JP2023532382A - クロロゲン酸のイソクロロゲン酸への変換のための酵素 - Google Patents
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Abstract
本発明は、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができるタンパク質であり、該タンパク質は、配列番号1のアミノ酸配列、この配列と少なくとも80%の同一性を有する配列、若しくはこの配列のフラグメントを含む、又はからなる。また本発明は、クロロゲン酸からイソクロロゲン酸を生産する方法であり、前記タンパク質の生産及びクロロゲン酸との接触を含む。【選択図】図1
Description
本発明の1つの目的は、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することを可能にする酵素活性をもつタンパク質である。また、本発明のもう1つの目的は、本発明に係るタンパク質を生産することを含む、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換する方法、及びクロロゲン酸からイソクロロゲン酸の生産のための、その使用である。したがって、本発明は、物質を合成するための組換え酵素の生産及び使用の分野に属する。
イソクロロゲン酸、又は3,5-ジカフェオイルキナ酸又は3,5-DCQは、現在、多くの研究の対象となっており、いくつかの薬理学的特性は、特にアルツハイマー病や癌、ウイルス性疾患などの疾患の予防及び/又は治療並びに化粧品への応用の分野で重要な発展が指摘される。3,5-DCQは植物、特にサツマイモ(Ipomoea batatas)から精製することができる(Harrison et al, “Contents of caffeoylquinic acid compounds in the storage roots of sixteen sweet potato genotypes and their potential biological activity”; J. Amer. Soc. Hort. Sci. , 133(4):492-500, 2008)。しかしながら、3,5-DCQは比較的少量でしか合成されないため、植物からのその精製には手間と費用がかかることから、広く使用するには適していない。さらに、異なるカフェオイルキナ酸異性体が同じ植物細胞によって生産される可能性があり、これは他の異性体と比較して、3,5-DCQを単離する追加工程をさらに意味する。
したがって、信頼性があり、容易で、安価な方法で大量のイソクロロゲン酸を得る手段が必要である。
WO2013/178705として公開されている国際出願は、クロロゲン酸(CGA)をジ、トリ又はテトラカフェオイルキナ酸に変換するための酵素を記載している。前記酵素の機能は、HCT(ヒドロキシシンナモイル-CoAシキミ酸/キナ酸ヒドロキシシンナモイルトランスフェラーゼ)又はHQT(ヒドロキシシンナモイル-CoAキナ酸ヒドロキシシンナモイルトランスフェラーゼ)タンパク質の機能に近く、より一般にはBAHDアシルトランスフェラーゼのファミリーに属する。
Kojima and Kondo(“An enzyme in sweet potato root which catalyses the conversion of chlorogenic acid, 3-caffeoylquinic acid, to isochlorogenic acid, 3,5- dicaffeoylquinic acid”, Agric. Biol. Chem. 49(8), 2467-9, 1985)は、サツマイモ抽出物中に存在し、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができる、機能が正確に特定されておらず、構造が開示されていない酵素を記載している。
Villegas et al(“Purification and characterization of chlorogenic potato roots”, Phytochemistry, vol. 26(6), 1577-81, 1987)は、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができるクロロゲン酸カフェオイルトランスフェラーゼを記載している。
Teutschbein et al(“Identification and localization of a lipase-like acyltransferase in phenylpropanoid metabolism of tomato (Solanum lycopersicum”, J. Biol. Chem, 285(49), pp. 38374-81, 2010)は、トマト抽出物中のクロロゲン酸グルカレートカフェオイルトランスフェラーゼ(CGT)の同定を記載している。
本発明者らは、今般、サツマイモ(Ipomoea batatas)の抽出物から、GDSLリパーゼ/エステラーゼのファミリーに属する酵素を単離及びクローニングし、これはそれらのアミノ酸配列内に次の4つのアミノ酸:グリシン(G)-アスパラギン酸(D)-セリン(S)-ロイシン(L)の連結物の存在により特徴付けられる。この酵素は、IbGDSL、すなわち、「サツマイモのGDSL酵素」と称される。本発明者らはまた、この酵素がクロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができ、高い基質特異性があり、排他的又はほぼ排他的な3,5-DCQ生産を行うことができることも示した。
本発明は、本発明によるGDSLエステラーゼ/リパーゼ酵素をコードするヌクレオチド配列を含む組換えベクターによって形質転換され、適当な培養条件下に置かれた宿主細胞の形質転換後にこの酵素が前記宿主細胞の総タンパク質抽出物中に検出されることから、前記の要件を満たす。さらに、本発明者らは、本発明による前記酵素が、単離された形態で、又は前記宿主細胞の培養培地中に存在する場合に機能的であることを実証した。本発明によるGDSLエステラーゼ/リパーゼは、3,5-DCQの形成を排他的に触媒して他のいずれの異性体も排除する。最後に、本発明者らは、本発明によるGDSLエステラーゼ/リパーゼが、植物抽出物中に存在するクロロゲン酸の3,5-DCQへの変換を効率的に触媒することを示した。
したがって、本発明の第1の目的は、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができるタンパク質であって、配列番号1、配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する配列、前記配列番号1のフラグメント、及び配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する前記配列のフラグメントから選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなる、タンパク質である。本発明の第2の目的は、クロロゲン酸からイソクロロゲン酸(3,5-DCQ)を生産するための方法であって、この方法は、本発明に係るタンパク質を実施する。本発明の第3の目的は、クロロゲン酸からイソクロロゲン酸(3,5-DCQ)を生産するための本発明に係るタンパク質の使用である。
第1の目的によれば、本発明は、配列番号1、配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する配列、前記配列番号1のフラグメント、及び配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する前記配列のフラグメントから選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなる、タンパク質であって、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができる、タンパク質である。
この第1の目的の1つの特別な態様によれば、本発明は、遺伝物質が改変された細胞によって生産されたタンパク質である、組換えタンパク質である。
「含む」とは、その要素が存在するが、他の要素も存在し得ることを意味する。アミノ酸配列の場合、問題の配列は、前記配列のN末端側又はC末端側に追加のアミノ酸を特にさらに含んでもよく、これらの追加のアミノ酸は、目的のタンパク質の特性決定及び/又は精製を特に容易にすることを可能にする。ヌクレオチド配列の場合、問題の配列は、特に前記配列の3’側又は5’側に追加のヌクレオチドをさらに含み得る。
「からなる」とは、述べられたもの以外の要素が存在しないことを意味する。ただし、この制限には、目的のタンパク質の可能性のある翻訳後修飾が含まれる。
「少なくとも80%の同一性を有する」とは、最適な全体的アラインメントの後、すなわち、2配列間の全体的なアラインメントにより、それらの間に最高の同一性のパーセンテージが得られた後に、前記配列が少なくとも80%の同一性を有することを意味する。2配列の最適なグローバルアラインメントは、特に、当業者に周知のニードルマン・ヴンシュアルゴリズムに従って実行することができる(Needleman & Wunsch, “A general method applicable to the search for similarities in the amino acid sequences of two proteins”, J. Mol. Biol, 48(3):443-53)。本発明に係るタンパク質は、最適な全体的アラインメントの後に配列番号1のアミノ酸配列と少なくとも80%、有利には少なくとも81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%又は99%の同一性を有するアミノ酸配列を含む、又はからなる。有利には、本発明に係るタンパク質は、最適なグローバルアラインメントの後に配列番号1のアミノ酸配列と少なくとも99.1%、99.2%、99.3%、99.4%、99.5%、99.6%、99.7%、99.8%又は99.9%の同一性を有するアミノ酸配列を含むか、又はからなる。
