JP2020028240A - Non-archaebacterium organism having novel mevalonate pathway - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、新規メバロン酸経路を有する非古細菌生物等に関する。 The present invention relates to non-archaeal organisms having a novel mevalonate pathway.
イソプレノイドは自然界最大の天然有機化合物群であり、70,000種以上が存在するとされている。イソプレノイドは全ての生物ドメインで生理学的に重要な役割を担っている。例えば、呼吸鎖キノン、高等動物におけるビタミンAやビタミンKのような脂溶性ビタミン類、膜脂質の構成成分やホルモンのようなステロイド類、高等植物におけるカロテノイド、アブシシン酸やジベレリンのような植物ホルモンなどが代表例として挙げられる。またアーキアにおける全ての膜脂質はイソプレノイドによって炭化水素鎖が構成され、極限環境への適応に関与している。 Isoprenoids are the largest group of natural organic compounds in nature, with over 70,000 species believed to exist. Isoprenoids play a physiologically important role in all biological domains. For example, respiratory chain quinones, fat-soluble vitamins such as vitamin A and vitamin K in higher animals, steroids such as constituents of membrane lipids and hormones, carotenoids in higher plants, plant hormones such as abscisic acid and gibberellin, etc. Are typical examples. In addition, all membrane lipids in Archia are composed of hydrocarbon chains by isoprenoids, and are involved in adaptation to the extreme environment.
イソプレノイドは、炭素数5の活性イソプレン単位であるイソペンテニル二リン酸(IPP)と、その構造異性体であるジメチルアリル二リン酸(DMAPP)を前駆体として合成される。これらの前駆体を合成する経路としては、メバロン酸(MVA)経路が知られている。MVA経路は、アセチルCoAを出発物質とし、MVAを経てIPPを合成する経路である。DMAPPはIPPの異性化により合成される。 Isoprenoids are synthesized using, as precursors, isopentenyl diphosphate (IPP), an active isoprene unit having 5 carbon atoms, and dimethylallyl diphosphate (DMAPP), a structural isomer thereof. The mevalonic acid (MVA) pathway is known as a pathway for synthesizing these precursors. The MVA pathway is a pathway in which acetyl-CoA is used as a starting material to synthesize IPP via MVA. DMAPP is synthesized by isomerization of IPP.
イソプレノイドは、医薬、ビタミン、テルペン、ゴム等の種々の物質そのものを構成する、或いはこれらの原料となる化合物であり、メバロン酸経路を利用したイソプレノイドの製造方法が各種知られている(特許文献1)。しかしながら、いずれの方法も、既存のメバロン酸経路(図1)を利用するものである。 Isoprenoids are compounds that constitute various substances themselves, such as medicines, vitamins, terpenes, and rubbers, or are raw materials for these substances, and various methods for producing isoprenoids using the mevalonic acid pathway are known (Patent Document 1). ). However, both methods utilize the existing mevalonate pathway (FIG. 1).
本発明者は、新規メバロン酸経路を見出すことに着目した。本発明は、新規メバロン酸経路を見出し、これを利用したイソプレノイド化合物製造技術を提供することを課題とする。 The present inventors have focused on finding a novel mevalonate pathway. An object of the present invention is to find a novel mevalonic acid pathway and to provide an isoprenoid compound production technique using the same.
本発明者は、鋭意研究を進めた結果、古細菌AcnXタンパク質のコード配列を含むポリヌクレオチド、及び古細菌UbiDタンパク質ホモログのコード配列を含むポリヌクレオチドを含む、非古細菌生物であれば、上記課題を解決できることを見出した。 The present inventor has conducted intensive studies and found that a polynucleotide containing a coding sequence of an archaeal AcnX protein, and a polynucleotide containing a coding sequence of an archaeal UbiD protein homolog, as long as the subject is a non-archaeal organism, Can be solved.
即ち、本発明は、下記の態様を包含する。 That is, the present invention includes the following embodiments.
項1.
古細菌AcnXタンパク質のコード配列を含むポリヌクレオチド、及び古細菌UbiDタンパク質ホモログのコード配列を含むポリヌクレオチドを含む、非古細菌生物。
Item 1.
A non-archaeal organism comprising a polynucleotide comprising a coding sequence for an archaeal AcnX protein and a polynucleotide comprising a coding sequence for an archaeal UbiD protein homolog.
項2.
さらに、フラビンプレニルトランスフェラーゼのコード配列を含むポリヌクレオチドを含む、項1に記載の非古細菌生物。
Item 2.
Item 2. The non-archaeal organism according to Item 1, further comprising a polynucleotide comprising a coding sequence for flavin prenyl transferase.
項3.
前記古細菌AcnXタンパク質がクレンアーキオータ門又はユリアーキオータ門由来のタンパク質であり、且つ前記古細菌UbiDタンパク質ホモログがクレンアーキオータ門又はユリアーキオータ門由来のタンパク質である、項1又は2に記載の非古細菌生物。
Item 3.
Item 3. The archaeal AcnX protein is a protein derived from the phylum Clearchaeota or Juliachiota, and the archaeal UbiD protein homolog is a protein derived from the phylum Clearchaeota or Juliachyota. Non-archaeal organisms.
項4.
前記古細菌AcnXタンパク質及び前記古細菌UbiDタンパク質ホモログが、共にクレンアーキオータ門由来のタンパク質である、項1〜3のいずれかに記載の非古細菌生物。
Item 4.
Item 4. The non-archaeal organism according to any one of Items 1 to 3, wherein the archaeal AcnX protein and the archaeal UbiD protein homolog are both proteins derived from the phylum Clenarchota.
項5.
前記古細菌AcnXタンパク質が下記(A)又は(B)に記載の複合体タンパク質:
(A)配列番号1〜2のいずれかに示されるアミノ酸配列からなるラージサブユニットと、配列番号3〜4のいずれかに示されるアミノ酸配列からなるスモールサブユニットとを含む複合体タンパク質、又は
(B)配列番号1〜2のいずれかに示されるアミノ酸配列と70%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなるラージサブユニットと、配列番号3〜4のいずれかに示されるアミノ酸配列と70%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなるスモールサブユニットとを含む複合体タンパク質であり、且つ5-ホスホメバロン酸(MVA5P)デヒドラターゼ活性を有する複合体タンパク質、
であり、且つ
前記古細菌UbiDタンパク質ホモログが下記(C)又は(D)に記載のタンパク質:
(C)配列番号5〜6のいずれかに示されるアミノ酸配列からなるタンパク質、又は
(D)配列番号5〜6のいずれかに示されるアミノ酸配列と70%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つトランス アンヒドロ 5-ホスホメバロン酸(tAHMP)デカルボキシラーゼ活性を有するタンパク質、
である、項1〜4のいずれかに記載の非古細菌生物。
Item 5.
The archaeal AcnX protein is a complex protein according to the following (A) or (B):
(A) a complex protein comprising a large subunit consisting of the amino acid sequence shown in any of SEQ ID NOs: 1 and 2 and a small subunit consisting of the amino acid sequence shown in any of SEQ ID NOs: 3 to 4, or B) A large subunit consisting of an amino acid sequence having 70% or more identity with the amino acid sequence shown in any of SEQ ID NOs: 1 and 2, and 70% or more with the amino acid sequence shown in any of SEQ ID NOs: 3 to 4 A complex protein comprising a small subunit having an amino acid sequence having the same identity as described above, and a complex protein having 5-phosphomevalonate (MVA5P) dehydratase activity;
And the archaeal UbiD protein homolog is a protein described in the following (C) or (D):
(C) a protein consisting of the amino acid sequence shown in any of SEQ ID NOs: 5-6, or (D) consisting of an amino acid sequence having 70% or more identity with the amino acid sequence shown in any of SEQ ID NOs: 5-6. A protein having transanhydro 5-phosphomevalonate (tAHMP) decarboxylase activity, and
Item 5. The non-archaeal organism according to any one of Items 1 to 4.
項6.
前記非古細菌生物が、腸内細菌科細菌、放線菌、乳酸菌、クロストリジア、シアノバクテリア、酵母、藻類、糸状菌、又は植物である、項1〜5のいずれかに記載の非古細菌生物。
Item 6.
Item 6. The non-archaeal organism according to any one of Items 1 to 5, wherein the non-archaeal organism is Enterobacteriaceae, actinomycetes, lactic acid bacteria, clostridia, cyanobacteria, yeast, algae, filamentous fungi, or plants.
項7.
さらに、メバロン酸経路上の他の酵素のコード配列を含むポリヌクレオチドを含む、項1〜6のいずれかに記載の非古細菌生物。
Item 7.
Item 7. The non-archaeal organism according to any one of Items 1 to 6, further comprising a polynucleotide containing a coding sequence of another enzyme on the mevalonate pathway.
項8.
前記他の酵素が、アセトアセチルCoAチオラーゼ、HMG-CoAシンターゼ、HMG-CoAレダクターゼ、メバロン酸キナーゼ(MVK)、イソペンテニルリン酸キナーゼ(IPK)、及びイソペンテニル二リン酸イソメラーゼ(IDI)からなる群より選択される少なくとも1種である、項7に記載の非古細菌生物。
Item 8.
The other enzyme is a group consisting of acetoacetyl-CoA thiolase, HMG-CoA synthase, HMG-CoA reductase, mevalonate kinase (MVK), isopentenyl phosphate kinase (IPK), and isopentenyl diphosphate isomerase (IDI). Item 8. The non-archaeal organism according to item 7, which is at least one selected from the group consisting of:
項9.
項1〜8のいずれかに記載の非古細菌生物の培養物。
Item 9.
Item 10. A culture of a non-archaeal organism according to any one of Items 1 to 8.
項10.
項9に記載の培養物から、一般式(1):
Item 10.
From the culture according to item 9, the compound represented by the general formula (1):
[式中、Xはリン酸基、又はヒドロキシ基又は水素を示す。]
で表される化合物、及び/又は一般式(2):
[In the formula, X represents a phosphate group, a hydroxy group, or hydrogen. ]
And / or the general formula (2):
[式中、Yはメチル基、ビニル基、又はヒドロキシ基を示す。]
で表される化合物を得ることを含む、メバロン酸経路中間体又はその類縁体の製造方法。
[In the formula, Y represents a methyl group, a vinyl group, or a hydroxy group. ]
A method for producing a mevalonic acid pathway intermediate or an analog thereof, comprising obtaining a compound represented by the formula:
項11.
一般式(1):
Item 11.
General formula (1):
[式中、Xはヒドロキシ基、リン酸基又は水素を示す。]
で表される化合物、及び/若しくは一般式(2):
[In the formula, X represents a hydroxy group, a phosphate group, or hydrogen. ]
And / or the general formula (2):
[式中、Yはメチル基、ビニル基、又はヒドロキシ基を示す。]
で表される化合物、それらの塩、又はそれらの溶媒和物。
[In the formula, Y represents a methyl group, a vinyl group, or a hydroxy group. ]
Or a salt thereof, or a solvate thereof.
項12.
項9に記載の培養物から、
(a)イソプレノイド化合物、並びに/又は
(b)一般式(1):
Item 12.
From the culture according to item 9,
(A) an isoprenoid compound, and / or (b) a general formula (1):
[式中、Xはヒドロキシ基、リン酸基又は水素を示す。]
で表される化合物の脱炭酸生成物、及び/若しくは一般式(2):
[In the formula, X represents a hydroxy group, a phosphate group, or hydrogen. ]
And / or a general formula (2):
[式中、Yはメチル基、ビニル基、又はヒドロキシ基を示す。]
で表される化合物の脱炭酸生成物、
を得ることを含む、化合物の製造方法。
[In the formula, Y represents a methyl group, a vinyl group, or a hydroxy group. ]
A decarboxylation product of the compound represented by
A method for producing a compound, comprising obtaining
項13.
古細菌AcnXタンパク質のコード配列及び古細菌UbiDタンパク質ホモログのコード配列を含む、単離されたポリヌクレオチド。
Item 13.
An isolated polynucleotide comprising a coding sequence for an archaeal AcnX protein and a coding sequence for an archaeal UbiD protein homolog.
項14.
古細菌AcnXタンパク質を含有する、MVA5Pデヒドラターゼ酵素剤。
Item 14.
An MVA5P dehydratase enzyme preparation containing an archaeal AcnX protein.
項15.
古細菌UbiDタンパク質ホモログを含有する、tAHMPデカルボキシラーゼ酵素剤。
Item 15.
A tAHMP decarboxylase enzyme preparation containing an archaeal UbiD protein homolog.
本発明によれば、新規メバロン酸経路を利用したイソプレノイド化合物製造技術を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a technique for producing an isoprenoid compound using a novel mevalonate pathway.
本明細書中において、「含有」及び「含む」なる表現については、「含有」、「含む」、「実質的にからなる」及び「のみからなる」という概念を含む。 In this specification, the expressions “contain” and “include” include the concepts of “contain”, “include”, “consisting essentially of”, and “consisting only of”.
本明細書において、アミノ酸配列の「同一性」とは、2以上の対比可能なアミノ酸配列の、お互いに対するアミノ酸配列の一致の程度をいう。従って、ある2つのアミノ酸配列の一致性が高いほど、それらの配列の同一性又は類似性は高い。アミノ酸配列の同一性のレベルは、例えば、配列分析用ツールであるFASTAを用い、デフォルトパラメータを用いて決定される。若しくは、Karlin及びAltschulによるアルゴリズムBLAST(Karlin S, Altschul SF.“Methods for assessing the statistical significance of molecular sequence features by using general scoring schemes” Proc. Natl. Acad. Sci. USA.87:2264−2268(1990)、KarlinS,Altschul SF.“Applications and statistics for multiple high−scoring segments in molecular sequences.”Proc. Natl. Acad. Sci. USA.90:5873−7(1993))を用いて決定できる。このようなBLASTのアルゴリズムに基づいたBLASTXと呼ばれるプログラムが開発されている。これらの解析方法の具体的な手法は公知であり、National Center of Biotechnology Information(NCBI)のウェブサイト(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)を参照すればよい。また、塩基配列の「同一性」も上記に準じて定義される。 本明細書中において、「保存的置換」とは、アミノ酸残基が類似の側鎖を有するアミノ酸残基に置換されることを意味する。例えば、リジン、アルギニン、ヒスチジンといった塩基性側鎖を有するアミノ酸残基同士で置換されることが、保存的な置換にあたる。その他、アスパラギン酸、グルタミン酸といった酸性側鎖を有するアミノ酸残基;グリシン、アスパラギン、グルタミン、セリン、スレオニン、チロシン、システインといった非帯電性極性側鎖を有するアミノ酸残基;アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、プロリン、フェニルアラニン、メチオニン、トリプトファンといった非極性側鎖を有するアミノ酸残基;スレオニン、バリン、イソロイシンといったβ−分枝側鎖を有するアミノ酸残基;チロシン、フェニルアラニン、トリプトファン、ヒスチジンといった芳香族側鎖を有するアミノ酸残基同士での置換も同様に、保存的な置換にあたる。 As used herein, the term "identity" of an amino acid sequence refers to the degree of coincidence of two or more comparable amino acid sequences with each other. Thus, the higher the identity between certain two amino acid sequences, the higher the identity or similarity between those sequences. The level of amino acid sequence identity is determined, for example, using FASTA, a tool for sequence analysis, using default parameters. Alternatively, an algorithm BLAST by Karlin and Altschul (Karlin S, Altschul SF. "Methods for assessing the statistical significance of molecular sequence features by using general scoring schemes" Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 87: 2264-2268 (1990) KarlinS, Altschul SF, "Applications and statistics for multiple high-scoring segments in molecular sequences." Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 90: 5873-7 (1993)). A program called BLASTX based on such a BLAST algorithm has been developed. Specific techniques for these analysis methods are known, and may be referred to the website of the National Center for Biotechnology Information (NCBI) (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/). The “identity” of the nucleotide sequence is also defined according to the above. As used herein, “conservative substitution” means that an amino acid residue is substituted with an amino acid residue having a similar side chain. For example, substitution between amino acid residues having a basic side chain such as lysine, arginine, and histidine is a conservative substitution. In addition, aspartic acid, amino acid residues having an acidic side chain such as glutamic acid; glycine, asparagine, glutamine, serine, threonine, tyrosine, amino acid residues having a non-charged polar side chain such as cysteine; alanine, valine, leucine, isoleucine, Amino acid residues having non-polar side chains such as proline, phenylalanine, methionine and tryptophan; amino acid residues having β-branched side chains such as threonine, valine and isoleucine; having aromatic side chains such as tyrosine, phenylalanine, tryptophan and histidine Similarly, substitution between amino acid residues corresponds to conservative substitution.
