JP2019014663A - Peptide synthesis method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ペプチドの合成方法に関する。 The present invention relates to a peptide synthesis method.
従来、LアラニルLグルタミンの合成は、化学合成や、化学酵素合成によって行われていた。化学合成の過程では、カルボニルクロライドや、D−2クロロプロピオン酸など毒性のリガントが合成の過程で用いられるAla−Ala−Gln D−Ala−Glu Ala−Gluなどでも同様である。 Conventionally, synthesis of L alanyl L glutamine has been performed by chemical synthesis or chemical enzyme synthesis. In the process of chemical synthesis, the same applies to Ala-Ala-Gln D-Ala-Glu Ala-Glu or the like in which a toxic ligand such as carbonyl chloride or D-2 chloropropionic acid is used in the process of synthesis.
また、化学酵素合成において、Empedobacter brevisやSphingobacterium siyangensisから単離された酵素が、アラニンメチルエステルとGlnからAla Glnが合成される。しかし、アラニンメチルエステルの合成は困難である。また、Ala−Alaや、Ala−Ala−Glnの合成でも同様である。また、生物学的な方法としては、遺伝子組換えを行った大腸菌などによるペプチドの合成方法もある(特許文献1) Further, in chemical enzyme synthesis, Ala Gln is synthesized from alanine methyl ester and Gln by an enzyme isolated from Empedobacterium brevis or Sphingobacterium siyangensis. However, the synthesis of alanine methyl ester is difficult. The same applies to the synthesis of Ala-Ala and Ala-Ala-Gln. In addition, as a biological method, there is a method for synthesizing a peptide by using genetically modified E. coli or the like (Patent Document 1).
しかしながら、化学合成によるものは、コストがかかる。さらに、遺伝子組換えを行った大腸菌などによるペプチドの合成方法もあるが、合成時にATPを消費し、製造するためにコストが高くなり、工業生産には適さない(特許文献1)。 However, chemical synthesis is expensive. Furthermore, although there is a method for synthesizing a peptide using Escherichia coli or the like that has undergone genetic recombination, ATP is consumed at the time of synthesis, and the production costs increase, making it unsuitable for industrial production (Patent Document 1).
本発明は、上述した課題を解決するため、安価でかつ工業的に量産可能な、ペプチドの合成方法を提供することを目的とする。 In order to solve the above-described problems, an object of the present invention is to provide a peptide synthesis method that is inexpensive and can be industrially mass-produced.
本発明では、大腸菌BL21−pETHis−ywfEおよび大腸菌BL21−pETHis−ackをそれぞれ作製し、これらの菌株を別々に培養して組換えアミノ酸リガーゼYwfEおよび酢酸キナーゼAckを得る。さらに、アセチルリン酸のリン酸基が酢酸キナーゼの作用下でADPからATPを生成し、そのATPを用いてペプチドを合成する。 In the present invention, E. coli BL21-pETHis-ywfE and E. coli BL21-pETHis-ack are prepared, respectively, and these strains are cultured separately to obtain recombinant amino acid ligase YwfE and acetate kinase Ack. Furthermore, the phosphate group of acetyl phosphate generates ATP from ADP under the action of acetate kinase, and the ATP is used to synthesize a peptide.
本発明は、
アセテートキナーゼ遺伝子を有する第一の組換え大腸菌と、
アミノ酸リガーゼの遺伝子を有する第二の組換え大腸菌と、を培養する工程と、
第一の組換え大腸菌由来のアセテートキナーゼを用いてATPを生成する工程と、
前記ATPを用いて、第二の組換え大腸菌由来のアミノ酸リガーゼがペプチドを合成する工程を含むペプチド合成方法である。
The present invention
A first recombinant E. coli having an acetate kinase gene;
Culturing a second recombinant E. coli having an amino acid ligase gene;
Producing ATP using acetate kinase from the first recombinant E. coli;
A peptide synthesis method comprising a step of synthesizing a peptide using a second recombinant E. coli-derived amino acid ligase using the ATP.
また、本発明は、ペプチドがLアラニルLグルタミンであるペプチド合成方法であっても良い。 The present invention may also be a peptide synthesis method in which the peptide is L alanyl L glutamine.