1つの特定の態様によれば、配列番号1のアミノ酸配列と少なくとも80%の同一性を有するアミノ酸配列を含み、又はからなり、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができる本発明に係るタンパク質の中で、配列番号3、配列番号4、配列番号5及び配列番号6から選択される少なくとも1つの配列を含むタンパク質が好ましい。
別の特定の態様によれば、配列番号1のアミノ酸配列と少なくとも80%の同一性を有するアミノ酸配列を含み、又はからなり、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができる本発明に係るタンパク質の中で、
11番の位置にセリンアミノ酸、及び/又は
317番の位置にアスパラギン酸アミノ酸、及び/又は
153番の位置にアスパラギン酸アミノ酸、及び/又は
320番の位置にヒスチジンアミノ酸
を含むタンパク質が好ましい。
11番の位置にセリンアミノ酸、及び/又は
317番の位置にアスパラギン酸アミノ酸、及び/又は
153番の位置にアスパラギン酸アミノ酸、及び/又は
320番の位置にヒスチジンアミノ酸
を含むタンパク質が好ましい。
さらなる特定の態様によれば、配列番号1のアミノ酸配列と少なくとも80%の同一性を有するアミノ酸配列を含み、又はからなり、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができる本発明に係るタンパク質の中で、11番の位置にセリンアミノ酸、317番の位置にアスパラギン酸アミノ酸、153番の位置にアスパラギン酸アミノ酸、320番の位置にヒスチジンアミノ酸を含むタンパク質が好ましい。
別の特定の態様によれば、配列番号1のアミノ酸配列と少なくとも80%の同一性を有するアミノ酸配列フラグメントを含み、又はからなり、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができる本発明に係るタンパク質の中で、11番の位置にセリンアミノ酸、及び/又は317番の位置にアスパラギン酸アミノ酸、及び/又は153番の位置にアスパラギン酸アミノ酸、及び/又は320番の位置にヒスチジンアミノ酸を含むタンパク質が好ましい。
この態様によれば、配列番号1と少なくとも80%の同一性を有するアミノ酸フラグメントを含む、又はからなり、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができる、本発明に係るタンパク質は、少なくとも50のアミノ酸、好ましくは、少なくとも100のアミノ酸、及びより好ましくは、少なくとも150のアミノ酸を含む。
「クロロゲン酸」とは、カフェ酸とキナ酸の単純エステルであり、また、カフェオイルキナ酸又は以下の式(I)で表されるtrans-5-O-カフェオイル-D-キナ酸を意味する。
ジカフェオイルキナ酸はDCQと略され、キナ酸分子で構成されているジエステルであり、4つのアルコール官能基のうち2つがカフェ酸分子でエステル化されている。DCQの一般式は以下の(II)で表され、R2、R3、R4及びR5はそれぞれ独立して、カフェオイル基又は水素原子であり、ただし、R2、R3、R4及びR5の少なくとも2つは水素原子ではない。
「イソクロロゲン酸」とは、また、3,5-O-ジカフェオイルキナ酸又は「3,5-DCQ」といわれ、アルコール官能基3及び5がカフェ酸分子でエステル化されているキナ酸分子で構成されているジエステルであり、以下の(III)で表される。3,5-DCQは、天然に存在しており、特にサツマイモ(Ipomoea batatas)の抽出物に存在する。
「クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができる」とは、図1に記載されている反応スキームに従い、適合した反応条件下に置かれた際に2つのクロロゲン酸分子の縮合によってクロロゲン酸からイソクロロゲン酸への形成を触媒することができるタンパク質を意味する。
より詳しくは、本発明に係るタンパク質は、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に主として、望ましくは例外なく、又はほぼ例外なく変換することができる。
さらに詳しくは、本発明に係るタンパク質の、上で定義された触媒活性は、以下の特性のうちの1つ、2つ、3つ又は4つを満たす。
a)60~240ナノモル・s-1)のVmax(最大初速度)、b)2~5mMのKm(ミカエリス定数)(CGAに関して)、c)6~6.6の最適作用pH;d)39~41℃の最適作用温度。
a)60~240ナノモル・s-1)のVmax(最大初速度)、b)2~5mMのKm(ミカエリス定数)(CGAに関して)、c)6~6.6の最適作用pH;d)39~41℃の最適作用温度。
特には、本発明に係るタンパク質の、上で定義された触媒活性は、以下の特性のうちの1つ、2つ、3つ又は4つを満たす。
a)7.18マイクロモル・min-1(すなわち、120ナノモル・s-1)のVmax(最大初速度);b)3.5mMのKm(ミカエリス定数)(CGAに関して);c)6.3の最適作用pH;d)39.9℃の最適作用温度。
a)7.18マイクロモル・min-1(すなわち、120ナノモル・s-1)のVmax(最大初速度);b)3.5mMのKm(ミカエリス定数)(CGAに関して);c)6.3の最適作用pH;d)39.9℃の最適作用温度。
より詳しい態様によれば、本発明は、配列番号1、配列番号1と少なくとも95%の同一性を有し、配列番号7の配列を含む配列、から選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなる、タンパク質であって、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができる、タンパク質である。
より詳しくは、本発明は、配列番号1のアミノ酸配列と少なくとも80%の同一性を有するアミノ酸配列を含む、又はからなり、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができる、タンパク質であって、前記タンパク質は、いわゆる「GDSLエステラーゼ/リパーゼ」酵素、特に、サツマイモ属の「GDSLエステラーゼ/リパーゼ」酵素、より詳しくは、サツマイモの「GDSLエステラーゼ/リパーゼ」酵素、並びにナス科(Solanaceae)、キク科(Asteraceae)、及びアカネ科(Rubiaceae)の「GDSLエステラーゼ/リパーゼ」酵素から選択される。
さらにより詳しくは、本発明は、選択された配列番号1のアミノ酸配列を含む、又はからなる、タンパク質であって、前記タンパク質は、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができ、サツマイモのGDSLエステラーゼ/リパーゼ酵素から選択される。
別の特定の態様によれば、本発明の目的は、本発明に係るタンパク質をコードする単離された核酸分子である。
より詳しくは、本発明の目的は、本発明に係るタンパク質をコードする単離された核酸分子であって、前記核酸分子は、配列番号2及び配列番号2と少なくとも80%の同一性を有する配列から選択される核酸配列を含む、又はからなる。 遺伝子コードの縮重により、異なる核酸配列が本発明に係るタンパク質をコードすることができる。本発明に係るタンパク質を生産するために選択された宿主に応じて、遺伝子コードの縮重は、宿主タンパク質中の所望するタンパク質の発現を最適化するため、核酸配列のコドンを、好ましくは選択された宿主で発見されたコドン使用頻度に適合させるために使用し得る。1つの特定の宿主細胞、例えば、酵母細胞や植物細胞で組換えタンパク質の生産を希望する当業者は、容易に利用可能なコドン最適化ソフトウェアのおかげで、簡単に最適コドンにアクセスすることができる。
さらにより詳しい態様によれば、本発明の目的は、本発明に係る少なくとも1つの核酸分子を含み、前記少なくとも1つの分子がそれぞれ所与の宿主細胞での前記タンパク質の発現に必要な手段の制御下に置かれている組換えベクター である。そのようなベクターには、特には、プラスミド、酵母人工染色体(YAC)、バイナリー型ベクター(pBIN、pGW)、及び選択した宿主細胞の機能として、あらゆるタイプの適当なベクターを選択し得る。宿主細胞の前記タンパク質の発現に必要な前記手段は、当業者によく知られている。「宿主細胞の前記タンパク質の発現に必要な手段」とは、前記タンパク質を得られるようにするあらゆる手段を意味し、特に、プロモーター、転写ターミネーター、複製開始点、及び可能な選択マーカーであり、前記手段は、所望するタンパク質をコードするヌクレオチド配列に操作的に関係している。本発明に係るベクターは、さらに 、生産されたタンパク質の宿主細胞の培養培地への輸送を確実にするための手段をコードするヌクレオチド配列、及び/又は、生産されたタンパク質の精製を確実にするための手段をコードするヌクレオチド配列を含むことができる。そのような手段は、当業者によく知られており、それゆえ、それらを容易に選択し、機能的なやり方で、前記ヌクレオチド配列を挿入することができる。前記タンパク質の精製を確実に行うため、公知手段の1つは、ヒスチジンタグ、又は一連のヒスチジンアミノ酸からなる。
