JP2022524214A - Udp-ラムノースの生合成生産 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、その開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、2019年3月29日に出願された米国仮出願第62/825,799号に基づく優先権を主張している。
本開示は、一般に、ウリジン二リン酸ラムノース(「UDP-ラムノース」または「UDPR」または「UDP-Rh」)の生合成に関する。より具体的には、本開示は、今度はラムノース含有ステビオール配糖体の生合成で使用することができる、UDP-ラムノースを調製するための生体触媒プロセス、ならびにUDP-ラムノースおよびラムノース含有ステビオール配糖体を生成するための関連する生合成経路で有用な酵素活性を有する組換えポリペプチドに関する。
ステビオール配糖体は、高強度低カロリー甘味料として使用することができるStevia rebaudiana植物の葉に見られる化合物のクラスである。これらの天然に存在するステビオール配糖体は、同じ基本ジテルペン構造(ステビオール骨格)を共有するが、ステビオール骨格のC13位およびC19位の炭水化物残基(例えば、グルコース、ラムノースおよびキシロース残基)の数および種類が異なる。興味深いことに、基本ステビオール構造の糖「装飾」のこれらの変動は、しばしば劇的かつ予測不能に、得られるステビオール配糖体の特性に影響を及ぼす。影響を受ける特性には、限定されないが、数ある違いの中でも、全体的な味プロファイル、任意の異臭の存在および程度、結晶化点、「食感」、溶解度および知覚される甘味が含まれ得る。既知の構造を有するステビオール配糖体としては、ステビオシド、レバウジオシドA(「Reb A」)、レバウジオシドB(「Reb B」)、レバウジオシドC(「Reb C」)、レバウジオシドD(「Reb D」)、レバウジオシドE(「Reb E」)、レバウジオシドF(「Reb F」)、レバウジオシドM(「Reb M」)、レバウジオシドJ(「Reb J」)、レバウジオシドN(「Reb N」)、およびズルコシドAが挙げられる。
本開示は、さまざまな実施形態で、UDP-ラムノースを調製する生合成方法を包含する。好ましい実施形態では、本開示は、ウリジン二リン酸ベータ-L-ラムノース(「UDP-L-ラムノース」または「UDP-L-R」またはUDP-L-Rh」)を調製する生合成方法に関する。一般に、本方法は、ウリジン二リン酸-グルコース(「UDP-グルコース」または「UDPG」)を、NAD+およびNADPH源の存在下で、UDP-ラムノースを生成するのに十分な時間、1または複数の組換えポリペプチドと共にインキュベートすることを含み、1または複数の組換えポリペプチドは、個別にまたは集合的に、UDP-ラムノースシンターゼ活性を有する。
本明細書で使用される場合、単数形「a」、an」および「the」は、文脈が明確に別段の指示をしない限り、複数の言及を含む。
て、遺伝子の発現を指示し得ることが当業者によって理解される。ほとんどの場合、ほとんどの細胞型で遺伝子を発現させるプロモーターは、一般に「構成的プロモーター(constitutive promoter)」と呼ばれる。ほとんどの場合、調節配列の正確な境界が完全に定義されていないため、異なる長さのDNAフラグメントが同一のプロモーター活性を有する可能性があることがさらに認識されている。
UDP-ラムノースシンターゼ酵素の酵素活性スクリーニング
系統発生学、遺伝子クラスターおよびタンパク質BLAST分析を使用して、UDP-グルコースからUDP-ラムノースを生成するための候補UDP-ラムノースシンターゼ(「RHM」)遺伝子を同定した。全ての候補RHM遺伝子の全長DNA断片を、大腸菌のコドン選好に従って最適化し、合成した(Gene Universal、DE)。合成したDNA断片を細菌発現ベクターpETite N-His SUMO Kan Vector(Lucigen)にクローニングした。
補因子の二段階添加
