591K、V600Iにおいて、55℃、15分の熱処理を施し、熱安定性についても評価したが、未改変の酵素と比較して、有意の熱安定性向上は見られなかった。したがって、GDHの保存安定性の向上に寄与する変異が、必ずしも熱安定性向上に寄与するとは限らないことが裏付けられた。また、国際公開第2017/195765号には、MpGDH-M1(配列番号10)について、50℃、15分の熱処理を行った後の残存活性率が56%であったことが記載されている。本発明者らが調べたところによると、野生型のMhGDH(配列番号3)について、同様に50℃、15分の熱処理を行ったところ、残存活性率は60%であった。すなわち、MpGDH-M1とMhGDHは、ほぼ同等の熱安定性を有する。ところがこれらについて保存安定性を上記と同じ手順で試験したところ、MpGDH-M1は40℃、1日保存した後の残存活性率が15.5%であり、5日保存した後の残存活性率が0%であったのに対し、MhGDHは40℃、5日保存した後の残存活性率が32.6%であった。したがってGDHの熱安定性に寄与する変異と保存安定性に寄与する変異とは必ずしも相関しない。 As shown in the table, the mutant of the present invention has improved storage stability compared to the unsubstituted one. The mutants MpGDH-M2 / S196N and MpGDH-M2 / D228N were subjected to a heat treatment at 60 ° C. for 15 minutes, and the thermal stability was also evaluated. There was no improvement in stability. Similarly, in D55N, E435S, K267R, T276I, S587D, P588S, M591K, and V600I, heat treatment was performed at 55 ° C. for 15 minutes, and the thermal stability was also evaluated, but compared with the unmodified enzyme, it was significant. No improvement in thermal stability was observed. Therefore, it was confirmed that the mutation that contributes to the improvement of storage stability of GDH does not necessarily contribute to the improvement of thermal stability. International Publication No. 2017/195765 describes that MpGDH-M1 (SEQ ID NO: 10) had a residual activity rate of 56% after heat treatment at 50 ° C. for 15 minutes. According to the investigation by the present inventors, when the wild type MhGDH (SEQ ID NO: 3) was similarly heat-treated at 50 ° C. for 15 minutes, the residual activity rate was 60%. That is, MpGDH-M1 and MhGDH have almost the same thermal stability. However, when these were tested for storage stability in the same procedure as above, MpGDH-M1 had a residual activity rate of 15.5% after storage at 40 ° C. for 1 day, and a residual activity rate of 0% after storage for 5 days. In contrast, MhGDH had a residual activity rate of 32.6% after storage at 40 ° C. for 5 days. Therefore, the mutation contributing to the thermal stability of GDH does not necessarily correlate with the mutation contributing to storage stability.
続いて、保存安定性向上型変異を組み合わせ、多重変異体を構築した。下記の表に記載の配列番号22−25、50−53の合成オリゴヌクレオチド、KOD-Plus-(東洋紡社製)を用い、上記と同様の条件でPCR反応を行い、部位特異的変異を導入した。 Subsequently, multiple mutations were constructed by combining mutations with improved storage stability. Using the synthetic oligonucleotides of SEQ ID NOS: 22-25 and 50-53 described in the following table, KOD-Plus- (manufactured by Toyobo Co., Ltd.), PCR reaction was carried out under the same conditions as described above to introduce site-specific mutations. .
次に、上記と同様に作製した変異体をpH 7.4のPBS溶液(2ml)中で40℃にて、所定の期間加温した。次いで所定期間経過後の残存活性を測定した。保存安定性試験の結果、得られた多重変異体M2-6Tは40℃、0日の残存活性率を100%とした場合と比較して、40℃、7日保存しても95.3%以上活性が残存することが分かった。さらに、E230Q/V232A/V235A/T239Aを組み合わせた変異体M2-10Tは、40℃、0日の残存活性率を100%とした場合と比較して、96.6%活性が残存し、さらに保存安定性が向上することが分かった。 Next, the mutant prepared as described above was heated in a PBS solution (2 ml) at pH 7.4 at 40 ° C. for a predetermined period. Subsequently, the residual activity after a predetermined period was measured. As a result of the storage stability test, the obtained multiple mutant M2-6T is more than 95.3% active even when stored at 40 ° C for 7 days compared to 100% at 0 ° C Was found to remain. Furthermore, the mutant M2-10T combined with E230Q / V232A / V235A / T239A has 96.6% activity remaining compared to the case where the residual activity rate at 40 ° C. and 0 day is 100%, and further storage stability Was found to improve.