より詳しくは、本発明の1つの目的は、本発明に係る少なくとも1つの核酸分子を含み、前記少なくとも1つの分子がそれぞれ酵母宿主細胞又は植物宿主細胞での前記タンパク質の発現に必要な手段の制御下に置かれている組換えベクターである。
酵母宿主細胞での前記タンパク質の発現に必要な手段は当業者によく知られており、それらは特に、ThermoFisher companyにより市販されているpPICZa、pPIC9K、pAOX815ベクターに存在する。
植物宿主細胞、特にタバコ、米、トマト、又は食虫植物細胞のような外来タンパク質の産生に通常使用される植物細胞での前記タンパク質の発現に必要な手段も、当業者によく知られている。
別の詳しい態様によれば、本発明の1つの目的は、本発明に係る少なくとも1つの単離された核酸分子、又は本発明に係る、少なくとも1つの核酸分子を含み、前記少なくとも1つの分子がそれぞれ宿主細胞での前記タンパク質の発現に必要な手段の制御下に置かれている少なくとも1つの組換えベクターを含む宿主細胞である。
さらに詳しくは、本発明は、酵母細胞、特に、ピキア・パストリス、サッカロマイセス・セレビシエ、ヤロウイア・リポリティカ、コマガタエラ属細菌、及びクルイベロマイセス・ラクチス、好ましくはピキア・パストリス株の酵母細胞から選択される宿主細胞である。
別の詳しい態様によれば、本発明は、植物細胞、特に、ベンサミアナタバコ、サツマイモ、タバコ、シロイヌナズナ、トウモロコシ、米、アラビカコーヒーノキ、トマト、キク科(アザミ、アーティチョーク)などから選択される宿主細胞である。
別の詳しい態様によれば、本発明は、本発明に係る少なくとも1つの単離された核酸分子、本発明に係る少なくとも1つの核酸分子を含む組換えベクター、又は本発明に係る少なくとも1つの植物宿主細胞を含む、トランスジェニック植物である。
好ましくは、本発明は、本発明に係る少なくとも1つの単離された核酸分子、本発明に係る少なくとも1つの核酸分子を含む組換えベクター、又は本発明に係る少なくとも1つのベンサミアナタバコ、サツマイモ、タバコ、シロイヌナズナ、トウモロコシ、米、アラビカコーヒーノキ、トマト、又はキク科の宿主細胞を含む、トランスジェニック植物である。
第2の目的によれば、本発明は、イソクロロゲン酸を生産するための方法であって、適当な反応条件下で、クロロゲン酸と、配列番号1、配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する配列、前記配列番号1のフラグメント、及び配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する前記配列のフラグメントから選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなる、タンパク質であって、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができるタンパク質とを接触させて、イソクロロゲン酸に富む組成物を得ることを含む、方法である。
1つの詳しい態様によれば、本発明は、イソクロロゲン酸を生産するための方法であって、適当な反応条件下で、クロロゲン酸と、配列番号1、配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する配列、前記配列番号1のフラグメント、及び配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する前記配列のフラグメントから選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなる、タンパク質であって、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができるタンパク質とを接触させて、イソクロロゲン酸に富む組成物を得ることを含む、方法であって、
前記方法は、適当な培養培地中及び適当な条件下で、配列番号1、配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する配列、前記配列番号1のフラグメント、及び配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する前記配列のフラグメントから選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなる、タンパク質を発現することができる宿主細胞を培養する前工程であって、生産された前記タンパク質は任意選択により精製され、かつ/又は前記クロロゲン酸は単離された形態で、又は組成物中に存在し、前記組成物は特に植物抽出物である前工程、及び/又は
反応中に生産された前記イソクロロゲン酸を単離する次工程
をさらに含む、方法である。
前記方法は、適当な培養培地中及び適当な条件下で、配列番号1、配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する配列、前記配列番号1のフラグメント、及び配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する前記配列のフラグメントから選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなる、タンパク質を発現することができる宿主細胞を培養する前工程であって、生産された前記タンパク質は任意選択により精製され、かつ/又は前記クロロゲン酸は単離された形態で、又は組成物中に存在し、前記組成物は特に植物抽出物である前工程、及び/又は
反応中に生産された前記イソクロロゲン酸を単離する次工程
をさらに含む、方法である。
1つの詳しい態様によれば、本発明は、配列番号1、配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する配列、前記配列番号1のフラグメント、及び配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する前記配列のフラグメントから選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなる、前記タンパク質を、クロロゲン酸と接触させる前に精製する、方法である。前記精製は、当業者に知られている任意の手段により行われる。
別の詳しい態様によれば、本発明は、前記タンパク質をクロロゲン酸と接触させるときに、前記タンパク質は、前記タンパク質を生産した組換え宿主細胞の組成物又は混合物、特に培養培地、又は上清中に存在する方法である。
より詳しくは、この第2の目的によれば、本発明は、適当な培養培地中及び適当な条件下で、配列番号1、配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する配列、前記配列番号1のフラグメント、及び配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する前記配列のフラグメントから選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなる、タンパク質を発現することができる宿主細胞を培養する前工程をさらに含む、イソクロロゲン酸を生産するための方法である。
「適当な反応条件」とは、2つのCGA分子の縮合により3,5-DCQとキナ酸(QA)の形成を触媒する、IbGDSLにより行われる酵素反応を実施することを可能にする各種のパラメータを意味する。前記反応の継続時間は、好ましくは4時間以上、好ましくは4~60時間、好ましくは50時間である。前記反応のpHは5~7、好ましくは6±0.5である。前記反応の温度は、30~40℃、好ましくは35℃±5℃である。植物抽出物の体積当たりのGDSL濃度は、0.5mg/L~10mg/L、好ましくは4.2mgGDSL/L±3.4である。
この第2の目的の別の詳しい態様によれば、本発明は、反応中に生産されたイソクロロゲン酸を単離する次工程をさらに含む、イソクロロゲン酸を生産するための方法である。
この第2の目的のより詳しい態様によれば、本発明は、イソクロロゲン酸を生産するための方法であって、以下の工程:
i)クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができるタンパク質を発現させるために、適当な培養培地中及び適当な条件下で、配列番号1、配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する配列、前記配列番号1のフラグメント、及び配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する前記配列のフラグメントから選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなる、タンパク質を発現することができる宿主細胞の培養、
ii)適当な反応条件下で、工程i)で発現されたタンパク質と、クロロゲン酸との接触、及び
iii)工程ii)の反応中に生産されたイソクロロゲン酸の単離、を含む方法である。
i)クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができるタンパク質を発現させるために、適当な培養培地中及び適当な条件下で、配列番号1、配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する配列、前記配列番号1のフラグメント、及び配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する前記配列のフラグメントから選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなる、タンパク質を発現することができる宿主細胞の培養、
