JP4117350B2 - Functionally modified phenylalanine dehydrogenase and method for analyzing amino acids in biological samples using this enzyme - Google Patents

Functionally modified phenylalanine dehydrogenase and method for analyzing amino acids in biological samples using this enzyme Download PDF

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Description

本発明は、フェニルアラニン脱水素酵素(EC 1.4.1.20)のメチオニンに対する基質特異性を改善するように、少なくとも1つのアミノ酸が修飾された改変酵素に関する。さらに本発明は、この改変酵素を用いる、生体試料中に含まれるL-メチオニン等のアミノ酸の分析方法に関する。   The present invention relates to a modified enzyme in which at least one amino acid has been modified to improve the substrate specificity of phenylalanine dehydrogenase (EC 1.4.1.20) for methionine. Furthermore, the present invention relates to a method for analyzing amino acids such as L-methionine contained in a biological sample using this modified enzyme.

本発明者らによれば、特に、先天性代謝異常症であるホモシスチン尿症、フェニルケトン尿症およびメープルシロップ尿症等の疾患において、早期発見のための新生児マス・スクリーニング、あるいは当該患者の定期健康診断について利用可能な検査方法を提供できる。さらに、本発明の分析方法は、食品あるいは環境中に含まれるL-メチオニン、L-フェニルアラニン、L-ロイシン、L-イソロイシンあるいはL-バリンなどの検出、定量に用いることもできる。   According to the present inventors, in particular, in diseases such as homocystinuria, phenylketonuria and maple syrup urine disease, which are inborn errors of metabolism, neonatal mass screening for early detection, or regular It is possible to provide inspection methods available for health examination Furthermore, the analysis method of the present invention can also be used for detection and quantification of L-methionine, L-phenylalanine, L-leucine, L-isoleucine, L-valine and the like contained in food or the environment.

先天性代謝異常症の早期発見を目的とする新生児マス・スクリーニングの世界的な普及は、フェニルケトン尿症(Phenylketonuria; PKU)の治療法の発見と、乾燥ろ紙血液中のL-フェニルアラニン(L-Phe)の半定量法がGuthrieら(Pediatrics, Vol. 32, p. 338-343 (1963)、非特許文献1)によって開発されたことに始まる。先天性代謝異常症は現在までに約500種類もの症例が報告されており、中でも特に治療法が確立され適切な治療が行われることによって正常な生育が期待される疾患7種から22種類の症例について全国的に新生児に対してマス・スクリーニングが行われている。   The worldwide spread of neonatal mass screening for the early detection of congenital metabolic disorders is the discovery of a cure for phenylketonuria (PKU) and L-phenylalanine (L-phenylalanine) in dry filter paper blood. Phe) was developed by Guthrie et al. (Pediatrics, Vol. 32, p. 338-343 (1963), Non-Patent Document 1). About 500 cases of inborn errors of metabolism have been reported so far, and in particular, there are 7 to 22 cases of diseases for which normal growth is expected by the establishment of treatment and appropriate treatment. Mass screening is conducted on newborns nationwide.

フェニルケトン尿症のスクリーニングについては、酵素法(Screening, Vol. 1, p. 63 (1992)、非特許文献2、医学と薬学、Vol. 31, p. 1237 (1994)、非特許文献3)あるいはマイクロプレート蛍光法(Clinical Chemistry, Vol. 35, p. 1962 (1989)、非特許文献4)と呼ばれる酵素反応とそれに続く蛍光反応をマイクロプレートで行い、蛍光強度から検体中のL-フェニルアラニンを定量するキットが開発された(医学と薬学、Vol. 37, p. 1211 (1997)、非特許文献5)。また、メープルシロップ尿症のスクリーニングについても、前記フェニルケトン尿症のスクリーニング方法と同様にL-ロイシン特異的脱水素酵素を用いたマイクロプレート蛍光法が開発された。   For screening for phenylketonuria, an enzymatic method (Screening, Vol. 1, p. 63 (1992), Non-patent document 2, Medicine and pharmacy, Vol. 31, p. 1237 (1994), Non-patent document 3) Alternatively, an enzyme reaction called microplate fluorescence (Clinical Chemistry, Vol. 35, p. 1962 (1989), Non-Patent Document 4) followed by a fluorescence reaction is performed on the microplate, and L-phenylalanine in the sample is determined from the fluorescence intensity. A kit for quantification was developed (Medicine and Pharmacy, Vol. 37, p. 1211 (1997), Non-Patent Document 5). Further, for the screening of maple syrup urine disease, a microplate fluorescence method using an L-leucine-specific dehydrogenase was developed in the same manner as the above-described screening method for phenylketonuria.

一方、ホモシスチン尿症のスクリーニング方法については、Methionine γ-lyaseを用いるホモシスチン尿症のマス・スクリーニング法の開発(平成5年度厚生省心身障害研究「マス・スクリーニングシステムの評価方法に関する研究」pp. 237-240 (1993)、非特許文献6)が報告されている。本法は、L-Methionine γ-lyaseの酵素反応によってL-メチオニンから遊離されるアンモニア(NH3)を、o-フタルアルデヒド(OPA)と2-メルカプトエタノール(2ME)の中性域での特異蛍光を利用して測定する方法である。 On the other hand, for the screening method for homocystinuria, the development of mass screening method for homocystinuria using Methionine γ-lyase (FY 1993, Ministry of Health and Welfare Psychosomatic Disorder Study “Study on Evaluation Method of Mass Screening System” pp. 237- 240 (1993), Non-Patent Document 6) has been reported. In this method, ammonia (NH 3 ) released from L-methionine by the enzymatic reaction of L-Methionine γ-lyase is detected in the neutral region of o-phthalaldehyde (OPA) and 2-mercaptoethanol (2ME). This is a method of measuring using fluorescence.

これらのマイクロプレート蛍光定量法は、検体処理能力の高さに加え、従来法では困難とされていた検査結果の客観的判定である定量化や記録化が容易にできる利点を有している。さらに、検体の前処理を含めて3時間程度で検査結果を得ることが可能であり、迅速性や利便性、さらに作業効率などの点でも従来法に比べて大幅に改善されている。
Pediatrics, vol. 32, p. 338 (1963) Screening, vol. 1, p. 63 (1992) 医学と薬学、vol. 31, p. 1237 (1994) Clinical Chemistry, vol. 35, p. 1962 (1989) 医学と薬学、vol. 37, p. 1211 (1997) 平成5年度厚生省心身障害研究「マス・スクリーニングシステムの評価方法に関する研究」pp. 237-240 (1993)
These microplate fluorescence quantification methods have an advantage that quantification and recording, which are objective determinations of test results, which have been difficult in the conventional method, can be easily performed in addition to high specimen processing ability. Furthermore, the test result can be obtained in about 3 hours including the pretreatment of the specimen, and the speed, convenience and work efficiency are greatly improved compared to the conventional method.
Pediatrics, vol. 32, p. 338 (1963) Screening, vol. 1, p. 63 (1992) Medicine and pharmacy, vol. 31, p. 1237 (1994) Clinical Chemistry, vol. 35, p. 1962 (1989) Medicine and pharmacy, vol. 37, p. 1211 (1997) 1993 Ministry of Health and Welfare Psychosomatic Research "Study on Evaluation Method of Mass Screening System" pp. 237-240 (1993)

ホモシスチン尿症以外の重要先天性代謝異常症疾患(フェニルケトン尿症、ガラクトース血症およびメープルシロップ尿症等)のマイクロプレートを用いた酵素蛍光法によるマス・スクリーニングでは、各測定項目に特異的な脱水素酵素を用い、測定の手順、試薬組成および検出蛍光波長等において共通しており、多検体同時測定が可能なシステムとなっている。一方、前記ホモシスチン尿症のスクリーニング法、すなわちL-メチオニン γ-リアーゼを用いたアンモニアの蛍光定量による間接的血中メチオニンの定量法では、測定手順、試薬組成および検出蛍光波長等において他の先天性代謝異常症疾患の測定方法とは大きく異なっている。また、この方法では、環境中のアンモニアなどによる試料の汚染等に敏感であり、細心の注意を払う必要があった。このため、診断項目毎に検体を分別しなければならないことから、スクリーニングを行う際の作業効率を改善する必要性があった。   Mass screening by enzyme fluorescence using microplates for important inborn errors of metabolism other than homocystinuria (phenylketonuria, galactosemia, maple syrup urine disease, etc.) is specific to each measurement item. Using a dehydrogenase, the measurement procedure, reagent composition, detection fluorescence wavelength, etc. are common, and the system allows simultaneous measurement of multiple samples. On the other hand, in the screening method for homocystinuria, that is, the indirect blood methionine quantification method by fluorescence quantification of ammonia using L-methionine γ-lyase, other congenital methods such as measurement procedure, reagent composition and detection fluorescence wavelength are used. This is very different from the method of measuring metabolic disorders. In addition, this method is sensitive to contamination of the sample by ammonia in the environment, and it is necessary to pay close attention. For this reason, there is a need to improve the work efficiency when performing screening because the specimen must be sorted for each diagnostic item.

本発明では、ホモシスチン尿症以外の重要先天性代謝異常症疾患と同様にL-メチオニン特異的な脱水素酵素を進化分子工学的手法により作出し、血液試料中のL-メチオニン濃度を酵素蛍光法により定量できるようにするとともに、測定手順、試薬組成および検出蛍光波長等において他の先天性代謝異常症疾患の診断キットと同様な仕様にすることでスクリーニング作業効率の大幅な改善を提供することを目的とする。   In the present invention, an L-methionine-specific dehydrogenase is produced by an evolutionary molecular engineering technique as in the case of important inborn errors of metabolism other than homocystinuria, and the concentration of L-methionine in a blood sample is determined by an enzyme fluorescence method. In addition to providing the same specifications as other diagnostic kits for inborn errors of metabolism in terms of measurement procedure, reagent composition and detection fluorescence wavelength, etc., it will provide a significant improvement in screening work efficiency. Objective.

より具体的には、本発明の目的は、L-メチオニンに対して基質特異性を有するフェニルアラニン脱水素酵素を進化分子工学的手法により作出するとともに、被検試料(血液試料)に含まれるL-メチオニンをレサズリン、ジアホラーゼ、およびニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD+)を含む反応液とともにインキュベーションし、反応液の蛍光発色を検出することを含む、被検試料に含まれるL-メチオニンの分析方法を提供することにある。さらに本発明は、メチオニンの酵素蛍光定量法に適した機能改変アミノ酸脱水素酵素を提供することも目的とする。 More specifically, the object of the present invention is to create a phenylalanine dehydrogenase having substrate specificity for L-methionine by an evolutionary molecular engineering technique, and to include L- contained in a test sample (blood sample). Providing a method for analyzing L-methionine contained in a test sample, comprising incubating methionine with a reaction solution containing resazurin, diaphorase, and nicotinamide adenine dinucleotide (NAD + ), and detecting fluorescence in the reaction solution There is to do. Another object of the present invention is to provide a function-modified amino acid dehydrogenase suitable for enzymatic fluorescence determination of methionine.

また、本発明ではL-フェニルアラニン、L-ロイシン、L-バリン、L-イソロイシンおよびL-メチオニンに対して基質特異性が広いアミノ酸脱水素酵素を作出することによって、これらアミノ酸の血中異常濃度が確認されている先天性代謝異常症および前記アミノ酸の血中異常濃度が確認され得る疾病の検出あるいは1次スクリーニングの手法として適当な手段を提供するものである。   Further, in the present invention, by producing amino acid dehydrogenase having a wide substrate specificity for L-phenylalanine, L-leucine, L-valine, L-isoleucine and L-methionine, abnormal concentrations of these amino acids in blood can be reduced. The present invention provides an appropriate means as a method for detection or primary screening of confirmed inborn errors of metabolism and diseases in which abnormal blood concentrations of the amino acids can be confirmed.

[1]Bacillus sphaericus R79a由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列(配列表の配列番号4に記載)の124番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)に置換し、且つ310番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)、スレオニン(Thr)またはアラニン(Ala)に置換した改変酵素。
[2][1]に記載の改変酵素のアミノ酸配列において、1から数個のアミノ酸の欠失、置換及び/又は付加を有するアミノ酸配列(但し、欠失及び/又は置換されるアミノ酸に、124番目のセリン(Ser)、310 番目のバリン (Val)は含まない)からなり、メチオニンに対する基質特異性を改善したフェニルアラニン脱水素酵素活性を有する改変酵素。
[3]フェニルアラニンに対する相対活性を100としたときにメチオニンに対する相対活性が500以上である[1]〜[2]のいずれかに記載の改変酵素。
[4][1]〜[3]のいずれかに記載の酵素のN末端側に1〜12個のヒスチジンからなるオリゴペプチド(ヒスチジン・タグ)を融合したタンパク質。
[5]下記いずれかのDNA。
(イ) 配列表の配列番号3に記載の塩基配列からなるDNAであって、370〜372番目のggt(グアニン・グアニン・チミン)がagt(アデニン・グアニン・チミン)、agc(アデニン・グアニン・シトシン)、tct(チミン・シトシン・チミン)、tcc(チミン・シトシン・シトシン)、tca(チミン・シトシン・アデニン)またはtcg(チミン・シトシン・グアニン) 、且つ928〜930番目のgtt(グアニン・チミン・チミン)がtct(チミン・シトシン・チミン)、tcc(チミン・シトシン・シトシン)、tca(チミン・シトシン・アデニン)、tcg(チミン・シトシン・グアニン)、agt(アデニン・グアニン・チミン)、agc(アデニン・グアニン・シトシン)、act(アデニン・シトシン・チミン)、acg(アデニン・シトシン・グアニン)、aca(アデニン・シトシン・アデニン)、acg(アデニン・シトシン・グアニン)、gct(グアニン・シトシン・チミン)、gcc(グアニン・シトシン・シトシン)、gca(グアニン・シトシン・アデニン)またはgcg(グアニン・シトシン・グアニン)であるDNA、
(ロ) (イ)のDNAに相補的な塩基配列からなるDNA。
[6](ハ) 配列表の配列番号4に記載のアミノ酸配列であって、124番目のアミノ酸がセリン(Ser)、且つ310番目のアミノ酸がセリン(Ser)、スレオニン(Thr)またはアラニン(Ala)のいずれかであるアミノ酸配列をコードするDNA、
(ニ) (ハ)のDNAに相補的な塩基配列からなるDNA。
[7][5]〜[6]のいずれかに記載のDNAを含むベクター。
[8][5]〜[6]のいずれかに記載のDNAのいずれかの末端側に1〜12個のヒスチジンからなるオリゴペプチドをコードするDNAをさらに含む[7]に記載のベクター。
[9][7]または[8]に記載のベクターで宿主を形質転換した形質転換体。
[10][9]に記載の形質転換体を培養し、培養物からフェニルアラニン脱水素酵素(EC 1.4.1.20)のメチオニンに対する基質特異性を改善するように、少なくとも1つのアミノ酸が修飾された改変酵素(但し、前記修飾が、フェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列中の124番目のグリシン(Gly)のセリン(Ser)への置換であり、かつ前記修飾が、フェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列中の310番目のバリン(Val)のセリン(Ser)、スレオニン(Thr)またはアラニン(Ala)への置換である)を採取する改変酵素の調製方法。
[11][1]〜[4]のいずれかに記載の改変酵素またはタンパク質を用いて、被検試料に含まれるL-メチオニンを分析する方法。
[12]L-ロイシン、L-イソロイシン、L-バリンおよびL-フェニルアラニンの少なくとも1つを併せて分析する[11]に記載の方法。
[13]被検試料をレサズリン、ジアホラーゼおよびニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD+)と混合し、蛍光発色を検出することを含む、[11]または[12]に記載の方法。
[14]被検試料とレサズリン、ジアホラーゼおよびニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD+)との混合をマイクロプレートのウェル中で行う[11]〜[13]のいずれかに記載の方法。
[15]被検試料が血液試料である[11]〜[14]のいずれかに記載の方法。
[1] The amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus sphaericus R79a is substituted with serine (Ser) at the 124th amino acid residue (described in SEQ ID NO: 4 in the sequence listing), and the 310th amino acid residue is replaced with serine. (Ser), a modified enzyme substituted with threonine (Thr) or alanine (Ala).
[2] In the amino acid sequence of the modified enzyme according to [1], an amino acid sequence having a deletion, substitution and / or addition of 1 to several amino acids (provided that the amino acid to be deleted and / or substituted is 124 serine (Ser), 310 valine (Val) consists is not included), modify the enzyme with improved phenylalanine dehydrogenase activity substrate specificity for methionine.
[3] The modified enzyme according to any one of [1] to [2], wherein the relative activity to methionine is 500 or more when the relative activity to phenylalanine is 100.
[4] A protein in which an oligopeptide consisting of 1 to 12 histidines (histidine tag) is fused to the N-terminal side of the enzyme according to any one of [1] to [3].
[5] Any of the following DNA.
(I) DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 3 in the sequence listing, wherein 370th to 372rd ggt (guanine, guanine, thymine) is agt (adenine, guanine, thymine), agc (adenine, guanine, Cytosine), tct (thymine / cytosine / thymine), tcc (thymine / cytosine / cytosine), tca (thymine / cytosine / adenine) or tcg (thymine / cytosine / guanine), and 928th to 930th gtt (guanine / thymine) -Thymine) is tct (thymine, cytosine, thymine), tcc (thymine, cytosine, cytosine), tca (thymine, cytosine, adenine), tcg (thymine, cytosine, guanine), agt (adenine, guanine, thymine), agc (Adenine, guanine, cytosine), act (adenine, cytosine, thymine), acg (adenine, cytosine, guanine), aca (adenine, cytosine, adenine), acg (adenine, cytosine) Shin guanine), gct (guanine cytosine thymine), gcc (guanine cytosine cytosine), DNA is gca (guanine cytosine adenine) or gcg (guanine cytosine guanine),
(B) DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA of (a) .
[6] (c) The amino acid sequence described in SEQ ID NO: 4 in the Sequence Listing, wherein the 124th amino acid is serine (Ser), and the 310th amino acid is serine (Ser), threonine (Thr) or alanine (Ala DNA encoding an amino acid sequence that is either
(D) DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA of (c) .
[7] A vector comprising the DNA according to any one of [5] to [6].
[8] The vector according to [7], further comprising DNA encoding an oligopeptide consisting of 1 to 12 histidines on any terminal side of the DNA according to any of [5] to [6].
[9] A transformant obtained by transforming a host with the vector according to [7] or [8].
[10] Modification in which at least one amino acid is modified so that the transformant according to [9] is cultured, and the substrate specificity of phenylalanine dehydrogenase (EC 1.4.1.20) to methionine is improved from the culture An enzyme (provided that the modification is a substitution of serine (Ser) at position 124 of glycine (Gly) in the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase, and the modification is 310 in the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase; A method for preparing a modified enzyme that collects the second valine (Val) with serine (Ser), threonine (Thr) or alanine (Ala).
[11] A method for analyzing L-methionine contained in a test sample using the modified enzyme or protein according to any one of [1] to [4].
[12] The method according to [11], wherein at least one of L-leucine, L-isoleucine, L-valine and L-phenylalanine is analyzed in combination.
[13] The method according to [11] or [12], which comprises mixing a test sample with resazurin, diaphorase and nicotinamide adenine dinucleotide (NAD + ) and detecting fluorescence.
[14] The method according to any one of [11] to [13], wherein the test sample is mixed with resazurin, diaphorase, and nicotinamide adenine dinucleotide (NAD + ) in a well of a microplate.
[15] The method according to any one of [11] to [14], wherein the test sample is a blood sample.