続いて、S192P/S196N/I212L/A218H/I226T/D228N/E230Q/V232A/V235A/T239Aを含み、MpGDHと93%の同一性を有する、配列番号40のアミノ酸配列を有するMpGDH-M3を用いて、同様に保存安定性が良好か検証した。MpGDH-M3のアミノ酸配列は配列番号40に示し、その遺伝子の塩基配列は配列番号41に示す。上記と同様にプラスミド酵母発現プラスミドpYES2/CTのマルチクローニングサイトに対象遺伝子であるMpGDH-M3遺伝子を常法により挿入させたDNAコンストラクトを作製した。次いで、酵母形質転換体を作製し、MpGDH-M3を含む培養上清液を回収した。上記と同様にPBSに置換した試験サンプルを作製し、40℃における保存安定性を評価した。 Subsequently, using MpGDH-M3 having S192P / S196N / I212L / A218H / I226T / D228N / E230Q / V232A / V235A / T239A and having 93% identity with MpGDH and having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 40, Similarly, it was verified whether the storage stability was good. The amino acid sequence of MpGDH-M3 is shown in SEQ ID NO: 40, and the base sequence of the gene is shown in SEQ ID NO: 41. In the same manner as described above, a DNA construct was prepared by inserting the target gene MpGDH-M3 gene into the multicloning site of the plasmid yeast expression plasmid pYES2 / CT by a conventional method. Next, a yeast transformant was prepared, and a culture supernatant containing MpGDH-M3 was collected. Test samples substituted with PBS were prepared in the same manner as described above, and the storage stability at 40 ° C. was evaluated.
その結果、MpGDH-M3の40℃、0日の残存活性率を100%とした場合、MpGDH-M3においても40℃、7日保存しても95.3%以上活性が残存することが分かった。 As a result, when the residual activity rate of MpGDH-M3 at 40 ° C. and 0 day was defined as 100%, it was found that 95.3% or more of MpGDH-M3 remained even after storage at 40 ° C. for 7 days.
次に、MpGDH-M3を用いて酵素電極を作製し、電極の安定性を評価した。メディエータとして、Refill kit peroxidase(Os Polymer/Peroxidase) (BAS社製、Cat No.002096)を98℃、1時間熱処理しペルオキシダーゼを失活させたOsポリマーを用いた。ガラス状カーボン電極(BAS社製)にOsポリマーを0.5μL塗布し、風乾させた。続いて、MpGDH-M3を4U塗布し、風乾させた後、2% ポリエチレングリコールグリシジルエーテル(平均分子量500、シグマ社製)を1μL塗布し、4℃で16時間静置した。比較として、MpGDH及びフナコシ社から購入したFAD-GDHであるGLD1とGLD3を用いて同様に電極を作製した。なお、GLD1とGLD3については、ゲルろ過クロマトグラフィーを用いて精製した後、電極作製に用いた。
Next, an enzyme electrode was prepared using MpGDH-M3, and the stability of the electrode was evaluated. As a mediator, an Os polymer in which peroxidase was deactivated by heat treatment of Refill kit peroxidase (Os Polymer / Peroxidase) (manufactured by BAS, Cat No.002096) at 98 ° C. for 1 hour was used. 0.5 μL of Os polymer was applied to a glassy carbon electrode (manufactured by BAS) and air-dried. Subsequently, 4 U of MpGDH-M3 was applied and air-dried, and then 1 μL of 2% polyethylene glycol glycidyl ether (average
得られたFAD-GDH固定化電極を超純水で洗浄した後、15ml ファルコンチューブ中に入れ、40℃で保存した。電極の評価にはサイクリックボルタンメトリーを用いた。具体的には作用極としてFAD-GDH固定化電極、参照極として銀塩化銀参照電極(BAS社製)、対極として白金電極(BAS社製)を用い、ALS 電気化学アナライザー 814D(BAS社製)に接続した。10mLの100mM リン酸カリウム緩衝液(pH7.0)中に3極を入れ、スターラーにより650rpmで攪拌しながら0mVから+600mV(vs. Ag/AgCl)の範囲で電圧を掃引したサイクリックボルタンメトリーを行った。掃引速度は10mV/secで行った。続いて、終濃度50mMグルコースになるように2Mグルコース溶液を添加し、同様にサイクリックボルタンメトリーを行った。+500mV(vs. Ag/AgCl)におけるグルコース添加時の酸化電流値からグルコース未添加時の酸化電流値を差し引いた値を記録した。40℃保存前の記録した値を100%とし、1週間保存後の値(残存活性率(%))を比較することで、電極の安定性を評価した。 The obtained FAD-GDH-immobilized electrode was washed with ultrapure water, then placed in a 15 ml falcon tube and stored at 40 ° C. Cyclic voltammetry was used for electrode evaluation. Specifically, FAD-GDH immobilized electrode as working electrode, silver-silver chloride reference electrode (manufactured by BAS) as reference electrode, platinum electrode (manufactured by BAS) as counter electrode, ALS electrochemical analyzer 814D (manufactured by BAS) Connected to. Three poles were placed in 10 mL of 100 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0), and cyclic voltammetry was performed by sweeping the voltage in the range of 0 mV to +600 mV (vs. Ag / AgCl) while stirring at 650 rpm with a stirrer. . The sweep speed was 10 mV / sec. Subsequently, a 2M glucose solution was added to a final concentration of 50 mM glucose, and cyclic voltammetry was performed in the same manner. The value obtained by subtracting the oxidation current value when glucose was not added from the oxidation current value when glucose was added at +500 mV (vs. Ag / AgCl) was recorded. The recorded value before storage at 40 ° C. was taken as 100%, and the stability after one week storage (residual activity rate (%)) was compared to evaluate the stability of the electrode.