ii)適当な反応条件下で、工程i)で発現されたタンパク質と、クロロゲン酸との接触、及び
iii)工程ii)の反応中に生産されたイソクロロゲン酸の単離、を含む方法である。
第2の目的に対する本発明に係る方法においては、前記クロロゲン酸は、単離体で存在又は組成物中に存在し、該組成物は特に植物抽出物である。「植物抽出物」とは、発酵、浸漬、煮出し、又は煎じ出しによる、植物、又は少なくとも植物の一部の活性成分を抽出した結果物を意味する。前記植物抽出物は、特に液体又は粉末の形で添加され得る。好ましくは、本発明に係る前記方法においては、植物抽出物は、少なくとも5%のCGAを含む。そのような植物抽出物は、コーヒー、ブルーベリー、ヒマワリ、ゴボウ、チコリー、アーティチョーク、ビワ、プルーン、ミント、ニンジン、ジャガイモ、リンゴ、及びセイヨウナシの植物抽出物から選択し得る。
さらに本発明は、イソクロロゲン酸を生産するための方法であって、以下の工程:
i)クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができるタンパク質を発現させるために、適当な培養培地中及び適当な条件下で、配列番号1、配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する配列、前記配列番号1のフラグメント、及び配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する前記配列のフラグメントから選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなる、タンパク質を発現することができる宿主細胞の培養、
ii)適当な反応条件下で、工程i)で発現されたタンパク質と、クロロゲン酸との接触、及び
iii)工程ii)の反応中に生産されたイソクロロゲン酸の単離、を含む方法である。
i)クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができるタンパク質を発現させるために、適当な培養培地中及び適当な条件下で、配列番号1、配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する配列、前記配列番号1のフラグメント、及び配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する前記配列のフラグメントから選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなる、タンパク質を発現することができる宿主細胞の培養、
ii)適当な反応条件下で、工程i)で発現されたタンパク質と、クロロゲン酸との接触、及び
iii)工程ii)の反応中に生産されたイソクロロゲン酸の単離、を含む方法である。
詳しい態様によれば、本発明に係るイソクロロゲン酸を生産するための方法は、
以下の工程:
i)クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができるタンパク質を発現させるために、適当な培養培地中及び適当な条件下で、配列番号1、配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する配列、前記配列番号1のフラグメント、及び配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する前記配列のフラグメントから選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなる、タンパク質を発現することができるピキア・パストリス宿主細胞の培養であって、前記タンパク質は生産され、次いで、P.パストリス細胞の培養上清中に輸送される培養、
ii)適当な反応条件下で、工程i)で発現されたタンパク質と、グリーンコーヒー抽出物中に存在するクロロゲン酸との接触、及び
iii)工程ii)の反応中に生産されたイソクロロゲン酸の単離、を含む。
以下の工程:
i)クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができるタンパク質を発現させるために、適当な培養培地中及び適当な条件下で、配列番号1、配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する配列、前記配列番号1のフラグメント、及び配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する前記配列のフラグメントから選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなる、タンパク質を発現することができるピキア・パストリス宿主細胞の培養であって、前記タンパク質は生産され、次いで、P.パストリス細胞の培養上清中に輸送される培養、
ii)適当な反応条件下で、工程i)で発現されたタンパク質と、グリーンコーヒー抽出物中に存在するクロロゲン酸との接触、及び
iii)工程ii)の反応中に生産されたイソクロロゲン酸の単離、を含む。
別の詳しい態様によれば、本発明に係るイソクロロゲン酸を生産するための方法は、
以下の工程:
・ 適当な反応条件下で、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができ、かつ、配列番号1、配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する配列、前記配列番号1のフラグメント、及び配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する前記配列のフラグメントから選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなる、タンパク質と、グリーンコーヒー抽出物中に存在するクロロゲン酸との接触、及び
・先行する反応の反応中に生産されたイソクロロゲン酸の単離、を含む。
以下の工程:
・ 適当な反応条件下で、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができ、かつ、配列番号1、配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する配列、前記配列番号1のフラグメント、及び配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する前記配列のフラグメントから選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなる、タンパク質と、グリーンコーヒー抽出物中に存在するクロロゲン酸との接触、及び
・先行する反応の反応中に生産されたイソクロロゲン酸の単離、を含む。
「グリーンコーヒー」とは、調理又は焙煎する前のコーヒー属の植物の豆、特にロブスタコーヒーノキ(Coffea canephora)又はアラビカコーヒーノキ(Coffea arabica)種の豆を意味する。好ましくは、「グリーンコーヒー」は、ロブスタコーヒーノキ(Coffea canephora)を意味する。
「グリーンコーヒー抽出物」とは、乾燥したグリーンコーヒー豆に含まれる代謝物を回収するために、エタノール中で固液抽出することにより得られる抽出物を意味する。使用されるエタノールは、純粋エタノール又は水性アルコール溶液の形態であり、後者は、10%~99.9%、より詳しくは40%~90%、さらにより詳しくは50%~85%のアルコールを含む。任意に、カフェインは、酢酸エチル又は酢酸エチル/ヘキサンの混合物を用いた処理により抽出物から除去される。抽出物は、当業者に知られている任意の適合方法、特に噴霧化又は凍結乾燥を行うことにより粉末状にされる。
本発明に係るグリーンコーヒー抽出物においては、クロロゲン酸が少なくとも2mM、好ましくは少なくとも5mM、少なくとも7.5mM、好ましくは10mMの最小濃度で存在する。
さらにより詳しい態様によれば、本発明に係るイソクロロゲン酸を生産するための方法は、
以下の工程:
・ クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができるタンパク質を発現させるために、適当な培養培地中及び適当な条件下で、配列番号1から選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなる、タンパク質を発現することができるピキア・パストリス宿主細胞の培養であって、前記タンパク質は生産され、次いで、P.パストリス細胞の培養上清中に輸送される培養、
・適当な反応条件下で、工程i)で発現されたタンパク質と、グリーンコーヒー抽出物中に存在するクロロゲン酸との接触、及び
・先行する前記工程の反応中に生産されたイソクロロゲン酸の単離、を含む。
以下の工程:
・ クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができるタンパク質を発現させるために、適当な培養培地中及び適当な条件下で、配列番号1から選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなる、タンパク質を発現することができるピキア・パストリス宿主細胞の培養であって、前記タンパク質は生産され、次いで、P.パストリス細胞の培養上清中に輸送される培養、
・適当な反応条件下で、工程i)で発現されたタンパク質と、グリーンコーヒー抽出物中に存在するクロロゲン酸との接触、及び
・先行する前記工程の反応中に生産されたイソクロロゲン酸の単離、を含む。
別の詳しい態様によれば、本発明の1つの目的は、本発明に係る方法により得られる可能性のある生成物であって、前記方法は、適当な反応条件下で、クロロゲン酸濃度が2mM以上であるグリーンコーヒー抽出物と、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができ、かつ、