本明細書において、DNA、RNAなどのポリヌクレオチドには、次に例示するように、公知の化学修飾が施されていてもよい。ヌクレアーゼなどの加水分解酵素による分解を防ぐために、各ヌクレオチドのリン酸残基(ホスフェート)を、例えば、ホスホロチオエート(PS)、メチルホスホネート、ホスホロジチオネート等の化学修飾リン酸残基に置換することができる。また、各リボヌクレオチドの糖(リボース)の2位の水酸基を、-OR(Rは、例えばCH3(2´-O-Me)、CH2CH2OCH3(2´-O-MOE)、CH2CH2NHC(NH)NH2、CH2CONHCH3、CH2CH2CN等を示す)に置換してもよい。さらに、塩基部分(ピリミジン、プリン)に化学修飾を施してもよく、例えば、ピリミジン塩基の5位へのメチル基やカチオン性官能基の導入、あるいは2位のカルボニル基のチオカルボニルへの置換などが挙げられる。さらには、リン酸部分やヒドロキシル部分が、例えば、ビオチン、アミノ基、低級アルキルアミン基、アセチル基等で修飾されたものなどを挙げることができるが、これに限定されない。また、ヌクレオチドの糖部の2´酸素と4´炭素を架橋することにより、糖部のコンフォーメーションをN型に固定したものであるBNA(LNA)等もまた、好ましく用いられ得る。 本明細書において、「古細菌」とは、特に制限されず、例えばクレンアーキオータ門、ユリアーキオータ門、タウムアーキオータ門、アイグアーキオータ門、コルアーキオータ門、バチアーキオータ門、ロキアーキオータ門等の古細菌が挙げられ、これらの中でも好ましくはクレンアーキオータ門、ユリアーキオータ門等の古細菌が挙げられる。クレンアーキオータ門の古細菌として、好ましくはデスルフロコックス科の古細菌、より好ましくはアエロピュルム属の古細菌、さらに好ましくはアエロピュルム・ペルニクス(Aeropyrum pernix)が挙げられる。ユリアーキオータ門の古細菌として、好ましくはメタノサルキナ科の古細菌、より好ましくはメタノサルキナ属の古細菌、さらに好ましくはメタノサルキナ・マゼイ(Methanosarcina mazei)が挙げられる。 In the present specification, known chemical modifications may be applied to polynucleotides such as DNA and RNA, as exemplified below. In order to prevent degradation by a hydrolase such as nuclease, the phosphate residue (phosphate) of each nucleotide is replaced with a chemically modified phosphate residue such as phosphorothioate (PS), methylphosphonate or phosphorodithionate. Can be. Further, the hydroxyl group at the 2-position of the sugar (ribose) of each ribonucleotide is represented by -OR (R is, for example, CH 3 (2′-O-Me), CH 2 CH 2 OCH 3 (2′-O-MOE), CH 2 CH 2 NHC (NH) NH 2 , CH 2 CONHCH 3 , CH 2 CH 2 CN, etc.). Further, the base moiety (pyrimidine, purine) may be chemically modified, for example, introduction of a methyl group or a cationic functional group at the 5-position of the pyrimidine base, or substitution of the carbonyl group at the 2-position with thiocarbonyl. Is mentioned. Furthermore, those in which the phosphate moiety or the hydroxyl moiety is modified with, for example, biotin, an amino group, a lower alkylamine group, an acetyl group, and the like can be given, but not limited thereto. In addition, BNA (LNA) or the like in which the conformation of the sugar moiety is fixed to the N-type by crosslinking the 2 ′ oxygen and 4 ′ carbon of the sugar moiety of the nucleotide can also be preferably used. In the present specification, the term “archaea” is not particularly limited and includes, for example, Clenarchota, Uriaquiota, Taumarchota, Aiguachiota, Koruarchota, Batachiota, Loki Archaea such as Archaeota are preferred, and archaea such as Clenarchota and Juliachiota are preferred. Archaea of the phylum Clenarchota preferably include archaea of the family Desulfurocox, more preferably archaea of the genus Aeropyrum, and even more preferably Aeropyrum pernix. Archaea of the phylum Uriliachiota preferably include archaea of the family Methanosarcina, more preferably archaea of the genus Methanosarcina, and even more preferably Methanosarcina mazei.
本明細書において、エステル(−COOR)におけるRとしては、例えば、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチルなどのC1−6アルキル基;例えば、シクロペンチル、シクロヘキシルなどのC3−8シクロアルキル基;例えば、フェニル、α−ナフチルなどのC6−12アリール基;例えば、ベンジル、フェネチルなどのフェニル−C1−2アルキル基;α−ナフチルメチルなどのα−ナフチル−C1−2アルキル基などのC7−14アラルキル基;ピバロイルオキシメチル基などが用いられる。 In the present specification, R in the ester (—COOR) is, for example, a C1-6 alkyl group such as methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, and n-butyl; for example, C3-8 cycloalkyl such as cyclopentyl and cyclohexyl. Groups; for example, C6-12 aryl groups such as phenyl and α-naphthyl; phenyl-C1-2 alkyl groups such as benzyl and phenethyl; and C7 such as α-naphthyl-C1-2 alkyl groups such as α-naphthylmethyl. -14 aralkyl group; pivaloyloxymethyl group and the like are used.
1.非古細菌生物
本発明は、その一態様において、古細菌AcnXタンパク質のコード配列を含むポリヌクレオチド(本明細書において、「AcnXコードポリヌクレオチド」と示すこともある。)、及び古細菌UbiDタンパク質ホモログのコード配列を含むポリヌクレオチド(本明細書において、「UbiDホモログコードポリヌクレオチド」と示すこともある。)を含む、非古細菌生物(本明細書において、「本発明の生物」と示すこともある。)に関する。以下に、これについて説明する。
1. Non-archaeal organisms In one aspect, the invention provides a polynucleotide comprising a coding sequence for an archaeal AcnX protein (sometimes referred to herein as an "AcnX-encoding polynucleotide"), and an archaeal UbiD protein homolog. Non-archaeal organisms (also referred to herein as "organisms of the present invention"), including polynucleotides comprising the coding sequence of (UbiD homolog encoding polynucleotide). There is). Hereinafter, this will be described.
1-1.古細菌AcnXタンパク
古細菌AcnXタンパク質は、ラージサブユニット(AcnX L)とスモールサブユニット(AcnX S)とからなる複合体タンパク質であり、古細菌由来のAcnXタンパク質である限り特に制限されない。
1-1. Archaeal AcnX Protein Archaeal AcnX protein is a complex protein composed of a large subunit (AcnXL) and a small subunit (AcnXS), and is not particularly limited as long as it is an archaebacterial AcnX protein.
古細菌AcnXタンパク質の具体例を以下の表1に示す。各IDについて、アンダーバー(_)を含むIDはMBGD (mgbd.genome.ad.jp)におけるIDである。表1に示す種以外の古細菌におけるAcnXタンパク質についても、同一性、相同性検索により、容易に決定することができる。 Specific examples of archaeal AcnX proteins are shown in Table 1 below. For each ID, an ID including an underscore (_) is an ID in MBGD (mgbd.genome.ad.jp). The AcnX protein in archaea other than the species shown in Table 1 can be easily determined by searching for identity and homology.
古細菌AcnXタンパク質は、5-ホスホメバロン酸(MVA5P)デヒドラターゼ活性を有する限りにおいて、内在性のタンパク質に対して、変異が導入されたものであってもよい。ここで、MVA5Pデヒドラターゼ活性は、MVA5Pを、式: The archaeal AcnX protein may have a mutation introduced into the endogenous protein as long as it has 5-phosphomevalonate (MVA5P) dehydratase activity. Here, MVA5P dehydratase activity is obtained by converting MVA5P into the formula:
で表される化合物(トランス アンヒドロ 5-ホスホメバロン酸(tAHMP))に変換する活性である。 It is an activity of converting into a compound represented by the formula (transanhydro 5-phosphomevalonic acid (tAHMP)).
MVA5Pデヒドラターゼ活性の有無は、基質(MVA5P)と判定対象タンパク質とを反応させて、反応物を分析(例えば、クロマトグラフィーで分離)して、反応物中にtAHMPが含まれるか否かを調べることによって、判定することができる。具体的には、例えば実施例2に記載の方法によって、判定することができる。 The presence or absence of MVA5P dehydratase activity is determined by reacting the substrate (MVA5P) with the protein to be determined, analyzing the reaction product (eg, by chromatography), and examining whether the reaction product contains tAHMP. Can be determined. Specifically, for example, it can be determined by the method described in the second embodiment.
変異タンパク質は、好ましくは内在性古細菌AcnXラージサブユニットのアミノ酸配列と70%以上(好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、よりさらに好ましくは97%以上、特に好ましくは99%以上)の同一性を有するアミノ酸配列からなるタンパク質と、内在性古細菌AcnXスモールサブユニットのアミノ酸配列と70%以上(好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、よりさらに好ましくは97%以上、特に好ましくは99%以上)の同一性を有するアミノ酸配列からなるタンパク質とを含む複合体タンパク質であり、且つMVA5Pデヒドラターゼ活性を有する複合体タンパク質である。変異としては、例えば置換、欠失、付加、挿入等が挙げられ、好ましくは置換が挙げられ、より好ましくは保存的置換が挙げられる。変異アミノ酸の数は、好ましくは1又は複数個、より好ましくは1〜8個、さらに好ましくは1〜4個、よりさらに好ましくは1個である。 The mutant protein is preferably 70% or more (preferably 80% or more, more preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, even more preferably 97% or more, of the amino acid sequence of the endogenous archaeal AcnX large subunit. Particularly preferably, a protein consisting of an amino acid sequence having an identity of 99% or more, and 70% or more (preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and still more preferably) the amino acid sequence of an endogenous archaeal AcnX small subunit. Is a complex protein comprising an amino acid sequence having an identity of 95% or more, still more preferably 97% or more, particularly preferably 99% or more), and a complex protein having MVA5P dehydratase activity. . Mutations include, for example, substitutions, deletions, additions, insertions, and the like, preferably substitutions, and more preferably conservative substitutions. The number of mutant amino acids is preferably one or more, more preferably 1 to 8, still more preferably 1 to 4, and still more preferably 1.
古細菌AcnXタンパク質の好ましい一態様は、下記(A)又は(B)に記載の複合体タンパク質:
(A)配列番号1〜2のいずれかに示されるアミノ酸配列からなるラージサブユニットと、配列番号3〜4のいずれかに示されるアミノ酸配列からなるスモールサブユニットとを含む複合体タンパク質、又は
(B)配列番号1〜2のいずれかに示されるアミノ酸配列と70%以上(好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、よりさらに好ましくは97%以上、特に好ましくは99%以上)の同一性を有するアミノ酸配列からなるラージサブユニットと、配列番号3〜4のいずれかに示されるアミノ酸配列と70%以上(好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、よりさらに好ましくは97%以上、特に好ましくは99%以上)の同一性を有するアミノ酸配列からなるスモールサブユニットとを含む複合体タンパク質であり、且つMVA5Pデヒドラターゼ活性を有する複合体タンパク質、
である。変異としては、例えば置換、欠失、付加、挿入等が挙げられ、好ましくは置換が挙げられ、より好ましくは保存的置換が挙げられる。変異アミノ酸の数は、好ましくは1又は複数個、より好ましくは1〜8個、さらに好ましくは1〜4個、よりさらに好ましくは1個である。
One preferred embodiment of the archaeal AcnX protein is a complex protein according to (A) or (B) below:
(A) a complex protein comprising a large subunit consisting of the amino acid sequence shown in any of SEQ ID NOs: 1 and 2 and a small subunit consisting of the amino acid sequence shown in any of SEQ ID NOs: 3 to 4, or B) 70% or more (preferably 80% or more, more preferably 90% or more, further preferably 95% or more, still more preferably 97% or more, particularly preferably 70% or more of the amino acid sequence shown in any of SEQ ID NOS: 1 and 2; A large subunit consisting of an amino acid sequence having an identity of 99% or more, and 70% or more (preferably 80% or more, more preferably 90% or more) of the amino acid sequence shown in any of SEQ ID NOS: 3 to 4, Complex tandem comprising an amino acid sequence having an identity of 95% or more, still more preferably 97% or more, and particularly preferably 99% or more. A complex protein that is protein and has MVA5P dehydratase activity,
It is. Mutations include, for example, substitutions, deletions, additions, insertions, and the like, preferably substitutions, and more preferably conservative substitutions. The number of mutant amino acids is preferably one or more, more preferably 1 to 8, still more preferably 1 to 4, and still more preferably 1.
なお、配列番号1は、A. pernix由来のAcnX Lであり、KEGGデータベース上のID:APE_2087.1に示されるアミノ酸配列である。配列番号2は、M. mazei由来のAcnX Lであり、KEGGデータベース上のID:MM_1525に示されるアミノ酸配列である。配列番号3は、A. pernix由来のAcnX Sであり、KEGGデータベース上のID:APE_2089に示されるアミノ酸配列である。配列番号4は、M. mazei由来のAcnX Sであり、KEGGデータベース上のID:MM_1524に示されるアミノ酸配列である。 Note that SEQ ID NO: 1 is AcnXL derived from A. pernix and is an amino acid sequence represented by ID: APE_2087.1 on the KEGG database. SEQ ID NO: 2 is AcnXL derived from M. mazei, and is an amino acid sequence represented by ID: MM_1525 on the KEGG database. SEQ ID NO: 3 is AcnX S derived from A. pernix, and is an amino acid sequence represented by ID: APE — 2089 on the KEGG database. SEQ ID NO: 4 is AcnX S derived from M. mazei, and is an amino acid sequence represented by ID: MM_1524 on the KEGG database.
古細菌AcnXタンパク質は、上記「活性」を有する限りにおいて、化学修飾されたものであってもよい。 The archaeal AcnX protein may be chemically modified as long as it has the above-mentioned "activity".
古細菌AcnXタンパク質は、C末端がカルボキシル基(−COOH)、カルボキシレート(−COO−)、アミド(−CONH2)またはエステル(−COOR)の何れであってもよい。 Archaeal AcnX protein, C-terminal, carboxyl group (-COOH), a carboxylate (-COO -), may be any of an amide (-CONH 2) or an ester (-COOR).
古細菌AcnXタンパク質は、C末端以外のカルボキシル基(またはカルボキシレート)が、アミド化またはエステル化されていてもよい。この場合のエステルとしては、例えば上記したC末端のエステルなどが用いられる。 Archaeal AcnX proteins may have amidated or esterified carboxyl groups (or carboxylate) other than the C-terminus. As the ester in this case, for example, the above-mentioned C-terminal ester and the like are used.
さらに、古細菌AcnXタンパク質には、N末端のアミノ酸残基のアミノ基が保護基(例えば、ホルミル基、アセチル基などのC1−6アルカノイルなどのC1−6アシル基など)で保護されているもの、生体内で切断されて生成し得るN末端のグルタミン残基がピログルタミン酸化したもの、分子内のアミノ酸の側鎖上の置換基(例えば−OH、−SH、アミノ基、イミダゾール基、インドール基、グアニジノ基など)が適当な保護基(例えば、ホルミル基、アセチル基などのC1−6アルカノイル基などのC1−6アシル基など)で保護されているもの、あるいは糖鎖が結合したいわゆる糖蛋白質などの複合蛋白質なども包含される。 Furthermore, in the archaeal AcnX protein, the amino group of the N-terminal amino acid residue is protected with a protecting group (for example, a C 1-6 acyl group such as a C 1-6 alkanoyl such as a formyl group or an acetyl group). One, an N-terminal glutamine residue that can be generated by cleavage in vivo, pyroglutamine-oxidized, a substituent on the side chain of an amino acid in the molecule (e.g., -OH, -SH, amino group, imidazole group, Indole group, guanidino group, etc.) protected with an appropriate protecting group (eg, C 1-6 acyl group such as C 1-6 alkanoyl group such as formyl group and acetyl group), or a sugar chain bound Complex proteins such as so-called glycoproteins are also included.
古細菌AcnXタンパク質は、上記「活性」を有する限りにおいて、公知のタンパク質タグ、シグナル配列等のタンパク質又はペプチドが付加されたものであってもよい。タンパク質タグとしては、例えばビオチン、Hisタグ、FLAGタグ、Haloタグ、MBPタグ、HAタグ、Mycタグ、V5タグ、PAタグ等が挙げられる。 The archaeal AcnX protein may be a protein to which a protein or peptide such as a known protein tag or signal sequence is added, as long as it has the above-mentioned “activity”. Examples of the protein tag include biotin, His tag, FLAG tag, Halo tag, MBP tag, HA tag, Myc tag, V5 tag, PA tag and the like.
古細菌AcnXタンパク質は、酸または塩基との塩の形態であってもよい。塩は、特に限定されず、酸性塩、塩基性塩のいずれも採用することができる。例えば酸性塩の例としては、塩酸塩、臭化水素酸塩、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩等の無機酸塩; 酢酸塩、プロピオン酸塩、酒石酸塩、フマル酸塩、マレイン酸塩、リンゴ酸塩、クエン酸塩、メタンスルホン酸塩、パラトルエンスルホン酸塩等の有機酸塩; アスパラギン酸塩、グルタミン酸塩等のアミノ酸塩等が挙げられる。また、塩基性塩の例として、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩; カルシウム塩、マグネシウム塩等のアルカリ土類金属塩等が挙げられる。 Archaeal AcnX proteins may be in the form of salts with acids or bases. The salt is not particularly limited, and any of an acidic salt and a basic salt can be employed. Examples of acidic salts include inorganic salts such as hydrochloride, hydrobromide, sulfate, nitrate, and phosphate; acetate, propionate, tartrate, fumarate, maleate, and apple. Organic acid salts such as acid salts, citrate salts, methanesulfonic acid salts, and paratoluenesulfonic acid salts; and amino acid salts such as aspartic acid salts and glutamate. Examples of the basic salt include alkali metal salts such as sodium salt and potassium salt; and alkaline earth metal salts such as calcium salt and magnesium salt.