その結果、変異導入前のMpGDHと比較してMpGDH-M3は非常に安定な電極を構築することができた。さらに市販品のGLD1やGLD3よりもMpGDH-M3は安定であることが示された。なお、連続グルコースモニタリング等においては電極に保護膜等が付与されることが一般的であるため、本実施例の条件は、実際のモニタリングよりも過酷な条件であると考えられる。 As a result, MpGDH-M3 was able to construct a very stable electrode as compared to MpGDH before mutagenesis. Furthermore, it was shown that MpGDH-M3 is more stable than commercially available GLD1 and GLD3. Note that, in continuous glucose monitoring and the like, since a protective film or the like is generally provided on the electrode, the conditions of this example are considered to be severer conditions than actual monitoring.
以上のように、本発明のFAD-GDH変異体は、保存安定性に優れ、長期間にわたり活性を保持する。これは連続グルコースモニタリングにおいて、従来のGODをセンサーに使用するものと比較して、安定性に優れ、初期の活性を保持しつつグルコースを測定することができる。 As described above, the FAD-GDH mutant of the present invention has excellent storage stability and retains activity for a long period of time. This is excellent in stability and can measure glucose while maintaining the initial activity in continuous glucose monitoring as compared with a conventional GOD used for a sensor.
次に、MpGDH-M2に代えて野生型MpGDHに対して変異導入を行い、保存安定性試験を行った。まず、配列番号54−66の合成オリゴヌクレオチド、KOD-Plus-(東洋紡社製)を用い、上記と同様の条件でPCR反応を行い、部位特異的変異を導入した。 Next, mutation was introduced into wild-type MpGDH instead of MpGDH-M2, and a storage stability test was performed. First, using a synthetic oligonucleotide of SEQ ID NOs: 54-66, KOD-Plus- (manufactured by Toyobo Co., Ltd.), a PCR reaction was performed under the same conditions as described above to introduce site-specific mutations.
続いて、上記と同様に酵母形質転換体を作製し、MpGDH及びMpGDH変異体を含む培養上清液を回収した。上記と同様にPBSに置換した試験サンプルを作製し、20℃における保存安定性を評価した。 Subsequently, a yeast transformant was prepared in the same manner as described above, and a culture supernatant containing MpGDH and MpGDH mutant was collected. Test samples substituted with PBS were prepared in the same manner as described above, and the storage stability at 20 ° C. was evaluated.
その結果、MpGDH/E230Qは変異導入前と比較して保存安定性が向上した。すなわち、未改変のMpGDHは20℃、0日保存の残存活性率100%と比較して、20℃、7日後の残存活性率が81.9%であったのに対し、MpGDH/E230Q変異体は、20℃、0日保存の残存活性率100%と比較して、20℃、7日後の残存活性率が83.4%であった。なお、MpGDH/E230Q変異体について、40℃、15分の熱処理を施し、熱安定性についても評価したが、未改変の酵素と比較して、有意の熱安定性向上は見られなかった。 As a result, the storage stability of MpGDH / E230Q was improved compared to that before the mutation introduction. That is, unmodified MpGDH had a residual activity rate of 81.9% after 20 ° C. and 7 days compared to a residual activity rate of 100% at 20 ° C. and 0 day storage, whereas the MpGDH / E230Q mutant was The residual activity rate after 20 days at 20 ° C. was 83.4%, compared with 100% residual activity rate after storage at 20 ° C. for 0 days. The MpGDH / E230Q mutant was subjected to a heat treatment at 40 ° C. for 15 minutes, and its thermal stability was also evaluated. However, no significant improvement in thermal stability was observed compared to the unmodified enzyme.
続いて、25℃における保存安定性を評価した。その結果、未改変のMpGDHは25℃、0日保存の残存活性率100%と比較して、25℃、7日後の残存活性率が40.5%であったのに対し、MpGDH-S196A変異体は、25℃、0日保存の残存活性率100%と比較して、25℃、7日後の残存活性率が42.4%であった。また、各種変異体について評価した。 Subsequently, the storage stability at 25 ° C. was evaluated. As a result, the unmodified MpGDH had a residual activity rate of 40.5% after 25 days at 25 ° C compared to 100% of the residual activity rate stored at 25 ° C for 0 days, whereas the MpGDH-S196A mutant The residual activity rate after 7 days at 25 ° C. was 42.4%, compared with 100% residual activity rate after storage at 25 ° C. for 0 day. Various mutants were also evaluated.