本発明によれば、L-メチオニンに対して基質特異性を有するフェニルアラニン脱水素酵素の改変酵素を提供でき、かつこの改変酵素を用いることで、被検試料に含まれるL-メチオニンの分析をレサズリン、ジアホラーゼ、およびニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD+)を用いる蛍光発色法により行うことができる。 According to the present invention, a modified enzyme of phenylalanine dehydrogenase having substrate specificity for L-methionine can be provided, and by using this modified enzyme, analysis of L-methionine contained in a test sample can be analyzed. , Diaphorase, and nicotinamide adenine dinucleotide (NAD + ).

本発明は、フェニルアラニン脱水素酵素(EC 1.4.1.20)のメチオニンに対する基質特異性を改善するように、少なくとも1つのアミノ酸が修飾された改変酵素に関する。本発明において、改変の対象であるフェニルアラニン脱水素酵素(EC 1.4.1.20)は、L-フェニルアラニンのアミノ基に対して、特異的に酸化的脱アミノ化反応を触媒する酵素である。フェニルアラニン脱水素酵素の例としては、例えば、Bacillus badius IAM11059、Bacillus sphaericus R79a、Sporosarcina ureae R04、Bacillus halodurans、Geobacillus kaustophilus、Oceanobacillus iheyensis、Rhodococcus sp. M-4またはThermoactinomyces intermediusに由来するフェニルアラニン脱水素酵素を挙げることができる。   The present invention relates to a modified enzyme in which at least one amino acid has been modified to improve the substrate specificity of phenylalanine dehydrogenase (EC 1.4.1.20) for methionine. In the present invention, phenylalanine dehydrogenase (EC 1.4.1.20) to be modified is an enzyme that specifically catalyzes an oxidative deamination reaction with respect to the amino group of L-phenylalanine. Examples of phenylalanine dehydrogenases include, for example, enzymes derived from Bacillus badius IAM11059, Bacillus sphaericus R79a, Sporosarcina ureae R04, Bacillus halodurans, Geobacillus kaustophilus, Oceanobacillus iheyensis, Rhodococcus sp. M-4 or Thermoactinomyces intermedius be able to.

Bacillus badius IAM11059由来するフェニルアラニン脱水素酵素は、L-フェニルアラニンに対する基質特異性が極めて高く、フェニルケトン尿症の血中L-フェニルアラニン濃度の定量に最適な酵素として同疾患のマス・スクリーニングにおいてマイクロプレートを用いた酵素蛍光定量法の酵素剤として用いられている。また、本酵素は、補酵素としてニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(酸化型;NAD+)を要求する。本酵素による酸化反応は可逆的であり、中性付近から弱アルカリ性のpH領域においてアンモニウムイオンとニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(還元型;NADH)存在下で還元的アミノ化反応も触媒する酵素である。Bacillus badius IAM11059由来するフェニルアラニン脱水素酵素の塩基配列およびアミノ酸配列は、Yamada A, Dairi T, Ohno Y, Huang XL and Asano Y. Nucleotide sequencing of phenylalanine dehydrogenase gene from Bacillus badius IAM 11059 Biosci. Biotechnol. Biochem. 59(10). 1994-1995 (1995)に記載され、配列番号1および2として記載する。 Phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus badius IAM11059 has an extremely high substrate specificity for L-phenylalanine, and it is an optimal enzyme for the determination of L-phenylalanine in the blood of phenylketonuria. It is used as an enzyme agent for the enzyme fluorescence quantification method used. In addition, this enzyme requires nicotinamide adenine dinucleotide (oxidized form; NAD + ) as a coenzyme. The oxidation reaction by this enzyme is reversible, and it catalyzes a reductive amination reaction in the presence of ammonium ion and nicotinamide adenine dinucleotide (reduced type: NADH) in the neutral to weakly alkaline pH range. Nucleotide sequencing of phenylalanine dehydrogenase gene from Bacillus badius IAM 11059 Biosci. Biotechnol. Biochem. 59 (10). It is described in 1994-1995 (1995) and described as SEQ ID NOs: 1 and 2.

Bacillus sphaericus R79a由来のフェニルアラニン脱水素酵素(EC 1.4.1.20)は、L-フェニルアラニンあるいはL-チロシンのアミノ基に対して、特異的に酸化的脱アミノ化反応を触媒する酵素である。本酵素は、L-フェニルアラニンとともにL-チロシンに対しても基質特異性が高く、L-アミノ酸の酵素的合成反応において利用されている。また、本酵素は、補酵素として前記B. badius IAM11059由来のフェニルアラニン脱水素酵素同様にニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD+)を要求する。本酵素による酸化反応は可逆的であり、中性付近から弱アルカリ性のpH領域において前記Bacillus badius IAM11059由来のフェニルアラニン脱水素酵素と同様にアンモニウムイオンとニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(還元型;NADH)の存在下で還元的アミノ化反応も触媒する酵素である。Bacillus sphaericus R79a由来のフェニルアラニン脱水素酵素の塩基配列およびアミノ酸配列は、N. Okazaki, Y. Hibino, Y. Asano, M. Ohmori, N. Numao and K. Kondo. Cloning and nucleotide sequencing of phenylalanine dehydrogenase gene of Bacillus sphaericus. Gene. 63. 337-341 (1988) に記載され、配列番号3および4として記載する。 Phenylalanine dehydrogenase (EC 1.4.1.20) derived from Bacillus sphaericus R79a is an enzyme that specifically catalyzes an oxidative deamination reaction to the amino group of L-phenylalanine or L-tyrosine. This enzyme has high substrate specificity for L-tyrosine as well as L-phenylalanine, and is used in the enzymatic synthesis reaction of L-amino acids. In addition, this enzyme requires nicotinamide adenine dinucleotide (NAD + ) as a coenzyme as in the case of the phenylalanine dehydrogenase derived from B. badius IAM11059. Oxidation reaction by this enzyme is reversible, and ammonium ions and nicotinamide adenine dinucleotide (reduced form; NADH) are present in the pH range from near neutral to weakly alkaline as in the case of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus badius IAM11059. An enzyme that also catalyzes a reductive amination reaction. The nucleotide sequence and amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus sphaericus R79a are N. Okazaki, Y. Hibino, Y. Asano, M. Ohmori, N. Numao and K. Kondo. Cloning and nucleotide sequencing of phenylalanine dehydrogenase gene of Bacillus sphaericus. Gene. 63. 337-341 (1988), described as SEQ ID NOs: 3 and 4.

Sporosarcina ureae R04由来のフェニルアラニン脱水素酵素の塩基配列およびアミノ酸配列は、DDBJ/EMBL/GenBank databases(Accession No. AB001031)に記載され、配列番号5および6として記載する。   The nucleotide sequence and amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Sporosarcina ureae R04 are described in DDBJ / EMBL / GenBank databases (Accession No. AB001031), and are described as SEQ ID NOs: 5 and 6.

Bacillus haloduransに由来するフェニルアラニン脱水素酵素の塩基配列およびアミノ酸配列は、GenBank Database(Accession No. NC_002570)およびNCBI Protein Database(Accession No. NP_241084)に記載され、配列番号7および8として記載する。   The nucleotide sequence and amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus halodurans are described in GenBank Database (Accession No. NC_002570) and NCBI Protein Database (Accession No. NP_241084), and are described as SEQ ID NOs: 7 and 8.

Geobacillus kaustophilusに由来するフェニルアラニン脱水素酵素の塩基配列およびアミノ酸配列は、GenBank Database(Accession No. BA000043.1)およびNCBI Protein Database(Accession No. BAD76316)に記載され、配列番号9および10として記載する。   The nucleotide sequence and amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Geobacillus kaustophilus are described in GenBank Database (Accession No. BA000043.1) and NCBI Protein Database (Accession No. BAD76316), and are described as SEQ ID NOs: 9 and 10.

Oceanobacillus iheyensisに由来するフェニルアラニン脱水素酵素の塩基配列およびアミノ酸配列は、GenBank(Accession No. BA000028)およびNCBI Protein Database(Accession No. BAC14834)に記載され、配列番号11および12として記載する。   The nucleotide sequence and amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Oceanobacillus iheyensis are described in GenBank (Accession No. BA000028) and NCBI Protein Database (Accession No. BAC14834), and are described as SEQ ID NOS: 11 and 12.

Rhodococcus sp. M-4に由来するフェニルアラニン脱水素酵素の塩基配列およびアミノ酸配列は、以下の文献に記載され、配列番号13および14として記載する。
Brunhuber N. M., Banerjee A., Jacobs W. R. Jr., Blanchard J. S. Cloning, sequencing, and expression of Rhodococcus L-phenylalanine dehydrogenase. Sequence comparisons to amino-acid dehydrogenases. J. Biol. Chem., 269. 16203-16211 (1994)
The base sequence and amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Rhodococcus sp. M-4 are described in the following literature, and are described as SEQ ID NOS: 13 and 14.
Brunhuber NM, Banerjee A., Jacobs WR Jr., Blanchard JS Cloning, sequencing, and expression of Rhodococcus L-phenylalanine dehydrogenase.Sequence comparisons to amino-acid dehydrogenases.J. Biol. Chem., 269. 16203-16211 (1994)

Thermoactinomyces intermediusに由来するフェニルアラニン脱水素酵素の塩基配列およびアミノ酸配列は、以下の文献に記載され、配列番号15および16として記載する。
Takada H., Yoshimura T., Ohshima T., Esaki N., Soda K. Thermostable phenylalanine dehydrogenase of Thermoactinomyces intermedius; cloning, expression, and sequencing of its gene. J. Biochem., 109. 371-376 (1991)
The base sequence and amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Thermoactinomyces intermedius are described in the following literature, and are described as SEQ ID NOS: 15 and 16.
Takada H., Yoshimura T., Ohshima T., Esaki N., Soda K. Thermostable phenylalanine dehydrogenase of Thermoactinomyces intermedius; cloning, expression, and sequencing of its gene.J. Biochem., 109. 371-376 (1991)

野生型のフェニルアラニン脱水素酵素は、L−フェニルアラニンに対する基質特異性が高い。図1にBacillus badius IAM11059、Bacillus sphaericus R79aおよびSporosarcina ureae R04に由来するフェニルアラニン脱水素酵素のL−トリプシン、L−ロイシン、L−イソロイシン、L−フェニルアラニン、L−メチオニンおよびL−バリンに対する基質特異性を相対活性によって示す。図1に示すように、上記3つのフェニルアラニン脱水素酵素は、L−フェニルアラニンに対する相対活性を100とすると、L−フェニルアラニン以外のアミノ酸に対する相対活性は低く、特に、L−メチオニンに対する相対活性は10以下である。   Wild-type phenylalanine dehydrogenase has high substrate specificity for L-phenylalanine. FIG. 1 shows the substrate specificities of phenylalanine dehydrogenases derived from Bacillus badius IAM11059, Bacillus sphaericus R79a and Sporosarcina ureae R04 to L-trypsin, L-leucine, L-isoleucine, L-phenylalanine, L-methionine and L-valine. Shown by relative activity. As shown in FIG. 1, when the relative activity with respect to L-phenylalanine is 100, the above three phenylalanine dehydrogenases have low relative activity with respect to amino acids other than L-phenylalanine, and in particular, relative activity with respect to L-methionine is 10 or less. It is.

本発明においては、上記のように、L−メチオニンに対する基質特異性が、L−フェニルアラニンに対する基質特異性に比べて格段に低いフェニルアラニン脱水素酵素を改変し、メチオニンに対する基質特異性を改善したものであり、具体的には、野生型酵素の少なくとも1つのアミノ酸をメチオニンに対する基質特異性を改善するように修飾した改変酵素である。基質特異性の改善は、例えば、フェニルアラニンに対する相対活性を100としたときにメチオニンに対する相対活性が50以上であることが好ましく、100以上であることがより好ましく、500以上であることがさらに好ましい。   In the present invention, as described above, phenylalanine dehydrogenase having a substrate specificity for L-methionine that is much lower than that for L-phenylalanine is modified to improve the substrate specificity for methionine. Yes, specifically, a modified enzyme in which at least one amino acid of the wild-type enzyme has been modified to improve substrate specificity for methionine. For example, when the relative activity to phenylalanine is 100, the relative activity to methionine is preferably 50 or more, more preferably 100 or more, and further preferably 500 or more.

メチオニンに対する基質特異性を改善する修飾は、具体的には、野生型フェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の114〜125番目の範囲にあるスレオニン(Thr)グリシン(Gly)の連続した配列 (但し、前記グリシン(Gly)が114〜125番目の範囲にある)におけるグリシン(Gly)のセリン(Ser)への置換である。野生型フェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列中のスレオニン(Thr)グリシン(Gly)の連続した配列(グリシン(Gly)が114〜125番目の範囲にある)におけるグリシン(Gly)の位置は酵素の由来によって異なり、以下の表に示す位置にある。   Modifications that improve substrate specificity for methionine specifically include a contiguous sequence of threonine (Thr) glycine (Gly) in the range 114 to 125 of the amino acid sequence of wild-type phenylalanine dehydrogenase (provided that Substitution of glycine (Gly) with serine (Ser) in glycine (Gly) is in the 114th to 125th range. The position of glycine (Gly) in the continuous sequence of threonine (Thr) glycine (Gly) in the amino acid sequence of wild-type phenylalanine dehydrogenase (glycine (Gly) is in the 114th to 125th range) depends on the origin of the enzyme Differently, it is in the position shown in the following table.

Figure 0004117350
*スレオニン(Thr)グリシン(Gly)の連続した配列におけるグリシン(Gly)の位置
**野生型酵素の配列
Figure 0004117350
* Position of glycine (Gly) in a continuous sequence of threonine (Thr) glycine (Gly)
** Sequence of wild-type enzyme

さらにメチオニンに対する基質特異性を改善する修飾は、具体的には、野生型フェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の297〜310番目の範囲にあるグルタミン(Gln)バリン(Val)の連続した配列 (但し、前記バリン(Val)が297〜310番目の範囲にある)におけるバリン(Val)のセリン(Ser)、スレオニン(Thr)あるいはアラニン(Ala)への置換である。野生型フェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列中のグルタミン(Gln)バリン(Val)の連続した配列(バリン(Val)が297〜310番目の範囲にある)におけるバリン(Val)の位置は酵素の由来によって異なり、以下の表に示す位置にある。   Furthermore, the modification which improves the substrate specificity for methionine specifically includes a continuous sequence of glutamine (Gln) valine (Val) in the range of 297 to 310 of the amino acid sequence of wild-type phenylalanine dehydrogenase (however, Substitution of valine (Val) to serine (Ser), threonine (Thr) or alanine (Ala) in valine (Val) is in the 297-310th range. The position of valine (Val) in the continuous sequence of glutamine (Gln) valine (Val) in the amino acid sequence of wild-type phenylalanine dehydrogenase (valin (Val) is in the range of 297 to 310) depends on the origin of the enzyme. Differently, it is in the position shown in the following table.

Figure 0004117350
*グルタミン(Gln)バリン(Val)の連続した配列におけるバリン(Val)の位置
**野生型酵素の配列
Figure 0004117350
* Position of valine (Val) in contiguous sequence of glutamine (Gln) valine (Val)
** Sequence of wild-type enzyme

本発明の改変酵素の具体例は、
(1a)Bacillus badius IAM11059由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の123番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)に置換した改変酵素、
(1b)Bacillus badius IAM11059由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の123番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)、且つ309番目のアミノ酸がセリン(Ser)、スレオニン(Thr)あるいはアラニン(Ala)のいずれかに置換した改変酵素、
(2a)Bacillus sphaericus R79a由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の124番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)に置換した改変酵素、
(2b)Bacillus sphaericus R79a由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の124番目のアミノ酸残基をセリン(Ser))、且つ310番目のアミノ酸がセリン(Ser)、スレオニン(Thr)あるいはアラニン(Ala)のいずれかに置換した改変酵素、
(3a)Sporosarcina ureae R04由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の125番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)に置換した改変酵素、
(3b)Sporosarcina ureae R04由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の125番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)、且つ308番目のアミノ酸がセリン(Ser)、スレオニン(Thr)あるいはアラニン(Ala)のいずれかに置換した改変酵素、
(4a)Bacillus halodurans由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の122番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)に置換した改変酵素、
(4b)Bacillus halodurans由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の122番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)、且つ308番目のアミノ酸がセリン(Ser)、スレオニン(Thr)あるいはアラニン(Ala)のいずれかに置換した改変酵素、
(5a)Geobacillus kaustophilus由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の123番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)に置換した改変酵素、
(5b)Geobacillus kaustophilus由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の123番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)、且つ309番目のアミノ酸がセリン(Ser)、スレオニン(Thr)あるいはアラニン(Ala)のいずれかに置換した改変酵素、
(6a)Oceanobacillus iheyensis由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の122番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)に置換した改変酵素、
(6b)Oceanobacillus iheyensis由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の122番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)、且つ308番目のアミノ酸がセリン(Ser)、スレオニン(Thr)あるいはアラニン(Ala)のいずれかに置換した改変酵素、
(7)Rhodococcus sp. M-4由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の117番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)に置換した改変酵素、および
(8a)Thermoactinomyces intermedius由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の114番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)に置換した改変酵素、
(8b)Thermoactinomyces intermedius由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の114番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)、且つ297番目のアミノ酸がセリン(Ser)、スレオニン(Thr)あるいはアラニン(Ala)のいずれかに置換した改変酵素である。
Specific examples of the modified enzyme of the present invention include
(1a) a modified enzyme in which the 123rd amino acid residue of the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus badius IAM11059 is substituted with serine (Ser),
(1b) The 123rd amino acid residue of the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus badius IAM11059 is serine (Ser), and the 309th amino acid is either serine (Ser), threonine (Thr) or alanine (Ala). A modified enzyme,
(2a) a modified enzyme in which the 124th amino acid residue of the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus sphaericus R79a is substituted with serine (Ser),
(2b) The amino acid sequence of the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus sphaericus R79a is serine (Ser), and the 310th amino acid is serine (Ser), threonine (Thr) or alanine (Ala). A modified enzyme substituted for either
(3a) a modified enzyme in which the 125th amino acid residue of the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Sporosarcina ureae R04 is substituted with serine (Ser),
(3b) The 125th amino acid residue of the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Sporosarcina ureae R04 is serine (Ser), and the 308th amino acid is either serine (Ser), threonine (Thr) or alanine (Ala). A modified enzyme,
(4a) a modified enzyme obtained by substituting serine (Ser) for the 122nd amino acid residue of the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus halodurans,
(4b) The amino acid sequence of the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus halodurans is serine (Ser) and the 308th amino acid is either serine (Ser), threonine (Thr) or alanine (Ala) A modified enzyme substituted with
(5a) a modified enzyme in which the 123rd amino acid residue of the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Geobacillus kaustophilus is substituted with serine (Ser),
(5b) The 123rd amino acid residue of the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Geobacillus kaustophilus is serine (Ser), and the 309th amino acid is either serine (Ser), threonine (Thr) or alanine (Ala) A modified enzyme substituted with
(6a) a modified enzyme in which the 122nd amino acid residue of the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Oceanobacillus iheyensis is substituted with serine (Ser),
(6b) The amino acid sequence of the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Oceanobacillus iheyensis is serine (Ser) and the 308th amino acid is either serine (Ser), threonine (Thr) or alanine (Ala) A modified enzyme substituted with
(7) a modified enzyme in which the 117th amino acid residue of the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Rhodococcus sp. M-4 is replaced with serine (Ser), and (8a) an amino acid of phenylalanine dehydrogenase derived from Thermoactinomyces intermedius A modified enzyme in which the 114th amino acid residue of the sequence is substituted with serine (Ser),
(8b) The 114th amino acid residue of the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Thermoactinomyces intermedius is serine (Ser), and the 297th amino acid is either serine (Ser), threonine (Thr) or alanine (Ala) Is a modified enzyme.