古細菌AcnXタンパク質は、溶媒和物の形態であってもよい。溶媒は、特に限定されず、例えば水、エタノール、グリセロール、酢酸等が挙げられる。 Archaeal AcnX protein may be in the form of a solvate. The solvent is not particularly limited, and includes, for example, water, ethanol, glycerol, acetic acid and the like.
1-2.古細菌UbiDタンパク質ホモログ
古細菌UbiDタンパク質ホモログは、古細菌由来のUbiDタンパク質ホモログである限り特に制限されない。
1-2. Archaeal UbiD protein homologue The archaeal UbiD protein homolog is not particularly limited as long as it is an archaeal UbiD protein homolog.
古細菌UbiDタンパク質ホモログの具体例を上記の表1に示す。表1に示す種以外の古細菌におけるUbiDタンパク質ホモログについても、同一性、相同性検索により、容易に決定することができる。 Specific examples of archaeal UbiD protein homologs are shown in Table 1 above. UbiD protein homologs in archaea other than the species shown in Table 1 can be easily determined by searching for identity and homology.
古細菌UbiDタンパク質ホモログは、tAHMPデカルボキシラーゼ活性を有する限りにおいて、内在性のタンパク質に対して、変異が導入されたものであってもよい。ここで、tAHMPデカルボキシラーゼ活性は、式: The archaeal UbiD protein homolog may have a mutation introduced into an endogenous protein as long as it has tAHMP decarboxylase activity. Here, the tAHMP decarboxylase activity has the formula:
で表される化合物tAHMPを、イソペンテニルリン酸(IP)に変換する活性である。 Is an activity to convert the compound tAHMP represented by the formula into isopentenyl phosphate (IP).
tAHMPデカルボキシラーゼ活性の有無は、基質(tAHMP)と判定対象タンパク質とを反応させて、反応物を分析(例えば、クロマトグラフィーで分離)して、反応物中にIPが含まれるか否かを調べることによって、判定することができる。具体的には、例えば実施例4に記載の方法によって、判定することができる。 The presence or absence of tAHMP decarboxylase activity is determined by reacting the substrate (tAHMP) with the protein to be determined, analyzing the reaction product (eg, by chromatography), and examining whether the reaction product contains IP. Thus, the determination can be made. Specifically, for example, it can be determined by the method described in the fourth embodiment.
変異タンパク質は、好ましくは内在性古細菌UbiDタンパク質ホモログのアミノ酸配列と70%以上(好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、よりさらに好ましくは97%以上、特に好ましくは99%以上)の同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つtAHMPデカルボキシラーゼ活性を有するタンパク質である。変異としては、例えば置換、欠失、付加、挿入等が挙げられ、好ましくは置換が挙げられ、より好ましくは保存的置換が挙げられる。変異アミノ酸の数は、好ましくは1又は複数個、より好ましくは1〜8個、さらに好ましくは1〜4個、よりさらに好ましくは1個である。 The mutant protein is preferably 70% or more (preferably 80% or more, more preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, even more preferably 97% or more, particularly the amino acid sequence of the endogenous archaeal UbiD protein homolog. (Preferably 99% or more). It is a protein having an amino acid sequence having the same identity and having tAHMP decarboxylase activity. Mutations include, for example, substitutions, deletions, additions, insertions, and the like, preferably substitutions, and more preferably conservative substitutions. The number of mutant amino acids is preferably one or more, more preferably 1 to 8, still more preferably 1 to 4, and still more preferably 1.
古細菌UbiDタンパク質ホモログの好ましい一態様は、下記(C)又は(D)に記載の複合体タンパク質:
(C)配列番号5〜6のいずれかに示されるアミノ酸配列からなるタンパク質、又は
(D)配列番号5〜6のいずれかに示されるアミノ酸配列と70%以上(好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、よりさらに好ましくは97%以上、特に好ましくは99%以上)の同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つtAHMPデカルボキシラーゼ活性を有するタンパク質、
である。変異としては、例えば置換、欠失、付加、挿入等が挙げられ、好ましくは置換が挙げられ、より好ましくは保存的置換が挙げられる。変異アミノ酸の数は、好ましくは1又は複数個、より好ましくは1〜8個、さらに好ましくは1〜4個、よりさらに好ましくは1個である。
One preferred embodiment of the archaeal UbiD protein homolog is a complex protein according to the following (C) or (D):
(C) a protein consisting of the amino acid sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 5 to 6, or (D) 70% or more (preferably 80% or more, more preferably Is a protein comprising an amino acid sequence having an identity of 90% or more, more preferably 95% or more, still more preferably 97% or more, particularly preferably 99% or more, and having tAHMP decarboxylase activity;
It is. Mutations include, for example, substitutions, deletions, additions, insertions, and the like, preferably substitutions, and more preferably conservative substitutions. The number of mutant amino acids is preferably one or more, more preferably 1 to 8, still more preferably 1 to 4, and still more preferably 1.
なお、配列番号5は、A. pernix由来のUbiDタンパク質ホモログであり、KEGGデータベース上のID:APE_2078に示されるアミノ酸配列である。配列番号6は、M. mazei由来のUbiDタンパク質ホモログであり、KEGGデータベース上のID:MM_1526に示されるアミノ酸配列である。 Note that SEQ ID NO: 5 is a homolog of UbiD protein derived from A. pernix, and has an amino acid sequence represented by ID: APE — 2078 in the KEGG database. SEQ ID NO: 6 is a UbiD protein homolog derived from M. mazei, and has an amino acid sequence represented by ID: MM_1526 on the KEGG database.
古細菌UbiDタンパク質ホモログは、上記「活性」を有する限りにおいて、化学修飾されたものであってもよい。 The archaeal UbiD protein homolog may be chemically modified as long as it has the above "activity".
古細菌UbiDタンパク質ホモログは、C末端がカルボキシル基(−COOH)、カルボキシレート(−COO−)、アミド(−CONH2)またはエステル(−COOR)の何れであってもよい。 Archaeal UbiD protein homologues, C-terminal, carboxyl group (-COOH), a carboxylate (-COO -), may be any of an amide (-CONH 2) or an ester (-COOR).
古細菌UbiDタンパク質ホモログは、C末端以外のカルボキシル基(またはカルボキシレート)が、アミド化またはエステル化されていてもよい。この場合のエステルとしては、例えば上記したC末端のエステルなどが用いられる。 In the archaeal UbiD protein homolog, the carboxyl group (or carboxylate) other than the C-terminal may be amidated or esterified. As the ester in this case, for example, the above-mentioned C-terminal ester and the like are used.
さらに、古細菌UbiDタンパク質ホモログには、N末端のアミノ酸残基のアミノ基が保護基(例えば、ホルミル基、アセチル基などのC1−6アルカノイルなどのC1−6アシル基など)で保護されているもの、生体内で切断されて生成し得るN末端のグルタミン残基がピログルタミン酸化したもの、分子内のアミノ酸の側鎖上の置換基(例えば−OH、−SH、アミノ基、イミダゾール基、インドール基、グアニジノ基など)が適当な保護基(例えば、ホルミル基、アセチル基などのC1−6アルカノイル基などのC1−6アシル基など)で保護されているもの、あるいは糖鎖が結合したいわゆる糖蛋白質などの複合蛋白質なども包含される。 Further, in the archaeal UbiD protein homolog, the amino group of the N-terminal amino acid residue is protected with a protecting group (for example, a C 1-6 acyl group such as a C 1-6 alkanoyl such as a formyl group or an acetyl group). Or an N-terminal glutamine residue which can be generated by cleavage in vivo, which is pyroglutamine-oxidized, or a substituent (for example, -OH, -SH, amino group, imidazole group) on the side chain of an amino acid in the molecule. , An indole group, a guanidino group, etc.) are protected with a suitable protecting group (eg, a C 1-6 acyl group such as a C 1-6 alkanoyl group such as a formyl group or an acetyl group), or a sugar chain is protected. Complex proteins such as so-called glycoproteins bound thereto are also included.
古細菌UbiDタンパク質ホモログは、上記「活性」を有する限りにおいて、公知のタンパク質タグ、シグナル配列等のタンパク質又はペプチドが付加されたものであってもよい。タンパク質タグとしては、例えばビオチン、Hisタグ、FLAGタグ、Haloタグ、MBPタグ、HAタグ、Mycタグ、V5タグ、PAタグ等が挙げられる。 The archaeal UbiD protein homolog may be one to which a protein or peptide such as a known protein tag or signal sequence is added as long as it has the above-mentioned "activity". Examples of the protein tag include biotin, His tag, FLAG tag, Halo tag, MBP tag, HA tag, Myc tag, V5 tag, PA tag and the like.
古細菌UbiDタンパク質ホモログは、酸または塩基との塩の形態であってもよい。塩は、特に限定されず、酸性塩、塩基性塩のいずれも採用することができる。例えば酸性塩の例としては、塩酸塩、臭化水素酸塩、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩等の無機酸塩; 酢酸塩、プロピオン酸塩、酒石酸塩、フマル酸塩、マレイン酸塩、リンゴ酸塩、クエン酸塩、メタンスルホン酸塩、パラトルエンスルホン酸塩等の有機酸塩; アスパラギン酸塩、グルタミン酸塩等のアミノ酸塩等が挙げられる。また、塩基性塩の例として、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩; カルシウム塩、マグネシウム塩等のアルカリ土類金属塩等が挙げられる。 Archaeal UbiD protein homologs may be in the form of salts with acids or bases. The salt is not particularly limited, and any of an acidic salt and a basic salt can be employed. Examples of acidic salts include inorganic salts such as hydrochloride, hydrobromide, sulfate, nitrate, and phosphate; acetate, propionate, tartrate, fumarate, maleate, and apple. Organic acid salts such as acid salts, citrate salts, methanesulfonic acid salts, and paratoluenesulfonic acid salts; and amino acid salts such as aspartic acid salts and glutamate. Examples of the basic salt include alkali metal salts such as sodium salt and potassium salt; and alkaline earth metal salts such as calcium salt and magnesium salt.
古細菌UbiDタンパク質ホモログは、溶媒和物の形態であってもよい。溶媒は、特に限定されず、例えば水、エタノール、グリセロール、酢酸等が挙げられる。 Archaeal UbiD protein homologs may be in the form of a solvate. The solvent is not particularly limited, and includes, for example, water, ethanol, glycerol, acetic acid and the like.
1-3.AcnXコードポリヌクレオチド、UbiDホモログコードポリヌクレオチド
AcnXコードポリヌクレオチドは、古細菌AcnXタンパク質のコード配列を含む。UbiDホモログコードポリヌクレオチドは、古細菌UbiDタンパク質ホモログのコード配列を含む。
1-3. AcnX encoding polynucleotide, UbiD homolog encoding polynucleotide
An AcnX-encoding polynucleotide comprises a coding sequence for an archaeal AcnX protein. UbiD homolog encoding polynucleotides include coding sequences for archaeal UbiD protein homologs.
古細菌AcnXタンパク質コード配列としては、古細菌AcnXタンパク質をコードする塩基配列からなるポリヌクレオチドである限り、特に制限されない。AcnX Lコード配列としては、例えば下記(PL)又は(QL)に記載の塩基配列:
(PL)配列番号39〜40に示される塩基配列、又は
(QL)配列番号39〜40に示される塩基配列と70%以上(好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、よりさらに好ましくは97%以上、特に好ましくは99%以上)の同一性を有する塩基配列
が挙げられ、AcnX Sコード配列としては、例えば下記(PS)又は(QS)に記載の塩基配列:
(PS)配列番号41〜42に示される塩基配列、又は
(QS)配列番号41〜42に示される塩基配列と70%以上(好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、よりさらに好ましくは97%以上、特に好ましくは99%以上)の同一性を有する塩基配列
が挙げられる。変異としては、例えば置換、欠失、付加、挿入等が挙げられ、好ましくは置換が挙げられる。変異塩基の数は、好ましくは1又は複数個、より好ましくは1〜8個、さらに好ましくは1〜4個、よりさらに好ましくは1個である。
The archaeal AcnX protein coding sequence is not particularly limited as long as it is a polynucleotide consisting of a base sequence encoding the archaeal AcnX protein. The AcnXL coding sequence includes, for example, a base sequence described in the following (PL) or (QL):
70% or more (preferably 80% or more, more preferably 90% or more, more preferably 95% or more) of the nucleotide sequence shown in (PL) SEQ ID NOS: 39 to 40 or the nucleotide sequence shown in (QL) SEQ ID NOs: 39 to 40 % Or more, more preferably 97% or more, particularly preferably 99% or more). Examples of the AcnX S coding sequence include, for example, the following (PS) or (QS): :
70% or more (preferably 80% or more, more preferably 90% or more, more preferably 95% or more) of the nucleotide sequence shown in (PS) SEQ ID NOS: 41 to 42 or the nucleotide sequence shown in (QS) SEQ ID NOs: 41 to 42. % Or more, more preferably 97% or more, particularly preferably 99% or more). Mutations include, for example, substitutions, deletions, additions, insertions, etc., preferably substitutions. The number of mutant bases is preferably one or more, more preferably 1 to 8, still more preferably 1 to 4, and still more preferably 1.
なお、配列番号39は、A. pernix由来のAcnX Lコード配列であり、KEGGデータベース上のID:APE_2087.1に示される塩基配列である。配列番号40は、M. mazei由来のAcnX Lコード配列であり、KEGGデータベース上のID:MM_1525に示される塩基配列である。配列番号41は、A. pernix由来のAcnX Sコード配列であり、KEGGデータベース上のID:APE_2089に示される塩基配列である。配列番号42は、M. mazei由来のAcnX Sコード配列であり、KEGGデータベース上のID:MM_1524に示される塩基配列である。 Note that SEQ ID NO: 39 is an AcnXL coding sequence derived from A. pernix, and is a base sequence represented by ID: APE_2087.1 on the KEGG database. SEQ ID NO: 40 is an AcnXL coding sequence derived from M. mazei, and is a base sequence represented by ID: MM_1525 on the KEGG database. SEQ ID NO: 41 is an AcnX S coding sequence derived from A. pernix, and is a base sequence represented by ID: APE — 2089 on the KEGG database. SEQ ID NO: 42 is an AcnX S coding sequence derived from M. mazei, and is a base sequence represented by ID: MM_1524 on the KEGG database.
古細菌UbiDタンパク質ホモログコード配列としては、古細菌UbiDタンパク質ホモログをコードする塩基配列からなるポリヌクレオチドである限り、特に制限されない。古細菌UbiDタンパク質ホモログコード配列としては、例えば下記(X)又は(Y)に記載の塩基配列:
(X)配列番号43〜44に示される塩基配列、又は
(Y)配列番号43〜44に示される塩基配列と70%以上(好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、よりさらに好ましくは97%以上、特に好ましくは99%以上)の同一性を有する塩基配列
が挙げられる。変異としては、例えば置換、欠失、付加、挿入等が挙げられ、好ましくは置換が挙げられる。変異塩基の数は、好ましくは1又は複数個、より好ましくは1〜8個、さらに好ましくは1〜4個、よりさらに好ましくは1個である。
The archaeal UbiD protein homolog coding sequence is not particularly limited as long as it is a polynucleotide consisting of a base sequence encoding the archaeal UbiD protein homolog. Archebacterial UbiD protein homolog coding sequences include, for example, the following nucleotide sequences (X) or (Y):
(X) 70% or more (preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and still more preferably 95% or more of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NOS: 43 to 44 or (Y) the nucleotide sequence shown in SEQ ID NOS: 43 to 44) % Or more, more preferably 97% or more, particularly preferably 99% or more). Mutations include, for example, substitutions, deletions, additions, insertions, etc., preferably substitutions. The number of mutant bases is preferably one or more, more preferably 1 to 8, still more preferably 1 to 4, and still more preferably 1.
なお、配列番号43は、A. pernix由来のUbiDタンパク質ホモログコード配列であり、KEGGデータベース上のID:APE_2078に示される塩基配列である。配列番号44は、M. mazei由来のUbiDタンパク質ホモログコード配列であり、KEGGデータベース上のID:MM_1526に示される塩基配列である。 Note that SEQ ID NO: 43 is a UbiD protein homologue coding sequence derived from A. pernix, and is a base sequence represented by ID: APE_2078 in the KEGG database. SEQ ID NO: 44 is a UbiD protein homologue coding sequence derived from M. mazei, and is a base sequence represented by ID: MM_1526 on the KEGG database.