配列番号1、
配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する配列、
前記配列番号1の少なくとも50のアミノ酸を含むフラグメント、及び
配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する前記配列の少なくとも50のアミノ酸を含むフラグメント
から選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなる、タンパク質とを接触させることを含む、生成物である。
配列番号1、
配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する配列、
前記配列番号1の少なくとも50のアミノ酸を含むフラグメント、及び
配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する前記配列の少なくとも50のアミノ酸を含むフラグメント
から選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなる、タンパク質とを接触させることを含む、生成物である。
別のさらに詳しい態様によれば、本発明の1つの目的は、本発明に係る方法により得られる可能性のある生成物であって、前記方法は、以下の工程:
・配列番号1のIbGSDLタンパク質をコードする遺伝子を組み込んだ発現ベクターにより形質転換されたP.パストリスを適当な栄養培地及び適当な条件下で培養し、前記タンパク質が生産され、次いで、培養上清中に輸送される工程、
・任意選択により、配列番号1の前記タンパク質を精製する工程、
・適当な反応条件下で、クロロゲン酸濃度が2mM以上であるグリーンコーヒー抽出物を前記培養上清、又は任意選択により前記精製タンパク質と接触させる工程、
・任意選択により、反応中に生産されたイソクロロゲン酸を単離する次工程
を含む。
・配列番号1のIbGSDLタンパク質をコードする遺伝子を組み込んだ発現ベクターにより形質転換されたP.パストリスを適当な栄養培地及び適当な条件下で培養し、前記タンパク質が生産され、次いで、培養上清中に輸送される工程、
・任意選択により、配列番号1の前記タンパク質を精製する工程、
・適当な反応条件下で、クロロゲン酸濃度が2mM以上であるグリーンコーヒー抽出物を前記培養上清、又は任意選択により前記精製タンパク質と接触させる工程、
・任意選択により、反応中に生産されたイソクロロゲン酸を単離する次工程
を含む。
第3の目的によれば、本発明は、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換するための、配列番号1、配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する配列、前記配列番号1のフラグメント、及び配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する前記配列のフラグメントから選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなり、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができる少なくとも1つのタンパク質、又はそのようなタンパク質を発現する宿主細胞、の使用である。
より詳しくは、本発明は、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換するための、配列番号1、配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する配列、前記配列番号1のフラグメント、及び配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する前記配列のフラグメントから選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなり、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができる少なくとも1つのタンパク質であって、適当な反応条件下で、宿主細胞から、又は前記タンパク質を生産するために宿主細胞が培養された培養培地から、前もって単離されることなく、クロロゲン酸と接触される、少なくとも1つのタンパク質の使用である。
別の詳しい態様によれば、本発明は、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換するための、配列番号1、配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する配列、前記配列番号1のフラグメント、及び配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する前記配列のフラグメントから選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなり、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができる少なくとも1つのタンパク質であって、適当な反応条件下で、宿主細胞から、又は前記タンパク質を生産するために宿主細胞が培養された培養培地から、前もって単離された又は精製された後に、クロロゲン酸と接触される、少なくとも1つのタンパク質の使用である。さらにより詳しくは、本発明に係る使用において、宿主細胞から単離された又は培養培地から精製された前記タンパク質は、クロロゲン酸を主に、又はクロロゲン酸のみを含む溶液に添加される。代替的に、本発明に係る使用において、宿主細胞から単離された又は培養培地から精製された前記タンパク質は、
特にクロロゲン酸を含む抽出物に添加される。
特にクロロゲン酸を含む抽出物に添加される。
この第3の目的の別の詳しい態様によれば、本発明は、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換するための、配列番号1、配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する配列、前記配列番号1のフラグメント、及び配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する前記配列のフラグメントから選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなり、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができるタンパク質を発現する少なくとも1つの宿主細胞の使用である。
より詳しくは、本発明の1つの目的は、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換するための、配列番号1、配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する配列、前記配列番号1のフラグメント、及び配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する前記配列のフラグメントから選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなり、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができるタンパク質を発現する少なくとも1つの酵母細胞の使用である。好ましくは、前記酵母細胞は、
本発明に係る少なくとも1つの核酸分子を含む組換えベクターにより形質転換されたピキア・パストリス株の細胞であり、前記少なくとも1つの分子はそれぞれ宿主細胞での前記タンパク質の発現に必要な手段の制御下に置かれている。そのようなベクターは、特に、プラスミド、酵母人工染色体(YAC)、バイナリー型ベクター(pBIN、pGW)、及び選択した宿主細胞の機能として、あらゆるタイプの適当なベクターから選択される。
本発明に係る少なくとも1つの核酸分子を含む組換えベクターにより形質転換されたピキア・パストリス株の細胞であり、前記少なくとも1つの分子はそれぞれ宿主細胞での前記タンパク質の発現に必要な手段の制御下に置かれている。そのようなベクターは、特に、プラスミド、酵母人工染色体(YAC)、バイナリー型ベクター(pBIN、pGW)、及び選択した宿主細胞の機能として、あらゆるタイプの適当なベクターから選択される。
この第3の目的の別の詳しい態様によれば、本発明は、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換するための、配列番号1、配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する配列、前記配列番号1のフラグメント、及び配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する前記配列のフラグメントから選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなり、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができるタンパク質を発現する少なくとも1つの植物宿主細胞の使用である。
本発明のさらなる有利な点及び特徴は、添付の図に照らして、限定的ではない実施及び実施例の詳細な説明を読むことで明らかとなるであろう。