その結果、本発明の変異体は変異導入前と比較して保存安定性が向上した。196位や228位について、MpGDH-M2で見出された保存安定性向上型変異においてアスパラギン以外の他のアミノ酸に置換しても保存安定性向上に寄与することが分かった。 As a result, the storage stability of the mutant of the present invention was improved compared to that before the introduction of the mutation. At positions 196 and 228, it was found that even if the amino acid was replaced with other amino acids other than asparagine in the storage stability-enhancing mutation found in MpGDH-M2, it contributed to the improvement of storage stability.
(各種改変型MgGDHの調製と保存安定性評価)
特開2017−000137号公報において、MpGDHと78%の同一性を有する、配列番号6のMucor guilliermondii由来のGDH(以下、MgGDH)の配列情報が公開されている。そこで、実施例3で見出したアミノ酸置換をMgGDHに対して導入することで、同様に保存安定性が向上するかどうかを以下のように検証することにした。
(Preparation and storage stability evaluation of various modified MgGDH)
In Japanese Patent Laid-Open No. 2017-000137, sequence information of GDH derived from Mucor guillimonmondii (hereinafter referred to as MgGDH) having an identity of 78% with MpGDH is disclosed. Therefore, it was decided to verify whether the storage stability was improved by introducing the amino acid substitution found in Example 3 into MgGDH as follows.
MgGDHのアミノ酸配列は配列番号6に示し、その遺伝子の塩基配列は配列番号39に示す。実施例1と同様に、配列番号67〜72の合成オリゴヌクレオチドを用いてPCR反応を行い、部位特異的変異を導入した。 The amino acid sequence of MgGDH is shown in SEQ ID NO: 6, and the base sequence of the gene is shown in SEQ ID NO: 39. In the same manner as in Example 1, PCR reaction was performed using the synthetic oligonucleotides of SEQ ID NOs: 67 to 72 to introduce site-specific mutations.
続いて、上記と同様に酵母形質転換体を作製し、MgGDH及びMgGDH変異体を含む培養上清液を回収した。上記と同様にPBSに置換した試験サンプルを作製し、25℃における保存安定性を評価した。 Subsequently, a yeast transformant was prepared in the same manner as described above, and a culture supernatant containing MgGDH and the MgGDH mutant was collected. Test samples substituted with PBS were prepared in the same manner as described above, and the storage stability at 25 ° C. was evaluated.
その結果、MgGDHにおいてもMpGDHで保存安定性を向上させた変異が導入された変異体は変異導入前と比較して保存安定性が向上することが分かった。すなわち、未改変のMgGDHは25℃、0日保存の残存活性率100%と比較して、25℃、7日後の残存活性率が55.1%であったのに対し、MgGDH/H191N変異体は、25℃、0日保存の残存活性率100%と比較して、25℃、7日後の残存活性率が59.0%であり、MgGDH/D227A変異体は、25℃、0日保存の残存活性率100%と比較して、25℃、7日後の残存活性率が79.7%であった。 As a result, it was found that also in MgGDH, a mutant into which a mutation whose storage stability was improved with MpGDH was improved in storage stability compared with that before the mutation was introduced. That is, unmodified MgGDH had a residual activity rate of 55.1% after 25 days at 25 ° C. compared to 100% of the residual activity rate stored at 0 ° C., whereas the MgGDH / H191N mutant The residual activity rate after 25 days at 25 ° C. and 5 days storage is 59.0% compared to 100% residual activity at 25 ° C. and 0 days storage, and the MgGDH / D227A mutant has a residual activity rate of 100% storage at 25 ° C. and 0 days. Compared to%, the residual activity rate after 7 days at 25 ° C. was 79.7%.
また、未改変のMgGDHは25℃、0日保存の残存活性率100%と比較して、25℃、4日後の残存活性率が69.9%であったのに対し、MgGDH-Q50N変異体は、25℃、0日保存の残存活性率100%と比較して、25℃、4日後の残存活性率が72.0%であった。 In addition, the unmodified MgGDH had a remaining activity rate of 69.9% at 25 ° C. after 4 days compared to the remaining activity rate of 100% at 25 ° C. and 0 day storage, whereas the MgGDH-Q50N mutant was The residual activity rate after 4 days at 25 ° C. was 72.0% compared to 100% residual activity rate after storage at 25 ° C. for 0 day.