ポリヌクレオチドは、その一態様において、コード配列の上流に、古細菌AcnXタンパク質、古細菌UbiDタンパク質ホモログを発現させるためのプロモーターを含む。プロモーターとしては、特に制限されず、宿主に応じて適宜選択することができる。プロモーターとしては、例えばtrcやtac等のトリプトファンプロモーター、lacプロモーター、T7プロモーター、T5プロモーター、T3プロモーター、SP6プロモーター、アラビノース誘導プロモーター、コールドショックプロモーター、テトラサイクリン誘導性プロモーター等が挙げられる。また、その他にも、TDH3プロモーター、GAL10プロモーター、CMVプロモーター、EF1プロモーター、SV40プロモーター、MSCVプロモーター、CAGプロモーター等が挙げられる。 The polynucleotide, in one embodiment thereof, comprises a promoter upstream of the coding sequence for expressing the archaeal AcnX protein, an archaeal UbiD protein homolog. The promoter is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the host. Examples of the promoter include tryptophan promoters such as trc and tac, lac promoter, T7 promoter, T5 promoter, T3 promoter, SP6 promoter, arabinose inducible promoter, cold shock promoter, tetracycline inducible promoter and the like. Other examples include TDH3 promoter, GAL10 promoter, CMV promoter, EF1 promoter, SV40 promoter, MSCV promoter, CAG promoter and the like.
ポリヌクレオチドは、必要に応じて、他のエレメント(例えば、マルチクローニングサイト(MCS)、薬剤耐性遺伝子、複製起点など)を含んでいてもよい。例えば、ポリヌクレオチドにおいて、5´側から、プロモーター、古細菌AcnXタンパク質コード配列及び/又は古細菌UbiDタンパク質ホモログコード配列の順に配置されている場合であれば、プロモーターとコード配列の間に(好ましくはいずれか一方或いは両方に隣接して)、コード配列の3´側に(好ましくは隣接して)、MCSが配置されている態様が挙げられる。MCSは複数(例えば2〜50、好ましくは2〜20、より好ましくは2〜10)個の制限酵素サイトを含むものであれば特に制限されない。 The polynucleotide may contain other elements as necessary (eg, a multiple cloning site (MCS), a drug resistance gene, an origin of replication, etc.). For example, in the case where the polynucleotide is arranged in the order of the promoter, the archaeal AcnX protein coding sequence and / or the archaeal UbiD protein homologous coding sequence from the 5 'side, preferably between the promoter and the coding sequence (preferably MCS is arranged on the 3 'side (preferably adjacent) of the coding sequence, adjacent to one or both of them. The MCS is not particularly limited as long as it contains a plurality (for example, 2 to 50, preferably 2 to 20, and more preferably 2 to 10) of restriction enzyme sites.
ポリヌクレオチドは、ベクターを構成していてもよい。ベクターの種類は、特に制限されず、宿主に応じて適宜選択される。例えば、大腸菌においてはpBR322誘導体に代表されるColE1系プラスミド、p15Aオリジンを持つpACYC系プラスミド、pSC系プラスミド、Bac系等のF因子由来ミニFプラスミドが挙げられる。 The polynucleotide may constitute a vector. The type of the vector is not particularly limited, and is appropriately selected depending on the host. For example, in Escherichia coli, a ColE1-based plasmid typified by a pBR322 derivative, a pACYC-based plasmid having a p15A origin, a pSC-based plasmid, a Bac-based mini-F plasmid derived from F factor and the like can be mentioned.
AcnXコードポリヌクレオチド及びUbiDホモログコードポリヌクレオチドは、それぞれ別々のポリヌクレオチドであってもよいし、合わせて1つの(1分子)のポリヌクレオチドであってもよい。 The AcnX-encoding polynucleotide and the UbiD homolog-encoding polynucleotide may be separate polynucleotides, respectively, or may be one (one molecule) polynucleotide in total.
AcnXコードポリヌクレオチド及びUbiDホモログコードポリヌクレオチドは、非古細菌生物のゲノムに組み込まれていてもよいし、ゲノム外に存在していてもよい。 The AcnX-encoding polynucleotide and UbiD homolog-encoding polynucleotide may be integrated into the genome of the non-archaeal organism, or may be present outside the genome.
AcnXコードポリヌクレオチド及びUbiDホモログコードポリヌクレオチドは、それぞれ、1種単独であってもよいし、2種以上の組合せであってもよい。 Each of the AcnX-encoding polynucleotide and the UbiD homolog-encoding polynucleotide may be a single species or a combination of two or more species.
上記したポリヌクレオチドは、公知の遺伝子工学的手法に従って容易に作製することができる。例えば、PCR、制限酵素切断、DNA連結技術等を利用して作製することができる。 The above-mentioned polynucleotide can be easily prepared according to a known genetic engineering technique. For example, it can be prepared using PCR, restriction enzyme cleavage, DNA ligation technology and the like.
1-4.フラビンプレニルトランスフェラーゼコードポリヌクレオチド
本発明の生物は、好ましくはフラビンプレニルトランスフェラーゼのコード配列を含むポリヌクレオチド(本明細書において、「フラビンプレニルトランスフェラーゼコードポリヌクレオチド」と示すこともある。)を含む。これにより、古細菌UbiDタンパク質ホモログの活性をより高めることができると考えられる。
1-4. Flavin prenyl transferase-encoding polynucleotide The organism of the present invention preferably comprises a polynucleotide comprising a flavin prenyl transferase-encoding sequence (sometimes referred to herein as "flavin prenyl transferase-encoding polynucleotide"). Thus, it is considered that the activity of the archaeal UbiD protein homolog can be further enhanced.
フラビンプレニルトランスフェラーゼとしては、特に制限されず、古細菌由来UbiXタンパク質ホモログ、その他生物由来のフラビンプレニルトランスフェラーゼ(例えば、酵母YDR538W等)を採用することができる。 The flavin prenyltransferase is not particularly limited, and may be a UbiX protein homolog derived from archaebacteria or a flavin prenyl transferase derived from other organisms (for example, yeast YDR538W or the like).
古細菌UbiXタンパク質ホモログの具体例を以下の表1に示す。表1に示す種以外の古細菌におけるUbiXタンパク質ホモログについても、同一性、相同性検索により、容易に決定することができる。 Specific examples of archaeal UbiX protein homologs are shown in Table 1 below. UbiX protein homologs in archaea other than the species shown in Table 1 can also be easily determined by searching for identity and homology.
フラビンプレニルトランスフェラーゼは、フラビンプレニルトランスフェラーゼ活性を有する限りにおいて、内在性のタンパク質に対して、変異が導入されたものであってもよい。変異タンパク質は、好ましくはフラビンプレニルトランスフェラーゼのアミノ酸配列と70%以上(好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、よりさらに好ましくは97%以上、特に好ましくは99%以上)の同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つフラビンプレニルトランスフェラーゼ活性を有する複合体タンパク質である。変異としては、例えば置換、欠失、付加、挿入等が挙げられ、好ましくは置換が挙げられ、より好ましくは保存的置換が挙げられる。変異アミノ酸の数は、好ましくは1又は複数個、より好ましくは1〜8個、さらに好ましくは1〜4個、よりさらに好ましくは1個である。 The flavin prenyltransferase may be one in which a mutation is introduced into an endogenous protein as long as it has flavin prenyl transferase activity. The mutant protein is preferably 70% or more (preferably 80% or more, more preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, still more preferably 97% or more, particularly preferably 99% or more of the amino acid sequence of flavin prenyltransferase. Above) and a flavin prenyltransferase activity. Mutations include, for example, substitutions, deletions, additions, insertions, and the like, preferably substitutions, and more preferably conservative substitutions. The number of mutant amino acids is preferably one or more, more preferably 1 to 8, still more preferably 1 to 4, and still more preferably 1.
フラビンプレニルトランスフェラーゼは、上記「活性」を有する限りにおいて、化学修飾された形態、公知のタンパク質タグ、シグナル配列等のタンパク質又はペプチドが付加された形態、塩の形態、溶媒和物の形態であってもよい。これらの形態については、上記「1-1」及び「1-2」と同様である。 Flavin prenyltransferase may be in the form of a chemically modified form, a known protein tag, a form to which a protein or peptide such as a signal sequence is added, a salt form, or a solvate, as long as it has the above-mentioned “activity”. Is also good. These modes are the same as the above “1-1” and “1-2”.
フラビンプレニルトランスフェラーゼコードポリヌクレオチドは、AcnXコードポリヌクレオチド及びUbiDホモログコードポリヌクレオチドと別々のポリヌクレオチドであってもよいし、これらのいずれか又は両方と合わせて1つの(1分子)のポリヌクレオチドであってもよい。また、フラビンプレニルトランスフェラーゼコードポリヌクレオチドは、非古細菌生物のゲノムに組み込まれていてもよいし、ゲノム外に存在していてもよい。その他、フラビンプレニルトランスフェラーゼコードポリヌクレオチドについては、上記「1-1」及び「1-2」と同様である。 The flavin prenyl transferase-encoding polynucleotide may be a separate polynucleotide from the AcnX-encoding polynucleotide and the UbiD homolog-encoding polynucleotide, or may be one (one molecule) polynucleotide in combination with either or both of them. You may. The flavin prenyl transferase-encoding polynucleotide may be integrated into the genome of a non-archaeal organism, or may be present outside the genome. In addition, the flavin prenyl transferase-encoding polynucleotide is the same as in the above “1-1” and “1-2”.
上記したポリヌクレオチドは、公知の遺伝子工学的手法に従って容易に作製することができる。例えば、PCR、制限酵素切断、DNA連結技術等を利用して作製することができる。 The above-mentioned polynucleotide can be easily prepared according to a known genetic engineering technique. For example, it can be prepared using PCR, restriction enzyme cleavage, DNA ligation technology and the like.
1-5.他の酵素をコードするポリヌクレオチド
本発明の生物は、必要に応じて(例えば、生物を利用して製造する対象化合物に応じて)、他の酵素をコードするポリヌクレオチドを含む。
1-5. Polynucleotides Encoding Other Enzymes The organism of the present invention includes polynucleotides encoding other enzymes as necessary (for example, depending on the target compound produced using the organism).
他の酵素としては、例えば、アセトアセチルCoAチオラーゼ、HMG-CoAシンターゼ、HMG-CoAレダクターゼ、メバロン酸キナーゼ(MVK)、イソペンテニルリン酸キナーゼ(IPK)、及びイソペンテニル二リン酸イソメラーゼ(IDI)等のメバロン酸経路上の酵素が挙げられる。また、他にも、イソプレノイド化合物合成経路上の各種酵素が上げられる。 Examples of other enzymes include acetoacetyl-CoA thiolase, HMG-CoA synthase, HMG-CoA reductase, mevalonate kinase (MVK), isopentenyl phosphate kinase (IPK), and isopentenyl diphosphate isomerase (IDI). And enzymes on the mevalonate pathway. In addition, various enzymes on the isoprenoid compound synthesis pathway can be mentioned.
他の酵素は、1種単独でもよいし、2種以上の組合せであってもよい。 Other enzymes may be used alone or in combination of two or more.
他の酵素をコードするポリヌクレオチドは、AcnXコードポリヌクレオチド及びUbiDホモログコードポリヌクレオチドと別々のポリヌクレオチドであってもよいし、これらのいずれか又は両方と合わせて1つの(1分子)のポリヌクレオチドであってもよい。また、他の酵素をコードするポリヌクレオチドは、非古細菌生物のゲノムに組み込まれていてもよいし、ゲノム外に存在していてもよい。その他、他の酵素をコードするポリヌクレオチドについては、上記「1-1」及び「1-2」と同様である。 The polynucleotide encoding the other enzyme may be a separate polynucleotide from the AcnX-encoding polynucleotide and the UbiD homolog-encoding polynucleotide, or one (one molecule) of the polynucleotide in combination with either or both of them. It may be. A polynucleotide encoding another enzyme may be integrated into the genome of a non-archaeal organism, or may be present outside the genome. Other than that, the polynucleotides encoding other enzymes are the same as in the above “1-1” and “1-2”.
上記したポリヌクレオチドは、公知の遺伝子工学的手法に従って容易に作製することができる。例えば、PCR、制限酵素切断、DNA連結技術等を利用して作製することができる。 The above-mentioned polynucleotide can be easily prepared according to a known genetic engineering technique. For example, it can be prepared using PCR, restriction enzyme cleavage, DNA ligation technology and the like.
1-6.生物
生物は、非古細菌生物、すなわち古細菌以外の種の生物である限り、特に制限されない。非古細菌生物としては、内在及び/又は外来の因子によりメバロン酸経路を駆動させ得る生物(細胞も含む)である限り、特に制限されない。該生物としては、例えば腸内細菌科細菌等の細菌、酵母等の真菌、昆虫細胞、動物細胞、植物細胞、藻類等の植物等が挙げられる。
1-6. The biological organism is not particularly limited as long as it is a non-archaeal organism, that is, an organism of a species other than archaea. The non-archaeal organism is not particularly limited as long as it is an organism (including cells) that can drive the mevalonate pathway by endogenous and / or exogenous factors. Examples of the organism include bacteria such as Enterobacteriaceae, fungi such as yeast, insect cells, animal cells, plant cells, and plants such as algae.
細菌としては、例えばグラム陽性菌、グラム陰性菌等が挙げられる。 Examples of the bacteria include gram-positive bacteria and gram-negative bacteria.
グラム陽性細菌としては、バシラス(Bacillus)属細菌、リステリア(Listeria)属細菌、スタフィロコッカス(Staphylococcus)属細菌、ストレプトコッカス(Streptococcus)属細菌、エンテロコッカス(Enterococcus)属細菌、クロストリジウム(Clostridium)属細菌等のクロストリジア、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属細菌、ストレプトマイセス(Streptomyces)属細菌等が挙げられ、バシラス(Bacillus)属細菌、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属細菌、放線菌、乳酸菌等が好ましい。 Examples of the gram-positive bacteria include Bacillus bacteria, Listeria bacteria, Staphylococcus bacteria, Streptococcus bacteria, Enterococcus bacteria, Clostridium bacteria, and the like. , Bacteria of the genus Corynebacterium, bacteria of the genus Streptomyces, and the like, and bacteria of the genus Bacillus, bacteria of the genus Corynebacterium, actinomycetes, and lactic acid bacteria are preferred.
バシラス(Bacillus)属細菌としては、枯草菌(Bacillus subtilis)、炭疽菌(Bacillus anthracis)、セレウス菌(Bacillus cereus)等が挙げられ、枯草菌(Bacillus subtilis)がより好ましい。 Examples of the bacterium belonging to the genus Bacillus include Bacillus subtilis, Bacillus anthracis, and Bacillus cereus, and Bacillus subtilis is more preferable.
コリネバクテリウム(Corynebacterium)属細菌としては、コリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)、コリネバクテリウム・エフィシエンス(Corynebacterium efficiens)、コリネバクテリウム・カルナエ(Corynebacterium callunae)等が挙げられ、コリネバクテリウム・グルタミカムがより好ましい。 Examples of the bacteria belonging to the genus Corynebacterium include Corynebacterium glutamicum, Corynebacterium efficiens, Corynebacterium callunae, and the like, and Corynebacterium glutamicum. Is more preferred.
グラム陰性細菌としては、エシェリヒア(Escherichia)属細菌、パントエア(Pantoea)属細菌、サルモネラ(Salmonella)属細菌、ビブリオ(Vivrio)属細菌、セラチア(Serratia)属細菌、エンテロバクター(Enterobacter)属細菌等が挙げられ、エシェリヒア(Escherichia)属細菌、パントエア(Pantoea)属細菌、エンテロバクター(Enterobacter)属細菌、シアノバクテリア等が好ましい。 Examples of gram-negative bacteria include Escherichia bacteria, Pantoea bacteria, Salmonella bacteria, Vibrio bacteria, Serratia bacteria, Enterobacter bacteria, and the like. Preferred are bacteria belonging to the genus Escherichia, bacteria belonging to the genus Pantoea, bacteria belonging to the genus Enterobacter, cyanobacteria and the like.
エシェリヒア(Escherichia)属細菌としては、大腸菌(Escherichia coli)が好ましい。 As the bacterium belonging to the genus Escherichia, Escherichia coli is preferable.
パントエア(Pantoea)属細菌としては、パントエア・アナナティス(Pantoea ananatis)、パントエア・スチューアルティ(Pantoea stewartii)、パントエア・アグロメランス(Pantoea agglomerans)、パントエア・シトレア(Pantoea citrea)等が挙げられ、パントエア・アナナティス(Pantoea ananatis)、パントエア・シトレア(Pantoea citrea)が好ましい。 Examples of the bacteria belonging to the genus Pantoea include Pantoea ananatis, Pantoea stewartii, Pantoea agglomerans, Pantoea citrea, and Pantoea anatatis. Pantoea ananatis and Pantoea citrea are preferred.
エンテロバクター(Enterobacter)属細菌としては、エンテロバクター・アグロメランス(Enterobacter agglomerans)、エンテロバクター・アエロゲネス(Enterobacter aerogenes)等が挙げられ、エンテロバクター・アエロゲネス(Engerobacter aerogenes)が好ましい。 Examples of the bacteria belonging to the genus Enterobacter include Enterobacter agglomerans, Enterobacter aerogenes, and the like, with Engerobacter aerogenes being preferred.