さらに本発明は、由来の異なる2つのフェニルアラニン脱水素酵素を、上記114〜125番目の範囲にあるスレオニン(Thr)グリシン(Gly)の連続した配列におけるグリシン(Gly)を境にして、組み換えたキメラ改変酵素であることができる。具体的には、1つのフェニルアラニン脱水素酵素の上記範囲にあるグリシン(Gly)の直前までのアミノ酸配列とこのフェニルアラニン脱水素酵素とは由来が異なる別のフェニルアラニン脱水素酵素の上記範囲にあるグリシン(Gly)の直後から最後までのアミノ酸配列とをセリン(Ser)を介してこの順に連結したキメラ改変酵素である。   Furthermore, the present invention relates to a recombinant chimera with two phenylalanine dehydrogenases having different origins separated by glycine (Gly) in the continuous sequence of threonine (Thr) glycine (Gly) in the 114th to 125th range. It can be a modified enzyme. Specifically, the amino acid sequence immediately before glycine (Gly) in the above range of one phenylalanine dehydrogenase and the glycine in the above range of another phenylalanine dehydrogenase having a different origin from this phenylalanine dehydrogenase ( Gly) is a chimeric engineered enzyme in which the amino acid sequence from immediately after to the last is linked in this order via serine (Ser).

本発明のキメラ改変酵素は、下記(A)のグループのいずれか1つのアミノ酸配列と(B)のグループのいずれか1つのアミノ酸とを、 セリン(Ser)を介してこの順に連続したタンパク質である。但し、(B)は(A)とは異なる起源の酵素のアミノ酸配列から選択する。即ち、(A)と(B)の数字は異なる組み合せとする。   The chimeric engineered enzyme of the present invention is a protein in which any one amino acid sequence of the following group (A) and any one amino acid of the group (B) are consecutively arranged in this order via serine (Ser): . However, (B) is selected from an amino acid sequence of an enzyme of a different origin from (A). That is, the numbers (A) and (B) are different combinations.

(A)のグループ
(A-1)Bacillus badius IAM11059由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列1〜122番目、
(A-2)Bacillus sphaericus R79a由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列1〜123番目、
(A-3)Sporosarcina ureae R04由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の1〜124番目、
(A-4)Bacillus halodurans由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の1〜121番目、
(A-5)Geobacillus kaustophilus由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の1〜122番目、
(A-6)Oceanobacillus iheyensis由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の1〜121番目、
(A-7)Rhodococcus sp. M-4由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の1〜116番目、および
(A-8)Thermoactinomyces intermedius由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の1〜113番目
Group (A)
(A-1) amino acid sequence 1-122 of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus badius IAM11059,
(A-2) amino acid sequence 1-123 of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus sphaericus R79a,
(A-3) 1 to 124 of the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Sporosarcina ureae R04,
(A-4) 1-121th amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus halodurans,
(A-5) amino acid sequence 1-122 of phenylalanine dehydrogenase derived from Geobacillus kaustophilus,
(A-6) amino acid sequence 1-121 of phenylalanine dehydrogenase derived from Oceanobacillus iheyensis,
(A-7) amino acid sequence 1-161 of phenylalanine dehydrogenase derived from Rhodococcus sp. M-4, and
(A-8) 1st to 113th amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase from Thermoactinomyces intermedius

(B)のグループ
(B-1)Bacillus badius IAM11059由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列124〜380番目、
(B-2)Bacillus sphaericus R79a由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列125〜381番目、
(B-3)Sporosarcina ureae R04由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の126〜379番目
(B-4)Bacillus halodurans由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の123〜379番目
(B-5)Geobacillus kaustophilus由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の124〜380番目
(B-6) Oceanobacillus iheyensis由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の123〜379番目
(B-7)Rhodococcus sp. M-4由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の118〜356番目
(B-8)Thermoactinomyces intermedius由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の115〜366番目
Group (B)
(B-1) amino acid sequence 124-380 of the phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus badius IAM11059,
(B-2) Phenylalanine dehydrogenase amino acid sequence 125-381 from Bacillus sphaericus R79a,
(B-3) 126th to 379th amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Sporosarcina ureae R04
(B-4) 123-379th amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus halodurans
(B-5) 124th to 380th amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase from Geobacillus kaustophilus
(B-6) 123rd to 379th amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase from Oceanobacillus iheyensis
(B-7) 118-356th amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Rhodococcus sp. M-4
(B-8) 115th to 366th amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase from Thermoactinomyces intermedius

(B)のグループのアミノ酸は、以下のアミノ酸配列であっても良い。
(B-1)は、Bacillus badius IAM11059由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の309番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)、スレオニン(Thr)またはアラニン(Ala)に置換したアミノ酸配列であり、
(B-2)は、Bacillus sphaericus R79a由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の310番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)、スレオニン(Thr)またはアラニン(Ala)に置換したアミノ酸配列であり、
(B-3)は、 Sporosarcina ureae R04由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の308番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)、スレオニン(Thr)またはアラニン(Ala)に置換したアミノ酸配列であり、
(B-4)は、Bacillus halodurans由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の308番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)、スレオニン(Thr)またはアラニン(Ala)に置換したアミノ酸配列であり、
(B-5)は、Geobacillus kaustophilus由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の309番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)、スレオニン(Thr)またはアラニン(Ala)に置換したアミノ酸配列であり、
(B-6)は、 Oceanobacillus iheyensis由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の308番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)、スレオニン(Thr)またはアラニン(Ala)に置換したアミノ酸配列であり、
(B-8)は、Thermoactinomyces intermedius由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の297番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)、スレオニン(Thr)またはアラニン(Ala)に置換したアミノ酸配列。
The amino acids in the group (B) may have the following amino acid sequences.
(B-1) is an amino acid sequence in which the 309th amino acid residue of the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus badius IAM11059 is substituted with serine (Ser), threonine (Thr) or alanine (Ala),
(B-2) is an amino acid sequence in which the 310th amino acid residue of the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus sphaericus R79a is substituted with serine (Ser), threonine (Thr) or alanine (Ala),
(B-3) is an amino acid sequence in which the 308th amino acid residue of the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Sporosarcina ureae R04 is substituted with serine (Ser), threonine (Thr) or alanine (Ala),
(B-4) is an amino acid sequence in which the 308th amino acid residue of the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus halodurans is substituted with serine (Ser), threonine (Thr) or alanine (Ala),
(B-5) is an amino acid sequence in which the 309th amino acid residue of the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Geobacillus kaustophilus is substituted with serine (Ser), threonine (Thr) or alanine (Ala),
(B-6) is an amino acid sequence in which the 308th amino acid residue of the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Oceanobacillus iheyensis is substituted with serine (Ser), threonine (Thr) or alanine (Ala),
(B-8) is an amino acid sequence in which the 297th amino acid residue in the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Thermoactinomyces intermedius is substituted with serine (Ser), threonine (Thr), or alanine (Ala).

キメラ改変酵素の具体例としては、以下のものを挙げることができる。
(1)Bacillus badius IAM11059由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列1〜122番目にセリン(Ser)を介して、Bacillus sphaericus R79a由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列125〜381番目をこの順に連結した改変酵素、
(2)Bacillus badius IAM11059由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列1〜122番目にセリン(Ser)を介して、Sporosarcina ureae R04由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列126〜379番目をこの順に連結した改変酵素、
(3)Bacillus sphaericus R79a由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列1〜123番目にセリン(Ser)を介して、Bacillus badius IAM11059由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列124〜380番目をこの順に連結した改変酵素、
(4)Bacillus sphaericus R79a由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列1〜123番目にセリン(Ser)を介して、Sporosarcina ureae R04由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列126〜379番目をこの順に連結した改変酵素、
(5)Sporosarcina ureae R04由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列1〜124番目にセリン(Ser)を介して、Bacillus badius IAM11059由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列124〜380番目をこの順に連結した改変酵素、
(6) Sporosarcina ureae R04由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列1〜124番目にセリン(Ser)を介して、Bacillus sphaericus R79a由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列125〜379番目をこの順に連結した改変酵素。
Specific examples of the chimera modifying enzyme include the following.
(1) Modification in which amino acid sequence 125 to 381 of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus sphaericus R79a is linked in this order via serine (Ser) to amino acid sequence 1 to 122 of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus badius IAM11059 enzyme,
(2) Modification in which amino acid sequence 126 to 379 of Sporosarcina ureae R04-derived phenylalanine dehydrogenase is linked in this order via serine (Ser) to amino acid sequence 1-122 of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus badius IAM11059 enzyme,
(3) Modification in which the amino acid sequence 124-380 of the phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus badius IAM11059 is linked in this order via serine (Ser) to the amino acid sequence 1-123 of the phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus sphaericus R79a enzyme,
(4) Modification in which the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus sphaericus R79a is linked to amino acid sequence 126 to 379 of the amino acid sequence of Sporosarcina ureae R04 derived from the amino acid sequence 1 to 123 of serine (Ser) in this order. enzyme,
(5) Modification in which amino acid sequence 124-380 of Bacillus badius IAM11059-derived phenylalanine dehydrogenase is linked in this order via serine (Ser) to amino acid sequence 1-144 of Sporosarcina ureae R04-derived phenylalanine dehydrogenase enzyme,
(6) Modification in which amino acid sequence 125-379 of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus sphaericus R79a is linked in this order via serine (Ser) to amino acid sequence 1-124 of phenylalanine dehydrogenase derived from Sporosarcina ureae R04 enzyme.

上記以外も、上記表1または2に示した8種類のフェニルアラニン脱水素酵素のいずれかの2つを組み合わせることでキメラ改変酵素を作製することができる。   In addition to the above, a chimeric engineered enzyme can be prepared by combining any two of the eight types of phenylalanine dehydrogenases shown in Table 1 or 2 above.

さらに本発明は、本発明の改変酵素のアミノ酸配列において、1から数個のアミノ酸の欠失、置換及び/又は付加を有するアミノ酸配列を有し、メチオニンに対する基質特異性を改善したフェニルアラニン脱水素酵素活性を有するアミノ酸配列を有する改変酵素を包含する。但し、欠失及び/又は置換されるアミノ酸に、セリン(Ser)が114〜125番目の範囲にあるスレオニン(Thr) セリン(Ser)の連続した配列のセリン(Ser)は含まない)。あるいは、前記本発明のキメラ改変酵素において、欠失及び/又は置換されるアミノ酸に(A)と(B)を連結するセリン(Ser)は含まない。置換、挿入または欠落をさらに有する改変酵素は、野生型酵素に比べて、メチオニンに対する基質特異性を改善したものであり、基質特異性の改善は、例えば、フェニルアラニンに対する相対活性を100としたときにメチオニンに対する相対活性が50以上であることが好ましく、100以上であることがより好ましい。   Furthermore, the present invention provides a phenylalanine dehydrogenase having an amino acid sequence having a deletion, substitution and / or addition of one to several amino acids in the amino acid sequence of the modified enzyme of the present invention, and improved substrate specificity for methionine It includes a modified enzyme having an amino acid sequence having activity. However, the amino acid to be deleted and / or substituted does not include serine (Ser) having a continuous sequence of threonine (Thr) serine (Ser) having serine (Ser) in the 114th to 125th range. Alternatively, the chimera modifying enzyme of the present invention does not include serine (Ser) linking (A) and (B) to the amino acid to be deleted and / or substituted. The modified enzyme further having a substitution, insertion or deletion has an improved substrate specificity for methionine as compared to the wild-type enzyme. For example, when the relative activity for phenylalanine is 100, the substrate specificity is improved. The relative activity with respect to methionine is preferably 50 or more, and more preferably 100 or more.

本明細書で言う「1から数個の塩基の欠失、置換及び/又は付加を有する塩基配列」における「1から数個」の範囲は特には限定されないが、例えば、1から40個、好ましくは1から30個、より好ましくは1から20個、より好ましくは1から10個、さらに好ましくは1から5個、特に好ましくは1から3個程度を意味する。以下においても同様である。   The range of “1 to several” in the “base sequence having deletion, substitution and / or addition of 1 to several bases” as used herein is not particularly limited, but for example, 1 to 40, preferably Means 1 to 30, more preferably 1 to 20, more preferably 1 to 10, further preferably 1 to 5, and particularly preferably about 1 to 3. The same applies to the following.

以下に本発明の改変酵素の具体例(実施例に示す)の説明とフェニルアラニンに対する相対活性を100としたときにメチオニンに対する相対活性を一覧表にして示す。   Hereinafter, specific examples of the modified enzymes of the present invention (shown in the examples) and relative activities with respect to methionine are shown in a list when the relative activity with respect to phenylalanine is defined as 100.

Figure 0004117350
Figure 0004117350

本発明の改変酵素(タンパク質)の取得方法は特に制限されず、化学合成により合成したタンパク質でもよいし、遺伝子組み換え技術により作製した組み換えタンパク質でもよい。改変酵素(組み換えタンパク質)を作製する場合には、先ず、後述するように、当該改変酵素(タンパク質)をコードする遺伝子(DNA)を取得する。このDNAを適当な発現系に導入することにより、本発明の改変酵素を産生することができる。発現系でのタンパク質の発現については本明細書中後記する。   The method for obtaining the modified enzyme (protein) of the present invention is not particularly limited, and may be a protein synthesized by chemical synthesis or a recombinant protein produced by a gene recombination technique. When producing a modified enzyme (recombinant protein), first, as described later, a gene (DNA) encoding the modified enzyme (protein) is obtained. The modified enzyme of the present invention can be produced by introducing this DNA into an appropriate expression system. The expression of the protein in the expression system will be described later in this specification.

本発明の改変酵素は、酵素タンパク質のメチオニン残基(1番目のアミノ酸)のN末端側に位置する1〜12個、好ましくは6〜9個の連続したヒスチジン残基を含むことが望ましい。本発明は、上記本発明の改変酵素(タンパク質)のN末端側に1〜12個のヒスチジンからなるオリゴペプチド(ヒスチジン・タグ)を融合したタンパク質を包含する。改変酵素(タンパク質)のN末端側に連結したヒスチジン・タグは、組換え体培養物からの酵素の精製を容易にするとともに、ニッケル(Ni2+)等の2価金属イオンを介したタンパク質の固定化などに有効である。 The modified enzyme of the present invention desirably contains 1 to 12, preferably 6 to 9 consecutive histidine residues located on the N-terminal side of the methionine residue (first amino acid) of the enzyme protein. The present invention includes a protein in which an oligopeptide (histidine tag) comprising 1 to 12 histidines is fused to the N-terminal side of the modified enzyme (protein) of the present invention. The histidine tag linked to the N-terminal side of the modified enzyme (protein) facilitates the purification of the enzyme from the recombinant culture, and the protein mediated by a divalent metal ion such as nickel (Ni 2+ ). It is effective for immobilization.

[本発明のDNA]
さらに本発明は、下記いずれかのDNAに関する。
(1) 配列表の配列番号1に記載の塩基配列を有するDNAであって、367〜369番目のggt(グアニン・グアニン・チミン)がagt(アデニン・グアニン・チミン)、agc(アデニン・グアニン・シトシン)、tct(チミン・シトシン・チミン)、tcc(チミン・シトシン・シトシン)、tca(チミン・シトシン・アデニン)あるいはtcg(チミン・シトシン・グアニン)であるDNA、
(2) 配列表の配列番号3に記載の塩基配列を有するDNAであって、370〜372番目のggt(グアニン・グアニン・チミン)がagt(アデニン・グアニン・チミン)、agc(アデニン・グアニン・シトシン)、tct(チミン・シトシン・チミン)、tcc(チミン・シトシン・シトシン)、tca(チミン・シトシン・アデニン)あるいはtcg(チミン・シトシン・グアニン)であるDNA、
(3) 配列表の配列番号5に記載の塩基配列を有するDNAであって、373〜375番目のggt(グアニン・グアニン・チミン)がagt(アデニン・グアニン・チミン)、agc(アデニン・グアニン・シトシン)、tct(チミン・シトシン・チミン)、tcc(チミン・シトシン・シトシン)、tca(チミン・シトシン・アデニン)あるいはtcg(チミン・シトシン・グアニン)であるDNA、
(4) 配列表の配列番号7に記載の塩基配列を有するDNAであって、364〜366番目のggt(グアニン・グアニン・チミン)がagt(アデニン・グアニン・チミン)、agc(アデニン・グアニン・シトシン)、tct(チミン・シトシン・チミン)、tcc(チミン・シトシン・シトシン)、tca(チミン・シトシン・アデニン)あるいはtcg(チミン・シトシン・グアニン)であるDNA、
(5) 配列表の配列番号9に記載の塩基配列を有するDNAであって、367〜369番目のggc(グアニン・グアニン・シトシン)がagt(アデニン・グアニン・チミン)、agc(アデニン・グアニン・シトシン)、tct(チミン・シトシン・チミン)、tcc(チミン・シトシン・シトシン)、tca(チミン・シトシン・アデニン)あるいはtcg(チミン・シトシン・グアニン)であるDNA、
(6) 配列表の配列番号11に記載の塩基配列を有するDNAであって、364〜366番目のggt(グアニン・グアニン・チミン)がagt(アデニン・グアニン・チミン)、agc(アデニン・グアニン・シトシン)、tct(チミン・シトシン・チミン)、tcc(チミン・シトシン・シトシン)、tca(チミン・シトシン・アデニン)あるいはtcg(チミン・シトシン・グアニン)であるDNA、
(7) 配列表の配列番号13に記載の塩基配列を有するDNAであって、349〜351番目のgga(グアニン・グアニン・アデニン)がagt(アデニン・グアニン・チミン)、agc(アデニン・グアニン・シトシン)、tct(チミン・シトシン・チミン)、tcc(チミン・シトシン・シトシン)、tca(チミン・シトシン・アデニン)あるいはtcg(チミン・シトシン・グアニン)であるDNA、
(8) 配列表の配列番号15に記載の塩基配列を有するDNAであって、340〜342番目のgga(グアニン・グアニン・アデニン)がagt(アデニン・グアニン・チミン)、agc(アデニン・グアニン・シトシン)、tct(チミン・シトシン・チミン)、tcc(チミン・シトシン・シトシン)、tca(チミン・シトシン・アデニン)あるいはtcg(チミン・シトシン・グアニン)であるDNA、
(9) (1)〜(8)の塩基配列において、1から数個の塩基の欠失、置換及び/又は付加を有する塩基配列を有し、メチオニンに対する基質特異性を改善したフェニルアラニン脱水素酵素をコードする塩基配列を有するDNA、
(10)(1)〜(9)のDNAに相補的な塩基配列を有するDNA。
[DNA of the present invention]
Furthermore, the present invention relates to any of the following DNAs.
(1) DNA having the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1 in the sequence listing, wherein 367 to 369th ggt (guanine, guanine, thymine) is agt (adenine, guanine, thymine), agg (adenine, guanine, thymine) Cytosine), tct (thymine / cytosine / thymine), tcc (thymine / cytosine / cytosine), tca (thymine / cytosine / adenine) or tcg (thymine / cytosine / guanine),
(2) DNA having the base sequence set forth in SEQ ID NO: 3 in the sequence listing, wherein the 370th to 372rd ggt (guanine, guanine, thymine) is agt (adenine, guanine, thymine), agg (adenine, guanine, thymine) Cytosine), tct (thymine / cytosine / thymine), tcc (thymine / cytosine / cytosine), tca (thymine / cytosine / adenine) or tcg (thymine / cytosine / guanine),
(3) DNA having the base sequence set forth in SEQ ID NO: 5 in the sequence listing, wherein 373rd to 375th ggt (guanine, guanine, thymine) is agt (adenine, guanine, thymine), agg (adenine, guanine, Cytosine), tct (thymine / cytosine / thymine), tcc (thymine / cytosine / cytosine), tca (thymine / cytosine / adenine) or tcg (thymine / cytosine / guanine),
(4) DNA having the base sequence set forth in SEQ ID NO: 7 of the Sequence Listing, wherein 364 to 366th ggt (guanine, guanine, thymine) is agt (adenine, guanine, thymine), agc (adenine, guanine, Cytosine), tct (thymine / cytosine / thymine), tcc (thymine / cytosine / cytosine), tca (thymine / cytosine / adenine) or tcg (thymine / cytosine / guanine),
(5) DNA having the base sequence set forth in SEQ ID NO: 9 in the sequence listing, wherein 367 to 369th ggc (guanine, guanine, cytosine) is agt (adenine, guanine, thymine), agc (adenine, guanine, Cytosine), tct (thymine / cytosine / thymine), tcc (thymine / cytosine / cytosine), tca (thymine / cytosine / adenine) or tcg (thymine / cytosine / guanine),
(6) DNA having the base sequence set forth in SEQ ID NO: 11 of the Sequence Listing, wherein 364 to 366th ggt (guanine, guanine, thymine) is agt (adenine, guanine, thymine), agg (adenine, guanine, thymine) Cytosine), tct (thymine / cytosine / thymine), tcc (thymine / cytosine / cytosine), tca (thymine / cytosine / adenine) or tcg (thymine / cytosine / guanine),
(7) DNA having the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 13 in the sequence listing, wherein 349 to 351st gga (guanine, guanine, adenine) is agt (adenine, guanine, thymine), agc (adenine, guanine, Cytosine), tct (thymine / cytosine / thymine), tcc (thymine / cytosine / cytosine), tca (thymine / cytosine / adenine) or tcg (thymine / cytosine / guanine),
(8) DNA having the base sequence set forth in SEQ ID NO: 15 of the Sequence Listing, wherein the 340th to 342th gga (guanine, guanine, adenine) is agt (adenine, guanine, thymine), agc (adenine, guanine, Cytosine), tct (thymine / cytosine / thymine), tcc (thymine / cytosine / cytosine), tca (thymine / cytosine / adenine) or tcg (thymine / cytosine / guanine),
(9) Phenylalanine dehydrogenase having a base sequence having a deletion, substitution and / or addition of one to several bases and improved substrate specificity for methionine in the base sequence of (1) to (8) DNA having a base sequence encoding
(10) DNA having a base sequence complementary to the DNA of (1) to (9).