図7は、本開示による二段階補因子添加アプローチが、三機能性酵素NRF1を伴う反応において、UDP-ラムノース生産のための変換効率をどのように高めることができるかを示している。二段階反応(b-1時間、b-3時間、b-4時間、b-6時間、b-18時間)では、NAD+を最初の反応に添加した。UDPG基質は、3時間(b-3時間)で、DH活性によってUDP-4-ケト-6-デオキシグルコースに完全に変換された。次いで、NADPHを反応物に添加し、UDP-4-ケト-6-デオキシグルコースが18時間(b-18時間)でUDP-ラムノースに完全に変換されたことが示された。一段階反応(a-1時間、a-3時間、a-4時間、a-6時間、a-18時間)では、NAD+とNADPHの両方を最初の反応に添加し、UDPGはUDP-ラムノースに不完全に変換され、報告されているようにUDP-ラムノースがDH活性に対して負のフィードバック効果を有することが示唆された。UDP-グルコース(UDPG)、UDP-4-ケト-6-デオキシグルコース(UDP4K6G)およびUDP-ラムノース(UDP-Rh)のレベルを、両方のアプローチ下で1時間、3時間、4時間、6時間および18時間後に測定した(「a」は一段階アプローチを示し、「b」は二段階アプローチを示す)。
UDP-ラムノースのインビトロ合成のためのワンポット多酵素系の最適化
スクロースシンターゼ(SUS)はスクロース分子を分解してフルクトース分子およびグルコース分子を生成することができる。さらに、SUSは、1つのグルコースをUDPに転移させてUDP-グルコースを形成することができる。したがって、供給原料にスクロース、UDPおよびSUSを含めることによって、本明細書に開示されるUDP-ラムノース合成経路における必要なUDP-グルコース成分をスクロースシンターゼの存在下で補充することができる。
UDP-グルコース4,6-デヒドラターゼの酵素活性スクリーニング
UDP-グルコース4,6-デヒドラターゼ(DH)は、UDP-グルコース(UDPG)のUDP-4-ケト-6-デオキシ-グルコース(UDP4K6G)への生物変換のための酵素反応を触媒することができる。特異的DH酵素を同定するために、系統発生およびBlast解析に基づいて酵素候補を選択した。
二機能性UDP-4-ケト-6-デオキシ-グルコース3,5-エピメラーゼ/UDP-4-ケトラムノース4-ケトレダクターゼの酵素活性スクリーニング
二機能性UDP-4-ケト-6-デオキシ-グルコース3,5-エピメラーゼ/UDP-4-ケトラムノース4-ケトレダクターゼ(ER)酵素は、UDP-4-ケト-6-デオキシ-グルコースをUDP-β-L-ラムノースに変換することができる。特異的ER酵素を同定するために、系統発生およびBlast解析に基づいて一定の酵素候補を選択した。
UDP-ラムノース生産のための新規な融合酵素の同定
組換えDNA技術による融合酵素の構築は、UDP-ラムノースシンターゼ活性を有する新たな三機能性酵素を得るのに有用であり得る。しかしながら、2つの機能性酵素の融合は、必ずしも両酵素成分の活性を有する活性融合酵素を提供するとは限らない。さらに、適切なリンカーは、通常、実験的にのみ同定される。
UDP-ラムノースおよびステビオール配糖体生産の組み合わせ
現在国際公開第2019/178116号パンフレットとして公開されている、共同所有の国際特許出願番号PCT/US2019/021876に記載されているように、本発明者らは、Reb JおよびReb Nなどのラムノース含有ステビオール配糖体の生合成のためのさまざまなUDP-ラムノシルトランスフェラーゼ(1,2 RhaT)を同定した。具体的には、Reb AおよびUDP-ラムノースからReb JおよびReb Nを合成することができる。
Claims (42)
- ウリジン二リン酸-グルコース(UDP-グルコース)からウリジン二リン酸-ラムノース(UDP-ラムノース)を調製する生合成方法であって、UDP-グルコースを、NAD+およびNADPH源の存在下で、UDP-ラムノースを生成するのに十分な時間、UDP-ラムノースシンターゼ活性を有する1または複数の組換えポリペプチドと共にインキュベートすることを含む方法。
- 前記1または複数の組換えポリペプチドが、UDP-グルコース4,6-デヒドラターゼ、UDP-4-ケト-6-デオキシ-グルコース3,5-エピメラーゼおよびUDP-4-ケト-ラムノース4-ケト-レダクターゼ活性を有する三機能性酵素である第1の組換えポリペプチドを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記1または複数の組換えポリペプチドが、UDP-グルコース4,6-デヒドラターゼ活性を有する第1のドメインならびにUDP-4-ケト-6-デオキシ-グルコース3,5-エピメラーゼ活性およびUDP-4-ケト-ラムノース4-ケト-レダクターゼ活性を有する第2のドメインを含む融合酵素である第1の組換えポリペプチドを