(各種改変型MhGDHの調製と保存安定性評価)
特開2013−116102号公報において、MpGDHと78%の同一性を有する、配列番号3のMucor hiemalis由来のGDH(以下、MhGDH)の配列情報が公開されている。そこで、実施例3で見出したアミノ酸置換をMhGDHに対して導入することで、同様に保存安定性が向上するかどうかを以下のように検証することにした。
(Preparation and storage stability evaluation of various modified MhGDH)
In Japanese Patent Laid-Open No. 2013-116102, sequence information of GDH (hereinafter referred to as MhGDH) derived from Mucor himalis of SEQ ID NO: 3 having 78% identity with MpGDH is disclosed. Therefore, it was decided to verify whether the storage stability was similarly improved by introducing the amino acid substitution found in Example 3 into MhGDH as follows.
MhGDHのアミノ酸配列は配列番号3に示し、その遺伝子の塩基配列は配列番号38に示す。実施例3と同様に配列番号73〜78の合成オリゴヌクレオチドを用いてPCR反応を行い、部位特異的変異を導入した。 The amino acid sequence of MhGDH is shown in SEQ ID NO: 3, and the base sequence of the gene is shown in SEQ ID NO: 38. PCR reaction was performed using the synthetic oligonucleotides of SEQ ID NOs: 73 to 78 in the same manner as in Example 3 to introduce site-specific mutations.
続いて、上記と同様に酵母形質転換体を作製し、MhGDH及びMhGDH変異体を含む培養上清液を回収した。上記と同様にPBSに置換した試験サンプルを作製し、40℃における保存安定性を評価した。 Subsequently, a yeast transformant was prepared in the same manner as described above, and a culture supernatant containing MhGDH and MhGDH mutant was collected. Test samples substituted with PBS were prepared in the same manner as described above, and the storage stability at 40 ° C. was evaluated.
その結果、MhGDHにおいてもMpGDHで保存安定性を向上させた変異が導入された変異体は変異導入前と比較して保存安定性が向上することが分かった。従って他の由来のGDHについても本発明の変異は同様に保存安定性を向上させると考えられる。 As a result, it was found that also in MhGDH, a mutant introduced with a mutation whose storage stability was improved by MpGDH was improved in storage stability as compared with that before the mutation was introduced. Therefore, it is considered that the mutation of the present invention similarly improves the storage stability of GDH derived from other sources.
本明細書に、WO 2017/1957665の全内容を参照により組み入れるものとする。本発明を例示により説明されたが、本発明の精神から逸脱することなく、種々の変法を行うことができる。 The entire contents of WO 2017/1957665 are incorporated herein by reference. Although the invention has been described by way of example, various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
配列の簡単な説明
配列番号1 Mucor prainii GDH(MpGDH) aa
配列番号2 MpGDH遺伝子 DNA
配列番号3 Mucor hiemalis GDH(MhGDH) aa
配列番号4 Mucor RD056860 GDH(MrdGDH) aa
配列番号5 Mucor subtilissimus GDH(MsGDH) aa
配列番号6 Mucor guilliermondii GDH(MgGDH) aa
配列番号7 Circinella simplex GDH(CsGDH) aa
配列番号8 Circinella属 GDH(CrGDH) aa
配列番号9 Mucor circinelloides GDH(McGDH) aa
配列番号10 MpGDH-M1 GDH aa
配列番号11 MpGDH-M1 遺伝子DNA
配列番号12 MpGDH-M1/A175C/N214C/G466D aa (M2)
配列番号13 MpGDH-M2遺伝子DNA
配列番号14−37 プライマー
配列番号38 MhGDH遺伝子 DNA
配列番号39 MgGDH遺伝子 DNA
配列番号40 MpGDH-M3 aa
配列番号41 MpGDH-M3遺伝子DNA
配列番号42−78 プライマー
BRIEF DESCRIPTION OF THE SEQUENCES SEQ ID NO: 1 Mucor prainii GDH (MpGDH) aa
SEQ ID NO: 2 MpGDH gene DNA
Sequence number 3 Mucor hiemalis GDH (MhGDH) aa
SEQ ID NO: 4 Mucor RD056860 GDH (MrdGDH) aa
Sequence number 6 Mucor guilliermondii GDH (MgGDH) aa
Sequence number 7 Circinella simplex GDH (CsGDH) aa
Sequence number 8 Circinella genus GDH (CrGDH) aa
SEQ ID NO: 9 Mucor circinelloides GDH (McGDH) aa
SEQ ID NO: 10 MpGDH-M1 GDH aa
SEQ ID NO: 11 MpGDH-M1 gene DNA
Sequence number 12 MpGDH-M1 / A175C / N214C / G466D aa (M2)
SEQ ID NO: 13 MpGDH-M2 gene DNA
SEQ ID NO: 14-37 Primer SEQ ID NO: 38 MhGDH gene DNA
SEQ ID NO: 39 MgGDH gene DNA
SEQ ID NO: 40 MpGDH-M3 aa
SEQ ID NO: 41 MpGDH-M3 gene DNA
SEQ ID NOs: 42-78 primers
Claims (15)
i) 配列番号1で示されるアミノ酸配列、
ii) 配列番号1で示されるアミノ酸配列において、196位、228位、600位、267位、276位、55位、230位、235位、239位、435位、587位、588位、及び591位以外の位置で1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列、
iii) 配列番号1、3、6若しくは40で示されるアミノ酸配列と70%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列、又は
iv) 配列番号1、3、若しくは6で示されるアミノ酸配列と70%以上の配列同一性を有し、かつ、相同性領域のアミノ酸配列が配列番号1で示されるアミノ酸配列における相同性領域と90%以上のアミノ酸配列同一性を有するアミノ酸配列を含み、
配列番号1のアミノ酸配列における196位、228位、600位、267位、276位、55位、230位、235位、239位、435位、587位、588位、及び/又は591位に対応する位置に1以上のアミノ酸置換を有し、当該置換を有しない未改変のFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼと比較して、保存安定性が向上しているFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼ変異体。 A FAD-dependent glucose dehydrogenase (FAD-GDH) variant comprising:
i) the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1,
ii) In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, positions 196, 228, 600, 267, 276, 55, 230, 235, 239, 435, 587, 588, and 591 An amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added at positions other than
iii) an amino acid sequence having 70% or more sequence identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, 3, 6 or 40, or