真菌としては、サッカロミセス(Saccharomyces)属、シゾサッカロミセス(Schizosaccharomyces)属、ヤロウイア(Yarrowia)属、トリコデルマ(Trichoderma)属、アスペルギルス(Aspergillus)属、フザリウム(Fusarium)属、ムコール(Mucor)属の微生物等が挙げられ、サッカロミセス(Saccharomyces)属、シゾサッカロミセス(Schizosaccharomyces)属、ヤロウイア(Yarrowia)属、またはトリコデルマ(Trichoderma)属の微生物、糸状菌等が好ましい。 Fungi include microorganisms of the genera Saccharomyces, Schizosaccharomyces, Yarrowia, Trichoderma, Aspergillus, Fusarium, and Mucor. Microorganisms and filamentous fungi of the genus Saccharomyces, the genus Schizosaccharomyces, the genus Yarrowia, or the genus Trichoderma are preferred.
サッカロミセス(Saccharomyces)属の微生物としては、サッカロミセス・カールスベルゲンシス(Saccharomyces carlsbergensis)、サッカロミセス・セレビシエー(Saccharomyces cerevisiae)、サッカロミセス・ディアスタティクス(Saccharomyces diastaticus)、サッカロミセス・ドウグラシー(Saccharomyces douglasii)、サッカロミセス・クルイベラ(Saccharomyces kluyveri)、サッカロミセス・ノルベンシス(Saccharomyces norbensis)、サッカロミセス・オビフォルミス(Saccharomyces oviformis)が挙げられ、サッカロミセス・セレビシエー(Saccharomyces cerevisiae)が好ましい。 The Saccharomyces (Saccharomyces) microorganisms of the genus, Saccharomyces carlsbergensis (Saccharomyces carlsbergensis), Saccharomyces cerevisiae (Saccharomyces cerevisiae), Saccharomyces Deer statics (Saccharomyces diastaticus), Saccharomyces Dougurashi (Saccharomyces douglasii), Saccharomyces Kuruibera (Saccharomyces kluyveri), Saccharomyces norbensis, and Saccharomyces oviformis, with Saccharomyces cerevisiae being preferred.
シゾサッカロミセス(Schizosaccharomyces)属の微生物としては、シゾサッカロミセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)が好ましい。 As the microorganism belonging to the genus Schizosaccharomyces, Schizosaccharomyces pombe is preferable.
ヤロウイア(Yarrowia)属の微生物としては、ヤロウィア・リポリティカ(Yarrowia lipolytica)が好ましい。 As a microorganism of the genus Yarrowia, Yarrowia lipolytica is preferable.
トリコデルマ(Trichoderma)属の微生物としては、トリコデルマ・ハルジアヌム(Ttichoderma harzianum)、トリコデルマ・コニンギー(Trichoderma koningii)、トリコデルマ・ロンギブラキアム(Trichoderma longibrachiatum)、トリコデルマ・リーゼイ(Trichoderma reesei)、トリコデルマ・ビリデ(Trichoderma viride)が挙げられ、トリコデルマ・リーゼイ(Trichoderma reesei)が好ましい。 Examples of microorganisms belonging to the genus Trichoderma include Trichoderma harzianum, Trichoderma koningii, Trichoderma longibrachiatum, Trichoderma reesei, and Trichoderma reema de. And Trichoderma reesei is preferred.
本発明の生物は、公知の方法に従って又は準じて、例えば上記したポリヌクレオチドを生物に導入する操作、形質転換法等によって、作製することができる。 The organism of the present invention can be produced according to or according to a known method, for example, by introducing the above-described polynucleotide into the organism, by a transformation method, or the like.
2.培養物、メバロン酸経路中間体又はその類縁体、イソプレノイド化合物又は脱炭酸生成物
本発明は、その一部の態様において、本発明の細胞の培養物、メバロン酸経路中間体又はその類縁体の製造方法、イソプレノイド化合物又は脱炭酸生成物の製造方法等に関する。以下に、これらについて説明する。
2. Culture, mevalonate pathway intermediate or analog thereof, isoprenoid compound or decarboxylation product The present invention provides, in some embodiments thereof, a culture of the cell of the present invention, production of mevalonate pathway intermediate or analog thereof. And a method for producing an isoprenoid compound or a decarboxylation product. Hereinafter, these will be described.
2-1.培養物
本発明の生物を培養することによって、その培養物を得ることができる。 本発明の生物が微生物である場合の培養方法の例を以下に説明する。本発明の生物が比較的大きな生物である場合も、以下の培養方法における栄養素を含む培地を用い、その種に応じた公知の培養方法を採用することができる。
2-1. Culture By culturing the organism of the present invention, a culture can be obtained. An example of a culture method when the organism of the present invention is a microorganism will be described below. Even when the organism of the present invention is a relatively large organism, a known culture method according to the species can be employed using a nutrient-containing medium in the following culture method.
本発明の生物を培養する培地としては、メバロン酸またはイソプレンに転換されるための炭素源を含むことが好ましい。炭素源としては、単糖類、二糖類、オリゴ糖類、多糖類等の炭水化物;ショ糖を加水分解した転化糖;グリセロール;メタノール、ホルムアルデヒド、ギ酸塩、一酸化炭素、二酸化炭素等の炭素数が1の化合物(以下、C1化合物という。);コーン油、パーム油、大豆油等のオイル;アセテート;動物油脂;動物オイル;飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸等の脂肪酸;脂質;リン脂質;グリセロ脂質;モノグリセライド、ジグリセライド、トリグリセライド等のグリセリン脂肪酸エステル;微生物性タンパク質、植物性タンパク質等のポリペプチド;加水分解されたバイオマス炭素源等の再生可能な炭素源;酵母エキス;又はこれらを組み合わせたものが挙げられる。窒素源としては、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、リン酸アンモニウム等の無機アンモニウム塩、大豆加水分解物などの有機窒素、アンモニアガス、アンモニア水等を用いることができる。有機微量栄養源としては、ビタミンB1、L−ホモセリンなどの要求物質または酵母エキス等を適量含有させることが望ましい。これらの他に、必要に応じて、リン酸カリウム、硫酸マグネシウム、鉄イオン、マンガンイオン等が少量添加されてもよい。なお、本発明で用いる培地は、炭素源、窒素源、無機イオン及び必要に応じてその他の有機微量成分を含む培地であれば、天然培地、合成培地のいずれでもよい。 The medium for culturing the organism of the present invention preferably contains a carbon source for conversion to mevalonic acid or isoprene. Examples of the carbon source include carbohydrates such as monosaccharides, disaccharides, oligosaccharides, and polysaccharides; invert sugars obtained by hydrolyzing sucrose; glycerol; one having one carbon atom such as methanol, formaldehyde, formate, carbon monoxide, and carbon dioxide. (Hereinafter referred to as C1 compound); oils such as corn oil, palm oil and soybean oil; acetate; animal fats and oils; animal oils; fatty acids such as saturated fatty acids and unsaturated fatty acids; lipids; phospholipids; glycerolipids; Glycerin fatty acid esters such as diglyceride and triglyceride; polypeptides such as microbial proteins and vegetable proteins; renewable carbon sources such as hydrolyzed biomass carbon sources; yeast extracts; and combinations thereof. As the nitrogen source, inorganic ammonium salts such as ammonium sulfate, ammonium chloride and ammonium phosphate, organic nitrogen such as soybean hydrolysate, ammonia gas, aqueous ammonia and the like can be used. As organic trace nutrients, it is desirable to include required substances such as vitamin B1, L-homoserine, yeast extract and the like in appropriate amounts. In addition to these, small amounts of potassium phosphate, magnesium sulfate, iron ions, manganese ions, and the like may be added as needed. The medium used in the present invention may be any of a natural medium and a synthetic medium as long as the medium contains a carbon source, a nitrogen source, inorganic ions, and if necessary, other organic trace components.
単糖類としては、ケトトリオース(ジヒドロキシアセトン)、アルドトリオース(グリセルアルデヒド)等のトリオース;ケトテトロース(エリトルロース)、アルドテトロース(エリトロース、トレオース)等のテトロース;ケトペントース(リブロース、キシルロース)、アルドペントース(リボース、アラビノース、キシロース、リキソース)、デオキシ糖(デオキシリボース)等のペントース;ケトヘキソース(プシコース、フルクトース、ソルボース、タガトース)、アルドヘキソース(アロース、アルトロース、グルコース、マンノース、グロース、イドース、ガラクトース、タロース)、デオキシ糖(フコース、フクロース、ラムノース)等のヘキソース;セドヘプツロース等のヘプトースが挙げられ、フルクトース、マンノース、ガラクトース、グルコース等のC6糖;キシロース、アラビノース等のC5糖の炭水化物が好ましい。 Examples of the monosaccharides include trioses such as ketotriose (dihydroxyacetone) and aldotriose (glyceraldehyde); tetroses such as ketotetroose (erythrulose) and aldotetroose (erythrose, threose); Pentoses such as ribose, arabinose, xylose and lyxose) and deoxy sugars (deoxyribose); ketohexose (psicose, fructose, sorbose, tagatose) and aldhexose (allose, altrose, glucose, mannose, gulose, idose, galactose, talose) ), Deoxysugars (fucose, fucrose, rhamnose) and the like; heptose such as sedoheptulose, fructose, manno Scan, galactose, C6 sugars such as glucose; xylose, carbohydrates C5 sugars arabinose and the like are preferable.
二糖類としては、スクロース、ラクトース、マルトース、トレハロース、ツラノース、セロビオース等が挙げられ、スクロース、ラクトースが好ましい。 Examples of the disaccharide include sucrose, lactose, maltose, trehalose, turanose, cellobiose and the like, and sucrose and lactose are preferred.
オリゴ糖類としては、ラフィノース、メレジトース、マルトトリオース等の三糖類;アカルボース、スタキオース等の四糖類;フラクトオリゴ糖(FOS)、ガラクトオリゴ糖(GOS)、マンナンオリゴ糖(MOS)等のその他のオリゴ糖類が挙げられる。 Examples of the oligosaccharides include trisaccharides such as raffinose, melezitose, and maltotriose; tetrasaccharides such as acarbose and stachyose; and other oligosaccharides such as fructooligosaccharide (FOS), galactooligosaccharide (GOS), and mannan oligosaccharide (MOS). No.
多糖類としては、グリコーゲン、デンプン(アミロース、アミロペクチン)、セルロース、デキストリン、グルカン(β1,3−グルカン)が挙げられる。デンプン、セルロースが好ましい。 Examples of the polysaccharide include glycogen, starch (amylose, amylopectin), cellulose, dextrin, and glucan (β1,3-glucan). Starch and cellulose are preferred.
微生物性タンパク質としては、酵母または細菌から得ることができるポリペプチドが挙げられる。 Microbial proteins include polypeptides that can be obtained from yeast or bacteria.
植物性タンパク質としては、大豆、コーン、キャノーラ、ジャトロファ、パーム、ピーナッツ、ヒマワリ、ココナッツ、マスタード、綿実、パーム核油、オリーブ、紅花、ゴマ、亜麻仁から得ることができるポリペプチドが挙げられる。 Vegetable proteins include polypeptides that can be obtained from soy, corn, canola, jatropha, palm, peanut, sunflower, coconut, mustard, cottonseed, palm kernel oil, olives, safflower, sesame, linseed.
脂質としては、C4以上の飽和または不飽和脂肪酸を1以上含む物質が挙げられる。 Examples of lipids include substances containing one or more C4 or more saturated or unsaturated fatty acids.
オイルとしては、C4以上の飽和、不飽和脂肪酸が1以上含み、室温で液体の脂質が好ましく、大豆、コーン、キャノーラ、ジャトロファ、パーム、ピーナッツ、ヒマワリ、ココナッツ、マスタード、綿実、パーム核油、オリーブ、紅花、ゴマ、亜麻仁、油性微生物細胞、ナンキンハゼ、又はこれらの2以上の組み合わせから得ることができる脂質が挙げられる。 As the oil, C4 or more saturated, unsaturated fatty acids containing one or more, lipids that are liquid at room temperature are preferred, soybean, corn, canola, jatropha, palm, peanut, sunflower, coconut, mustard, cottonseed, palm kernel oil, Olive, safflower, sesame, flaxseed, oily microbial cells, peanut, or lipids obtainable from a combination of two or more thereof.
脂肪酸としては、式RCOOH(「R」は炭化水素基を表す。)で表される化合物が挙げられる。 Examples of the fatty acid include compounds represented by the formula RCOOH (“R” represents a hydrocarbon group).
不飽和脂肪酸は、「R」に少なくとも1の炭素−炭素二重結合を有する化合物であり、オレイン酸、バクセン酸、リノール酸、パルミテライジン酸、アラキドン酸等が挙げられる。 Unsaturated fatty acids are compounds having at least one carbon-carbon double bond at “R”, and include oleic acid, vaccenic acid, linoleic acid, palmiteridic acid, arachidonic acid and the like.
飽和脂肪酸は、「R」が飽和脂肪族基である化合物であり、ドコサン酸、イコサン酸、オクタデカン酸、ヘキサデカン酸、テトラデカン酸、ドデカン酸等が挙げられる。 The saturated fatty acid is a compound in which “R” is a saturated aliphatic group, and examples thereof include docosanoic acid, icosanoic acid, octadecanoic acid, hexadecanoic acid, tetradecanoic acid, and dodecanoic acid.
中でも、脂肪酸としては、1以上のC2からC22の脂肪酸が含まれるものが好ましく、C12脂肪酸、C14脂肪酸、C16脂肪酸、C18脂肪酸、C20脂肪酸、C22脂肪酸が含まれるものがより好ましい。 Among them, those containing one or more C2 to C22 fatty acids are preferable, and those containing C12 fatty acids, C14 fatty acids, C16 fatty acids, C18 fatty acids, C20 fatty acids, and C22 fatty acids are more preferable.
また、炭素源としては、これら脂肪酸の塩、誘導体、誘導体の塩も挙げられる。塩としては、リチウム塩、カリウム塩、ナトリウム塩等が挙げられる。 Examples of the carbon source include salts, derivatives, and salts of these fatty acids. Examples of the salt include a lithium salt, a potassium salt, a sodium salt and the like.
また、炭素源としては、脂質、オイル、油脂、脂肪酸、グリセリン脂肪酸エステルとグルコース等の炭水化物との組み合わせが挙げられる。 Examples of the carbon source include a combination of lipids, oils, fats, fatty acids, glycerin fatty acid esters, and carbohydrates such as glucose.
再生可能な炭素源としては、加水分解されたバイオマス炭素源が挙げられる。 Renewable carbon sources include hydrolyzed biomass carbon sources.
バイオマス炭素源としては、木、紙、及びパルプの廃材、葉状植物、果肉等のセルロース系基質;柄、穀粒、根、塊茎等の植物の一部分が挙げられる。 Biomass carbon sources include wood, paper, and pulp waste, cellulosic substrates such as leafy plants and pulp; and plant parts such as stalks, grains, roots and tubers.
バイオマス炭素源として用いられる植物としては、コーン、小麦、ライ麦、ソルガム、トリティケイト、コメ、アワ、大麦、キャッサバ、エンドウマメ等のマメ科植物、ジャガイモ、サツマイモ、バナナ、サトウキビ、タピオカ等が挙げられる。 Plants used as a biomass carbon source include corn, wheat, rye, sorghum, triticale, rice, millet, barley, legumes such as cassava, peas, potato, sweet potato, banana, sugar cane, tapioca and the like.
バイオマス等の再生可能な炭素源を培地に添加する際には、前処理することが好ましい。前処理としては、酵素的前処理、化学的前処理、酵素的前処理と化学的前処理の組み合わせが挙げられる。 When a renewable carbon source such as biomass is added to the medium, pretreatment is preferably performed. Examples of pretreatment include enzymatic pretreatment, chemical pretreatment, and a combination of enzymatic pretreatment and chemical pretreatment.
本発明に関する本発明の生物の例示的な培養方法としては、生物を生理食塩水と栄養源を含む標準的培地で培養することが好ましい。 In an exemplary method for culturing the organism of the present invention according to the present invention, the organism is preferably cultured in a standard medium containing physiological saline and nutrients.
培養培地としては、特に限定されず、Luria Bertani(LB)ブロス、Sabouraud Dextrose(SD)ブロス、Yeast medium(YM)ブロス等の一般的に市販されている既成の培地が挙げられる。特定の宿主の培養に適した培地を適宜選択して用いることができる。 The culture medium is not particularly limited, and includes a commercially available ready-made medium such as Luria Bertani (LB) broth, Sabouraud Dextrose (SD) broth, and Yeast medium (YM) broth. A medium suitable for culturing a specific host can be appropriately selected and used.
細胞培地には適切な炭素源の他に、適切なミネラル、塩、補助因子、緩衝液、及び培養に適していること、またはイソプレン産出を促進することが当業者にとって公知の成分が含まれていることが望ましい。 The cell culture medium contains, in addition to a suitable carbon source, suitable minerals, salts, cofactors, buffers and components known to those skilled in the art to be suitable for culture or to enhance isoprene production. Is desirable.
本発明の生物において、目的タンパク質の発現を維持するために、糖、金属塩、抗菌物質等を培地に添加しておくことが好ましい。 In the organism of the present invention, in order to maintain the expression of the target protein, it is preferable that sugars, metal salts, antibacterial substances and the like are added to the medium.