(1)〜(8)は、Bacillus badius IAM11059、Bacillus sphaericus R79a、Sporosarcina ureae R04、Bacillus halodurans、Geobacillus kaustophilus、Oceanobacillus iheyensis、Rhodococcus sp. M-4およびThermoactinomyces intermediusにそれぞれ由来するフェニルアラニン脱水素酵素の塩基配列の特定箇所のg(グアニン)をa(アデニン)に置換した配列であり、この塩基の置換は、アミノ酸では、グリシン(Gly)のセリン(Ser)への置換に相当する。   (1) to (8) are phenylalanine dehydrogenases derived from Bacillus badius IAM11059, Bacillus sphaericus R79a, Sporosarcina ureae R04, Bacillus halodurans, Geobacillus kaustophilus, Oceanobacillus iheyensis, Rhodococcus sp. M-4 and Thermoactinomyces intermedius, respectively. In this sequence, g (guanine) at a specific position is replaced with a (adenine), and this base substitution corresponds to substitution of glycine (Gly) with serine (Ser) in amino acids.

(9)のDNAは、(1)〜(8)の塩基配列において、1から数個の塩基の欠失、置換及び/又は付加を有する塩基配列を有し、メチオニンに対する基質特異性を改善したフェニルアラニン脱水素酵素をコードする塩基配列を有するDNAである。メチオニンに対する基質特異性を改善したフェニルアラニン脱水素酵素とは、前述と同義であり、フェニルアラニンに対する相対活性を100としたときにメチオニンに対する相対活性が50以上、好ましくは100以上であるようにメチオニンに対する基質特異性を改善したものであることが適当である。(10)のDNAは、(1)〜(9)の塩基配列に相補的な塩基配列を有するDNAである。   The DNA of (9) has a base sequence having 1 to several base deletions, substitutions and / or additions in the base sequences of (1) to (8), and has improved substrate specificity for methionine. It is DNA having a base sequence encoding phenylalanine dehydrogenase. The phenylalanine dehydrogenase with improved substrate specificity for methionine has the same meaning as described above, and the relative activity for methionine is 50 or more, preferably 100 or more when the relative activity for phenylalanine is 100. It is appropriate that the specificity is improved. The DNA (10) is a DNA having a base sequence complementary to the base sequences (1) to (9).

さらに本発明は、下記いずれかのDNAに関する。
(11a) 配列表の配列番号2に記載のアミノ酸配列であって、123番目のアミノ酸がセリン(Ser)であるアミノ酸配列をコードするDNA、
(11b) 配列表の配列番号2に記載のアミノ酸配列であって、123番目のアミノ酸がセリン(Ser)、且つ309番目のアミノ酸がセリン(Ser)、スレオニン(Thr)あるいはアラニン(Ala)であるアミノ酸配列をコードするDNA、
(12a) 配列表の配列番号4に記載のアミノ酸配列であって、124番目のアミノ酸がセリン(Ser)であるアミノ酸配列をコードするDNA、
(12b) 配列表の配列番号4に記載のアミノ酸配列であって、124番目のアミノ酸がセリン(Ser)、且つ310番目のアミノ酸がセリン(Ser)、スレオニン(Thr)あるいはアラニン(Ala)であるアミノ酸配列をコードするDNA、
(13a) 配列表の配列番号6に記載のアミノ酸配列であって、125番目のアミノ酸がセリン(Ser)であるアミノ酸配列をコードするDNA、
(13b) 配列表の配列番号6に記載のアミノ酸配列であって、125番目のアミノ酸がセリン(Ser)、且つ308番目のアミノ酸がセリン(Ser)、スレオニン(Thr)あるいはアラニン(Ala)であるアミノ酸配列をコードするDNA、
(14a) 配列表の配列番号8に記載のアミノ酸配列であって、122番目のアミノ酸がセリン(Ser)であるアミノ酸配列をコードするDNA、
(14b) 配列表の配列番号8に記載のアミノ酸配列であって、122番目のアミノ酸がセリン(Ser)、且つ308番目のアミノ酸がセリン(Ser)、スレオニン(Thr)あるいはアラニン(Ala)であるアミノ酸配列をコードするDNA、
(15a) 配列表の配列番号10に記載のアミノ酸配列であって、123番目のアミノ酸がセリン(Ser)であるアミノ酸配列をコードするDNA、
(15b) 配列表の配列番号10に記載のアミノ酸配列であって、123番目のアミノ酸がセリン(Ser)、且つ309番目のアミノ酸がセリン(Ser)、スレオニン(Thr)あるいはアラニン(Ala)であるアミノ酸配列をコードするDNA、
(16a) 配列表の配列番号12に記載のアミノ酸配列であって、122番目のアミノ酸がセリン(Ser)であるアミノ酸配列をコードするDNA、
(16b) 配列表の配列番号12に記載のアミノ酸配列であって、122番目のアミノ酸がセリン(Ser)、且つ308番目のアミノ酸がセリン(Ser)、スレオニン(Thr)あるいはアラニン(Ala)であるアミノ酸配列をコードするDNA、
(17) 配列表の配列番号14に記載のアミノ酸配列であって、117番目のアミノ酸がセリン(Ser)であるアミノ酸配列をコードするDNA、
(18a) 配列表の配列番号16に記載のアミノ酸配列であって、114番目のアミノ酸がセリン(Ser)であるアミノ酸配列をコードするDNA、
(18b) 配列表の配列番号16に記載のアミノ酸配列であって、114番目のアミノ酸がセリン(Ser)、且つ297番目のアミノ酸がセリン(Ser)、スレオニン(Thr)あるいはアラニン(Ala)であるアミノ酸配列をコードするDNA、
Furthermore, the present invention relates to any of the following DNAs.
(11a) A DNA encoding the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 of the Sequence Listing, wherein the 123rd amino acid is serine (Ser),
(11b) The amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2 in the Sequence Listing, wherein the 123rd amino acid is serine (Ser) and the 309th amino acid is serine (Ser), threonine (Thr), or alanine (Ala) DNA encoding the amino acid sequence,
(12a) the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4 in the sequence listing, wherein the DNA encoding the amino acid sequence in which the 124th amino acid is serine (Ser);
(12b) The amino acid sequence described in SEQ ID NO: 4 in the Sequence Listing, wherein the 124th amino acid is serine (Ser) and the 310th amino acid is serine (Ser), threonine (Thr), or alanine (Ala) DNA encoding the amino acid sequence,
(13a) DNA encoding the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6 of the Sequence Listing, wherein the 125th amino acid is serine (Ser),
(13b) The amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6 in the Sequence Listing, wherein the 125th amino acid is serine (Ser) and the 308th amino acid is serine (Ser), threonine (Thr), or alanine (Ala) DNA encoding the amino acid sequence,
(14a) the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 8 in the sequence listing, wherein the DNA encoding the amino acid sequence in which the 122nd amino acid is serine (Ser);
(14b) The amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 8 in the Sequence Listing, wherein the 122nd amino acid is serine (Ser) and the 308th amino acid is serine (Ser), threonine (Thr), or alanine (Ala) DNA encoding the amino acid sequence,
(15a) an amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 10 of the sequence listing, wherein the DNA encoding the amino acid sequence in which the 123rd amino acid is serine (Ser);
(15b) The amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 10 of the Sequence Listing, wherein the 123rd amino acid is serine (Ser) and the 309th amino acid is serine (Ser), threonine (Thr), or alanine (Ala) DNA encoding the amino acid sequence,
(16a) a DNA encoding the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 12 of the Sequence Listing, wherein the 122nd amino acid is serine (Ser);
(16b) The amino acid sequence described in SEQ ID NO: 12 in the Sequence Listing, wherein the 122nd amino acid is serine (Ser) and the 308th amino acid is serine (Ser), threonine (Thr), or alanine (Ala) DNA encoding the amino acid sequence,
(17) DNA encoding the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 14 of the Sequence Listing, wherein the 117th amino acid is serine (Ser),
(18a) a DNA encoding the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 16 of the Sequence Listing, wherein the 114th amino acid is serine (Ser);
(18b) The amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 16 in the Sequence Listing, wherein the 114th amino acid is serine (Ser) and the 297th amino acid is serine (Ser), threonine (Thr), or alanine (Ala) DNA encoding the amino acid sequence,

(11a)〜(16a)、(17)、(18a)は、Bacillus badius IAM11059、Bacillus sphaericus R79a、Sporosarcina ureae R04、Bacillus halodurans、Geobacillus kaustophilus、Oceanobacillus iheyensis、Rhodococcus sp. M-4およびThermoactinomyces intermediusにそれぞれ由来するフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の特定箇所のグリシン(Gly)のセリン(Ser)への置換したアミノ酸配列をコードするDNAである。   (11a)-(16a), (17), (18a) are derived from Bacillus badius IAM11059, Bacillus sphaericus R79a, Sporosarcina ureae R04, Bacillus halodurans, Geobacillus kaustophilus, Oceanobacillus iheyensis, Rhodococcus sp. M-4 and Thermodinoces, respectively. DNA encoding the amino acid sequence in which glycine (Gly) is substituted with serine (Ser) at a specific position in the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase.

(11b)〜(18b)は、Bacillus badius IAM11059、Bacillus sphaericus R79a、Sporosarcina ureae R04、Bacillus halodurans、Geobacillus kaustophilus、Oceanobacillus iheyensisおよびThermoactinomyces intermediusにそれぞれ由来するフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の特定箇所のグリシン(Gly)のセリン(Ser)への置換、および特定箇所のバリン(Val)のセリン(Ser)、スレオニン(Thr)あるいはアラニン(Ala)に置換したアミノ酸配列をコードするDNAである。   (11b) to (18b) are amino acid sequences of the amino acid sequence of the phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus badius IAM11059, Bacillus sphaericus R79a, Sporosarcina ureae R04, Bacillus halodurans, Geobacillus kaustophilus, Oceanobacillus iheyensis and Thermoactinomyces intermedius, respectively. ) With serine (Ser), and a DNA encoding an amino acid sequence in which valine (Val) at a specific position is substituted with serine (Ser), threonine (Thr) or alanine (Ala).

(19)のDNAは、(11a)〜(18b)のアミノ酸配列において、1から数個のアミノ酸の欠失、置換及び/又は付加を有するアミノ酸配列を有し、メチオニンに対する基質特異性を改善したフェニルアラニン脱水素酵素活性を有するアミノ酸配列をコードする塩基配列を有するDNAである。メチオニンに対する基質特異性を改善したフェニルアラニン脱水素酵素活性とは、前述と同義であり、フェニルアラニンに対する相対活性を100としたときにメチオニンに対する相対活性が50以上、好ましくは100以上、より好ましくは500以上であるようにメチオニンに対する基質特異性を改善したものであることが適当である。(20)のDNAは、(11a)〜(19)のDNAに相補的な塩基配列を有するDNAである。   The DNA of (19) has an amino acid sequence having a deletion, substitution and / or addition of one to several amino acids in the amino acid sequence of (11a) to (18b), and has improved substrate specificity for methionine. DNA having a base sequence encoding an amino acid sequence having phenylalanine dehydrogenase activity. The phenylalanine dehydrogenase activity with improved substrate specificity for methionine has the same meaning as described above, and the relative activity for methionine is 50 or more, preferably 100 or more, more preferably 500 or more when the relative activity for phenylalanine is 100. It is appropriate that the substrate specificity for methionine is improved. The DNA (20) is a DNA having a base sequence complementary to the DNAs (11a) to (19).

さらに本発明は、下記(a)のグループのいずれか1つの塩基配列と下記(b)のグループのいずれか1つの塩基配列とをセリン(Ser)をコードする塩基配列agt、agc、tct、tcc、tcaあるいはtcgを間に介して、この順に連結した塩基配列を有するDNAに関する。但し、(a)と(b)とは異なる起源の酵素の塩基配列から選択する。即ち、(a)と(b)の数字は異なる組み合せとする。   Furthermore, the present invention provides a nucleotide sequence agt, agc, tct, tcc that encodes serine (Ser) from any one nucleotide sequence of the following group (a) and any one nucleotide sequence of the following group (b): , Tca or tcg, and a DNA having a base sequence linked in this order. However, (a) and (b) are selected from the base sequences of enzymes of different origins. That is, the numbers in (a) and (b) are different combinations.

(a)グループ
(a-1)配列表の配列番号1に記載の塩基配列の1〜366の配列を有するDNA、
(a-2)配列表の配列番号3に記載の塩基配列の1〜369の配列を有するDNA、
(a-3)配列表の配列番号5に記載の塩基配列の1〜372の配列を有するDNA、
(a-4)配列表の配列番号7に記載の塩基配列の1〜363の配列を有するDNA、
(a-5)配列表の配列番号9に記載の塩基配列の1〜366の配列を有するDNA、
(a-6)配列表の配列番号11に記載の塩基配列の1〜363の配列を有するDNA、
(a-7)配列表の配列番号13に記載の塩基配列の1〜348の配列を有するDNA、および
(a-8)配列表の配列番号15に記載の塩基配列の1〜339の配列を有するDNA。
(a) Group
(a-1) DNA having a sequence of 1 to 366 of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1 in the sequence listing;
(a-2) DNA having a sequence of 1 to 369 of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 3 in the sequence listing;
(a-3) DNA having a sequence of 1 to 372 of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 5 in the sequence listing;
(a-4) DNA having a sequence of 1 to 363 of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 7 of the Sequence Listing,
(a-5) DNA having a sequence of 1 to 366 of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 9 in the Sequence Listing,
(a-6) DNA having a sequence of 1 to 363 of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 11 of the Sequence Listing,
(a-7) DNA having a sequence of 1 to 348 of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 13 of the Sequence Listing, and
(a-8) DNA having a sequence of 1 to 339 of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 15 in the Sequence Listing.

(b)グループ
(b-1)配列表の配列番号1に記載の塩基配列の370〜1143の配列を有するDNA、
(b-2)配列表の配列番号3に記載の塩基配列の373〜1146の配列を有するDNA、
(b-3)配列表の配列番号5に記載の塩基配列の376〜1140の配列を有するDNA、
(b-4)配列表の配列番号7に記載の塩基配列の367〜1140の配列を有するDNA、
(b-5)配列表の配列番号9に記載の塩基配列の370〜1143の配列を有するDNA、
(b-6)配列表の配列番号11に記載の塩基配列の367〜1140の配列を有するDNA、
(b-7)配列表の配列番号13に記載の塩基配列の352〜1071の配列を有するDNA、および
(b-8)配列表の配列番号15に記載の塩基配列の343〜1101の配列を有するDNA。
(b) Group
(b-1) DNA having a sequence of 370 to 1143 of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1 of the Sequence Listing,
(b-2) DNA having a sequence of 373 to 1146 of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 3 in the sequence listing;
(b-3) DNA having a sequence of 376 to 1140 of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 5 of the Sequence Listing,
(b-4) DNA having a sequence of 367 to 1140 of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 7 of the Sequence Listing,
(b-5) DNA having a sequence of 370 to 1143 of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 9 of the Sequence Listing,
(b-6) DNA having a sequence of 367 to 1140 of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 11 of the Sequence Listing,
(b-7) DNA having a sequence of 352 to 1071 of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 13 of the Sequence Listing, and
(b-8) DNA having a sequence of 343 to 1101 of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 15 of the Sequence Listing.

さらはに本発明は、上記のDNAの塩基配列において、1から数個の塩基の欠失、置換及び/又は付加を有する塩基配列を有し、メチオニンに対する基質特異性を改善したフェニルアラニン脱水素酵素をコードする塩基配列を有するDNAを包含する。メチオニンに対する基質特異性を改善したフェニルアラニン脱水素酵素活性とは、前述と同義であり、フェニルアラニンに対する相対活性を100としたときにメチオニンに対する相対活性が50以上、好ましくは100以上、より好ましくは500以上であるようにメチオニンに対する基質特異性を改善したものであることが適当である。(20)のDNAは、(11)〜(19)のDNAに相補的な塩基配列を有するDNAである。   Furthermore, the present invention provides a phenylalanine dehydrogenase having a base sequence having a deletion, substitution and / or addition of one to several bases in the above DNA base sequence and improved substrate specificity for methionine. DNA having a nucleotide sequence encoding The phenylalanine dehydrogenase activity with improved substrate specificity for methionine is as defined above, and the relative activity for methionine is 50 or more, preferably 100 or more, more preferably 500 or more when the relative activity for phenylalanine is 100. It is appropriate that the substrate specificity for methionine is improved as described above. The DNA (20) is a DNA having a base sequence complementary to the DNAs (11) to (19).

さらに本発明は、下記(A)のグループのいずれか1つのアミノ酸配列と下記(B)のグループのいずれか1つのアミノ酸配列とをセリン(Ser)を介して、この順に連結した改変酵素のアミノ酸配列をコードするDNAに関する。但し、(A)と(B)とは異なる起源の酵素の塩基配列から選択する。即ち、(A)と(B)の数字は異なる組み合せとする。   Furthermore, the present invention relates to an amino acid of a modified enzyme in which any one amino acid sequence of the following group (A) and any one amino acid sequence of the following group (B) are linked in this order via serine (Ser): It relates to DNA encoding the sequence. However, (A) and (B) are selected from the base sequences of enzymes of different origins. That is, the numbers (A) and (B) are different combinations.