第一の組換え大腸菌が、アセテートキナーゼ(酢酸キナーゼ)を発現し、そのアセテートキナーゼが基質中の酢酸を用いて、ADPからATPを合成する。第二の組換え大腸菌が発現したアミノ酸リガーゼがATPを利用して、基質中のアミノ酸からペプチドを合成する。大腸菌同士は、生育環境がほぼ同じため、一つの培養液で生育できるため、別々の菌株を使うことと比較すると、設備や培地などの金額やスペースなどのコストが節約できる。さらに、酢酸はATPよりも安価で安定的に入手できるため、安価でかつ工業的に大量生産可能なペプチド合成方法が提供できる。 The first recombinant E. coli expresses acetate kinase (acetate kinase), which synthesizes ATP from ADP using acetic acid in the substrate. The amino acid ligase expressed by the second recombinant E. coli synthesizes a peptide from the amino acids in the substrate using ATP. Since Escherichia coli can grow in one culture solution because the growth environment is almost the same, compared to using different strains, the cost of equipment, medium, etc. and space costs can be saved. Furthermore, since acetic acid is cheaper and more stably available than ATP, a peptide synthesis method that is inexpensive and can be industrially mass-produced can be provided.
[本発明の特徴]
ywfE遺伝子を持つ枯草菌(Bacillus spp)のアミノ酸リガーゼは、ATP依存のジペプチドリガーゼで、L−Alanyl−アンチカプシン(anticapsin)の合成に用いられる。また、ATP依存で、Ala−Glnを結合する活性があると考えられている。しかし、この酵素による方法は、基質として多くのATPが必要となるため、コストがかかってしまう。
[Features of the present invention]
The Bacillus spp amino acid ligase having the ywfE gene is an ATP-dependent dipeptide ligase and is used for the synthesis of L-Alanyl-anticapsin. In addition, it is considered to have an activity of binding Ala-Gln depending on ATP. However, this enzyme method requires a lot of ATP as a substrate, and therefore costs high.
出願人は、この問題を解決するために、クロストリジウム アセトブチリクム(Clostridium acetobutylicum)の酢酸キナーゼを用いて、基質の中の酢酸を利用して、ADPからATPを生成した。 In order to solve this problem, the applicant has used Acetate kinase of Clostridium acetobutylicum to generate ATP from ADP using acetic acid in the substrate.
酢酸は、安価でATPよりも入手しやすい。組換えアミノ酸リガーゼと酢酸キナーゼとを含む複数の酵素を用いた手法によって、Ala−Glnの大量生産を低コストで安定的に行えるようになる。 Acetic acid is cheaper and easier to obtain than ATP. Mass production of Ala-Gln can be stably performed at low cost by a technique using a plurality of enzymes including recombinant amino acid ligase and acetate kinase.
[プラスミドの性質]
pET−Hisベクターは、アンピシリン耐性を有する大腸菌発現ベクターである。プロモーターはT7であり、標識はN−Hisであり、酵素認識部位はトロンビンであり、プラスミドサイズは2.9kbである。
[Property of plasmid]
The pET-His vector is an E. coli expression vector having ampicillin resistance. The promoter is T7, the label is N-His, the enzyme recognition site is thrombin, and the plasmid size is 2.9 kb.
pET−Hisベクターは、多くのコピー(37℃、LB)で大腸菌に形質転換することができる。N末端6のHisおよびT7プロモーターは、pET−Hisベクターに存在する。高度に発現された産物のN末端は、キレートセファロースアフィニティークロマトグラフィーを用いた標的タンパク質の精製を容易にする6個のHisを有する。 pET−Hisには、BamHI、EcoR I、Nhe IおよびHind IIIの4つの制限部位がある。 The pET-His vector can be transformed into E. coli with many copies (37 ° C., LB). The N-terminal 6 His and T7 promoters are present in the pET-His vector. The N-terminus of the highly expressed product has 6 Hiss that facilitate the purification of the target protein using chelate sepharose affinity chromatography. pET-His has four restriction sites: BamHI, EcoR I, Nhe I and Hind III.
この特許では、アミノ酸リガーゼ遺伝子pET−His−ywfEの組換え発現ベクターおよびアセテートキナーゼ遺伝子pET−His−ackの組換え発現ベクターをそれぞれ構築する。アミノ酸リガーゼ遺伝子は枯草菌(Bacillus subtilis(ATCC 15245))に由来し、アセテートキナーゼ遺伝子はクロストリジウム アセトブチリクム(Clostridium acetobutylicum(ATCC 4259))に由来する。 In this patent, a recombinant expression vector for the amino acid ligase gene pET-His-ywfE and a recombinant expression vector for the acetate kinase gene pET-His-ack are constructed, respectively. The amino acid ligase gene is derived from Bacillus subtilis (ATCC 15245), and the acetate kinase gene is derived from Clostridium acetobutylicum (ATCC 4259).