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記1または複数の組換えポリペプチドが、UDP-グルコース4,6-デヒドラターゼ活性を有する第1の組換えポリペプチドならびにUDP-4-ケト-6-デオキシ-グルコース3,5-エピメラーゼ活性およびUDP-4-ケト-ラムノース4-ケト-レダクターゼ活性を有する第2の組換えポリペプチドを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記融合酵素の前記第1のドメインが、配列番号7と少なくとも80%の配列同一性を有するアミノ酸配列を含む、請求項3に記載の方法。
- 前記融合酵素の前記第2のドメインが、配列番号91、配列番号93、配列番号95、配列番号61または配列番号63と少なくとも80%の配列同一性を有するアミノ酸配列を含む、請求項5に記載の方法。
- 前記融合酵素が、配列番号9、配列番号11または配列番号13、配列番号83または配列番号85と少なくとも80%の配列同一性を有するアミノ酸配列を含む、請求項6に記載の方法。
- 前記第1の組換えポリペプチドが、配列番号9、配列番号11、配列番号83または配列番号85と少なくとも90%の配列同一性を有するアミノ酸配列を含む、請求項7に記載の方法。
- 前記融合酵素の前記第1のドメインが、配列番号7または配列番号31と少なくとも80%の配列同一性を有するアミノ酸配列を含む、請求項3に記載の方法。
- 前記融合酵素の前記第2のドメインが、配列番号63と少なくとも80%の配列同一性を有するアミノ酸配列を含む、請求項9に記載の方法。
- 前記第1の組換えポリペプチドが、配列番号87と少なくとも90%の配列同一性を有するアミノ酸配列を含む、請求項10に記載の方法。
- 前記第1のドメインが、GSGリンカーを介して前記第2のドメインに連結される、請求項5から11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記1または複数の組換えポリペプチドが、UDP-グルコース4,6-デヒドラターゼ酵素をコードする第1のヌクレオチドとUDP-4-ケト-6-デオキシ-グルコース3,5-エピメラーゼ活性およびUDP-4-ケト-ラムノース4-ケト-レダクターゼ活性を有する二機能性酵素をコードする第2のヌクレオチドとの間の融合から生じるヌクレオチドによってコードされる融合ポリペプチドである第1の組換えポリペプチドを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第1のヌクレオチドが、配列番号8と少なくとも80%の配列同一性を有するヌクレオチド配列を含む、請求項13に記載の方法。
- 前記第1のヌクレオチドが、配列番号32と少なくとも80%の配列同一性を有するヌクレオチド配列を含む、請求項13に記載の方法。
- 前記第2のヌクレオチドが、配列番号62と少なくとも80%の配列同一性を有するヌクレオチド配列を含む、請求項13または14に記載の方法。
- 前記第2のヌクレオチドが、配列番号64と少なくとも80%の配列同一性を有するヌクレオチド配列を含む、請求項13から15のいずれか一項に記載の方法。
- 前記三機能性酵素が、配列番号3または配列番号5と少なくとも80%の配列同一性を有するアミノ酸配列を含む、請求項2に記載の方法。
- 前記第1の組換えポリペプチドが、配列番号7、配列番号29、配列番号31、配列番号33、配列番号35または配列番号37と少なくとも80%の配列同一性を有するアミノ酸配列を含む、請求項4に記載の方法。
- 前記第2の組換えポリペプチドが、配列番号49、配列番号55、配列番号61、配列番号63または配列番号71と少なくとも80%の配列同一性を有するアミノ酸配列を含む、請求項4または19に記載の方法。
- 前記1または複数の組換えポリペプチドを形質転換細胞系で発現させることを含む、請求項1から20のいずれか一項に記載の方法。
- 前記形質転換細胞系が、酵母、非UDP-ラムノース産生植物、藻類、真菌および細菌からなる群から選択される、請求項21に記載の方法。