本発明は以下の実施例1~4からより良く理解されるが、これらの実施例は本発明を説明するために示されるものであって、その範囲を限定しない。
実施例1:サツマイモの組換えGDSL酵素の同定、生産及び特性決定
1.1 材料及び方法
サツマイモの相補的DNAライブラリーは、文書WO2013/178705に記載されているプロトコールにしたがって、3,5-DCQに富む空中栽培条件下で栽培された植物の根から調製した。並行して、イソクロロゲン酸シンターゼ活性を有するタンパク質を段階的に選択するために、3,5-DCQに富むサツマイモ塊茎からの複雑なタンパク質抽出物の断片化を行った。この実験の最後に、SDS-PAGEプロファイルを取得し、観察されたタンパク質の配列を決定した。400のペプチドが得られ、ペプチド配列をヌクレオチド配列の翻訳産物と比較するtBlastnプログラムを使用して、それらのアミノ酸配列をサツマイモcDNAライブラリーとアラインした。したがって、組織トランスクリプトームを構成する全配列の中で、配列決定されたペプチドと高い相同性を有する配列が検出された。
1.1 材料及び方法
サツマイモの相補的DNAライブラリーは、文書WO2013/178705に記載されているプロトコールにしたがって、3,5-DCQに富む空中栽培条件下で栽培された植物の根から調製した。並行して、イソクロロゲン酸シンターゼ活性を有するタンパク質を段階的に選択するために、3,5-DCQに富むサツマイモ塊茎からの複雑なタンパク質抽出物の断片化を行った。この実験の最後に、SDS-PAGEプロファイルを取得し、観察されたタンパク質の配列を決定した。400のペプチドが得られ、ペプチド配列をヌクレオチド配列の翻訳産物と比較するtBlastnプログラムを使用して、それらのアミノ酸配列をサツマイモcDNAライブラリーとアラインした。したがって、組織トランスクリプトームを構成する全配列の中で、配列決定されたペプチドと高い相同性を有する配列が検出された。
cDNAライブラリーから候補配列を同定した後、そのコード配列を、cDNAに変換された全メッセンジャーRNAの抽出物から単離した。このために、空中栽培条件下で栽培したサツマイモの根からのmRNAは、供給者の指示(RNeasy(登録商標)Plant Mini Kit-QIAGEN)にしたがって、植物組織に固有の市販の抽出キットを使用して抽出した。抽出されたmRNAの品質をアッセイ及びチェックした後、一方では、タンパク質のC末端位置に、生産後のその検出及びその精製に必要な6ヒスチジンタグを付加するように設計された配列特異的プライマー、そして他方で、mRNAのcDNAへの変換及びPCR(ポリメラーゼ連鎖反応)による配列の増幅を可能にする市販のキット(SuperScript(商標)III One-Step RT-PCR System with Platinum(商標)Taq High Fidelity DNA Polymerase-INVITROGEN)を使用し、一工程で候補タンパク質をコードするcDNAを増幅した。得られたアンプリコンを次に、配列決定と様々な発現系専用のいくつかのベクターへの組み込みを可能とする基本的な市販のベクター(pCR(商標)8/GW/TOPO(商標)-INVITROGEN)にクローニングした。
サツマイモcDNAライブラリーのペプチドアラインメントにより、配列決定されたすべての転写産物の中でGDSLエステラーゼ/リパーゼをコードする遺伝子の同定が可能になった。IbGDSLをコードするペプチド及びヌクレオチド配列は、それぞれ配列番号1及び配列番号2である。
その後、IbGDSLをコードする遺伝子を、相同組換えによって植物細胞専用の発現ベクターに組み込んだ。遺伝子増幅の際、遺伝子の末端に6個のヒスチジンからなるタグを付加し、転写及び翻訳の後にC末端タグタンパク質を得る。このタグにより、アフィニティークロマトグラフィーによるタンパク質の精製が容易になる。
次に、このベクターを、Chenら(“Enhanced recovery of transformants of Agrobacterium tumefaciens after freeze-thaw transformation and drug selection. BioTechniques 16 (4): 664-68, 1994)の研究に記載されている凍結-解凍法にしたがって、目的のDNAを植物細胞にトランスフェクトすることができるアグロバクテリウム・ツメファシエンス(Agrobacterium tumefaciens)のEHA105株に導入する。ベクターを組み込んだ細菌は、同時に抗生物質に対する耐性を獲得し、したがって、この抗生物質の存在下でそれらを非形質転換細菌から選択することを可能とする。
ベンサミアナタバコの一過性形質転換のために、組換えベクターを有するアグロバクテリアを、選択抗生物質を添加した15mLの栄養培地で培養し、200rpmでの攪拌下28℃で24時間インキュベートする。翌日、形質転換の3時間前に、アグロバクテリア培養物に100pMのアセトシリンゴンを加えて病原性を活性化する。この後、細菌を遠心分離し、栄養培地に1回又は2回移して抗生物質を除去し、最終的にpH5.6の浸潤バッファー(10mM SS、100μMアセトシリンゴン)に移した。細菌懸濁液のOD600nm(光学密度)を0.5に調整する。
昼夜16時間/8時間の光周期、人工光(70μmol m-2s-1)下、26℃、湿度70%の培養チャンバーで栽培したいくつかの3~4週齢のベンサミアナタバコ植物の地上部をアグロバクテリア溶液に完全に浸漬させ、ポンプに接続したベルジャーで真空浸透を行う。大気圧条件に戻す前に、組織へのアグロバクテリアの侵入を誘導するために、20mbarまで真空ステップを実行する。次いで、ベンサミアナタバコ植物を、上記と同じ環境条件下で6日間栽培に戻した。この間に、アグロバクテリアがIbGDSL遺伝子に相当する目的のDNAを植物細胞にトランスフェクトし、宿主細胞の転写及び翻訳機構によってタンパク質が生成される。
このシステムによるタンパク質生産の確認は、タンパク質のC末端位置に付加された6-ヒスチジンタグに対して特異的に向けられた抗体を使用したウエスタンブロットによって決定した(図2A)。
並行して、タンパク質をコードする遺伝子を、相同組換えによってP.パストリス専用の発現ベクターに組み込む。このベクターは、培養培地においてメタノールの存在下でタンパク質の発現及び分泌を可能とする。この作業で使用される従来のP.パストリス変換プロトコールは、Cregg and Russell (“Transformation”. In Pichia Protocols, published by David R. Higgins and James M. Cregg, 27-39. Methods in Molecular BiologyTM Totowa, NJ: Humana Press. https://doi.org/10.1385/0-89603-421-6:27, 1998)に記載されている。酵素生産の確認は、ウエスタンブロットによって上記のように行った(図2B)。
1.2結果
結果は、生産宿主の形質転換後、アグロインフィルトレーションしたベンサミアナタバコ葉からの総タンパク質抽出物及び遺伝子形質転換酵母の上清で、ウエスタンブロットによって酵素が検出されたことを示す。したがって、陰性対照(図2A ウェル1)とは異なり、IbGDSLをコードする遺伝子を6日間アグロインフィルトレーションしたベンサミアナタバコ組織では、40kDa前後のバンドが見られる(図2A ウェル2)。同様に、IbGDSL遺伝子で形質転換されたP.パストリス培養物は、エンプティーベクターで形質転換された陰性対照(図2A ウェル1)とは異なり、3日以内に酵素を生産し、培養培地中に分泌した(図2B ウェル2)。
結果は、生産宿主の形質転換後、アグロインフィルトレーションしたベンサミアナタバコ葉からの総タンパク質抽出物及び遺伝子形質転換酵母の上清で、ウエスタンブロットによって酵素が検出されたことを示す。したがって、陰性対照(図2A ウェル1)とは異なり、IbGDSLをコードする遺伝子を6日間アグロインフィルトレーションしたベンサミアナタバコ組織では、40kDa前後のバンドが見られる(図2A ウェル2)。同様に、IbGDSL遺伝子で形質転換されたP.パストリス培養物は、エンプティーベクターで形質転換された陰性対照(図2A ウェル1)とは異なり、3日以内に酵素を生産し、培養培地中に分泌した(図2B ウェル2)。
実施例2:精製した組換えIbGDSLの触媒活性の特性決定
植物系で生産された精製組換え酵素に対してin vitro酵素アッセイを行う。6日の共培養の後、ベンサミアナタバコ葉を目的の遺伝子を有するベクターでアグロインフィルトレーションし、収穫し、抽出バッファー(20mMリン酸ナトリウム、0.5M NaCl、pH7.4)中で粉砕する。次いで、抽出物を遠心分離し、IbGDSLを含む全ての可溶性タンパク質を含む上清を回収し、0.2μm濾過により除菌する。次いで、ニッケルカラム(HisTrap HP-GE HEALTHCARE)にて供給者の指示にしたがって、、タンパク質精製を行う。精製後に回収したタンパク質含有溶出画分は、10kDaをカットオフとする遠心分離ユニット(Amicon(登録商標)Ultra 0.5mL Centrifugal Filters-PMNL 10kDa-MILLIPORE)で濃縮及び脱塩する。
植物系で生産された精製組換え酵素に対してin vitro酵素アッセイを行う。6日の共培養の後、ベンサミアナタバコ葉を目的の遺伝子を有するベクターでアグロインフィルトレーションし、収穫し、抽出バッファー(20mMリン酸ナトリウム、0.5M NaCl、pH7.4)中で粉砕する。次いで、抽出物を遠心分離し、IbGDSLを含む全ての可溶性タンパク質を含む上清を回収し、0.2μm濾過により除菌する。次いで、ニッケルカラム(HisTrap HP-GE HEALTHCARE)にて供給者の指示にしたがって、、タンパク質精製を行う。精製後に回収したタンパク質含有溶出画分は、10kDaをカットオフとする遠心分離ユニット(Amicon(登録商標)Ultra 0.5mL Centrifugal Filters-PMNL 10kDa-MILLIPORE)で濃縮及び脱塩する。