本発明の生物の培養条件としては、目的タンパク質の発現が可能な条件であれば、特に限定されず、標準的な培養条件を用いることができる。 The culture conditions of the organism of the present invention are not particularly limited as long as the target protein can be expressed, and standard culture conditions can be used.
培養温度としては、20℃〜37℃が好ましく、ガス組成としては、CO2濃度が約6%〜約84%であることが好ましく、pHが、約5〜約9であることが好ましい。 The culturing temperature is preferably 20 ° C. to 37 ° C., the gas composition is preferably such that the CO 2 concentration is about 6% to about 84%, and the pH is preferably about 5 to about 9.
本発明の生物は、好ましくは、宿主の性質に応じて好気性、無酸素性、又は嫌気性条件下で培養される。 The organism of the present invention is preferably cultured under aerobic, anoxic, or anaerobic conditions depending on the nature of the host.
本発明の生物の培養方法としては、例えば、バッチ培養法、流加培養法、連続培養法等の公知の発酵方法を用いて培養する方法が挙げられる。 Examples of the method for culturing an organism of the present invention include a method of culturing using a known fermentation method such as a batch culture method, a fed-batch culture method, or a continuous culture method.
2-2.メバロン酸経路中間体又はその類縁体の製造方法
本発明の生物を適切な条件で培養することにより、新規メバロン酸経路中間体又はその類縁体、具体的には一般式(1):
2-2. Method for producing mevalonate pathway intermediate or analog thereof By culturing the organism of the present invention under appropriate conditions, a novel mevalonate pathway intermediate or analog thereof, specifically, general formula (1):
[式中、Xはリン酸基、ヒドロキシ基又は水素を示す。]
で表される化合物、及び/又は一般式(2):
[In the formula, X represents a phosphate group, a hydroxy group, or hydrogen. ]
And / or the general formula (2):
[式中、Yはメチル基、ビニル基、又はヒドロキシ基を示す。]
で表される化合物が生じる。
[In the formula, Y represents a methyl group, a vinyl group, or a hydroxy group. ]
The compound represented by is obtained.
培養物から、上記一般式(1)で表される化合物及び/又は上記一般式(2)で表される化合物を、公知の方法に従って回収することにより、新規メバロン酸経路中間体又はその類縁体を得ることができる。 A novel mevalonate pathway intermediate or an analog thereof can be obtained by recovering the compound represented by the general formula (1) and / or the compound represented by the general formula (2) from a culture according to a known method. Can be obtained.
上記一般式(1)で表される化合物及び/又は上記一般式(2)で表される化合物は、酸または塩基との塩の形態であってもよい。塩は、特に限定されず、酸性塩、塩基性塩のいずれも採用することができる。例えば酸性塩の例としては、塩酸塩、臭化水素酸塩、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩等の無機酸塩; 酢酸塩、プロピオン酸塩、酒石酸塩、フマル酸塩、マレイン酸塩、リンゴ酸塩、クエン酸塩、メタンスルホン酸塩、パラトルエンスルホン酸塩等の有機酸塩; アスパラギン酸塩、グルタミン酸塩等のアミノ酸塩等が挙げられる。また、塩基性塩の例として、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩; カルシウム塩、マグネシウム塩等のアルカリ土類金属塩等が挙げられる。 The compound represented by the general formula (1) and / or the compound represented by the general formula (2) may be in the form of a salt with an acid or a base. The salt is not particularly limited, and any of an acidic salt and a basic salt can be employed. Examples of acidic salts include inorganic salts such as hydrochloride, hydrobromide, sulfate, nitrate, and phosphate; acetate, propionate, tartrate, fumarate, maleate, and apple. Organic acid salts such as acid salts, citrate salts, methanesulfonic acid salts, and paratoluenesulfonic acid salts; and amino acid salts such as aspartic acid salts and glutamate. Examples of the basic salt include alkali metal salts such as sodium salt and potassium salt; and alkaline earth metal salts such as calcium salt and magnesium salt.
上記一般式(1)で表される化合物及び/又は上記一般式(2)で表される化合物は、溶媒和物の形態であってもよい。溶媒は、特に限定されず、例えば水、エタノール、グリセロール、酢酸等が挙げられる。 The compound represented by the general formula (1) and / or the compound represented by the general formula (2) may be in the form of a solvate. The solvent is not particularly limited, and includes, for example, water, ethanol, glycerol, acetic acid and the like.
2-3.イソプレノイド化合物又は脱炭酸生成物の製造方法
本発明の生物を適切な条件で培養することにより、イソプレノイド化合物が生じる。また、本発明の生物を適切な条件で培養することにより、一般式(1)で表される化合物や一般式(2)で表される化合物の内、tAHMP以外の化合物の脱炭酸生成物を生じさせることも可能である。
2-3. Method for producing isoprenoid compound or decarboxylation product The isoprenoid compound is produced by culturing the organism of the present invention under appropriate conditions. Further, by culturing the organism of the present invention under appropriate conditions, the decarboxylation products of the compounds represented by the general formula (1) and the compounds represented by the general formula (2) other than tAHMP can be obtained. It can also be caused.
イソプレノイド化合物は、分子式(C5H8)nを有する1以上のイソプレン単位からなる。イソプレン単位の前駆体は、イソペンテニルピロリン酸、またはジメチルアリルピロリン酸である。30,000種のイソプレノイド化合物が同定されており、新たな化合物が同定されている。イソプレノイドはまた、テルペノイドとしても知られている。テルペンとテルペノイドとの相違は、テルペンが炭化水素であるのに対し、テルペノイドはさらなる官能基を含む点にある。テルペンは、分子中のイソプレン単位数により分類される〔例えば、ヘミテルペン(C5)、モノテルペン(C10)、セスキテルペン(C15)、ジテルペン(C20)、セステルテルペン(C25)、トリテルペン(C30)、セスカルテルペン(C35)、テトラテルペン(C40)、ポリテルペン、ノルイソプレノイド〕。モノテルペンとしては、例えば、ピネン、ネロール、シトラール、カンファー、メントール、リモネン、およびリナロールが挙げられる。セスキテルペンとしては、例えば、ネロリドール、およびファルネソールが挙げられる。ジテルペンとしては、例えば、フィトール、およびビタミンA1が挙げられる。スクアレンはトリテルペンの例であり、カロテン(プロビタミンA1)はテトラテルペンである。イソプレノイド化合物は、医薬、ビタミン、テルペン、ゴム等の種々の物質そのものであってもよいし、或いはこれらの原料となる化合物であってもよい。 Isoprenoid compound, composed of one or more isoprene units having a molecular formula (C 5 H 8) n. The precursor of the isoprene unit is isopentenyl pyrophosphate or dimethylallyl pyrophosphate. 30,000 isoprenoid compounds have been identified and new compounds have been identified. Isoprenoids are also known as terpenoids. The difference between terpenes and terpenoids is that terpenes are hydrocarbons, whereas terpenoids contain additional functional groups. Terpenes are classified by the number of isoprene units in the molecule [eg, hemiterpenes (C5), monoterpenes (C10), sesquiterpenes (C15), diterpenes (C20), sesterterpenes (C25), triterpenes (C30), Sescal terpenes (C35), tetraterpenes (C40), polyterpenes, norisoprenoids]. Monoterpenes include, for example, pinene, nerol, citral, camphor, menthol, limonene, and linalool. Sesquiterpenes include, for example, nerolidol and farnesol. Diterpenes include, for example, phytol, and vitamin A1. Squalene is an example of a triterpene, and carotene (provitamin A1) is a tetraterpene. The isoprenoid compound may be various substances such as a medicine, a vitamin, a terpene, a rubber, or the like, or may be a compound serving as a raw material thereof.
培養物から、イソプレノイド化合物並びに/又は脱炭酸生成物を、公知の方法に従って回収することにより、それらの化合物を得ることができる。 By recovering the isoprenoid compound and / or decarboxylation product from the culture according to a known method, the compound can be obtained.
3.ポリヌクレオチド
本発明は、その一態様において、古細菌AcnXタンパク質のコード配列及び古細菌UbiDタンパク質ホモログのコード配列を含む、単離されたポリヌクレオチドに関する。
3. Polynucleotides In one aspect, the present invention relates to an isolated polynucleotide comprising a coding sequence for an archaeal AcnX protein and a coding sequence for an archaeal UbiD protein homolog.
「単離された」とは、例えばゲノムDNAそのものではない、という意味を示す。この観点から、ポリヌクレオチドの塩基長は、例えば50kb以下、20kb以下、10kb以下、6kb以下、3kb以下である。該塩基長の下限は、コード配列の塩基長である。 “Isolated” means, for example, not genomic DNA itself. In this respect, the base length of the polynucleotide is, for example, 50 kb or less, 20 kb or less, 10 kb or less, 6 kb or less, or 3 kb or less. The lower limit of the base length is the base length of the coding sequence.
その他、各用語の定義等については、上記「1-1」における説明と同様である。 Other definitions of each term are the same as those described in the above “1-1”.
4.酵素剤
本発明は、その一態様において、古細菌AcnXタンパク質を含有する、MVA5Pデヒドラターゼ酵素剤に関する。また、本発明は、その一態様において、古細菌UbiDタンパク質ホモログを含有する、tAHMPデカルボキシラーゼ酵素剤に関する。
Four. Enzyme Agent In one aspect, the present invention relates to an MVA5P dehydratase enzyme agent containing an archaeal AcnX protein. In one aspect, the present invention relates to a tAHMP decarboxylase enzyme agent containing an archaeal UbiD protein homolog.
酵素剤は、古細菌AcnXタンパク質又は古細菌UbiDタンパク質ホモログのみからなるものであってもよいし、他の成分を含むものであってもよい。他の成分としては、例えば基剤、担体、溶媒、分散剤、乳化剤、緩衝剤、浸透圧調整剤、吸収促進剤、安定剤、賦形剤、結合剤、崩壊剤、滑沢剤、増粘剤、保湿剤、着色料、香料、キレート剤等が挙げられる。 The enzymatic agent may consist solely of an archaeal AcnX protein or archaeal UbiD protein homolog, or may contain other components. Other components include, for example, bases, carriers, solvents, dispersants, emulsifiers, buffers, osmotic pressure regulators, absorption enhancers, stabilizers, excipients, binders, disintegrants, lubricants, thickeners Agents, humectants, coloring agents, fragrances, chelating agents and the like.
その他、各用語の定義等については、上記「1-1」における説明と同様である。 Other definitions of each term are the same as those described in the above “1-1”.
以下に、実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
なお、以下、特に断りの無い限り、プラスミドベクターの表記は、「プラスミド名-導入されている遺伝子名」で示す。また、遺伝子名は、KEGGデータベース(https://www.genome.jp/kegg/kegg_ja.html)におけるIDで示す。例えば、「pET15b-APE_2087.1」なるプラスミドベクターは、pET15bに、KEGGデータベース上のAPE_2087.1遺伝子が導入されてなるベクターを示す。また、特に説明の無い限り、酵素、基質の略号の意味は、図1を参照する。 Hereinafter, unless otherwise specified, the notation of the plasmid vector is indicated by "plasmid name-name of introduced gene". Gene names are indicated by IDs in the KEGG database (https://www.genome.jp/kegg/kegg_ja.html). For example, the plasmid vector “pET15b-APE_2087.1” refers to a vector in which the APE_2087.1 gene on the KEGG database has been introduced into pET15b. Unless otherwise specified, the meanings of the abbreviations of enzymes and substrates are shown in FIG.
実施例1.新規メバロン酸経路の探索1
5-ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ(DMD)ホモログの遺伝子を保有する/しない種に古細菌を分類し、保有種のゲノムには存在せず、非保有種に特異的に存在しているオルソログ遺伝子群を探索した。その結果、2つのサブユニットから成る機能未知タンパク質アコニターゼX(AcnX)をコードする遺伝子を見出した。
Embodiment 1 FIG. Search for novel mevalonate pathway 1
Classify archaebacteria into species with / without the gene for the 5-diphosphomevalonate decarboxylase (DMD) homolog, and identify orthologous genes that are not present in the genome of the retained species but specifically present in the non-retained species. I searched. As a result, a gene encoding a protein aconitase X (AcnX) of unknown function consisting of two subunits was found.
実施例2.古細菌AcnXタンパク質の機能解析
古細菌AcnXタンパク質として、クレンアーキオータ門に属するA. pernix由来の古細菌AcnXタンパク質(ラージサブユニット:KEGGのAPE_2087.1、スモールサブユニット:KEGGのApe_2089)を用いて、その機能を解析した。
Embodiment 2. FIG. Functional analysis of archaeal AcnX protein Using archaeal AcnX protein from A. pernix (large subunit: APE_2087.1 of KEGG, small subunit: Ape_2089 of KEGG) derived from A. pernix belonging to Crenarchaeota And analyzed its function.
<実施例2-1.組換え古細菌AcnXタンパク質の発現及び精製>
(1)pET15b-APE_2087.1、pET15b-Ape_2089をそれぞれE. coli Rosetta2(DE3)へ導入した。
<Example 2-1. Expression and purification of recombinant archaeal AcnX protein>
(1) pET15b-APE_2087.1 and pET15b-Ape_2089 were respectively introduced into E. coli Rosetta2 (DE3).
(2)得られた本発明の細胞をそれぞれAuto Induction培地(アンピシリン:100μg/mL、クロラムフェニコール:30 μg/mL)にて37℃、18時間培養した。Auto Induction培地(組成:Na2HPO4 6g、KH2PO4 3g、Tryptone 20g、Yeast extract 5g、NaCl 5g、Up to 950μL)は調製した後にオートクレーブで滅菌し、さらに植菌の直前に滅菌濾過した溶液A(組成:グルコース 0.5g、ラクトース 2g、Up to 50μL)を添加した。 (2) The obtained cells of the present invention were cultured in an Auto Induction medium (ampicillin: 100 μg / mL, chloramphenicol: 30 μg / mL) at 37 ° C. for 18 hours. Auto Induction medium (composition: 6 g of Na 2 HPO 4 , 3 g of KH 2 PO 4 , 20 g of Tryptone, 5 g of yeast extract, 5 g of NaCl, Up to 950 μL) was prepared, sterilized in an autoclave, and sterile-filtered immediately before inoculation. Solution A (composition: glucose 0.5 g, lactose 2 g, Up to 50 μL) was added.
(3)2種の本発明の細胞をそれぞれ集菌した後、各菌体3 gを混合し、30 mlのHistrap binding buffer II(組成:Sodium phosphate (pH7.4) 20mM、NaCl 500mM、Imidazole 25mM)で懸濁した。 (3) After collecting two types of cells of the present invention, 3 g of each cell was mixed, and 30 ml of Histrap binding buffer II (composition: 20 mM of sodium phosphate (pH 7.4), 500 mM of NaCl, 25 mM of Imidazole 25 mM) ).
(4)超音波発生装置UP200S (Hielscher Ultrasonics)を用いて、Cycle 0.3、Amplitude 60の設定で菌体を破砕した。氷上にて2 min超音波破砕操作をし、この操作を3 回繰り返した。 (4) The cells were disrupted using an ultrasonic generator UP200S (Hielscher Ultrasonics) at a setting of Cycle 0.3 and Amplitude 60. Ultrasonic crushing operation was performed on ice for 2 min, and this operation was repeated three times.
(5)菌体破砕液を15,000 rpm、30分、4℃で遠心分離した後、上清を回収した。得られた上清を孔径0.45μmのシリンジフィルターで濾過した。 (5) The cell lysate was centrifuged at 15,000 rpm for 30 minutes at 4 ° C., and the supernatant was recovered. The obtained supernatant was filtered with a syringe filter having a pore size of 0.45 μm.
(6)Ni2+を添加したHistrap FF カラム(GE Healthcare、カラム体積1 ml)をHistrap binding buffer II 10 mlで平衡化後、上清をカラムにアプライした。 (6) After equilibrating a Histrap FF column (GE Healthcare, column volume 1 ml) supplemented with Ni2 + with 10 ml of Histrap binding buffer II, the supernatant was applied to the column.
(7)Histrap binding buffer II 10 mlで洗浄した後、Histrap elute buffer III(組成:Sodium phosphate (pH8.0) 20mM、NaCl 500mM、Imidazole 500mM)で目的タンパク質を溶出した。この溶出液を以降の実験で古細菌AcnXタンパク質として使用した。 (7) After washing with 10 ml of Histrap binding buffer II, the target protein was eluted with Histrap elute buffer III (composition: 20 mM sodium phosphate (pH 8.0), 500 mM NaCl, 500 mM Imidazole). This eluate was used as archaeal AcnX protein in subsequent experiments.
<実施例2-2.古細菌AcnXタンパク質の酵素活性の解析>
(1)反応液(組成:[2-14C]MVA5P 45.5nmol(5,550,000dpm)、古細菌AcnXタンパク質 0.5nmol、Sodium phosphate (pH8.0) 5μmol、Up to 50μL)を調製し、90℃で1時間反応させた。
<Example 2-2. Analysis of enzyme activity of archaeal AcnX protein>
(1) the reaction solution (composition: [2- 14 C] MVA5P 45.5nmol (5,550,000dpm), archaeal AcnX protein 0.5nmol, Sodium phosphate (pH8.0) 5μmol , Up to 50μL) was prepared and 1 at 90 ° C. Allowed to react for hours.