iv) The amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, 3, or 6 has a sequence identity of 70% or more, and the amino acid sequence of the homologous region is 90 with the homologous region in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1. % Amino acid sequence having amino acid sequence identity,
Corresponds to positions 196, 228, 600, 267, 276, 55, 230, 235, 239, 435, 587, 588, and / or 591 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. A FAD-dependent glucose dehydrogenase mutant having one or more amino acid substitutions at a position, and having improved storage stability compared to an unmodified FAD-dependent glucose dehydrogenase having no such substitution.
配列番号1のアミノ酸配列における196位に対応する位置のアミノ酸がチロシン、フェニルアラニン、リシン、グルタミン、アスパラギン、ヒスチジン、メチオニン、アラニン、若しくはアルギニンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における228位に対応する位置のアミノ酸がアスパラギン、トレオニン、ヒスチジン、セリン、グルタミン、若しくはシステインに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における600位に対応する位置のアミノ酸がイソロイシン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシン若しくはトリプトファンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における267位に対応する位置のアミノ酸がアルギニン、ヒスチジン若しくはグルタミンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における276位に対応する位置のアミノ酸がイソロイシン、ロイシン、バリン、メチオニン、システイン、フェニルアラニン、トリプトファン若しくはチロシンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における55位に対応する位置のアミノ酸がアスパラギン、セリン、トレオニン、グルタミン若しくはシステインに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における230位に対応する位置のアミノ酸がグルタミン、セリン、トレオニン、アスパラギン、アルギニン、リシン、若しくはヒスチジンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における235位に対応する位置のアミノ酸がアラニン、セリン若しくはグリシンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における239位に対応する位置のアミノ酸がアラニン、セリン若しくはグリシンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における435位に対応する位置のアミノ酸がセリン、トレオニン、アスパラギン若しくはグルタミンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における587位に対応する位置のアミノ酸がアスパラギン酸若しくはグルタミン酸に置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における588位に対応する位置のアミノ酸がセリン、トレオニン、アスパラギン若しくはグルタミンに置換されている、及び/又は
配列番号1のアミノ酸配列における591位に対応する位置のアミノ酸がリシン、アルギニン若しくはヒスチジンに置換されている、
FAD-GDH変異体であって、当該置換を有しない未改変のFAD-GDHと比較して、保存安定性が向上している、請求項1に記載のFAD-GDH変異体。 In FAD-GDH,
The amino acid at the position corresponding to position 196 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with tyrosine, phenylalanine, lysine, glutamine, asparagine, histidine, methionine, alanine, or arginine;
The amino acid at the position corresponding to position 228 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with asparagine, threonine, histidine, serine, glutamine, or cysteine,
The amino acid at the position corresponding to position 600 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with isoleucine, leucine, methionine, phenylalanine, tyrosine or tryptophan;
The amino acid at the position corresponding to position 267 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with arginine, histidine or glutamine;
The amino acid at the position corresponding to position 276 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with isoleucine, leucine, valine, methionine, cysteine, phenylalanine, tryptophan or tyrosine,
The amino acid at the position corresponding to position 55 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with asparagine, serine, threonine, glutamine or cysteine,
The amino acid at the position corresponding to position 230 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with glutamine, serine, threonine, asparagine, arginine, lysine, or histidine;
The amino acid at the position corresponding to position 235 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with alanine, serine or glycine;
The amino acid at the position corresponding to position 239 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with alanine, serine or glycine;
The amino acid at the position corresponding to position 435 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with serine, threonine, asparagine or glutamine,
The amino acid at the position corresponding to position 587 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with aspartic acid or glutamic acid,
The amino acid at the position corresponding to position 588 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with serine, threonine, asparagine or glutamine, and / or the amino acid at the position corresponding to position 591 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is lysine, Substituted with arginine or histidine,
The FAD-GDH variant according to claim 1, wherein the FAD-GDH variant has improved storage stability compared to an unmodified FAD-GDH that does not have the substitution.