酵素アッセイは、200~400ngの精製タンパク質(すなわち、数μl)を含む50μl容量で行う。最適な反応pHは、4~9のpH範囲が構築されるポリバッファー(0.1M Tris/20mM MES/0.1M酢酸)を使用して決定する。100mMクロロゲン酸(CGA)原液は、pH6.5のポリバッファーで希釈した99%以上の純度のCGA粉末から実験の直前に調製する。各反応後、150μlの無水エタノールを50μlの反応混合物に加えて反応を停止し、反応中に存在する生成分子を抽出する。次いで、アッセイを遠心分離し、UPLC-MS分析のために上清を回収した。
分析ステップに使用される装置は、寸法150mm×2.1mm、2.6μmのKinetex Biphenylカラム(00F-4622-AN,Phenomenex,トーランス,CA,USA)を備えた逆相で作動するShimadzu Nexera X2 UPLC(LC-30ADポンプ、SIL-30ACオートサンプラー、CTO-20Aオーブン、SPD-M20Aダイオードアレイ検出器;京都、日本)である。移動相は、溶媒A(Mili-Q超純水、Merck Millipore+0.1%ギ酸、Carlo Erba、Val-de-Reuil、フランス)及び溶媒B(アセトニトリル、Sigma-Aldrich Chemie GmbH、シュタインハイム、ドイツ)で構成され、その勾配は次のようにプログラムした:フェーズB(%)5~25%(0~10分);25~90%(10~10.5分);90%(10.5~12分)、90~5%(12~12.1分)、5%(12.1~14.1分)。分析流速は、オーブン温度40℃で0.5mL/分である。カラム出口では、ダイオードアレイ検出器が220~370nmのUVスペクトルを記録する。この機器は、100~1,000のm/z範囲でエレクトロスプレーイオン化(4.5kV)の負モードで作動する質量分析計(Shimadzu LCMS-2020)に接続されている。LabSolutionsソフトウェア(バージョン5.60 SP2)を使用してシステムを操作する。
3,5-DCQの定量は、330nmで3,5-DCQ標準のピーク面積を測定することによって行う。3,5-DCQ標準は、70/30 DMSO/水混合物中、100mg/Lの濃度で調製し、塩酸でpH3に酸性化する。他の化合物(クロロゲン酸及び他のDCQ異性体)の含量は、3,5-DCQ当量として表される。含量は、ある化合物に関して下式にしたがって計算される。
3,5-DCQは、異なる3,4-DCQ及び4,5-DCQ化合物が同じ分子ファミリーに属しているため、これらの化合物の定量標準として使用する。
IbGDSLがCGAを3,5-DCQに変換するために必要な物理化学的パラメーターを決定する実験は、植物発現系で生産された精製酵素について行った。
IbGDSLは、あるCGA分子から別のCGA分子にカフェオイル基を転移することにより、2つのCGA分子を3,5-DCQに縮合することができるエステラーゼ/リパーゼである(図1)。したがって、ここではCGAはアシル供与体として使用される。反応媒体へのカフェイン酸の添加は、3,5-DCQの形成を促進しない。
IbGDSLによるCGAの3,5-DCQへの変換に最適なpHを決定するために、4~9のpH範囲を確立した。50μLの反応では、固定量の精製IbGDSLを固定濃度の10mM CGAと、ポリバッファーによって設定された種々のpH条件で接触させる。反応物を25℃で30分間インキュベートし、エタノールで停止させた。得られた曲線から、最適な反応pHは6~7であると判定された(図3A)。
IbGDSLによるCGAの3,5-DCQへの変換のための最適反応温度を決定するために、15~45℃の温度範囲を確立した。固定量の精製IbGDSL、固定濃度の10mM CGA、及びpH6.5のポリバッファーでは、変換に最適な温度は34~41℃で、最大値は37℃であると推定される(図3B)。
生成物によるIbGDSL活性の阻害が観察される閾値基質濃度を決定するために、CGA濃度範囲を確立した。固定量の酵素と6.5に設定したpHでは、36℃で30分のインキュベーション後に10mMのCGA濃度から酵素活性の減速が見られる(図3C)。
実施例3:P.パストリス培養上清中の組換えIbGDSL活性の特性決定
in vivoでのCGAの3,5-DCQへの生物変換には、代謝活性の高いP.パストリス培養の確立が必要である。酵母は、pH6.0に調整した100mMリン酸カリウムバッファーを含む栄養培地で培養する。これにより、微生物細胞から得られた酵素と基質が接触する培地をpH6に維持することが可能である。250~300rpmの振盪下、30℃で一晩、25mLの酵母培養の接種材料を確立した後、これを用いて、1前後のOD600nmが得られるように100~200mL容量の栄養培地に接種を行う。IbGDSLの生産を開始するために、この培養物に0.5%メタノールを添加する。タンパク質生産の誘導レベルを維持するために、メタノールの添加を24時間ごとに繰り返す。この培養の確立の3日後、CGAを培地に直接添加して、10mMの最終濃度とする。
in vivoでのCGAの3,5-DCQへの生物変換には、代謝活性の高いP.パストリス培養の確立が必要である。酵母は、pH6.0に調整した100mMリン酸カリウムバッファーを含む栄養培地で培養する。これにより、微生物細胞から得られた酵素と基質が接触する培地をpH6に維持することが可能である。250~300rpmの振盪下、30℃で一晩、25mLの酵母培養の接種材料を確立した後、これを用いて、1前後のOD600nmが得られるように100~200mL容量の栄養培地に接種を行う。IbGDSLの生産を開始するために、この培養物に0.5%メタノールを添加する。タンパク質生産の誘導レベルを維持するために、メタノールの添加を24時間ごとに繰り返す。この培養の確立の3日後、CGAを培地に直接添加して、10mMの最終濃度とする。
この実験の最初のステップは、P.パストリスによって生産されたIbGDSLがCGAを3,5-DCQに変換できるかどうかを示すことであり、元の酵素が潜在的に3倍にグリコシル化される可能性があり、P.パストリスによって生成されたグリカンツリーが植物のグリカンツリーと同じように構成及び編成されていないことが分かる。これらの違いは、安定性に直接影響し、酵素の適切な活性を妨げる可能性がある。そうするために、一方はエンプティーベクター(陰性対照)で形質転換され、他方はIbGDSLをコードする遺伝子を有するベクターで形質転換された2つのP.パストリス培養からの上清を3日間のメタノール誘導の後に回収した。これらの上清を、pH6.5で10mMクロロゲン酸とともに36℃で30分間インキュベートした。次に、エタノールを添加して酵素反応を停止させ、UPLC-MSにより分析した。
得られた結果は、陰性対照(図4B)とは異なり、IbGDSLが分泌された上清は、3,5-DCQ標準(図4A)と同じ保持時間(8.3分)と質量(m/z neg 515)のピークを示す(図4C)ことを示す。したがって、この微生物の異種発現系によって合成された酵素は、翻訳後レベルでのいくつかの違いがあるのにもかかわらず機能的である。インキュベーションが30分だけであったことを考慮に入れる必要があり、これによりピーク強度が低いことを説明できる。
この実験の第2のステップは、酵素を発現するP.パストリス培養培地に直接添加したCGAが3,5-DCQに直接変換できるかどうかを示すことである。この目的は、必要に応じて酵素の精製工程を避けることである。
メタノールで3日間タンパク質発現を誘導した後、終濃度10mMでpH6に緩衝した培養物にCGAを直接添加し、微生物細胞と3日間接触させた。この実験は、P.パストリス生物の培養と増殖に理想的な温度である30℃で行った。
次いで、上清をUPLC-MSにより分析した。図5Bに示される得られた結果は、IbGDSLを発現するP.パストリスの培養物が3日以内に極めて高い効率でCGAを3,5-DCQに変換できることを示す。実際、44%前後の生物変換収率が推定され、1分子の3,5-DCQを形成するためには2分子のCGAが必要であるため、最大化学量論的限界は50%である。
CGAは、得られる最終的な変換率に影響を与えることなく、毎日、又は誘導期の開始時に、又は誘導期の終了時に無差別に添加できることが実証された。
純粋なCGAの3,5CDQへの変換動力学は、開始時のCGA濃度の関数として確立された(図6A)。50時間の生物変換の後、5mM濃度と7.5mM濃度の両方で最大収率32%が得られた。ここで試験した7.5mMを超える濃度は、3,5-DCQの最終収量を低下させる。
50時間の生物変換の後に測定された3,5-DCQ含量は、開始時の7.5及び9mMの純粋なCGA濃度では、1.2g/L程度の最大量を示す(図6B)。
実施例4:培養培地に分泌された、IbGDSLを発現するP.パストリス細胞の培養上清によるグリーンコーヒー抽出物由来のクロロゲン酸の3,5-DCQへの生物変換