グループ(A)
(A-1)Bacillus badius IAM11059由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列1〜122番目、
(A-2)Bacillus sphaericus R79a由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列1〜123番目、
(A-3)Sporosarcina ureae R04由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の1〜124番目、
(A-4)Bacillus halodurans由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の1〜121番目、
(A-5)Geobacillus kaustophilus由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の1〜122番目、
(A-6)Oceanobacillus iheyensis由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の1〜121番目、
(A-7)Rhodococcus sp. M-4由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の1〜116番目、および
(A-8)Thermoactinomyces intermedius由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の1〜113番目
グループ(B)
(B-1)Bacillus badius IAM11059由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列124〜380番目、
(B-2)Bacillus sphaericus R79a由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列125〜381番目、
(B-3)Sporosarcina ureae R04由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の126〜379番目
(B-4)Bacillus halodurans由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の123〜379番目
(B-5)Geobacillus kaustophilus由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の124〜380番目
(B-6)Oceanobacillus iheyensis由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の123〜379番目
(B-7)Rhodococcus sp. M-4由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の118〜356番目、および
(B-8)Thermoactinomyces intermedius由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の115〜366番目
Group (A)
(A-1) amino acid sequence 1-122 of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus badius IAM11059,
(A-2) amino acid sequence 1-123 of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus sphaericus R79a,
(A-3) 1 to 124 of the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Sporosarcina ureae R04,
(A-4) 1-121th amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus halodurans,
(A-5) amino acid sequence 1-122 of phenylalanine dehydrogenase derived from Geobacillus kaustophilus,
(A-6) amino acid sequence 1-121 of phenylalanine dehydrogenase derived from Oceanobacillus iheyensis,
(A-7) amino acid sequence 1-161 of phenylalanine dehydrogenase derived from Rhodococcus sp. M-4, and
(A-8) 1st to 113th amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase from Thermoactinomyces intermedius
Group (B)
(B-1) amino acid sequence 124-380 of the phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus badius IAM11059,
(B-2) Phenylalanine dehydrogenase amino acid sequence 125-381 from Bacillus sphaericus R79a,
(B-3) 126th to 379th amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Sporosarcina ureae R04
(B-4) 123-379th amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus halodurans
(B-5) 124th to 380th amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase from Geobacillus kaustophilus
(B-6) 123rd to 379th amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase from Oceanobacillus iheyensis
(B-7) 118-356th amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Rhodococcus sp. M-4, and
(B-8) 115th to 366th amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase from Thermoactinomyces intermedius

(B)のグループのアミノ酸は、以下のアミノ酸配列であっても良い。
(B-1)は、Bacillus badius IAM11059由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の309番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)、スレオニン(Thr)またはアラニン(Ala)に置換したアミノ酸配列であり、
(B-2)は、Bacillus sphaericus R79a由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の310番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)、スレオニン(Thr)またはアラニン(Ala)に置換したアミノ酸配列であり、
(B-3)は、Sporosarcina ureae R04由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の308番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)、スレオニン(Thr)またはアラニン(Ala)に置換したアミノ酸配列であり、
(B-4)は、Bacillus halodurans由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の308番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)、スレオニン(Thr)またはアラニン(Ala)に置換したアミノ酸配列であり、
(B-5)は、Geobacillus kaustophilus由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の309番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)、スレオニン(Thr)またはアラニン(Ala)に置換したアミノ酸配列であり、
(B-6)は、 Oceanobacillus iheyensis由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の308番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)、スレオニン(Thr)またはアラニン(Ala)に置換したアミノ酸配列であり、
(B-8)は、Thermoactinomyces intermedius由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列の297番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)、スレオニン(Thr)またはアラニン(Ala)に置換したアミノ酸配列。
The amino acids in the group (B) may have the following amino acid sequences.
(B-1) is an amino acid sequence in which the 309th amino acid residue of the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus badius IAM11059 is substituted with serine (Ser), threonine (Thr) or alanine (Ala),
(B-2) is an amino acid sequence in which the 310th amino acid residue of the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus sphaericus R79a is substituted with serine (Ser), threonine (Thr) or alanine (Ala),
(B-3) is an amino acid sequence obtained by substituting the amino acid residue 308 of the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Sporosarcina ureae R04 with serine (Ser), threonine (Thr) or alanine (Ala),
(B-4) is an amino acid sequence in which the 308th amino acid residue of the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus halodurans is substituted with serine (Ser), threonine (Thr) or alanine (Ala),
(B-5) is an amino acid sequence in which the 309th amino acid residue of the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Geobacillus kaustophilus is substituted with serine (Ser), threonine (Thr) or alanine (Ala),
(B-6) is an amino acid sequence in which the 308th amino acid residue of the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Oceanobacillus iheyensis is substituted with serine (Ser), threonine (Thr) or alanine (Ala),
(B-8) is an amino acid sequence in which the 297th amino acid residue in the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Thermoactinomyces intermedius is substituted with serine (Ser), threonine (Thr), or alanine (Ala).

本発明は上記のアミノ酸配列において、1から数個のアミノ酸の欠失、置換及び/又は付加を有するアミノ酸配列を有し、メチオニンに対する基質特異性を改善したフェニルアラニン脱水素酵素活性を有するアミノ酸配列をコードする塩基配列を有するDNAを包含する。ただし、欠失及び/又は置換されるアミノ酸に(A)と(B)を連結するセリン(Ser)は含まない。置換、挿入または欠落をさらに有する改変酵素は、野生型酵素に比べて、メチオニンに対する基質特異性を改善したものであり、基質特異性の改善は、例えば、フェニルアラニンに対する相対活性を100としたときにメチオニンに対する相対活性が50以上であることが好ましく、100以上であることがより好ましく、500以上であることがさらに好ましい。本発明は、これらのDNAに相補的な塩基配列を有するDNAも包含する。   The present invention provides an amino acid sequence having phenylalanine dehydrogenase activity having an amino acid sequence having a deletion, substitution and / or addition of one to several amino acids, and improved substrate specificity for methionine. It includes DNA having a base sequence encoding. However, serine (Ser) linking (A) and (B) is not included in the deleted and / or substituted amino acid. The modified enzyme further having a substitution, insertion or deletion has an improved substrate specificity for methionine compared to the wild-type enzyme, and the improvement of the substrate specificity is, for example, when the relative activity for phenylalanine is 100. The relative activity with respect to methionine is preferably 50 or more, more preferably 100 or more, and further preferably 500 or more. The present invention also includes DNA having a base sequence complementary to these DNAs.

本発明のDNAの取得方法は特に限定されない。本明細書中の配列表の配列番号1から16に記載したアミノ酸配列及び塩基配列の情報に基づいて適当なブローブやプライマーを調製し、それらを用いて前記で挙げたフェニルアラニン脱水素酵素を含む菌のcDNAライブラリーをスクリーニングすることにより本発明の遺伝子を単離することができる。cDNAライブラリーは、本発明の遺伝子を発現している菌から常法により作製することができる。   The method for obtaining the DNA of the present invention is not particularly limited. Appropriate probes and primers are prepared based on the amino acid sequences and base sequence information described in SEQ ID NOs: 1 to 16 in the sequence listing in the present specification, and the bacteria containing the phenylalanine dehydrogenase mentioned above are used by using them. The gene of the present invention can be isolated by screening the cDNA library. A cDNA library can be prepared by a conventional method from a bacterium expressing the gene of the present invention.

PCR法により本発明の遺伝子を取得することもできる。上記した菌由来のDNAライブラリー又はcDNAライブラリーを鋳型として使用し、配列番号1、3、5、7、9、11、13または15に記載した塩基配列を増幅できるように設計した1対のプライマーを用いてPCRを行う。PCRの反応条件は適宜設定することができ、例えば、94℃で30秒間(変性)、55℃で30秒〜1分間(アニーリング)、72℃で2分間(伸長)からなる反応工程を1サイクルとして、例えば30サイクル行った後、72℃で7分間反応させる条件などを挙げることができる。次いで、増幅されたDNA断片を、大腸菌等の宿主で増幅可能な適切なベクター中にクローニングすることができる。   The gene of the present invention can also be obtained by PCR. Using a DNA library or cDNA library derived from the above-mentioned bacteria as a template, a pair of designed to be able to amplify the base sequence described in SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 or 15 PCR is performed using primers. PCR reaction conditions can be set as appropriate. For example, one cycle of a reaction step consisting of 94 ° C. for 30 seconds (denaturation), 55 ° C. for 30 seconds to 1 minute (annealing), and 72 ° C. for 2 minutes (extension) As an example, after performing 30 cycles, a condition of reacting at 72 ° C. for 7 minutes can be exemplified. The amplified DNA fragment can then be cloned into a suitable vector that can be amplified in a host such as E. coli.

上記したプローブ又はプライマーの調製、cDNAライブラリーの構築、cDNAライブラリーのスクリーニング、並びに目的遺伝子のクローニングなどの操作は当業者に既知であり、例えば、Molecular Cloning: A laboratory Mannual, 2nd Ed., Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY.,1989(以下、モレキュラークローニング第2版と略す)、Current Protocols in Molecular Biology, Supplement 1〜38, John Wiley & Sons (1987-1997)(以下、カレント・プロトコールズ・イン・モレキュラー・バイオロジーと略す)等に記載の方法に準じて行うことができる。 Preparation of the probes or primers, construction of cDNA library, screening of cDNA libraries, as well as operations such as cloning the gene of interest are known to those skilled in the art, for example, Molecular Cloning: A laboratory Mannual, 2 nd Ed,. Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY., 1989 (hereinafter abbreviated as Molecular Cloning 2nd Edition), Current Protocols in Molecular Biology, Supplement 1-38, John Wiley & Sons (1987-1997) Protocols in Molecular Biology) and the like.

また、配列表の配列番号2、4、6、8、10、12、14または16に記載のアミノ酸配列において1から数個のアミノ酸の欠失、置換及び/又は付加を有するアミノ酸配列を有し、配糖化酵素活性を有するタンパク質をコードする遺伝子;並びに配列表の配列番号5または6に記載の塩基配列において1から数個の塩基の欠失、置換及び/又は付加を有する塩基配列を有し、配糖化酵素をコードする塩基配列を有する遺伝子(以下、これらの遺伝子を変異遺伝子と称する)については、配列番号1〜16に記載のアミノ酸配列および塩基配列の情報に基づいて、化学合成、遺伝子工学的手法又は突然変異誘発などの当業者に既知の任意の方法で作製することができる。   And having an amino acid sequence having a deletion, substitution and / or addition of 1 to several amino acids in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 or 16 in the sequence listing , A gene encoding a protein having glucosidase activity; and a base sequence having a deletion, substitution and / or addition of 1 to several bases in the base sequence set forth in SEQ ID NO: 5 or 6 in the sequence listing As for genes having a nucleotide sequence encoding a glycosylase (hereinafter, these genes are referred to as mutant genes), chemical synthesis, genes based on the amino acid sequence and nucleotide sequence information described in SEQ ID NOs: 1 to 16 It can be made by any method known to those skilled in the art, such as engineering techniques or mutagenesis.

例えば、配列表の配列番号1、3、5、7、9、11、13または15に記載の塩基配列を有するDNAに対し、変異原となる薬剤と接触作用させる方法、紫外線を照射する方法、遺伝子工学的手法等を用いて行うことができる。遺伝子工学的手法の一つである部位特異的変異誘発法は特定の位置に特定の変異を導入できる手法であることから有用であり、モレキュラークローニング第2版、カレント・プロトコールズ・イン・モレキュラー・バイオロジー等に記載の方法に準じて行うことができる。   For example, a method of contacting a DNA having the base sequence described in SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 or 15 of the sequence listing with a drug that becomes a mutagen, a method of irradiating with ultraviolet rays, It can be performed using genetic engineering techniques. Site-directed mutagenesis, which is one of the genetic engineering methods, is useful because it can introduce a specific mutation at a specific position. Molecular cloning 2nd edition, Current Protocols in Molecular. It can be performed according to the method described in biology and the like.

[本発明のベクター]
本発明は、上記本発明のいずれかのDNAを含むベクターに関する。上記本発明ののいずれかのDNAを乗せるベクターは特に制限はないが、例えば、自立的に複製するベクター(例えばプラスミド等)でもよいし、あるいは、宿主細胞に導入された際に宿主細胞のゲノムに組み込まれ、組み込まれた染色体と共に複製されるものであってもよい。好ましくは、本発明で用いるベクターは発現ベクターである。発現ベクターにおいて本発明の遺伝子は、転写に必要な要素(例えば、プロモーター等)が機能的に連結されている。プロモータは宿主細胞において転写活性を示すDNA配列であり、宿主の種類に応じて適宜選択することができる。
[Vector of the present invention]
The present invention relates to a vector containing any of the DNAs of the present invention. The vector on which any one of the DNAs of the present invention is placed is not particularly limited. For example, it may be a self-replicating vector (for example, a plasmid) or the host cell genome when introduced into the host cell. And may be replicated together with the integrated chromosome. Preferably, the vector used in the present invention is an expression vector. In the expression vector, the gene of the present invention is functionally linked to elements necessary for transcription (for example, a promoter and the like). A promoter is a DNA sequence that exhibits transcriptional activity in a host cell, and can be appropriately selected depending on the type of host.

細菌細胞で作動可能なプロモータとしては、バチルス・ステアロテルモフィルス・マルトジェニック・アミラーゼ遺伝子(Bacillus stearothermophilus maltogenic amylase gene)、バチルス・リケニホルミスαアミラーゼ遺伝子(Bacillus licheniformis alpha-amylase gene)、バチルス・アミロリケファチエンス・BANアミラーゼ遺伝子(Bacillus amyloliquefaciens BAN amylase gene)、バチルス・サブチリス・アルカリプロテアーゼ遺伝子(Bacillus Subtilis alkaline protease gene)もしくはバチルス・プミルス・キシロシダーゼ遺伝子(Bacillus pumilus xylosldase gene)のプロモータ、またはファージ・ラムダのPR若しくはPLプロモータ、大腸菌の lac、trp若しくはtacプロモータなどが挙げられる。 Promoters operable in bacterial cells include the Bacillus stearothermophilus maltogenic amylase gene, the Bacillus licheniformis alpha-amylase gene, and the Bacillus amyloliquefati. Enns-BAN amylase gene (Bacillus amyloliquefaciens BAN amylase gene), Bacillus subtilis alkaline protease gene (Bacillus subtilis alkaline protease gene) or promoters of the Bacillus pumilus-xylosidase gene (Bacillus pumilus xylosldase gene) or phage lambda, P R or P L promoters, lac of E.coli, such as trp or tac promoter and the like.

哺乳動物細胞で作動可能なプロモータの例としては、SV40プロモータ、MT−1(メタロチオネイン遺伝子)プロモータ、またはアデノウイルス2主後期プロモータなどがある。昆虫細胞で作動可能なプロモータの例としては、ポリヘドリンプロモータ、P10プロモータ、オートグラファ・カリホルニカ・ポリヘドロシス塩基性タンパクプロモータ、バキュウロウイルス即時型初期遺伝子1プロモータ、またはバキュウロウイルス39K遅延型初期遺伝子プロモータ等がある。酵母宿主細胞で作動可能なプロモータの例としては、酵母解糖系遺伝子由来のプロモータ、アルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子プロモータ、TPI1プロモータ、ADH2-4cプロモータなどが挙げられる。糸状菌細胞で作動可能なプロモータの例としては、ADH3プロモータまたはtpiAプロモータなどがある。   Examples of promoters that can operate in mammalian cells include the SV40 promoter, the MT-1 (metallothionein gene) promoter, or the adenovirus 2 major late promoter. Examples of promoters operable in insect cells include polyhedrin promoter, P10 promoter, autographa caliornica polyhedrosic basic protein promoter, baculovirus immediate early gene 1 promoter, or baculovirus 39K delayed early gene. There are promoters. Examples of a promoter operable in a yeast host cell include a promoter derived from a yeast glycolytic gene, an alcohol dehydrogenase gene promoter, a TPI1 promoter, an ADH2-4c promoter, and the like. Examples of promoters that can operate in filamentous fungal cells include the ADH3 promoter or the tpiA promoter.

また、本発明のDNAは必要に応じて、適切なターミネータに機能的に結合されてもよい。本発明の組み換えベクターは更に、ポリアデニレーションシグナル(例えばSV40またはアデノウイルス5E1b領域由来のもの)、転写エンハンサ配列(例えばSV40エンハンサ)などの要素を有していてもよい。
本発明の組み換えベクターは更に、該ベクターが宿主細胞内で複製することを可能にするDNA配列を具備してもよく、その一例としてはSV40複製起点(宿主細胞が哺乳類細胞のとき)が挙げられる。
Moreover, the DNA of the present invention may be functionally bound to an appropriate terminator as necessary. The recombinant vector of the present invention may further have elements such as a polyadenylation signal (for example, derived from SV40 or adenovirus 5E1b region), a transcription enhancer sequence (for example, SV40 enhancer) and the like.
The recombinant vector of the present invention may further comprise a DNA sequence that allows the vector to replicate in the host cell, an example of which is the SV40 origin of replication (when the host cell is a mammalian cell). .

本発明の組み換えベクターはさらに選択マーカーを含有してもよい。選択マーカーとしては、例えば、ジヒドロ葉酸レダクターゼ(DHFR)またはシゾサッカロマイセス・ポンベTPI遺伝子等のようなその補体が宿主細胞に欠けている遺伝子、または例えばアンピシリン、カナマイシン、テトラサイクリン、クロラムフェニコール、ネオマイシン若しくはヒグロマイシンのような薬剤耐性遺伝子を挙げることができる。本発明の遺伝子、プロモータ、および所望によりターミネータおよび/または分泌シグナル配列をそれぞれ連結し、これらを適切なベクターに挿入する方法は当業者に周知である。   The recombinant vector of the present invention may further contain a selection marker. Selectable markers include, for example, genes that lack their complement in host cells such as dihydrofolate reductase (DHFR) or Schizosaccharomyces pombe TPI genes, or such as ampicillin, kanamycin, tetracycline, chloramphenicol, Mention may be made of drug resistance genes such as neomycin or hygromycin. Methods for ligating the gene, promoter, and, if desired, terminator and / or secretory signal sequence of the present invention and inserting them into an appropriate vector are well known to those skilled in the art.

[本発明の形質転換体、それを用いた改変酵素の製造]
本発明のDNA(遺伝子)又は組み換えベクターを適当な宿主に導入することによって形質転換体を作製することができる。本発明の遺伝子または組み換えベクターを導入される宿主細胞は、本発明の遺伝子を発現できれば任意の細胞でよく、細菌、酵母、真菌および高等真核細胞等が挙げられる。
[Transformant of the present invention and production of modified enzyme using the same]
A transformant can be prepared by introducing the DNA (gene) or recombinant vector of the present invention into an appropriate host. The host cell into which the gene of the present invention or the recombinant vector is introduced may be any cell as long as it can express the gene of the present invention, and examples thereof include bacteria, yeast, fungi and higher eukaryotic cells.