配列番号1のアミノ酸配列における196位に対応する位置のアミノ酸がチロシン、フェニルアラニン、リシン、グルタミン、アスパラギン、ヒスチジン、メチオニン、若しくはアラニンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における228位に対応する位置のアミノ酸がアスパラギン、トレオニン、若しくはヒスチジンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における600位に対応する位置のアミノ酸がイソロイシンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における267位に対応する位置のアミノ酸がアルギニンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における276位に対応する位置のアミノ酸がイソロイシンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における55位に対応する位置のアミノ酸がアスパラギンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における230位に対応する位置のアミノ酸がグルタミンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における235位に対応する位置のアミノ酸がアラニンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における239位に対応する位置のアミノ酸がアラニンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における435位に対応する位置のアミノ酸がセリンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における587位に対応する位置のアミノ酸がアスパラギン酸に置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における588位に対応する位置のアミノ酸がセリンに置換されている、及び/又は
配列番号1のアミノ酸配列における591位に対応する位置のアミノ酸がリシンに置換されている、
FAD-GDH変異体であって、当該置換を有しない未改変のFAD-GDHと比較して、保存安定性が向上している、請求項1又は2に記載のFAD-GDH変異体。 In FAD-GDH,
The amino acid at the position corresponding to position 196 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with tyrosine, phenylalanine, lysine, glutamine, asparagine, histidine, methionine, or alanine;
The amino acid at the position corresponding to position 228 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with asparagine, threonine, or histidine;
The amino acid at the position corresponding to position 600 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with isoleucine,
An amino acid at a position corresponding to position 267 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with arginine;
The amino acid at the position corresponding to position 276 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with isoleucine,
The amino acid at the position corresponding to position 55 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with asparagine,
The amino acid at the position corresponding to position 230 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with glutamine,
An amino acid at a position corresponding to position 235 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with alanine;
The amino acid at the position corresponding to position 239 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with alanine;
The amino acid at the position corresponding to position 435 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with serine,
An amino acid at a position corresponding to position 587 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with aspartic acid,
The amino acid at the position corresponding to position 588 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with serine, and / or the amino acid at the position corresponding to position 591 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is replaced with lysine,
The FAD-GDH mutant according to claim 1 or 2, wherein the FAD-GDH mutant has improved storage stability compared to an unmodified FAD-GDH having no such substitution.
配列番号1のアミノ酸配列における192位に対応する位置のアミノ酸がプロリンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における212位に対応する位置のアミノ酸がロイシンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における218位に対応する位置のアミノ酸がヒスチジンに置換されている、
配列番号1のアミノ酸配列における226位に対応する位置のアミノ酸がトレオニンに置換されている、及び/又は
配列番号1のアミノ酸配列における232位に対応する位置のアミノ酸がアラニンに置換されている、
請求項1〜3のいずれか1項に記載のFAD-GDH変異体。 further,
An amino acid at a position corresponding to position 192 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with proline;
The amino acid at the position corresponding to position 212 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with leucine,
The amino acid at the position corresponding to position 218 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with histidine;
The amino acid at the position corresponding to position 226 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with threonine, and / or the amino acid at the position corresponding to position 232 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with alanine,
The FAD-GDH mutant according to any one of claims 1 to 3.