クロストリジウム アセトブチリクム(Clostridium acetobutylicum ATCC 824)は、一般に使用されるブタノール生成細菌である。出願人は、KEGGのデータベース(http://www.kegg.jp/kegg−bin/show_pathway?cac00620)を用いて、ブタノールの代謝経路においてアセチル−CoAがアセチルトランスフェラーゼと酢酸キナーゼによってアセチルリン酸に変換されることを見出した。 Clostridium acetobutylicum (ATCC 824) is a commonly used butanol-producing bacterium. Using the KEGG database (http://www.kegg.jp/kegg-bin/show_pathway?cac00620), the applicant converted acetyl-CoA to acetyl phosphate by acetyltransferase and acetate kinase in the metabolic pathway of butanol. I found out that
アセチルリン酸は、酢酸キナーゼによって酢酸にさらに変換できる。上記の反応により産生されたATPは、嫌気性条件下での細胞増殖に使用できる。したがって、我々はATPリサイクルを達成するためにクロストリジウム・アセトブチリカム(Clostridium acetobutylicum)由来の酢酸キナーゼを使用しようと試みた。 Acetyl phosphate can be further converted to acetic acid by acetate kinase. ATP produced by the above reaction can be used for cell growth under anaerobic conditions. We therefore attempted to use acetate kinase from Clostridium acetobutylicum to achieve ATP recycling.
[遺伝子組換えの方法]
遺伝子の連結の方法は、100μlの大腸菌BL21(DE3)に対して、氷浴で30分間および37℃で60秒間の熱ショックを与えた。混合物をSOC培地に加え、1時間インキュベートした。細胞を遠心分離し、アンピシリン(Ampr)耐性を有するLB固体培地中、37℃で12時間培養して、陽性形質転換体をスクリーニングした。
[Method of gene recombination]
In the gene ligation method, 100 μl of E. coli BL21 (DE3) was subjected to heat shock for 30 minutes in an ice bath and 60 seconds at 37 ° C. The mixture was added to SOC medium and incubated for 1 hour. Cells were centrifuged and cultured in LB solid medium with ampicillin (Ampr) resistance for 12 hours at 37 ° C. to screen for positive transformants.
[組換え株の性質と培養]
大腸菌BL21(DE3)は、ファージT7プロモーター(例えば、pETシリーズ)を含む発現ベクターにクローン化された遺伝子を効率的に発現するために使用される。 T7ファージRNAポリメラーゼは、ラムダファージDE3領域に位置し、大腸菌BL21の染色体上に組み込まれる。この株は無毒性タンパク質の発現に適している。
[Properties and culture of recombinant strains]
E. coli BL21 (DE3) is used to efficiently express genes cloned into expression vectors containing the phage T7 promoter (eg, pET series). T7 phage RNA polymerase is located in the lambda phage DE3 region and is integrated on the chromosome of E. coli BL21. This strain is suitable for the expression of non-toxic proteins.
2つの組換え発現ベクターをそれぞれ大腸菌BL21(ACCC11171)に形質転換して、操作された大腸菌pET−His−ywfEおよび大腸菌pET−His−ackを得る。 Two recombinant expression vectors are each transformed into E. coli BL21 (ACCC11171) to obtain engineered E. coli pET-His-ywfE and E. coli pET-His-ack.
組換え株をグリセロールチューブから、接種量0.1%(v / v)の100μg/ mLアンピシリンを含む100mL LB液体培地に接種し、37℃および200rpmで12時間培養した。培養液を接種量1%(v / v)のアンピシリン100μg/ mLを含むLB培地400mLに移し、37℃、200rpmで培養した。細胞濃度OD600nmが0.6に達すると、最終濃度0.1mmol / LのIPTGを添加し、組換え株を28℃で10時間培養してタンパク質を発現させた。 The recombinant strain was inoculated from a glycerol tube into 100 mL LB liquid medium containing 100 μg / mL ampicillin at an inoculum of 0.1% (v / v) and cultured at 37 ° C. and 200 rpm for 12 hours. The culture solution was transferred to 400 mL of LB medium containing 100 μg / mL of ampicillin at an inoculum of 1% (v / v) and cultured at 37 ° C. and 200 rpm. When the cell concentration OD600 nm reached 0.6, IPTG having a final concentration of 0.1 mmol / L was added, and the recombinant strain was cultured at 28 ° C. for 10 hours to express the protein.
[精製方法]
酵素精製:インキュベーション後、4℃および6000rpmでの遠心分離によって細胞を回収した。次いで、細胞をpH7.4PBS緩衝液で3回洗浄し、pH7.4PBS緩衝液で再懸濁し、4℃で20分間超音波処理し、10000rpmで遠心分離して上清を得た。
[Purification method]
Enzyme purification: After incubation, cells were harvested by centrifugation at 4 ° C. and 6000 rpm. The cells were then washed three times with pH 7.4 PBS buffer, resuspended in pH 7.4 PBS buffer, sonicated at 4 ° C. for 20 minutes, and centrifuged at 10,000 rpm to obtain a supernatant.