細菌細胞の例としては、バチルスまたはストレプトマイセス等のグラム陽性菌又は大腸菌等のグラム陰性菌が挙げられる。これら細菌の形質転換は、プロトプラスト法、または公知の方法でコンピテント細胞を用いることにより行えばよい。
哺乳類細胞の例としては、HEK293細胞、HeLa細胞、COS細胞、BHK細胞、CHL細胞またはCHO細胞等が挙げられる。哺乳類細胞を形質転換し、該細胞に導入されたDNA配列を発現させる方法も公知であり、例えば、エレクトロポレーション法、リン酸カルシウム法、リポフェクション法等を用いることができる。
Examples of bacterial cells include Gram positive bacteria such as Bacillus or Streptomyces or Gram negative bacteria such as E. coli. Transformation of these bacteria may be performed by using competent cells by a protoplast method or a known method.
Examples of mammalian cells include HEK293 cells, HeLa cells, COS cells, BHK cells, CHL cells, or CHO cells. Methods for transforming mammalian cells and expressing DNA sequences introduced into the cells are also known, and for example, electroporation method, calcium phosphate method, lipofection method and the like can be used.

酵母細胞の例としては、サッカロマイセスまたはシゾサッカロマイセスに属する細胞が挙げられ、例えば、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevis1ae)またはサッカロマイセス・クルイベリ(Saccharomyces kluyveri)等が挙げられる。酵母宿主への組み換えベクターの導入方法としては、例えば、エレクトロポレーション法、スフェロブラスト法、酢酸リチウム法等を挙げることができる。   Examples of yeast cells include cells belonging to Saccharomyces or Schizosaccharomyces, for example, Saccharomyces cerevis 1ae or Saccharomyces kluyveri. Examples of the method for introducing a recombinant vector into a yeast host include an electroporation method, a spheroblast method, and a lithium acetate method.

他の真菌細胞の例は、糸状菌、例えばアスペルギルス、ニューロスポラ、フザリウム、またはトリコデルマに属する細胞である。宿主細胞として糸状菌を用いる場合、DNA構築物を宿主染色体に組み込んで組換え宿主細胞を得ることにより形質転換を行うことができる。DNA構築物の宿主染色体への組み込みは、公知の方法に従い、例えば相同組換えまたは異種組換えにより行うことができる。   Examples of other fungal cells are cells belonging to filamentous fungi such as Aspergillus, Neurospora, Fusarium, or Trichoderma. When filamentous fungi are used as host cells, transformation can be performed by integrating the DNA construct into the host chromosome to obtain a recombinant host cell. Integration of the DNA construct into the host chromosome can be performed according to known methods, for example, by homologous recombination or heterologous recombination.

昆虫細胞を宿主として用いる場合には、組換え遺伝子導入ベクターおよびバキュロウイルスを昆虫細胞に共導入して昆虫細胞培養上清中に組換えウイルスを得た後、さらに組換えウイルスを昆虫細胞に感染させ、タンパク質を発現させることができる(例えば、Baculovirus Expression Vectors, A Laboratory Manua1;及びカレント・プロトコールズ・イン・モレキュラー・バイオロジー、Bio/Technology, 6, 47(1988)等に記載)。   When insect cells are used as the host, the recombinant gene transfer vector and baculovirus are co-introduced into the insect cells to obtain the recombinant virus in the insect cell culture supernatant, and then the recombinant virus is further infected with the insect cells. And protein can be expressed (for example, as described in Baculovirus Expression Vectors, A Laboratory Manua1; and Current Protocols in Molecular Biology, Bio / Technology, 6, 47 (1988), etc.).

バキュロウイルスとしては、例えば、ヨトウガ科昆虫に感染するウイルスであるアウトグラファ・カリフォルニカ・ヌクレアー・ポリヘドロシス・ウイルス(Autographa californica nuclear polyhedrosis virus)等を用いることができる。
昆虫細胞としては、Spodoptera frugiperdaの卵巣細胞であるSf9、Sf21〔バキュロウイルス・エクスプレッション・ベクターズ、ア・ラボラトリー・マニュアル、ダブリュー・エイチ・フリーマン・アンド・カンパニー(W. H. Freeman and Company)、ニューヨーク(New York)、(1992)〕、Trichoplusia niの卵巣細胞であるHiFive(インビトロジェン社製)等を用いることができる。
組換えウイルスを調製するための、昆虫細胞への組換え遺伝子導入ベクターと上記バキュロウイルスの共導入方法としては、例えば、リン酸カルシウム法又はリポフェクション法等を挙げることができる。
As the baculovirus, for example, Autographa californica nuclear polyhedrosis virus, which is a virus that infects Coleoptera insects, can be used.
Insect cells include Sf9, Sf21 (Baculovirus Expression Vectors, A Laboratory Manual, WH Freeman and Company), New York, which is an ovarian cell of Spodoptera frugiperda (1992)], HiFive (manufactured by Invitrogen), which is an ovarian cell of Trichoplusia ni, can be used.
Examples of the method for co-introducing a recombinant gene introduction vector into insect cells and the baculovirus for preparing a recombinant virus include the calcium phosphate method and the lipofection method.

より具体的には、例えば、Bacillus badius IAM11059あるいはBacillus sphaericus R79a由来のフェニルアラニン脱水素酵素遺伝子(pdh)を鋳型として部位特異的変異プライマーを用いてPCR反応によって増幅された部位特異的変異導入遺伝子および/またはその相補配列を作製し、この部位特異的変異導入遺伝子および/またはその相補鎖を、例えば、大腸菌(Escherichia coli)あるいはその他の組換え可能な宿主細胞(例えば動物細胞、植物細胞、昆虫細胞など)で発現させて、本発明の改変酵素を得ることができる。   More specifically, for example, a site-directed mutagenesis gene amplified by a PCR reaction using a site-directed mutagenesis primer using a phenylalanine dehydrogenase gene (pdh) derived from Bacillus badius IAM11059 or Bacillus sphaericus R79a as a template and / or Alternatively, a complementary sequence thereof is prepared, and this site-specific mutagenesis gene and / or its complementary strand is transferred to, for example, Escherichia coli or other recombinable host cells (eg, animal cells, plant cells, insect cells, etc.) ) To obtain the modified enzyme of the present invention.

本発明は上記本発明の形質転換体を培養し、培養物からフェニルアラニン脱水素酵素(EC 1.4.1.20)のメチオニンに対する基質特異性を改善するように、少なくとも1つのアミノ酸が修飾された改変酵素を採取する改変酵素の調製方法を包含する。   In the present invention, the transformant of the present invention is cultured, and a modified enzyme modified with at least one amino acid so as to improve the substrate specificity of phenylalanine dehydrogenase (EC 1.4.1.20) to methionine from the culture is obtained. It includes a method for preparing a modified enzyme to be collected.

上記の形質転換体は、導入されたDNAの発現を可能にする条件下で適切な栄養培地中で培養する。形質転換体の培養物から、本発明の改変酵素を単離精製するには、通常の改変酵素の単離、精製法を用いればよい。
例えば、本発明の改変酵素が、細胞内に溶解状態で発現した場合には、培養終了後、細胞を遠心分離により回収し水系緩衝液に懸濁後、超音波破砕機等により細胞を破砕し、無細胞抽出液を得る。該無細胞抽出液を遠心分離することにより得られた上清から、通常のタンパク質の単離精製法、即ち、溶媒抽出法、硫安等による塩析法、脱塩法、有機溶媒による沈殿法、ジエチルアミノエチル(DEAE)セファロース等のレジンを用いた陰イオン交換クロマトグラフィー法、S-Sepharose FF(ファルマシア社製)等のレジンを用いた陽イオン交換クロマトグラフィー法、ブチルセファロース、フェニルセファロース等のレジンを用いた疎水性クロマトグラフィー法、分子篩を用いたゲルろ過法、アフィニティークロマトグラフィ一法、クロマトフォーカシング法、等電点電気泳動等の電気泳動法等の手法を単独あるいは組み合わせて用い、精製標品を得ることができる。
The transformant is cultured in an appropriate nutrient medium under conditions that allow expression of the introduced DNA. In order to isolate and purify the modified enzyme of the present invention from the culture of the transformant, a usual method for isolating and purifying the modified enzyme may be used.
For example, when the modified enzyme of the present invention is expressed in a dissolved state in the cells, the cells are collected by centrifugation after culturing, suspended in an aqueous buffer, and then disrupted by an ultrasonic disrupter or the like. A cell-free extract is obtained. From the supernatant obtained by centrifuging the cell-free extract, an ordinary protein isolation and purification method, that is, a solvent extraction method, a salting-out method using ammonium sulfate, a desalting method, a precipitation method using an organic solvent, Anion exchange chromatography using a resin such as diethylaminoethyl (DEAE) Sepharose, cation exchange chromatography using a resin such as S-Sepharose FF (Pharmacia), resin such as butyl sepharose and phenyl sepharose Use a hydrophobic chromatography method, gel filtration method using molecular sieve, affinity chromatography method, chromatofocusing method, electrophoresis method such as isoelectric focusing etc. alone or in combination to obtain a purified preparation be able to.

[L-メチオニン分析方法]
本発明は、上記本発明の改変酵素またはタンパク質を用いて、被検試料に含まれるL-メチオニンを分析する方法に関する。
[L-methionine analysis method]
The present invention relates to a method for analyzing L-methionine contained in a test sample using the modified enzyme or protein of the present invention.

本発明のL-メチオニン分析法は、具体的には、被検試料をレサズリン、ジアホラーゼおよびニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD+)と混合し、蛍光発色を検出することを含む。被検試料とレサズリン、ジアホラーゼおよびニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD+)との混合は、例えば、マイクロプレートのウェル中で行うことができる。 Specifically, the L-methionine analysis method of the present invention includes mixing a test sample with resazurin, diaphorase, and nicotinamide adenine dinucleotide (NAD + ), and detecting fluorescent color development. Mixing of a test sample with resazurin, diaphorase and nicotinamide adenine dinucleotide (NAD + ) can be performed, for example, in a well of a microplate.

さらに本発明のL-メチオニン分析法は、(1)被検試料とニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD+)を混合し、還元されるNADHの吸光値の増大を測定すること、(2)フェナジンメトスルフェート(PMS)等の電子キャリヤーを媒体として被検試料と還元系発色試薬であるイント(INT)を混合し、フォルマザン生成発色を検出すること、あるいは(3)1-メトキシ-フェナジンメトスルフェート(1-Methoxy PMS)等の電子キャリヤーを介して金属イオン(例えばCo3+など)を還元し、キレート指示薬である5-Br-PAPS等と反応せしめ、発色した吸光値を測定して検出すること等の方法によっても実施することができる。上記(1)〜(3)の方法においても、試薬の混合は、マイクロプレートのウェル中で行うことかできる。 Furthermore, the L-methionine analysis method of the present invention comprises (1) mixing a test sample and nicotinamide adenine dinucleotide (NAD + ), and measuring an increase in the absorbance value of NADH to be reduced, (2) phenazine Mixing a test sample with Into (INT), a reducing coloring reagent, using an electron carrier such as tosulfate (PMS) as a medium to detect formazan-generated color, or (3) 1-methoxy-phenazine methosulfate Metal ions (such as Co 3+ ) are reduced via an electron carrier such as (1-Methoxy PMS), reacted with chelate indicator 5-Br-PAPS, etc., and the colored absorbance is measured and detected. It can also be carried out by other methods. Also in the methods (1) to (3) above, the reagent can be mixed in the well of the microplate.

本発明において、被検試料は、例えば、血液試料であることができる。   In the present invention, the test sample can be, for example, a blood sample.

本発明においては、L-メチオニン分析と並行して、L-ロイシン、L-イソロイシン、L-バリンおよびL-フェニルアラニンの少なくとも1つも併せて分析することができる。これは、本発明の方法で用いる本発明の改変酵素またはタンパク質が、L-メチオニンのみならず、L-ロイシン、L-イソロイシン、L-バリンおよびL-フェニルアラニンの少なくとも1つに対しても、基質特異性を有するからである。   In the present invention, in parallel with the L-methionine analysis, at least one of L-leucine, L-isoleucine, L-valine and L-phenylalanine can also be analyzed. This is because the modified enzyme or protein of the present invention used in the method of the present invention is a substrate not only for L-methionine but also for at least one of L-leucine, L-isoleucine, L-valine and L-phenylalanine. This is because it has specificity.

以下の実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the following examples.

本発明におけるL-メチオニン、L-フェニルアラニン、L-ロイシン、L-イソロイシンあるいはL-バリンの酵素蛍光定量法とは、生体試料(乾燥ろ紙血液から抽出された抽出液あるいは血清など)に対し本発明で開発された機能改変アミノ酸脱水素酵素をニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD+)の存在下においてアルカリ領域の緩衝液下で作用させ、基質のアミノ基を酸化的脱アミノ化するとともにニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD+)を還元型(NADH)に変換し、第二の酵素であるジアホラーゼ(Clostridium kluyveri由来;オリエンタル酵母社製)を作用させてニコチンアミドアデニンジヌクレオチド還元型(NADH)の酸化を利用して蛍光基質であるレサズリン(Avocado Research Chemicals Ltd.社製)を還元し、蛍光物質のレゾルフィンを生成させる過程を含む。生成された蛍光物質(レゾルフィン)の蛍光強度は、蛍光・吸光・発光マイクロプレートリーダーGENios(テカンジャパン社製)を用いて測定した。 The enzyme fluorescence determination method of L-methionine, L-phenylalanine, L-leucine, L-isoleucine or L-valine in the present invention refers to the present invention for biological samples (extracted liquid or serum extracted from dry filter paper blood). In the presence of nicotinamide adenine dinucleotide (NAD + ), the functionally modified amino acid dehydrogenase developed in 1 ) acts in an alkaline buffer solution to oxidatively deaminate the amino group of the substrate and nicotinamide adenine di Convert nucleotide (NAD + ) to reduced form (NADH) and use oxidase of nicotinamide adenine dinucleotide reduced form (NADH) by acting diaphorase (derived from Clostridium kluyveri; manufactured by Oriental Yeast). Then, resazurin (made by Avocado Research Chemicals Ltd.), which is a fluorescent substrate, is reduced to produce resorufin as a fluorescent substance. Including the process of. The fluorescence intensity of the produced fluorescent substance (resorufin) was measured using a fluorescence / absorption / emission microplate reader GENios (manufactured by Tecan Japan).

実施例1
[キメラ酵素の構築]
(1;鋳型pdh遺伝子の調製)
鋳型として用いたBacillus badius IAM11059およびBacillus sphaericus R79a由来のフェニルアラニン脱水素酵素遺伝子(pdh)およびその相補配列を組み込んだ大腸菌(Escherichia coli JM109 / pPDH1およびpPDH-DBL;European Journal of Biochemistry, vol. 168. 153-159 (1987)およびGene, vol. 63. 337-341 (1988))よりアルカリSDS法にてプラスミドDNA(pPDH1およびpPDH-DBL)を抽出した。Bacillus badius IAM11059由来pdh遺伝子配列およびアミノ酸配列を配列番号1および2に、またBacillus sphaericus R79a由来のpdh遺伝子配列およびアミノ酸配列を配列番号3と4にそれぞれ示した。得られたプラスミドDNA 0.1 mlに対し、5 mg/mlに調整したRNase溶液(SIGMA社製)を加えて処理した。前記処理反応液を定法に従いフェノール・クロロホルム処理した。前記処理反応液をポリエチレングリコール沈澱処理し、精製鋳型プラスミドDNA溶液(pPDH1およびpPDH-DBL)を得た。
Example 1
[Construction of chimeric enzyme]
(1; Preparation of template pdh gene)
Escherichia coli JM109 / pPDH1 and pPDH-DBL incorporating the phenylalanine dehydrogenase gene (pdh) derived from Bacillus badius IAM11059 and Bacillus sphaericus R79a used as templates and its complementary sequence; European Journal of Biochemistry, vol. 168. 153 -159 (1987) and Gene, vol. 63. 337-341 (1988)), plasmid DNA (pPDH1 and pPDH-DBL) was extracted by the alkaline SDS method. The pdh gene sequence and amino acid sequence derived from Bacillus badius IAM11059 are shown in SEQ ID NOs: 1 and 2, and the pdh gene sequence and amino acid sequence derived from Bacillus sphaericus R79a are shown in SEQ ID NOs: 3 and 4, respectively. An RNase solution (manufactured by SIGMA) adjusted to 5 mg / ml was added to the obtained plasmid DNA (0.1 ml) for treatment. The treated reaction solution was treated with phenol / chloroform according to a conventional method. The treatment reaction solution was subjected to polyethylene glycol precipitation treatment to obtain purified template plasmid DNA solutions (pPDH1 and pPDH-DBL).

(2;ベクターの調製pUC18His)
本発明で用いたベクターは、pRSET-BベクターDNA(インビトロジェン社製)のリボゾーム結合配列部位の上流にEcoRIの制限酵素認識配列を合成プライマー(北海道システムサイエンス社製)で付加し、BamHIの制限酵素認識配列までの配列をPCRで増幅させ、pUC18ベクターDNA(タカラバイオ株式会社製)のマルチクローニングサイトEcoRIおよびBamHIのそれぞれの制限酵素認識部位に挿入したものを用いた。本ベクターはpUC18ベクターDNAのもつlacプロモーターにて目的遺伝子を誘導し、pRSET-B由来の6個の連続したヒスチジン配列を発現タンパク質のN末端側に融合させた状態でタンパク質を発現する。なお、本発明において調製された機能改変アミノ酸脱水素酵素遺伝子の組換えおよび発現に関しては、前記調製ベクターDNAに限定することなく行える。例えば、pRSET-BベクターDNA、pUC18ベクターDNA、pET21(+)ベクターDNAなど一般に市販されているベクターDNAであっても構わない。
(2; Preparation of vector pUC18His)
In the vector used in the present invention, EcoRI restriction enzyme recognition sequence was added upstream of the ribosome binding sequence site of pRSET-B vector DNA (Invitrogen) with a synthetic primer (Hokkaido System Science), and BamHI restriction enzyme was added. The sequence up to the recognition sequence was amplified by PCR and inserted into the restriction enzyme recognition sites of the multicloning sites EcoRI and BamHI of pUC18 vector DNA (manufactured by Takara Bio Inc.). This vector induces the target gene with the lac promoter of the pUC18 vector DNA, and expresses the protein in a state where 6 consecutive histidine sequences derived from pRSET-B are fused to the N-terminal side of the expressed protein. The recombination and expression of the function-modified amino acid dehydrogenase gene prepared in the present invention can be performed without being limited to the prepared vector DNA. For example, a commercially available vector DNA such as pRSET-B vector DNA, pUC18 vector DNA, and pET21 (+) vector DNA may be used.

以下に本発明で使用したベクターDNAの調製手順を示す。
pRSET-BおよびpUC18ベクターDNAを組込んだ組換え大腸菌(Escherichia coli JM109)培養液より定法に従ってpRSET-BおよびpUC18ベクターDNAを調製し、フェノール・クロロホルム抽出およびPEG沈澱法によりベクターDNAプラスミドの精製を行った。
The procedure for preparing the vector DNA used in the present invention is shown below.
Prepare pRSET-B and pUC18 vector DNAs from recombinant E. coli (Escherichia coli JM109) culture solution containing pRSET-B and pUC18 vector DNAs, and purify the vector DNA plasmid by phenol / chloroform extraction and PEG precipitation. went.