- 前記形質転換細胞系が、Escherichia;Salmonella;Bacillus;Acinetobacter;Streptomyces;Corynebacterium;Methylosinus;Methylomonas;Rhodococcus;Pseudomonas;Rhodobacter;Synechocystis;Saccharomyces;Zygosaccharomyces;Kluyveromyces;Candida;Hansenula;Debaryomyces;Mucor;Pichia;Torulopsis;Aspergillus;Arthrobotlys;Brevibacteria;Microbacterium;Arthrobacter;Citrobacter;Klebsiella;Pantoea;およびClostridiumからなる群から選択される細菌または酵母である、請求項22に記載の方法。
- UDP-ラムノースが、中間体としてのUDP-4-ケト-6-デオキシ-グルコースを介してUDP-グルコースから生成される、請求項1から23のいずれか一項に記載の方法。
- 前記NADPH源が、UDP-グルコースがUDP-4-ケト-6-デオキシ-グルコースを生成するのに十分な時間、1または複数の組換えポリペプチドと共にインキュベートされた後に提供される、請求項24に記載の方法。
- 前記NADPH源が酸化反応基質およびNADP+依存性酵素を含む、請求項25記載の方法。
- 前記NADPH源がリンゴ酸およびリンゴ酸酵素を含む、請求項25記載の方法。
- 前記NADPH源がギ酸およびギ酸デヒドロゲナーゼを含む、請求項25記載の方法。
- 前記NADPH源が亜リン酸および亜リン酸デヒドロゲナーゼを含む、請求項25記載の方法。
- 前記ウリジン二リン酸-グルコースおよび前記1または複数の組換えポリペプチドを、スクロースおよびスクロースシンターゼ活性を有する第3の組換えポリペプチドと共にインキュベートする、請求項1から29のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第3の組換えポリペプチドが、Arabidopsisスクロースシンターゼ、Vigna radiateスクロースシンターゼおよびCoffeaスクロースシンターゼからなる群から選択される、請求項30に記載の方法。
- 少なくとも1つのラムノース含有ステビオール配糖体を含むステビオール配糖体組成物を調製する生合成方法であって、
(a)ウリジン二リン酸-ラムノースを生成するために、スクロース、ウリジン二リン酸およびウリジン二リン酸-グルコースからなる群から選択される基質を、NAD+およびNADPH源の存在下で、UDP-ラムノースシンターゼ活性を有する1または複数の組換えポリペプチドと共にインキュベートすることと;
(b)ラムノース部分がステビオール配糖体基質に連結して、少なくとも1つのラムノース含有ステビオール配糖体を生成するように、前記ウリジン二リン酸-ラムノースを、ラムノシルトランスフェラーゼ活性を有する組換えポリペプチドの存在下で、ステビオール配糖体基質と反応させることと
を含む方法。 - 前記ステビオール配糖体基質がレバウジオシドAである、請求項32に記載の方法。
- 前記ステビオール配糖体組成物が、レバウジオシドN、レバウジオシドJ、またはその両方を含む、請求項32または33に記載の方法。
- グルコース部分がラムノース含有ステビオール配糖体に連結するように、前記ラムノース含有ステビオール配糖体を、グリコシルトランスフェラーゼ活性を有する組換えポリペプチドの存在下で反応させることをさらに含む、請求項32に記載の方法。
- 前記基質がウリジン二リン酸-グルコースを含む、請求項32に記載の方法。
- 前記ウリジン二リン酸-グルコース基質が、スクロースシンターゼの存在下で、スクロースおよびウリジン二リン酸を反応させることによってインサイチューで提供される、請求項36に記載の方法。
- 配列番号9、配列番号11、配列番号13、配列番号83、配列番号85または配列番号87と少なくとも99%の同一性を有するアミノ酸配列を含むポリペプチドをコードする配列を含む核酸。
- 請求項38に記載の核酸を含む細胞。
- 配列番号9、配列番号11、配列番号13、配列番号83、配列番号85または配列番号87と少なくとも99%の同一性を有するアミノ酸配列を含む少なくとも1つのポリペプチドを含む組成物。
- 配列番号9、配列番号11、配列番号13、配列番号83、配列番号85または配列番号87と少なくとも99%の同一性を有するアミノ酸配列を含む少なくとも1つのポリペプチドを含む細胞。
- 酵母細胞、非UDPラムノース産生植物細胞、藻類細胞、真菌細胞または細菌細胞である、請求項39または41に記載の細胞。
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