CGAの3,5-DCQへの生物変換反応も、図7Aに組成が示されているグリーンコーヒー(Coffea canephora)抽出物から行った。10mMに相当するCGA濃度を含み、30℃、pH6で50時間にわたって生物変換されたこのグリーンコーヒー抽出物は、その組成が図7Bに示されている新しい抽出物につながった。IbGDSLは、3,5-DCQの形成を排他的に触媒し、他のいずれの異性体も排除することに留意されたい。さらに、CGAに相当するものを除いてピークの減少が見られないので、クロロゲン酸以外のカフェ酸含有基質は生物変換されない。IbGDSLによるグリーンコーヒー抽出物の生物変換により、抽出物に最初に存在する3,5-DCQ含量が4.5倍(T0で200mg/L、T50hで900mg)増加し、CGAの開始濃度は10mMに相当する。グリーンコーヒー抽出物に由来するCGAの3,5-DCQへの生物変換は、DSLとの長時間にわたる反応の影響を分析するために、4日後と7日後に行った(図9)。測定された3,5-DCQ含量は4日目と7日目の間で増加せず、したがって、長時間の発酵を実行することに特に問題はないことに留意されたい。P.パストリスの発酵によって得られるIbGDSL酵素の濃度は、CGAから3,5-DCQへの変換の反応速度を加速する(図10)。60時間の生物変換の後、10、20、及び37倍の酵素濃縮係数で同じレベルの3,5-DCQ濃度を得ることができることに留意されたい。結論として、P.パストリス培養物から得られた組換えIbGDSL酵素は、純粋なクロロゲン酸を変換するか、グリーンコーヒー抽出物などのクロロゲン酸を天然に含む植物抽出物を変換することにより、クロロゲン酸を3,5-DCQに大量に変換するための効率的な触媒である。
CGAの3,5-DCQへの生物変換反応も、図7Aに組成が示されているグリーンコーヒー(Coffea canephora)抽出物から行った。10mMに相当するCGA濃度を含み、30℃、pH6で50時間にわたって生物変換されたこのグリーンコーヒー抽出物は、その組成が図7Bに示されている新しい抽出物につながった。IbGDSLは、3,5-DCQの形成を排他的に触媒し、他のいずれの異性体も排除することに留意されたい。さらに、CGAに相当するものを除いてピークの減少が見られないので、クロロゲン酸以外のカフェ酸含有基質は生物変換されない。IbGDSLによるグリーンコーヒー抽出物の生物変換により、抽出物に最初に存在する3,5-DCQ含量が4.5倍(T0で200mg/L、T50hで900mg)増加し、CGAの開始濃度は10mMに相当する。グリーンコーヒー抽出物に由来するCGAの3,5-DCQへの生物変換は、DSLとの長時間にわたる反応の影響を分析するために、4日後と7日後に行った(図9)。測定された3,5-DCQ含量は4日目と7日目の間で増加せず、したがって、長時間の発酵を実行することに特に問題はないことに留意されたい。P.パストリスの発酵によって得られるIbGDSL酵素の濃度は、CGAから3,5-DCQへの変換の反応速度を加速する(図10)。60時間の生物変換の後、10、20、及び37倍の酵素濃縮係数で同じレベルの3,5-DCQ濃度を得ることができることに留意されたい。結論として、P.パストリス培養物から得られた組換えIbGDSL酵素は、純粋なクロロゲン酸を変換するか、グリーンコーヒー抽出物などのクロロゲン酸を天然に含む植物抽出物を変換することにより、クロロゲン酸を3,5-DCQに大量に変換するための効率的な触媒である。
Claims (14)
- 配列番号1、
配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する配列、
前記配列番号1の少なくとも50のアミノ酸を含むフラグメント、及び
配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する前記配列の少なくとも50のアミノ酸を含むフラグメント
から選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなる、タンパク質であって、
クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができる、タンパク質。 - GDSLエステラーゼ/リパーゼ酵素、特に、サツマイモ属のGDSLエステラーゼ/リパーゼ酵素から選択されることを特徴とする、請求項1に記載のタンパク質。
- サツマイモのGDSLエステラーゼ/リパーゼ酵素から選択されることを特徴とする、請求項1又は2に記載のタンパク質。
- 請求項1~3のいずれか一項に記載のタンパク質をコードする単離された核酸分子。
- 配列番号2及び配列番号2と少なくとも80%の同一性を有する配列から選択される核酸配列を含む、又はからなる、請求項4に記載の単離された核酸分子。
- 請求項4又は5に記載の少なくとも1つの核酸分子を含み、前記少なくとも1つの分子がそれぞれ宿主細胞での前記タンパク質の発現に必要な手段の制御下に置かれている組換えベクター。
- 請求項4又は5に記載の少なくとも1つの単離された核酸分子、又は請求項6に記載の少なくとも1つのベクターを含む宿主細胞。
- 酵母細胞、特に、ピキア・パストリス株の酵母細胞から、又は植物細胞、特に、ベンサミアナタバコから選択されることを特徴とする、請求項7に記載の宿主細胞。
- イソクロロゲン酸を生産するための方法であって、適当な反応条件下で、クロロゲン酸と、
配列番号1、
配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する配列、
前記配列番号1の少なくとも50のアミノ酸を含むフラグメント、及び
配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する前記配列の少なくとも50のアミノ酸を含むフラグメント
から選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなる、タンパク質であって、
クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができるタンパク質とを
接触させて、イソクロロゲン酸に富む組成物を得ることを含む、方法。 - 適当な培養培地中及び適当な条件下で、配列番号1、配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する配列、前記配列番号1の少なくとも50のアミノ酸を含むフラグメント、及び配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する前記配列の少なくとも50のアミノ酸を含むフラグメントから選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなる、タンパク質を発現することができる宿主細胞を培養する前工程であって、生産された前記タンパク質は任意選択により精製され、かつ/又は前記クロロゲン酸は単離された形態で、又は組成物中に存在し、前記組成物は特に植物抽出物である前工程、及び/又は
反応中に生産された前記イソクロロゲン酸を単離する次工程
をさらに含む、請求項9に記載の方法。 - 配列番号1、配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する配列、前記配列番号1の少なくとも50のアミノ酸を含むフラグメント、及び配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する前記配列の少なくとも50のアミノ酸を含むフラグメントから選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなる、前記タンパク質が生産され、次いで、P.パストリス細胞により培養上清中に輸送され、かつ
前記クロロゲン酸がグリーンコーヒー抽出物である組成物中に存在する、
請求項9又は10に記載の方法。 - 適当な反応条件下で、クロロゲン酸濃度が2mM以上であるグリーンコーヒー抽出物と、
クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができ、かつ、
配列番号1、
配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する配列、
前記配列番号1の少なくとも50のアミノ酸を含むフラグメント、及び
配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する前記配列の少なくとも50のアミノ酸を含むフラグメント
から選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなる、タンパク質とを接触させることを含む、請求項9~11のいずれか一項に記載の方法、により得られる可能性のある生成物。 - 前記方法が、以下の工程:
配列番号1のIbGSDLタンパク質をコードする遺伝子を組み込んだ発現ベクターにより形質転換されたP.パストリスを適当な栄養培地及び適当な条件下で培養し、前記タンパク質が生産され、次いで、培養上清中に輸送される工程、
任意選択により、配列番号1の前記タンパク質を精製する工程、
適当な反応条件下で、クロロゲン酸濃度が2mM以上であるグリーンコーヒー抽出物を前記培養上清、又は任意選択により前記精製タンパク質と接触させる工程、
任意選択により、反応中に生産されたイソクロロゲン酸を単離する次工程
を含む、請求項12に記載の生成物。 - クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換するための、
配列番号1、
配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する配列、
前記配列番号1の少なくとも50のアミノ酸を含むフラグメント、及び
配列番号1と少なくとも80%の同一性を有する前記配列の少なくとも50のアミノ酸を含むフラグメント
から選択されるアミノ酸配列を含む、又はからなり、クロロゲン酸をイソクロロゲン酸に変換することができる少なくとも1つのタンパク質、又はそのようなタンパク質を発現する宿主細胞、の使用。
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