(2)順相TLCを用いて、MVA5PとApAcnX生成物を分離した。TLC条件:TLCプレートTLC silica gel 60、展開溶媒クロロホルム:ピリジン:ギ酸:水=12:28:6:4。 (2) MVA5P and ApAcnX products were separated using normal phase TLC. TLC conditions: TLC plate TLC silica gel 60, developing solvent chloroform: pyridine: formic acid: water = 12: 28: 6: 4.
(3)TLCプレートにイメージングプレート(BAS-IP)を密着露光させた。Typhoon FLA 9000でイメージングプレートを読み取った後、解析ソフトImage Quant TLを用いて画像解析を行った。 (3) The imaging plate (BAS-IP) was contact-exposed to the TLC plate. After reading the imaging plate with Typhoon FLA9000, image analysis was performed using analysis software Image Quant TL.
(4)画像解析の結果をもとにApAcnX生成物のRf値を求め、その値±0.05の領域のシリカをかきとった。 (4) The Rf value of the ApAcnX product was determined based on the results of the image analysis, and the silica in the range of the value ± 0.05 was scraped off.
(5)かきとったシリカに、1 M 酢酸アンモニウム緩衝液(pH 7.5)を300μL加え、ApAcnX生成物を抽出した。この作業を2回繰り返した。 (5) 300 μL of 1 M ammonium acetate buffer (pH 7.5) was added to the scraped silica to extract the ApAcnX product. This operation was repeated twice.
(6)遠心して抽出液のみを回収した後、100℃で加熱して、約100μLまで濃縮した。この溶液を放射標識ApAcnX生成物とした。 (6) After centrifugation to collect only the extract, the mixture was heated at 100 ° C. and concentrated to about 100 μL. This solution was the radiolabeled ApAcnX product.
(7)反応液(組成:放射性標識ApAcnX生成物 54.6pmol(6,660dpm)、精製ApAcnX 0.3nmol、Sodium phosphate(pH8.0) 3μmol、Up to 30μL)を調製し、90℃で1時間反応させた。 (7) A reaction solution (composition: radioactively labeled ApAcnX product 54.6 pmol (6,660 dpm), purified ApAcnX 0.3 nmol, sodium phosphate (pH 8.0) 3 μmol, Up to 30 μL) was prepared and reacted at 90 ° C. for 1 hour. .
(8)順相TLC解析を上記(2)と同様にして行った。 (8) Normal phase TLC analysis was performed in the same manner as in (2) above.
<実施例2-3.ApAcnX生成物のNMR解析>
(1)反応液(組成:[U-13C]5-ホスホメバロン酸(MVA5P) 3 μmol、古細菌AcnXタンパク質 2 μmol、Sodium phosphate(pH8.0) 20 μmol、Up to 200 μL with 10%D2O)を調製し、90℃で2時間反応させた。
<Example 2-3. NMR analysis of ApAcnX product>
(1) Reaction solution (composition: [U- 13 C] 5-phosphomevalonic acid (MVA5P) 3 μmol, archaeal AcnX protein 2 μmol, sodium phosphate (pH8.0) 20 μmol, Up to 200 μL with 10% D2O) Was prepared and reacted at 90 ° C. for 2 hours.
(2)限外濾過用遠心フィルターにより除タンパク処理を行ったのち、定法に従ってNMR解析した。 (2) After protein removal by a centrifugal filter for ultrafiltration, NMR analysis was performed according to a standard method.
<実施例2-4.結果>
実施例2-2の結果を図2に示す。古細菌AcnXタンパク質とMVA5Pと反応させることにより生成物が生じることが分かった(図2の左から1-2レーン)。また、この反応は可逆的であることも分かった(図2の左から3-4レーン)。
<Example 2-4. Result>
FIG. 2 shows the results of Example 2-2. It was found that a product was produced by reacting the archaeal AcnX protein with MVA5P (1-2 lanes from the left in FIG. 2). This reaction was also found to be reversible (3-4 lanes from the left in FIG. 2).
実施例2-3の結果は次の通りである:13C NMR (600 MHz, H2O/D2O) δ: 177.0, 122.8, 145.1, 40.1, 62.6, 17.8。この結果より、ApAcnX生成物が下記式: The results of Example 2-3 are as follows: 13 C NMR (600 MHz, H 2 O / D 2 O) δ: 177.0, 122.8, 145.1, 40.1, 62.6, 17.8. From this result, the ApAcnX product has the following formula:
で表される化合物tAHMPであることが分かった。 The compound was found to be tAHMP.
以上より、古細菌AcnXタンパク質は、メバロン酸経路上のMVA5Pに対するデヒドラターゼ活性を有し、tAHMPを生成する酵素であることが分かった。 From the above, it was found that the archaeal AcnX protein is an enzyme having dehydratase activity against MVA5P on the mevalonate pathway and producing tAHMP.
実施例3.新規メバロン酸経路の探索2
tAHMPはメバロン酸経路上の新規中間体である。そこで、該中間体を経て既存中間体へ至る経路を担う酵素を探索した。具体的には、Microbial Genome Darabase for Comparateive Analysis(MBGD)(http:// mbgd.genome.ad.jp)が提供する機能を用いて、ゲノム上にAcnXのオルソログ遺伝子を保存している、つまり新奇MVA経路をもつとされるアーキアとそれ以外のアーキア種を選別し、前者に特異的に保存されているオルソログ遺伝子群を探索した。その結果、UbiDタンパク質ホモログをコードする遺伝子、及びUbiXタンパク質ホモログをコードする遺伝子を見出した。また、これまでの知見より、UbiXタンパク質ホモログは、補酵素の一種であるプレニル化フラビン(prFMN)を合成するフラビンプレニルトランスフェラーゼ活性を有していると考えられた。このため、メバロン酸経路上の活性の本体はUbiDタンパク質ホモログが担うと考えられた。
Embodiment 3 FIG. Search for new mevalonate pathway 2
tAHMP is a novel intermediate on the mevalonate pathway. Therefore, an enzyme that plays a route through the intermediate to the existing intermediate was searched. Specifically, using the function provided by the Microbial Genome Darabase for Comparateive Analysis (MBGD) (http://mbgd.genome.ad.jp), the ortholog gene of AcnX is stored on the genome, Archaea with MVA pathway and other Archia species were selected, and orthologous genes conserved specifically in the former were searched. As a result, a gene encoding a UbiD protein homolog and a gene encoding a UbiX protein homolog were found. From the findings so far, it was considered that the UbiX protein homolog has a flavin prenyltransferase activity for synthesizing prenylated flavin (prFMN), which is a type of coenzyme. For this reason, it was thought that the main body of the activity on the mevalonate pathway was borne by the UbiD protein homolog.
実施例4.古細菌UbiDタンパク質ホモログの機能解析
古細菌UbiDタンパク質ホモログとして、クレンアーキオータ門に属するA. pernix由来の古細菌UbiDタンパク質ホモログ(KEGGのApe_2078)を用いて、その機能を解析した。
Embodiment 4 FIG. Functional analysis of archaeal UbiD protein homologue The function of the archaeal UbiD protein homolog was analyzed using an archaeal UbiD protein homologue (Ape_2078 of KEGG) derived from A. pernix belonging to the Clenarchota.
<実施例4-1.組換え古細菌UbiDタンパク質ホモログの発現及び精製>
(1)UbiDタンパク質ホモログをコードする遺伝子Ape_2078と、UbiXタンパク質ホモログをコードする遺伝子Ape_1647を、以下に示すプライマーを用いて、それぞれPCRにより増幅した。この際、A. pernix(理研BRC微生物材料開発室(JCM))のゲノムを鋳型とし、KOD-Plus(TOYOBO)を使用してPCR反応を行った。
Ape_2078 Fw:GGGATTAGAAGGAGTTATATATGGAGGATGCGAGTCTAAAG(配列番号9)
Ape_2078Rv:GTGGTGGTGGTGGTGCTCGAGGTCTCCCGGCTGGTGGC(配列番号10)
Ape_1647 Fw:TTAAGAAGGAGATATACATATGTCCTGCAGACCTAGCTCG(配列番号11)
Ape_1647Rv:TCCTCCATATATAACTCCTTCTAATCCCCCTCCTCGGG(配列番号12)
<Example 4-1. Expression and purification of recombinant archaeal UbiD protein homolog>
(1) The gene Ape_2078 encoding the UbiD protein homolog and the gene Ape_1647 encoding the UbiX protein homolog were each amplified by PCR using the following primers. At this time, PCR was performed using KOD-Plus (TOYOBO) with the genome of A. pernix (RIKEN BRC Microbial Materials Development Laboratory (JCM)) as a template.
Ape_2078 Fw: GGGATTAGAAGGAGTTATATATGGAGGATGCGAGTCTAAAG (SEQ ID NO: 9)
Ape_2078Rv: GTGGTGGTGGTGGTGCTCGAGGTCTCCCGGCTGGTGGC (SEQ ID NO: 10)
Ape_1647 Fw: TTAAGAAGGAGATATACATATGTCCTGCAGACCTAGCTCG (SEQ ID NO: 11)
Ape_1647Rv: TCCTCCATATATAACTCCTTCTAATCCCCCTCCTCGGG (SEQ ID NO: 12)
(2)pET22b(+)ベクターを制限酵素NdeIおよびXhoIで消化した後、In Fusion Cloning Kit(Takara)を使用して、ベクターの切断部位に増幅した2つのインサートDNAを
挿入した。発現されたApe_2078のC末端側にのみHis-tagが付くような設計をした。
(2) After digesting the pET22b (+) vector with the restriction enzymes NdeI and XhoI, the two insert DNAs amplified were inserted into the vector cleavage sites using the In Fusion Cloning Kit (Takara). It was designed so that His-tag was attached only to the C-terminal side of the expressed Ape_2078.
(3)構築したプラスミドpET22b(+)-Ape_1647-Ape_2078をE. coli Rosetta2(DE3)に導入した。 (3) The constructed plasmid pET22b (+)-Ape_1647-Ape_2078 was introduced into E. coli Rosetta2 (DE3).
(4)得られた本発明の細胞を得られた本発明の細胞をそれぞれAuto Induction培地(アンピシリン:100μg/mL、クロラムフェニコール:30μg/mL)にて37℃、24時間培養した。 (4) The obtained cells of the present invention were cultured in an Auto Induction medium (ampicillin: 100 μg / mL, chloramphenicol: 30 μg / mL) at 37 ° C. for 24 hours.
(5)集菌した菌体を20 mlのHistrap binding buffer Iで懸濁した。さらに、この懸濁液に10 mM DTTと2.5 mM MnCl2を添加した。 (5) The collected cells were suspended in 20 ml of Histrap binding buffer I. Further, 10 mM DTT and 2.5 mM MnCl 2 were added to this suspension.
(6)超音波発生装置UP200S (Hielscher Ultrasonics)を用いて、Cycle 0.3、Amplitude 60の設定で、菌体を破砕した。氷上にて2 min超音波破砕操作をし、この操作を3 回繰り返した。 (6) The cells were disrupted using an ultrasonic generator UP200S (Hielscher Ultrasonics) at a setting of Cycle 0.3 and Amplitude 60. Ultrasonic crushing operation was performed on ice for 2 min, and this operation was repeated three times.
(7)菌体破砕液を15,000 rpm、30分、4℃で遠心分離した後、60℃、30分間熱処理をした。 (7) The cell lysate was centrifuged at 15,000 rpm for 30 minutes at 4 ° C, and then heat-treated at 60 ° C for 30 minutes.
(8)再度15,000 rpm、30分、4℃で遠心分離した後、上清を回収した。得られた上清を孔径0.45μmのシリンジフィルターで濾過した。 (8) After centrifugation again at 15,000 rpm for 30 minutes at 4 ° C., the supernatant was recovered. The obtained supernatant was filtered with a syringe filter having a pore size of 0.45 μm.
(9)Ni2+を添加したHistrap FF カラム(GE Healthcare、カラム体積1 ml)をHistrap binding buffer I 10 mlで平衡化後、上清をカラムにアプライした。 (9) After equilibrating a Histrap FF column (GE Healthcare, column volume 1 ml) supplemented with Ni 2+ with 10 ml of Histrap binding buffer I, the supernatant was applied to the column.
(10)Histrap binding buffer I 10 mlで洗浄した後、Histrap elute buffer Iで目的タンパク質を溶出した。この溶出液を以降の実験で古細菌UbiDタンパク質ホモログとして使用した。 (10) After washing with 10 ml of Histrap binding buffer I, the target protein was eluted with Histrap elute buffer I. This eluate was used as archaeal UbiD protein homolog in subsequent experiments.
<実施例4-2.古細菌UbiDタンパク質ホモログの酵素活性の解析>
反応液(組成:放射性標識ApAcnX生成物(tAHMP) 54.6pmol、古細菌UbiDタンパク質ホモログ 6.2μg、Sodium phosphate(pH7.5) 3μmol、Up to 30μL)を調製し、60℃で1時間反応させた。反応物について、実施例2-2と同様にして順相TLC解析を行った。
<Example 4-2. Analysis of enzyme activity of archaeal UbiD protein homologue>
A reaction solution (composition: 54.6 pmol of radiolabeled ApAcnX product (tAHMP), 6.2 μg of archaeal UbiD protein homolog, 3 μmol of sodium phosphate (pH7.5), Up to 30 μL) was prepared and reacted at 60 ° C. for 1 hour. The reaction product was subjected to normal phase TLC analysis in the same manner as in Example 2-2.
<実施例4-3.古細菌UbiDタンパク質ホモログ生成物の検証>
反応液(組成:各放射標識化合物([2-14C]MVA、[2-14C]MVA5P、[2-14C]MVA5PP、放射性標識ApAcxX生成物、[4-14C]IP、[1-14C]IPP) 0.1nmol(12,200dpm)、ATP 0.8μmol、MgCl2 1μmol、ジメチルアリル二リン酸(DMAPP) 3nmol、Sodium phosphate(pH7.5) 5μmol、古細菌UbiDタンパク質ホモログ 7.5μg、Thermoplasma acidophilum由来IPK 0.1 nmol、Sulfolobus acidocaldarius由来ゲラニルゲラニル二リン酸(GGPP)合成酵素 過剰量、Up to 100μL)を調製して、60℃で1時間反応させた。疎水性の反応物について、ブタノールで抽出後、酸性ホスファターゼ処理を37℃で1晩行った。ペンタン抽出の後に逆相TLC解析を行った。TLC条件:TLCプレートTLC silica gel 60 RP-18 F254S、展開溶媒アセトン:水=9:1。
<Example 4-3. Verification of Archaeal UbiD Protein Homolog Products>
The reaction solution (composition: Each radiolabeled compound ([2- 14 C] MVA, [2- 14 C] MVA5P, [2- 14 C] MVA5PP, radiolabeled ApAcxX product, [4- 14 C] IP, [1 - 14 C] IPP) 0.1nmol ( 12,200dpm), ATP 0.8μmol, MgCl 2 1μmol, dimethylallyl diphosphate (DMAPP) 3nmol, Sodium phosphate ( pH7.5) 5μmol, archaeal UbiD protein homologs 7.5 [mu] g, Thermoplasma acidophilum 0.1 nmol of IPK (derived from Sulfolobus acidocaldarius, excess amount of geranylgeranyl diphosphate (GGPP) synthase, Up to 100 μL) was prepared and reacted at 60 ° C. for 1 hour. The hydrophobic reaction product was subjected to acid phosphatase treatment at 37 ° C. overnight after extraction with butanol. Reversed phase TLC analysis was performed after pentane extraction. TLC conditions: TLC plate TLC silica gel 60 RP-18 F 254S , developing solvent acetone: water = 9: 1.
<実施例4-4.結果>
実施例4-2の結果を図3に示す。古細菌UbiDタンパク質ホモログとApAcnX生成物(tAHMP)と反応させることにより、IPと同じ位置にスポットが確認される生成物が生じることが分かった。
<Example 4-4. Result>
FIG. 3 shows the results of Example 4-2. Reaction of the archaeal UbiD protein homolog with the ApAcnX product (tAHMP) was found to produce a product with a spot confirmed at the same position as the IP.
実施例4-3の結果を図4に示す。ApAcnX生成物(tAHMP)からGGPPへの効率的な変換を確認することができた。これは、古細菌UbiDタンパク質ホモログがApAcnX生成物(tAHMP)に対してデカルボキシラーゼ活性をもち、IPを生成したことを示している。 FIG. 4 shows the results of Example 4-3. Efficient conversion of ApAcnX product (tAHMP) to GGPP could be confirmed. This indicates that the archaeal UbiD protein homolog had decarboxylase activity on the ApAcnX product (tAHMP) and produced IP.