ii)配列番号1のアミノ酸配列における192位に対応する位置のアミノ酸がプロリンに置換され、かつ、配列番号1のアミノ酸配列における196位に対応する位置のアミノ酸がチロシン、フェニルアラニン、リシン若しくはアスパラギンに置換されている変異体、
iii) 配列番号1のアミノ酸配列における226位に対応する位置のアミノ酸がトレオニンに置換され、かつ配列番号1のアミノ酸配列における228位に対応する位置のアミノ酸がアスパラギン、トレオニン若しくはヒスチジンに置換されている変異体、
iv) 配列番号1のアミノ酸配列における230位に対応する位置のアミノ酸がグルタミンに置換され、配列番号1のアミノ酸配列における232位に対応する位置のアミノ酸がアラニンに置換され、配列番号1のアミノ酸配列における235位に対応する位置のアミノ酸がアラニンに置換され、かつ配列番号1のアミノ酸配列における239位に対応する位置のアミノ酸がアラニンに置換されている変異体、
v)配列番号1のアミノ酸配列における192位に対応する位置のアミノ酸がプロリンに置換され、配列番号1のアミノ酸配列における196位に対応する位置のアミノ酸がアスパラギンに置換され、配列番号1のアミノ酸配列における212位に対応する位置のアミノ酸がロイシンに置換され、配列番号1のアミノ酸配列における218位に対応する位置のアミノ酸がヒスチジンに置換され、配列番号1のアミノ酸配列における226位に対応する位置のアミノ酸がトレオニンに置換され、かつ配列番号1のアミノ酸配列における228位に対応する位置のアミノ酸がアスパラギンに置換されている192P/196N/212L/218H/226T/228N変異体、
vi) 前記v)の変異体において、さらに、配列番号1のアミノ酸配列における230位に対応する位置のアミノ酸がグルタミンに置換され、配列番号1のアミノ酸配列における232位に対応する位置のアミノ酸がアラニンに置換され、配列番号1のアミノ酸配列における235位に対応する位置のアミノ酸がアラニンに置換され、配列番号1のアミノ酸配列における239位に対応する位置のアミノ酸がアラニンに置換されている192P/196N/212L/218H/226T/228N/230Q/232A/235A/239A変異体、及び
vii) 前記vi)の変異体において、さらに配列番号40のアミノ酸配列を有するM3変異体、
からなる群より選択され、当該置換を有しないFAD-GDHと比較して、保存安定性が向上している、請求項1〜4のいずれか1項に記載のFAD-GDH変異体。 i) The amino acid at the position corresponding to position 196 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with tyrosine, phenylalanine, lysine or asparagine, and the amino acid at the position corresponding to position 228 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is asparagine, threonine or A variant substituted with histidine,
ii) The amino acid at the position corresponding to position 192 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with proline, and the amino acid at the position corresponding to position 196 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is replaced with tyrosine, phenylalanine, lysine or asparagine Mutants,
iii) The amino acid at the position corresponding to position 226 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with threonine, and the amino acid at the position corresponding to position 228 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is replaced with asparagine, threonine or histidine. Mutant,
iv) The amino acid at the position corresponding to position 230 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with glutamine, the amino acid at the position corresponding to position 232 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with alanine, and the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 Wherein the amino acid at the position corresponding to position 235 is substituted with alanine, and the amino acid at the position corresponding to position 239 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with alanine,
v) The amino acid at the position corresponding to position 192 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with proline, the amino acid at the position corresponding to position 196 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is replaced with asparagine, and the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 The amino acid at the position corresponding to position 212 in the amino acid was substituted with leucine, the amino acid at the position corresponding to position 218 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 was replaced with histidine, and the amino acid at the position corresponding to position 226 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 A 192P / 196N / 212L / 218H / 226T / 228N mutant in which the amino acid is substituted with threonine and the amino acid at the position corresponding to position 228 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with asparagine;
vi) In the mutant v), the amino acid at the position corresponding to position 230 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with glutamine, and the amino acid at the position corresponding to position 232 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is alanine 192P / 196N in which the amino acid at the position corresponding to position 235 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with alanine, and the amino acid at the position corresponding to position 239 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is replaced with alanine / 212L / 218H / 226T / 228N / 230Q / 232A / 235A / 239A mutant, and
vii) The M3 variant having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 40 in the variant of vi) above,
The FAD-GDH variant according to any one of claims 1 to 4, which is selected from the group consisting of and has improved storage stability compared to FAD-GDH having no such substitution.
(a)1週間加温した後の残存活性(%)が1%以上向上している、
(b)2週間加温した後の残存活性(%)が3%以上向上している、
(c)3週間加温した後の残存活性(%)が3%以上向上している、又は
(d)4日間加温した後の残存活性(%)が1%以上向上している、
請求項1〜5のいずれか1項に記載のFAD-GDH変異体。 When the enzyme activity of unsubstituted FAD-GDH before heating is defined as 100%, the remaining activity (%) of unsubstituted FAD-GDH heated at pH 7.4 at 20-40 ° C, and before heating In comparison with the residual activity (%) of the FAD-GDH mutant heated at 20-40 ° C. and pH 7.4 when the enzyme activity of the FAD-GDH mutant was 100%,
(a) Residual activity (%) after heating for 1 week is improved by 1% or more.
(b) Residual activity (%) after 2 weeks of warming is improved by 3% or more.
(c) Residual activity (%) after heating for 3 weeks is improved by 3% or more, or
(d) Residual activity (%) after heating for 4 days is improved by 1% or more.
The FAD-GDH mutant according to any one of claims 1 to 5.
請求項9に記載の宿主細胞を培養する工程、
前記宿主細胞中に含まれるFAD-GDH遺伝子を発現させる工程、及び
前記培養物からFAD-GDHを単離する工程。 Method for producing FAD-GDH including the following steps:
Culturing the host cell of claim 9;
Expressing the FAD-GDH gene contained in the host cell, and isolating FAD-GDH from the culture.
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