(2−1;pRSET-BのPCR)
前記で得られたpRSET-BベクターDNAを鋳型DNAとしてEcoRI認識部位(一重下線表記)を含む合成オリゴヌクレオチドプライマー1:5'- gccgaattcttaagaaggagatatacata -3'(北海道システムサイエンス社製)(配列番号21)およびBamHI認識部位(一重下線表記)を含む合成オリゴヌクレオチドプライマー2:5'- gctcggatccttatcgtcatcgtc -3'(北海道システムサイエンス社製)(配列番号22)を用いてPCR(Polymerase Chain Reaction)を行い約0.1 kbの断片を得た。前記PCRは以下に示す反応液組成にて行った。10 ngの鋳型DNAプラスミド(精製pRSET-BベクターDNA)、100 pmol / μlの前記合成オリゴヌクレオチドプライマーを各々0.5 μl、10× KOD PCR buffer(TOYOBO社製)を2.5 μl、2.5 mM dNTP mixture(タカラバイオ株式会社製)を2.5 μl、およびKOD-Plus-DNAポリメラーゼ(TOYOBO社製)0.5 μlを加えて反応液量を総量25 μlとした。PCRの反応条件は、94℃15秒、55℃30秒、68℃20秒の反応サイクルを35回繰り返した。PCRはPTC-200ペルチェ・サーマルサイクラー(MJリサーチ・ジャパン(株)社製)を用いて行った。前記PCR反応液を泳動し、得られた増幅目的産物(約0.1 kb)を紫外線照射下において切り出し、ゲル抽出キットGel-MTM Gel Extraction Kit(VIOGENE社製)にて抽出、精製し30 μlの精製産物を得た。前記精製産物29 μlに対して10( K buffer(タカラバイオ社製)を3.5 μl、EcoRIおよびBamHIを各0.8 μlおよび滅菌超純水0.9 μlを加えて総量35 μlとして37℃にて3時間反応させて精製PCR産物両端の制限酵素処理を行った。前記反応液を泳動し、目的の断片(約0.1 kb)のバンドをゲル抽出キットGel-MTM Gel Extraction Kit(VIOGENE社製)にて抽出、精製し30 μlのHis-tag配列を含む精製挿入断片を得た。
(2-1; pRSET-B PCR)
Synthetic oligonucleotide primer 1: 5′-g ccgaat tcttaagaaggagatatacata-3 ′ (Hokkaido System Science Co., Ltd.) (SEQ ID NO: 21) containing EcoRI recognition site (single underline) using the pRSET-B vector DNA obtained above as a template DNA ) And BamHI recognition site (single underlined) synthetic oligonucleotide primer 2: 5'-gc tcggat ccttatcgtcatcgtc-3 '(Hokkaido System Science Co., Ltd.) (SEQ ID NO: 22) is used for PCR (Polymerase Chain Reaction) An approximately 0.1 kb fragment was obtained. The PCR was performed with the following reaction solution composition. 10 ng template DNA plasmid (purified pRSET-B vector DNA), 100 pmol / μl of the synthetic oligonucleotide primer 0.5 μl each, 10 × KOD PCR buffer (TOYOBO) 2.5 μl, 2.5 mM dNTP mixture (Takara) BIO Co., Ltd.) (2.5 μl) and KOD-Plus-DNA polymerase (TOYOBO) (0.5 μl) were added to make the total reaction volume 25 μl. As the PCR reaction conditions, a reaction cycle of 94 ° C. for 15 seconds, 55 ° C. for 30 seconds, and 68 ° C. for 20 seconds was repeated 35 times. PCR was performed using a PTC-200 Peltier thermal cycler (manufactured by MJ Research Japan Co., Ltd.). Run the PCR reaction solution, cut out the resulting amplification target product (about 0.1 kb) under UV irradiation, extract and purify with Gel Extraction Kit Gel-M Gel Extraction Kit (VIOGENE), 30 μl A purified product was obtained. Add 10 μl of K buffer (Takara Bio), 0.8 μl each of EcoRI and BamHI, and 0.9 μl of sterilized ultrapure water to 29 μl of the purified product to give a total volume of 35 μl. The reaction mixture was subjected to restriction enzyme treatment on both ends of the purified PCR product, and the target fragment (about 0.1 kb) band was extracted with the Gel Extraction Kit Gel-M TM Gel Extraction Kit (manufactured by VIOGENE). The purified insert fragment containing 30 μl of His-tag sequence was obtained.

(2−2;pUC18ベクターDNAの調製)
上記プラスミド抽出において得られた精製pUC18ベクターDNAを 10 μg、10× K buffer(タカラバイオ社製)を2 μl、EcoRIおよびBamHIを各1 μlおよび滅菌超純水を加えて総量20 μlとして37℃にて3時間反応させた。反応液20 μlに10× SAP buffer(ベーリンガーマンハイム社製)5 μl、シュリンプ由来アルカリフォスファターゼ(ベーリンガーマンハイム社製)2 μlおよび滅菌超純水23 μlを加えて総量50 μlとして50℃で1時間反応させた後、さらにアルカリフォスファターゼ1 μlを加えて50℃にて30分間反応させた。反応液はフェノール・クロロホルム抽出およびエタノール沈澱等の定法により精製し、TE溶液に溶解した脱リン酸化pUC18ベクターDNAを30 μl調製した。
(2-2; Preparation of pUC18 vector DNA)
Add 10 μg of purified pUC18 vector DNA obtained from the above plasmid extraction, 2 μl of 10 × K buffer (Takara Bio), 1 μl each of EcoRI and BamHI, and add 20 μl of sterilized ultrapure water to a total volume of 20 ° C. For 3 hours. Add 20 μl of the reaction solution to 5 μl of 10 × SAP buffer (Boehringer Mannheim), 2 μl of shrimp alkaline phosphatase (Boehringer Mannheim) and 23 μl of sterilized ultrapure water for a total volume of 50 μl and react at 50 ° C. for 1 hour. Then, 1 μl of alkaline phosphatase was further added and reacted at 50 ° C. for 30 minutes. The reaction solution was purified by conventional methods such as phenol / chloroform extraction and ethanol precipitation, and 30 μl of dephosphorylated pUC18 vector DNA dissolved in TE solution was prepared.

(2−3;ライゲーション反応)
上記(2−1および2−2)で得られた精製挿入断片およびベクターDNAを下記の手順に従って連結させた。1 μlの脱リン酸化pUC18ベクターDNA、5 μlの前記精製挿入断片、1 μl の10× Reaction buffer(New England Biolabs社製)および0.5 μlのT4 DNAリガーゼ(New England Biolabs社製)を混合し総量10 μlとして16℃にて10時間連結反応を行った。
(2-3; ligation reaction)
The purified insert fragment and vector DNA obtained in (2-1 and 2-2) above were ligated according to the following procedure. Mix 1 μl of dephosphorylated pUC18 vector DNA, 5 μl of the purified insert, 1 μl of 10 × Reaction buffer (New England Biolabs) and 0.5 μl of T4 DNA ligase (New England Biolabs) Ligation was performed at 10 ° C. for 10 hours at 10 μl.

(2−4;大腸菌Escherichia coli JM109の形質転換)
前記反応液の一部をEscherichia coli JM109に形質転換した。生育した大腸菌のコロニーをアンピシリン塩を含むLB液体培地に植菌し、37℃12時間振とう培養した。培養液から定法にしたがってプラスミドDNAの精製を行った。前記精製プラスミドDNAの塩基配列解析は、LI-COR dNA Sequencer model 4000L(アロカ社製)を用いて行った。解析試料は、Thermo Sequenase Cycle Sequencing Kit(usb社製)を用いて同社プロトコルにしたがってPCRにより調製した。挿入断片の正しい配列が確認されたクローンをEscherichia coli JM109 / pUC18Hisとして本発明実験において使用した。
(2-4; Transformation of Escherichia coli JM109)
A part of the reaction solution was transformed into Escherichia coli JM109. The grown colonies of Escherichia coli were inoculated into an LB liquid medium containing ampicillin salt and cultured with shaking at 37 ° C. for 12 hours. Plasmid DNA was purified from the culture solution according to a conventional method. The base sequence analysis of the purified plasmid DNA was performed using LI-COR dNA Sequencer model 4000L (Aloka). The analysis sample was prepared by PCR using a Thermo Sequenase Cycle Sequencing Kit (manufactured by usb) according to the protocol of the company. A clone in which the correct sequence of the inserted fragment was confirmed was used as Escherichia coli JM109 / pUC18His in the experiment of the present invention.

(3;キメラ挿入断片の調製)
pPDH1およびpPDH-DBLのpdhキメラ構築の概略を図2に示す。すなわち、pPDH1のPheDH由来N末端ドメイン(1番目のメチオニン(Met)から122番目のスレオニン(Thr)までを含むアミノ酸配列)とC末端ドメイン(124番目のスレオニン(Thr)から380番目のアスパラギン(Asn)までを含むアミノ酸配列)をPCRによりそれぞれ遺伝子断片として増幅した。ただし、ここで123番目のグリシン(Gly;ggt)に関しては、キメラ構築の際に異種酵素遺伝子との連結部位として用いるため、PCRに用いた合成オリゴヌクレオチドプライマーの配列においてセリン(Ser;agt)となるように設計した。前記セリン(Ser)の塩基配列は、制限酵素ScaI(日本ジーン社製)の認識配列と一致するように設計した。前記同様にpPDH-DBLのPheDH由来N末端ドメイン(1番目のメチオニン(Met)から123番目のスレオニン(Thr)までを含むアミノ酸配列)とC末端ドメイン(125番目のスレオニン(Thr)から381番目のグルタミン酸(Glu)までを含むアミノ酸配列)をPCRによりそれぞれ遺伝子断片として増幅した。ただし、124番目のグリシン(Gly;ggt)に関してはセリン(Ser;agt)となるように合成オリゴヌクレオチドプライマーを設計した。
(3; Preparation of chimeric insert)
An outline of pdh chimera construction of pPDH1 and pPDH-DBL is shown in FIG. That is, the PheDH-derived N-terminal domain of pPDH1 (amino acid sequence including the first methionine (Met) to 122th threonine (Thr)) and the C-terminal domain (124th threonine (Thr) to 380th asparagine (Asn) The amino acid sequence including up to) was amplified as a gene fragment by PCR. However, since the 123rd glycine (Gly; ggt) is used as a ligation site for the heterologous enzyme gene in the construction of the chimera, serine (Ser; agt) and the synthetic oligonucleotide primer sequence used for PCR Designed to be The base sequence of the serine (Ser) was designed to match the recognition sequence of the restriction enzyme ScaI (Nippon Gene). Similarly to the above, the PheDH-derived N-terminal domain of pPDH-DBL (amino acid sequence including the 1st methionine (Met) to 123rd threonine (Thr)) and the C-terminal domain (381st from the 125th threonine (Thr)) Each amino acid sequence including up to glutamic acid (Glu) was amplified as a gene fragment by PCR. However, for the 124th glycine (Gly; ggt), a synthetic oligonucleotide primer was designed to be serine (Ser; agt).

以下にキメラ構築の各ドメイン断片増幅に用いた合成オリゴヌクレオチドプライマー(北海道システムサイエンス社製)を示す。pPDH1のpdhキメラ断片増幅には、N末端ドメイン増幅用プライマーとしてfBBnch1: 5'- aaggatccgatgagcttagtagaaaaaaca -3'(配列番号23)、BBnScaI-2: 5'- cgtttctatacaagtactgat -3'(配列番号24)をそれぞれ用いた。また、C末端ドメイン増幅用プライマーとしてBBnScaI-1: 5'- cgtttctatacaagtactgat -3'(配列番号25)およびBBPstI: 5'- gatattcgcaactaactgcaggg -3'(配列番号26)をそれぞれ用いた。さらにpPDH-DBLのpdhキメラ断片増幅には、N末端ドメイン増幅用プライマーとしてfBSnch1: 5'- aaggatccgatggcaaaacagcttgaaaag -3'(配列番号27)とBSnScaI-4: 5'- gtcagtacttgtgtaaaatcg -3'(配列番号28)をそれぞれ用いた。C末端ドメイン増幅用プライマーとしてBSnScaI-3: 5'- cgattttacacaagtactgac -3'(配列番号29)とBSPstI: 5'- ccgctgcagttactcttttatg -3'(配列番号30)をそれぞれ用いた。   The following shows synthetic oligonucleotide primers (manufactured by Hokkaido System Science Co., Ltd.) used for amplification of each domain fragment in the chimera construction. For pPDH1 pdh chimeric fragment amplification, fBBnch1: 5'-aaggatccgatgagcttagtagaaaaaaca-3 '(SEQ ID NO: 23) and BBnScaI-2: 5'-cgtttctatacaagtactgat-3' (SEQ ID NO: 24) are used as primers for N-terminal domain amplification, respectively. It was. Further, BBnScaI-1: 5′-cgtttctatacaagtactgat-3 ′ (SEQ ID NO: 25) and BBPstI: 5′-gatattcgcaactaactgcaggg-3 ′ (SEQ ID NO: 26) were used as C-terminal domain amplification primers. Furthermore, for pPDH-DBL pdh chimera fragment amplification, fBSnch1: 5'-aaggatccgatggcaaaacagcttgaaaag-3 '(SEQ ID NO: 27) and BSnScaI-4: 5'-gtcagtacttgtgtaaaatcg-3' (SEQ ID NO: 28) were used as primers for N-terminal domain amplification. Were used respectively. BSnScaI-3: 5′-cgattttacacaagtactgac-3 ′ (SEQ ID NO: 29) and BSPstI: 5′-ccgctgcagttactcttttatg-3 ′ (SEQ ID NO: 30) were respectively used as primers for C-terminal domain amplification.

(3−1;キメラ断片のPCR増幅)
キメラ構築に用いる各ドメイン断片のPCRによる増幅反応は、次に示す手順ならびに方法に従って行った。前記(1)で調製したpPDH1およびpPDH-DBLプラスミドを鋳型DNAとして用いた。10 ngの鋳型DNA、100 pmol /μlの前記合成オリゴヌクレオチドプライマー(センス・プライマーおよびアンチセンス・プライマー)を各0.5 μl、10×PCR buffer(TOYOBO社製)を2.5μl、2.5 mM dNTP mixture(宝酒造社製)を2.5μlおよびKOD-Plus- DNAポリメラーゼを0.5μl加えて総量25μlとしてPCR反応を行った。また、PCRの反応条件は、94℃15秒、55℃30秒、68℃2分の反応サイクルを35回繰り返した。前記PCR反応液全量を1.5%アガロースゲルにて泳動し、得られた増幅目的産物(N末端ドメイン断片;約0.4 kb、C末端ドメイン断片;約0.7 kb)をゲル抽出キットGel-MTM Gel Extraction Kit(VIOGENE社製)にて抽出、精製し30μlの精製産物をそれぞれ得た。前記精製産物N末端ドメイン断片をBamHI(New England Biolabs社製)およびScaI(日本ジーン社製)の各制限酵素にて処理した。また、前記精製産物C末端ドメイン断片をScaIおよびPstI(MBI Fermentas社製)の各制限酵素にて処理した。前記反応液をそれぞれ泳動し、目的の断片(N末端ドメイン断片;約0.4 kb、C末端ドメイン断片;約0.7 kb)を切り出してゲル抽出キットGel-MTM Gel Extraction Kit(VIOGENE社製)にて抽出、精製しキメラドメイン断片を得た。
(3-1: PCR amplification of chimeric fragments)
Amplification reaction by PCR of each domain fragment used for chimera construction was performed according to the following procedure and method. The pPDH1 and pPDH-DBL plasmids prepared in (1) above were used as template DNA. 10 ng of template DNA, 100 pmol / μl of the synthetic oligonucleotide primer (sense primer and antisense primer) 0.5 μl each, 10 × PCR buffer (TOYOBO) 2.5 μl, 2.5 mM dNTP mixture (Takara Shuzo) PCR) was performed by adding 2.5 μl of Co., Ltd. and 0.5 μl of KOD-Plus-DNA polymerase to a total volume of 25 μl. As PCR reaction conditions, a reaction cycle of 94 ° C. for 15 seconds, 55 ° C. for 30 seconds, and 68 ° C. for 2 minutes was repeated 35 times. The total amount of the PCR reaction solution was run on a 1.5% agarose gel, and the resulting amplification target product (N-terminal domain fragment; about 0.4 kb, C-terminal domain fragment; about 0.7 kb) was gel extraction kit Gel-M Gel Extraction Extraction and purification with Kit (manufactured by VIOGENE) gave 30 μl of each purified product. The purified product N-terminal domain fragment was treated with each restriction enzyme of BamHI (manufactured by New England Biolabs) and ScaI (manufactured by Nippon Gene). Further, the purified product C-terminal domain fragment was treated with restriction enzymes ScaI and PstI (manufactured by MBI Fermentas). Each of the reaction solutions was electrophoresed, and the target fragment (N-terminal domain fragment; approximately 0.4 kb, C-terminal domain fragment; approximately 0.7 kb) was excised and gel extraction kit Gel-M Gel Extraction Kit (manufactured by VIOGENE). Extraction and purification yielded a chimeric domain fragment.

(3−2;キメラ酵素のライゲーションと形質転換)
前記精製キメラドメイン断片を用いてキメラ酵素の構築(連結反応)を行った。以下にその手順および方法を示す。ベクターDNAには、本発明実験で構築したpUC18HisベクターDNAを用い、予め定法に従ってベクターDNAをBamHIおよびPstIの両制限酵素にて消化し、脱リン酸化処理を施したものを用いた。Bacillus badius IAM11059由来pdhのN末端ドメインとBacillus sphaericus R79a由来pdhのC末端ドメインを連結反応させた。前記反応液を大腸菌(Escherichia coli JM109)に定法に従って形質転換した後、脱水素酵素活性を測定して選抜した。選抜されたクローンのDNAシーケンスを先述の方法に従って行い、目的のキメラ遺伝子およびその相補配列を有する菌株の選定を行った。得られたキメラ酵素遺伝子を含むプラスミドをpBBBS-14とした。また、Bacillus sphaericus R79a由来pdhのN末端ドメインとBacillus badius IAM11059由来pdhのC末端ドメインを用いてキメラ酵素を構築する場合も前記同様の手順で行い、得られたキメラ酵素遺伝子を含むプラスミドをpBSBB-32とした。得られたpBBBS-14の塩基配列およびアミノ酸配列を配列番号17および18に示し、pBSBB-32のキメラ酵素遺伝子の塩基配列およびアミノ酸配列を配列番号19および20に示す。
(3-2; Ligation and transformation of chimeric enzyme)
A chimeric enzyme was constructed (ligation reaction) using the purified chimeric domain fragment. The procedure and method are shown below. As the vector DNA, the pUC18His vector DNA constructed in the experiment of the present invention was used, and the vector DNA digested with both BamHI and PstI restriction enzymes according to a conventional method and subjected to dephosphorylation treatment was used. The N-terminal domain of pdh from Bacillus badius IAM11059 and the C-terminal domain of pdh from Bacillus sphaericus R79a were ligated. The reaction solution was transformed into Escherichia coli JM109 according to a conventional method, and then selected by measuring the dehydrogenase activity. The DNA sequence of the selected clone was performed according to the method described above, and the strain having the target chimeric gene and its complementary sequence was selected. The obtained plasmid containing the chimeric enzyme gene was designated as pBBBS-14. In addition, when constructing a chimeric enzyme using the N-terminal domain of pdh derived from Bacillus sphaericus R79a and the C-terminal domain of pdh derived from Bacillus badius IAM11059, the same procedure was performed, and the resulting plasmid containing the chimeric enzyme gene was transformed into pBSBB- 32. The base sequence and amino acid sequence of the obtained pBBBS-14 are shown in SEQ ID NOs: 17 and 18, and the base sequence and amino acid sequence of the chimeric enzyme gene of pBSBB-32 are shown in SEQ ID NOs: 19 and 20.