上清を1mL/分の流速でNi + −NTA樹脂に通し、流速1mL/分で50mMのイミダゾール溶液で溶出し、250mMのイミダゾール溶液で1mL/分の流速で溶出し、標的タンパク質を得た。 The supernatant was passed through Ni + -NTA resin at a flow rate of 1 mL / min, eluted with a 50 mM imidazole solution at a flow rate of 1 mL / min, and eluted with a 250 mM imidazole solution at a flow rate of 1 mL / min to obtain a target protein.
溶出した標的タンパク質を透析し、pH7.4のPBS緩衝液で4℃で脱塩した。透析液を2時間ごとに交換した。4回繰り返した後、得られた目的タンパク質を得た。 The eluted target protein was dialyzed and desalted with PBS buffer at pH 7.4 at 4 ° C. The dialysate was changed every 2 hours. After repeating 4 times, the obtained target protein was obtained.
ATPがAla−Glnの酵素反応に直接使用される場合、ATPの量はAlaおよびGlnのような他の基質と同量(モル)である。しかし、本発明ではATPを直接使用していない。ATPはアセチルリン酸とADPを用いて酢酸キナーゼによって形成されている。詳細な酵素反応データおよびいくつかの比較データを以下の表に示す。
枯草菌由来のアミノ酸リガーゼはATPを用いることによって44種類のα−ジペプチドを合成できることが知られている。表2に示すように、本発明の手法を用いることによって、そのうちの一部のジペプチドを合成できる。
本実施形態にて説明してきたように、組換え大腸菌BL21−pETHis−ywfEおよび大腸菌BL21−pETHis−ackをそれぞれ作製し、これらの菌株を別々に培養して組換えアミノ酸リガーゼYwfEおよび酢酸キナーゼAckを得る。さらに、アセチルリン酸のリン酸基が酢酸キナーゼの作用下でADPからATPを生成し、その生成したATPを用いてアミノ酸リガーゼが、LアラニルLグルタミンなどペプチドを合成する。このようにして、高価なATPを添加しなくても、酢酸を利用して、ペプチド合成の効率を上げることができる。 As described in this embodiment, recombinant Escherichia coli BL21-pETHis-ywfE and Escherichia coli BL21-pETHis-ack were prepared, and these strains were separately cultured to obtain recombinant amino acid ligase YwfE and acetate kinase Ack. obtain. Furthermore, the phosphate group of acetyl phosphate generates ATP from ADP under the action of acetate kinase, and amino acid ligase synthesizes a peptide such as L-alanyl L-glutamine using the generated ATP. In this way, the efficiency of peptide synthesis can be increased by using acetic acid without adding expensive ATP.
また、組換え大腸菌BL21−pETHis−ywfEおよび大腸菌BL21−pETHis−ackは、生育環境がほぼ同じため、大腸菌と枯草菌など別の種類の菌株を使うことと比較すると、ほぼ同様の設備を使用でき、ほぼ同じ種類の培地を使用できるため、金額やスペースなどのコストが節約できる。さらに、酢酸はATPよりも安価で安定的に入手できるため、安価でかつ工業的に大量生産可能なペプチド合成方法が提供できる。 In addition, the recombinant Escherichia coli BL21-pETHis-ywfE and Escherichia coli BL21-pETHis-ack have almost the same growth environment. Because almost the same type of medium can be used, costs such as money and space can be saved. Furthermore, since acetic acid is cheaper and more stably available than ATP, a peptide synthesis method that is inexpensive and can be industrially mass-produced can be provided.
Claims (2)
アミノ酸リガーゼの遺伝子を有する第二の組換え大腸菌と、を培養する工程と、
前記第一の組換え大腸菌由来のアセテートキナーゼを用いてATPを生成する工程と、
前記ATPを用いて、第二の組換え大腸菌由来のアミノ酸リガーゼがペプチドを合成する工程を含むペプチド合成方法。 A first recombinant E. coli having an acetate kinase gene;
Culturing a second recombinant E. coli having an amino acid ligase gene;
Producing ATP using acetate kinase from the first recombinant E. coli;
A peptide synthesis method comprising a step in which an amino acid ligase derived from a second recombinant Escherichia coli synthesizes a peptide using the ATP.
前記ペプチドがLアラニルLグルタミンであるペプチド合成方法。
The peptide synthesis method according to claim 1,
A peptide synthesis method wherein the peptide is L alanyl L glutamine.
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