実施例5.リコペン生産と共役させたin vivoアッセイ
実施例1-4で見出された新規メバロン酸経路を担う酵素(古細菌AcnXタンパク質及び古細菌UbiDタンパク質ホモログ)それぞれのコード配列を含むポリヌクレオチドを大腸菌に導入し、基質の存在下で、テルペノイド化合物(リコペン)が産生されるか否かを調べた。リコペンは赤色を呈する化合物であり、リコペンが産生されれば、大腸菌ペレットは赤色を呈する。具体的には、以下のようにして行った。なお、プラスミド表記については、表1を参照する。
Embodiment 5 FIG. In vivo assay coupled to lycopene production Polynucleotides containing the coding sequences of each of the novel mevalonate pathway enzymes (archaeal AcnX protein and archaeal UbiD protein homologue) found in Examples 1-4 were introduced into Escherichia coli Then, it was examined whether a terpenoid compound (lycopene) was produced in the presence of the substrate. Lycopene is a compound that exhibits a red color, and if lycopene is produced, the E. coli pellet will exhibit a red color. Specifically, the procedure was performed as follows. In addition, refer to Table 1 for plasmid notation.
<実施例5-1.プラスミド構築>
M. mazei(理研BRC微生物材料開発室(JCM))、A. pernix(理研BRC微生物材料開発室(JCM))、S. cereviseaeの培養液よりDNA抽出キットGeno Plu(登録商標) Mini (VIOGENE, USA)を用いてゲノムDNAを抽出した。
<Example 5-1. Plasmid construction>
M. mazei (RIKEN BRC microbial material development room (JCM)), A. pernix (RIKEN BRC microbial material development room (JCM)), DNA extraction kit Geno Plu (registered trademark) Mini (VIOGENE, (USA) was used to extract genomic DNA.
抽出したM. mazeiのゲノムDNAを鋳型DNAとして、推定mevalonate kinase (MVK)遺伝子MM_1762をPCRにより増幅した。増幅したMM_1762をKpnI、XhoIで制限酵素処理し、同様の制限酵素で処理したpBAD18断片とライゲーションし、pBAD-MVKを作製した。pJBEI-2999 (Peralta-Yahya et al. Nature Communications, 2, 483, 2011)を鋳型DNAとしてisopentenyl diphosphate isomerase (IDI)遺伝子JW2857を増幅し、EcoRIで切断したpBAD-MVK断片とともに、大腸菌ME9783株 (Asai et al. The EMBO Journal, 12(8), 3287-3295, 1993)に導入した。大腸菌細胞内相同組み換え (Oliner et al. Nucleic Acids Research, 21(22), 5192-5197, 1993)によりJW2857が挿入されたプラスミドを抽出し、pBAD-mMP2とした。M. mazeiのゲノムDNAを鋳型DNAとして推定isopentenyl kinase (IPK)遺伝子MM_1763を増幅し、EcoRIで切断したpBAD-mMP2断片とともに大腸菌ME9783株に導入した。MM_1763が挿入されたプラスミドを抽出し、pBAD-mMP3とした。 Using the extracted M. mazei genomic DNA as a template DNA, the putative mevalonate kinase (MVK) gene MM_1762 was amplified by PCR. The amplified MM_1762 was treated with KpnI and XhoI with restriction enzymes, and ligated with a pBAD18 fragment treated with the same restriction enzymes to prepare pBAD-MVK. pJBEI-2999 (Peralta-Yahya et al. Nature Communications, 2, 483, 2011) was used as a template DNA to amplify the isopentenyl diphosphate isomerase (IDI) gene JW2857, and together with a pBAD-MVK fragment cut with EcoRI, E. coli strain ME9783 (Asai et al. The EMBO Journal, 12 (8), 3287-3295, 1993). The plasmid into which JW2857 was inserted was extracted by homologous recombination in Escherichia coli cells (Oliner et al. Nucleic Acids Research, 21 (22), 5192-5197, 1993) and designated as pBAD-mMP2. Using the genomic DNA of M. mazei as the template DNA, the putative isopentenyl kinase (IPK) gene MM_1763 was amplified and introduced into E. coli ME9783 along with the pBAD-mMP2 fragment cut with EcoRI. The plasmid into which MM_1763 was inserted was extracted and designated as pBAD-mMP3.
M. mazeiのゲノムDNAを鋳型DNAとして推定アコニターゼX-小サブユニット (AcnX-S)遺伝子MM_1524を増幅し、EcoRIで切断したpBAD18断片とともに大腸菌ME9783株に導入した。MM_1524が挿入されたプラスミドを抽出し、pBAD-mUA1とした。M. mazeiのゲノムDNAを鋳型DNAとして推定アコニターゼX-大サブユニット(AcnX-L)遺伝子MM_1525を増幅し、EcoRIで切断したpBAD-mUA1断片とともに大腸菌ME9783株に導入した。MM_1525が挿入されたプラスミドを抽出し、pBAD-mUA2とした。M. mazeiのゲノムDNAを鋳型DNAとして推定UbX遺伝子MM_1871を増幅し、EcoRIで切断したpBAD-mUA2断片とともに大腸菌ME9783株に導入した。MM_1871が挿入されたプラスミドを抽出し、pBAD-mUA3とした。M. mazeiのゲノムDNAを鋳型DNAとして推定UbiD遺伝子MM_1526を増幅し、EcoRIで切断したpBAD-mUA3断片とともに大腸菌ME9783株に導入した。MM_1526が挿入されたプラスミドを抽出し、pBAD-mUA4とした。pBAD-mUA4を鋳型DNAとしてMM_1526、MM_1871、MM_1525、MM_1524を含むDNA断片を増幅し、EcoRIで切断したpBAD-mMP3断片とともに大腸菌ME9783株に導入した。MM_1526、MM_1871、MM_1525、MM_1524が挿入されたプラスミドを抽出し、pBAD-mMP7とした(図5)。 Using the genomic DNA of M. mazei as template DNA, the putative aconitase X-small subunit (AcnX-S) gene MM_1524 was amplified and introduced into E. coli ME9783 along with the pBAD18 fragment cut with EcoRI. The plasmid into which MM_1524 was inserted was extracted and designated as pBAD-mUA1. Using the genomic DNA of M. mazei as template DNA, the putative aconitase X-large subunit (AcnX-L) gene MM_1525 was amplified and introduced into E. coli ME9783 along with the pBAD-mUA1 fragment cut with EcoRI. The plasmid into which MM_1525 was inserted was extracted and designated as pBAD-mUA2. Using the genomic DNA of M. mazei as the template DNA, the putative UbX gene MM_1871 was amplified and introduced into E. coli ME9783 along with the pBAD-mUA2 fragment cut with EcoRI. The plasmid into which MM_1871 was inserted was extracted and designated as pBAD-mUA3. Using the genomic DNA of M. mazei as the template DNA, the putative UbiD gene MM_1526 was amplified and introduced into E. coli ME9783 along with the pBAD-mUA3 fragment cut with EcoRI. The plasmid into which MM_1526 was inserted was extracted and designated as pBAD-mUA4. Using pBAD-mUA4 as a template DNA, a DNA fragment containing MM_1526, MM_1871, MM_1525, and MM_1524 was amplified and introduced into E. coli strain ME9783 together with the pBAD-mMP3 fragment cut with EcoRI. Plasmids into which MM_1526, MM_1871, MM_1525, and MM_1524 were inserted were extracted and designated as pBAD-mMP7 (FIG. 5).
A. pernixのゲノムDNAを鋳型DNAとしてAcnX-S遺伝子APE_2089を増幅し、EcoRIで切断したpBAD18断片とともに大腸菌ME9783株に導入した。APE_2089が挿入されたプラスミドを抽出し、pBAD-asUA1とした。A. pernixのゲノムDNAを鋳型DNAとしAcnX-L遺伝子APE_2087.1を増幅し、EcoRIで切断したpBAD-asUA1断片とともに大腸菌ME9783株に導入した。APE_2087.1が挿入されたプラスミドを抽出し、pBAD-asUA2とした。S. cerevisaeのゲノムDNAを鋳型DNAとしてS. cerevisiaeにおけるUbiXのホモログであるprenyl-flavin合成酵素遺伝子YDR538W (Arunrattanamook et al. Biochemistry, 57(5), 696-700, 2017)を増幅し、EcoRIで切断したpBAD-asUA1断片とともに大腸菌ME9783株に導入した。YDR538Wが挿入されたプラスミドを抽出し、pBAD-asUA3とした。A. pernixのゲノムDNAを鋳型DNAとしてUbiD遺伝子APE_2078を増幅し、EcoRIで切断したpBAD-asUA3断片とともに大腸菌ME9783株に導入した。APE_2078が挿入されたプラスミドを抽出し、pBAD-asUA4とした。pBAD-asUA4を鋳型DNAとしてAPE_2078、YDR538W、APE_2087.1、APE_2089を含むDNA断片を増幅し、EcoRIで切断したpBAD-mMP3断片とともに大腸菌ME9783株に導入した。APE_2078、YDR538W、APE_2087.1、APE_2089が挿入されたプラスミドを抽出し、pBAD-asMP7とした(図5)。 The AcnX-S gene APE_2089 was amplified using the genomic DNA of A. pernix as a template DNA, and introduced into E. coli ME9783 along with the pBAD18 fragment cut with EcoRI. The plasmid into which APE_2089 was inserted was extracted and designated as pBAD-asUA1. AcnX-L gene APE_2087.1 was amplified using A. pernix genomic DNA as template DNA, and introduced into E. coli ME9783 together with the pBAD-asUA1 fragment cut with EcoRI. The plasmid into which APE_2087.1 was inserted was extracted and designated as pBAD-asUA2. Using genomic DNA of S. cerevisae as template DNA, a prenyl-flavin synthase gene YDR538W (Arunrattanamook et al. Biochemistry, 57 (5), 696-700, 2017), which is a homolog of UbiX in S. cerevisiae, was amplified with EcoRI. It was introduced into E. coli ME9783 together with the cleaved pBAD-asUA1 fragment. The plasmid into which YDR538W was inserted was extracted and designated as pBAD-asUA3. UbiD gene APE_2078 was amplified using A. pernix genomic DNA as template DNA and introduced into E. coli ME9783 along with the pBAD-asUA3 fragment cut with EcoRI. The plasmid into which APE_2078 was inserted was extracted and designated as pBAD-asUA4. A DNA fragment containing APE_2078, YDR538W, APE_2087.1, and APE_2089 was amplified using pBAD-asUA4 as a template DNA, and introduced into E. coli ME9783 together with the pBAD-mMP3 fragment cut with EcoRI. The plasmid into which APE_2078, YDR538W, APE_2087.1, and APE_2089 were inserted was extracted and designated as pBAD-asMP7 (FIG. 5).
上記のPCR反応にはKOD plus polymerase (TOYOBO, Japan)と表2に示したプライマーを使用した。 For the above PCR reaction, KOD plus polymerase (TOYOBO, Japan) and the primers shown in Table 2 were used.
<実施例5-2.リコペン産生>
大腸菌TOP10株をpACYC-CrtIBE (Hemmi et al. The Journal of Biochemistry, 123(6), 1088-1096, 1998)とpBAD-mMP7またはpBAD-asMP7で形質転換し、TOP10/pBAD-mMP7/pACYC-CrtIBE株、TOP10/pBAD-asMP7/pACYC-CrtIBE株を作製した。さらにコントロールとして、pACYC-CrtIBEとpBAD-18で大腸菌TOP10株を形質転換し、TOP10/pBAD18/pACYC-CrtIBE株を作製した。各株を5 mlのLB培地(アンピシリン100 mg、テトラサイクリン20 mgを含む)で、37℃で一晩振盪培養した。各株の培養液を5 mlのLB培地(アンピシリン100 mg、テトラサイクリン20 mg、L-アラビノース0.2 %、メバロノラクトン2.5 mgを含む)に植菌した後、37℃で48時間静置培養した。培養後、培養液を13000 rpm、1 minで遠心し、菌体を回収した。なお、試験は、トリプリケートで行った。各サンプルについて、導入したプラスミド及び基質(MVL)の有無を表3に示す。
<Example 5-2. Lycopene production>
E. coli TOP10 strain was transformed with pACYC-CrtIBE (Hemmi et al. The Journal of Biochemistry, 123 (6), 1088-1096, 1998) and pBAD-mMP7 or pBAD-asMP7, and TOP10 / pBAD-mMP7 / pACYC-CrtIBE A strain, TOP10 / pBAD-asMP7 / pACYC-CrtIBE strain, was prepared. As a control, Escherichia coli TOP10 strain was transformed with pACYC-CrtIBE and pBAD-18 to prepare TOP10 / pBAD18 / pACYC-CrtIBE strain. Each strain was cultured with shaking at 37 ° C. overnight in 5 ml of LB medium (containing 100 mg of ampicillin and 20 mg of tetracycline). The culture solution of each strain was inoculated into 5 ml of LB medium (containing 100 mg of ampicillin, 20 mg of tetracycline, 0.2% of L-arabinose, and 2.5 mg of mevalonolactone), and then cultured at 37 ° C. for 48 hours. After the culture, the culture was centrifuged at 13000 rpm for 1 min to collect the cells. The test was performed in triplicate. Table 3 shows the presence or absence of the introduced plasmid and substrate (MVL) for each sample.
結果を図6に示す。実施例1-4で見出された新規メバロン酸経路を担う酵素(古細菌AcnXタンパク質及び古細菌UbiDタンパク質ホモログ)それぞれのコード配列を含むポリヌクレオチドを大腸菌に導入し、且つ基質を添加したサンプル(No.10-12及び16-18)で特異的に、大腸菌ペレットが赤色を呈した。このことから、これらのサンプルで特異的にテルペノイド化合物(リコペン)が産生されたことが示された。 FIG. 6 shows the results. A sample obtained by introducing a polynucleotide containing the coding sequence of each of the enzymes (archaeal AcnX protein and archaeal UbiD protein homologue) responsible for the novel mevalonate pathway found in Example 1-4 into Escherichia coli and adding a substrate ( No. 10-12 and 16-18), the E. coli pellet showed a red color specifically. This indicated that terpenoid compounds (lycopene) were specifically produced in these samples.
Claims (15)
(A)配列番号1〜2のいずれかに示されるアミノ酸配列からなるラージサブユニットと、配列番号3〜4のいずれかに示されるアミノ酸配列からなるスモールサブユニットとを含む複合体タンパク質、又は
(B)配列番号1〜2のいずれかに示されるアミノ酸配列と70%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなるラージサブユニットと、配列番号3〜4のいずれかに示されるアミノ酸配列と70%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなるスモールサブユニットとを含む複合体タンパク質であり、且つ5-ホスホメバロン酸(MVA5P)デヒドラターゼ活性を有する複合体タンパク質、
であり、且つ
前記古細菌UbiDタンパク質ホモログが下記(C)又は(D)に記載のタンパク質:
(C)配列番号5〜6のいずれかに示されるアミノ酸配列からなるタンパク質、又は
(D)配列番号5〜6のいずれかに示されるアミノ酸配列と70%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つトランス アンヒドロ 5-ホスホメバロン酸(tAHMP)デカルボキシラーゼ活性を有するタンパク質、
である、請求項1〜4のいずれかに記載の非古細菌生物。 The archaeal AcnX protein is a complex protein according to the following (A) or (B):
(A) a complex protein comprising a large subunit consisting of the amino acid sequence shown in any of SEQ ID NOs: 1 and 2 and a small subunit consisting of the amino acid sequence shown in any of SEQ ID NOs: 3 to 4, or B) A large subunit consisting of an amino acid sequence having 70% or more identity with the amino acid sequence shown in any of SEQ ID NOs: 1 and 2, and 70% or more with the amino acid sequence shown in any of SEQ ID NOs: 3 to 4 A complex protein comprising a small subunit having an amino acid sequence having the same identity as described above, and a complex protein having 5-phosphomevalonate (MVA5P) dehydratase activity;
And the archaeal UbiD protein homolog is a protein described in the following (C) or (D):
(C) a protein consisting of the amino acid sequence shown in any of SEQ ID NOs: 5-6, or (D) consisting of an amino acid sequence having 70% or more identity with the amino acid sequence shown in any of SEQ ID NOs: 5-6. A protein having transanhydro 5-phosphomevalonate (tAHMP) decarboxylase activity, and
The non-archaeal organism according to any one of claims 1 to 4, which is:
で表される化合物、及び/又は一般式(2):
で表される化合物を得ることを含む、メバロン酸経路中間体又はその類縁体の製造方法。 From the culture according to claim 9, general formula (1):
And / or the general formula (2):
A method for producing a mevalonic acid pathway intermediate or an analog thereof, comprising obtaining a compound represented by the formula:
で表される化合物、及び/若しくは一般式(2):
で表される化合物、それらの塩、又はそれらの溶媒和物。 General formula (1):
And / or the general formula (2):
Or a salt thereof, or a solvate thereof.
(a)イソプレノイド化合物、並びに/又は
(b)一般式(1):
で表される化合物の脱炭酸生成物、及び/若しくは一般式(2):
で表される化合物の脱炭酸生成物、
を得ることを含む、化合物の製造方法。 From the culture of claim 9,
(A) an isoprenoid compound, and / or (b) a general formula (1):
And / or a general formula (2):
A decarboxylation product of the compound represented by
A method for producing a compound, comprising obtaining
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