(4;キメラ酵素のエラープローンPCR)
本発明において構築したキメラ酵素遺伝子(pdh-14およびpdh-32)を用い、エラープローンPCR法(Leung, D. W., Chen, E. および Goeddel, D. V. (1989) J. Methods Cell Mol. Biol. 1, 11-15)によるランダム変異導入酵素の構築およびスクリーニングを行った。すなわち、pBBBS-14およびpBSBB-32プラスミドDNAを鋳型としてPCR反応を行い、反応液中の塩基(アデニン(A)、シトシン(C)、グアニン(G)およびチミン(T))のそれぞれの添加濃度を調節し、かつ反応液中に添加する塩化マグネシウム(あるいは硫酸マグネシウムでもよい)および塩化マンガン(あるいは硫酸マンガンでもよい)の濃度を調節することによってDNA Taqポリメラーゼによる鋳型DNAの塩基配列読み取りの誤認識を誘発し、結果として鋳型DNAの無作為的な変異導入を引き起こすものである。
(4: Error-prone PCR of chimeric enzyme)
Using the chimeric enzyme genes (pdh-14 and pdh-32) constructed in the present invention, the error-prone PCR method (Leung, DW, Chen, E. and Goeddel, DV (1989) J. Methods Cell Mol. Biol. 1, 11-15) was used to construct and screen a random mutagenesis enzyme. That is, PCR reaction was performed using pBBBS-14 and pBSBB-32 plasmid DNA as templates, and each concentration of bases (adenine (A), cytosine (C), guanine (G), and thymine (T)) in the reaction solution was added. DNA Taq polymerase misrecognizes the base sequence reading of the template DNA by adjusting the concentration of magnesium chloride (or magnesium sulfate) and manganese chloride (or manganese sulfate) added to the reaction solution Resulting in random mutagenesis of the template DNA.

以下に本発明において行われたエラープローンPCRの条件を示す。本発明実験のPCRに用いた合成オリゴヌクレオチドプライマーは、センスプライマーとしてBBnch1;5'- aaggatccgatgagcttagta gaaaaaaca -3'(配列番号31)およびアンチセンスプライマーとしてBBPstI;5'- ccgctgcagttactcttttatg -3'(配列番号32)を用いた。PCRの反応液組成は、鋳型DNAプラスミド(pBBBS-14あるいはpBSBB-32の適当な濃度;例えば1〜100 ng好ましくは10〜50 ng)0.25 μl、マグネシウム無添加10× PCR buffer(宝酒造社製)2.5 μl、25 mM 塩化マグネシウム2.5 μl、2.5 mM dNTP mixture 2.5 μl、前記合成オリゴヌクレオチドプライマー各0.5 μl、5 mM 塩化マンガン10 μl、Taq polymerase 0.5 μl、および滅菌超純水5.75 μlの総量25 μlとした。 dNTP mixtureの濃度は、以下に示す濃度の組み合わせにより行った。(1)10 mM dATP、10 mM dCTP、5 mM dGTP、5 mM dTTP、(2)5 mM dATP、10 mM dCTP、5 mM dGTP、10 mM dTTP、(3)2 mM dATP、2 mM dCTP、10 mM dGTP、10 mM dTTP、および(4)10 mM dATP、10 mM dCTP、2 mM dGTP、2 mM dTTPである。   The conditions of error-prone PCR performed in the present invention are shown below. Synthetic oligonucleotide primers used for PCR in the experiments of the present invention were BBnch1; 5′-aaggatccgatgagcttagta gaaaaaaca-3 ′ (SEQ ID NO: 31) as a sense primer and BBPstI; 5′-ccgctgcagttactcttttatg-3 ′ (SEQ ID NO: 32) as an antisense primer. ) Was used. PCR reaction solution composition is template DNA plasmid (appropriate concentration of pBBBS-14 or pBSBB-32; for example, 1 to 100 ng, preferably 10 to 50 ng) 0.25 μl, magnesium-free 10 × PCR buffer (Takara Shuzo) 2.5 μl, 25 mM magnesium chloride 2.5 μl, 2.5 mM dNTP mixture 2.5 μl, each synthetic oligonucleotide primer 0.5 μl, 5 mM manganese chloride 10 μl, Taq polymerase 0.5 μl, and sterile ultrapure water 5.75 μl total volume 25 μl did. The concentration of the dNTP mixture was determined by the following combination of concentrations. (1) 10 mM dATP, 10 mM dCTP, 5 mM dGTP, 5 mM dTTP, (2) 5 mM dATP, 10 mM dCTP, 5 mM dGTP, 10 mM dTTP, (3) 2 mM dATP, 2 mM dCTP, 10 mM dGTP, 10 mM dTTP, and (4) 10 mM dATP, 10 mM dCTP, 2 mM dGTP, 2 mM dTTP.

本発明実験において得られたキメラ酵素ランダム変異株のプラスミドは、pBBBS-14-4d7(前記(1)のdNTP mixture濃度セットにおいて得られた。)、pBBBS-14-16h3(前記(2)のdNTP mixture濃度セットにおいて得られた。)、pBBBS-14-92A3(前記(3)のdNTP mixture濃度セットにおいて得られた。)であった。pBBBS-14-4d7は、親株BBBS-14のアミノ酸配列において144番目のアミノ酸がアスパラギン(Asn)からリジン(Lsy)に変異していた。pBBBS-14-16h3では、親株のアミノ酸配列の100番目がアスパラギン酸(Asp)からバリン(Val)に、148番目のアミノ酸がグルタミン酸(Glu)からリジン(Lys)にそれぞれ変異していた。また、pBBBS-14-92A3においては親株アミノ酸配列の148番目のアミノ酸がグルタミン酸(Glu)からリジン(Lys)に、314番目のアミノ酸チロシン(Tyr)がヒスチジン(His)に、320番目のアミノ酸アルギニン(Arg)がトリプトファン(Trp)にそれぞれ変異していた。   The plasmids of the chimeric enzyme random mutant obtained in the experiment of the present invention were pBBBS-14-4d7 (obtained in the dNTP mixture concentration set of (1) above), pBBBS-14-16h3 (dNTP of (2) above) pBBBS-14-92A3 (obtained in the dNTP mixture concentration set in (3) above). In pBBBS-14-4d7, the 144th amino acid in the amino acid sequence of the parent strain BBBS-14 was mutated from asparagine (Asn) to lysine (Lsy). In pBBBS-14-16h3, the 100th amino acid sequence of the parent strain was mutated from aspartic acid (Asp) to valine (Val), and the 148th amino acid was mutated from glutamic acid (Glu) to lysine (Lys). In pBBBS-14-92A3, the 148th amino acid of the parental amino acid sequence is glutamic acid (Glu) to lysine (Lys), the 314th amino acid tyrosine (Tyr) is histidine (His), the 320th amino acid arginine ( Arg) was mutated to tryptophan (Trp).

(5;変異株の発現と酵素タンパク質の精製)
本発明で構築されたキメラ酵素遺伝子およびそのエラープローンPCRによるランダム変異導入酵素遺伝子の発現と発現酵素タンパク質の精製について以下に示す。本発明で構築されたキメラ酵素遺伝子を含むプラスミドpBBBS-14およびpBSBB-32によって形質転換された組換え大腸菌(Escherichia coli JM109 / pBBBS-14およびpBSBB-32)のコロニーを50 μg / mlのアンピシリン塩を含むLB培地(pH 7.5)4 mlが入った試験管にて37℃で12時間振とう培養した。前記培養液を50 μg / mlのアンピシリン塩を含むLB培地(pH 7.5)500 mlの入った2 リットル容坂口フラスコに植菌し37℃で12時間振とう培養し、0.5 M イソプロピル-β-D-ガラクトシド(IPTG;ナカライテスク社製)を終濃度0.5 mMとなるように添加し、培養温度を30℃に下げてさらに4時間振とう培養した。前記で得られた培養液を遠心分離(7,000 rpm、10分、4℃;日立高速冷却遠心機himac CR20F、日立社製)し、培養菌体を沈澱させ上清を除去した。前記得られた菌体を0.85%の生理的食塩水にて洗浄し、再度遠心分離(7,000 rpm、15分、4℃)にて菌体を集め、菌体湿潤重量に対して5倍容量の300 mM NaCl、5 mM 2-メルカプトエタノールおよび25 mM イミダゾールを含む20 mM Tris-HCl buffer, pH 8.0に懸濁させた後、超音波破砕装置(KUBOTA INSONATOR model 201M、久保田社製)を用いて200 W、20分、4℃にて菌体の破砕および酵素の抽出を行った。前記破砕液を遠心分離(15,000 rpm、20分、4℃;日立高速冷却遠心機himac CR20F)し、上清を無細胞抽出液として酵素タンパク質の精製に用いた。前記無細胞抽出液を予め0.1 M 硫酸ニッケル(NiSO4・6H2O;和光純薬工業社製)を充填し、結合緩衝液(300 mM NaCl、5 mM 2-メルカプトエタノールおよび25 mM イミダゾールを含む20 mM Tris-HCl buffer, pH 8.0)で平衡化したキレーティング・セファロース・ファスト・フロー樹脂(アマシャムバイオサイエンス社製)10 mlの充填されたカラムに添加した。カラム樹脂体積の15倍容量の洗浄用緩衝液(300 mM NaCl、5 mM 2-メルカプトエタノールおよび75 mM イミダゾールを含む20 mM Tris-HCl buffer, pH 8.0)にて樹脂の洗浄を行い、その後カラム樹脂体積の6倍容量の溶出用緩衝液(300 mM NaCl、5 mM 2-メルカプトエタノールおよび500 mM イミダゾールを含む20 mM Tris-HCl buffer, pH 8.0)にて結合した酵素タンパク質の溶出を行った。前記溶出画分を撹拌式限外ろ過濃縮装置(モデル8050;アミコン社製)を用いて濃縮し(限外ろ過膜PBQK:分画分子量50,000;ミリポア社製)、0.1 mM EDTAおよび5 mM 2-メルカプトエタノールを含む20 mM Tris-HCl buffer, pH 8.0に対して一晩透析した。透析を終えた試料は、予め0.1 mM EDTAおよび5 mM 2-メルカプトエタノールを含む20 mM Tris-HCl buffer, pH 8.0で平衡化した5 mlのHighQカラム(バイオ・ラッド社製)に低圧クロマトグラフィー・グラディエント・ポンプ(エコノ・グラディエント・ポンプ;バイオ・ラッド社製)を用いて添加し、同装置を用いて前記カラムを同上緩衝液にて洗浄した。カラム樹脂に結合した酵素タンパク質の溶出は、前記クロマトグラフィー・ポンプのプログラムを用い、同緩衝液中のNaCl濃度を0から0.75 Mまで連続濃度勾配させて溶出した。溶出画分は3 mlずつ試験管に分画し、各試験管のタンパク質濃度はGENiosマイクロプレートリーダーの280 nmフィルターを用いて牛血清アルブミンの所定濃度で作成した検量線をもとに算出し、酵素活性は同上マイクロプレートリーダーの340 nmのフィルターを用いてカイネティック・モードにて340 nmにおける吸収の増加により確認した。精製酵素はドデシル硫酸ナトリウム・ポリアクリルアミド・ゲル電気泳動により純度の確認を行った。得られた精製酵素を用いて本発明における実験を行った。
(5: Mutant expression and enzyme protein purification)
The expression of the random mutation-introducing enzyme gene by the chimeric enzyme gene constructed in the present invention and its error-prone PCR and purification of the expressed enzyme protein are shown below. 50 μg / ml ampicillin salt of colonies of recombinant E. coli (Escherichia coli JM109 / pBBBS-14 and pBSBB-32) transformed with plasmids pBBBS-14 and pBSBB-32 containing the chimeric enzyme gene constructed in the present invention The mixture was cultured with shaking in a test tube containing 4 ml of LB medium (pH 7.5) containing 12 hours at 37 ° C. The culture solution was inoculated into a 2-liter Sakaguchi flask containing 500 ml of LB medium (pH 7.5) containing 50 μg / ml ampicillin salt, and cultured with shaking at 37 ° C. for 12 hours. 0.5 M isopropyl-β-D -Galactoside (IPTG; manufactured by Nacalai Tesque) was added to a final concentration of 0.5 mM, and the culture temperature was lowered to 30 ° C., followed by further 4 hours of shaking culture. The culture solution obtained above was centrifuged (7,000 rpm, 10 minutes, 4 ° C .; Hitachi high-speed cooling centrifuge himac CR20F, manufactured by Hitachi) to precipitate the cultured cells and remove the supernatant. The obtained microbial cells were washed with 0.85% physiological saline, and collected again by centrifugation (7,000 rpm, 15 minutes, 4 ° C.). After suspending in 20 mM Tris-HCl buffer, pH 8.0 containing 300 mM NaCl, 5 mM 2-mercaptoethanol, and 25 mM imidazole, 200 using an ultrasonic crusher (KUBOTA INSONATOR model 201M, manufactured by Kubota) The cells were crushed and the enzyme was extracted at 4 ° C for 20 minutes at W. The disrupted solution was centrifuged (15,000 rpm, 20 minutes, 4 ° C .; Hitachi high-speed cooling centrifuge himac CR20F), and the supernatant was used as a cell-free extract for purification of enzyme protein. The cell-free extract is pre-filled with 0.1 M nickel sulfate (NiSO 4 · 6H 2 O; manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and contains a binding buffer (300 mM NaCl, 5 mM 2-mercaptoethanol, and 25 mM imidazole). It was added to a column packed with 10 ml of chelating Sepharose Fast Flow resin (Amersham Biosciences) equilibrated with 20 mM Tris-HCl buffer, pH 8.0. Wash the resin with a buffer solution for washing 15 times the volume of the column resin (20 mM Tris-HCl buffer, pH 8.0 containing 300 mM NaCl, 5 mM 2-mercaptoethanol and 75 mM imidazole), and then the column resin. The bound enzyme protein was eluted with a 6-fold volume elution buffer (20 mM Tris-HCl buffer, pH 8.0 containing 300 mM NaCl, 5 mM 2-mercaptoethanol and 500 mM imidazole). The elution fraction was concentrated using a stirring type ultrafiltration concentrator (model 8050; manufactured by Amicon) (ultrafiltration membrane PBQK: molecular weight cut off 50,000; manufactured by Millipore), 0.1 mM EDTA and 5 mM 2- Dialyzed overnight against 20 mM Tris-HCl buffer, pH 8.0 containing mercaptoethanol. The dialyzed sample was subjected to low-pressure chromatography on a 5 ml HighQ column (Bio-Rad) equilibrated in advance with 20 mM Tris-HCl buffer, pH 8.0 containing 0.1 mM EDTA and 5 mM 2-mercaptoethanol. A gradient pump (Econo Gradient Pump; manufactured by Bio-Rad) was added, and the column was washed with the same buffer using the same apparatus. The elution of the enzyme protein bound to the column resin was carried out by using the chromatography pump program with a NaCl concentration gradient from 0 to 0.75 M in a continuous concentration gradient. The elution fraction was fractionated into 3 ml tubes, and the protein concentration in each tube was calculated based on a calibration curve prepared at a specific concentration of bovine serum albumin using the 280 nm filter of the GENios microplate reader. Enzyme activity was confirmed by an increase in absorption at 340 nm in kinetic mode using a 340 nm filter of the same microplate reader. The purity of the purified enzyme was confirmed by sodium dodecyl sulfate / polyacrylamide / gel electrophoresis. Experiments in the present invention were performed using the obtained purified enzyme.

(6;酵素活性測定とタンパク質測定)
フェニルアラニン脱水素酵素活性およびキメラ酵素、ランダム変異酵素の活性測定は、浅野らの方法(Eur. J. Biochem. (1987)168(1), 153-159)に従ってダブルビーム分光光度計(HITACHI spectrophotometer model U-3210、日立社製)を用い、光路長1 cmのPMMA製キュベット(BRAND社製)で測定した。反応液の組成は以下のとおりとした。1 M Glycine-NaCl-NaOH buffer, pH 10.4を0.1 ml、25 mM NAD+(オリエンタル酵母社製)溶液を0.1 ml、0.1 M L-フェニルアラニン(日本理化学薬品社製)もしくはL-ロイシン(日本理化学薬品社製)あるいはL-メチオニン(日本理化学薬品社製)などの水溶液(酵素の性質によって基質特異性が異なるので、その都度適切な基質を選択する)を0.1 mlおよび適量の酵素溶液を加えて反応液総量を1.0 mlとした。補酵素NAD+の分子吸光係数(ε)は6,220 l・mol-1・cm-1とし、340 nmにおける吸光度の増加から単位時間(分)あたりの吸光度の変化率(Δ340 nm / min)を求め、活性を算出した。本発明における酵素活性1単位(U)は、1分間に1 μmolのNADHを生成する酵素量とした。比活性(U / mg)は、タンパク質1 mgあたりの酵素活性(U)として定義した。また、簡易酵素活性測定法として、上記反応液組成を総量200 μlとし、96穴UVプレート(グライナー社製)を用い、蛍光・吸光・発光マイクロプレートリーダーGENios(テカンジャパン社製)装置を用いて340 nmのフィルターにて吸光値の増加をカイネティック・モードで測定した。酵素溶液のタンパク質濃度は、Protein Assay Kit(バイオ・ラッド社製)により同社プロトコルにしたがって595 nmの吸光値から算出した。なお、標準タンパク質として牛血清アルブミン(シグマ社製)を用い任意の濃度を設定して検量線を作成した。
(6; enzyme activity measurement and protein measurement)
The phenylalanine dehydrogenase activity and the activity of the chimeric enzyme and the random mutation enzyme were measured according to the method of Asano et al. (Eur. J. Biochem. (1987) 168 (1), 153-159). U-3210 (manufactured by Hitachi, Ltd.), and measurement was performed with a PMMA cuvette (BRAND) having an optical path length of 1 cm. The composition of the reaction solution was as follows. 0.1 ml of 1 M Glycine-NaCl-NaOH buffer, pH 10.4, 0.1 ml of 25 mM NAD + (Oriental Yeast) solution, 0.1 M L-phenylalanine (Nippon Riken) or L-leucine (Nippon Riken) ) Or L-methionine (manufactured by Nihon Rikagaku Kabushiki Kaisha), etc. (The substrate specificity varies depending on the nature of the enzyme, so select the appropriate substrate each time) 0.1 ml and the appropriate amount of enzyme solution are added to react. The total liquid volume was 1.0 ml. The molecular extinction coefficient (ε) of coenzyme NAD + is 6,220 l · mol −1 · cm −1, and the rate of change in absorbance per unit time (min) (Δ340 nm / min) is determined from the increase in absorbance at 340 nm The activity was calculated. One unit (U) of enzyme activity in the present invention is defined as the amount of enzyme that produces 1 μmol of NADH per minute. Specific activity (U / mg) was defined as enzyme activity (U) per mg protein. In addition, as a simple enzyme activity measurement method, the reaction solution composition is made up to a total volume of 200 μl, a 96-well UV plate (made by Greiner) is used, and a fluorescence / absorption / emission microplate reader GENios (made by Tecan Japan) is used. The increase in absorbance value was measured with a 340 nm filter in kinetic mode. The protein concentration of the enzyme solution was calculated from the absorbance value at 595 nm using Protein Assay Kit (Bio-Rad) according to the protocol of the company. A calibration curve was prepared by setting bovine serum albumin (manufactured by Sigma) as a standard protein and setting an arbitrary concentration.

実施例2
[部位特異的変異酵素の作製]
(1;Bacillus badius IAM11059由来pdh遺伝子の部位特異的変異導入酵素の作出)
先述のキメラ構築機能改変アミノ酸脱水素酵素のアミノ酸配列において、pBBBS-14およびpBSBB-32由来いずれのPheDHにおいても各ドメインの連結部位においてグリシン(Gly)からセリン(Ser)への置換を行っており、本発明者らはこのアミノ酸置換がpdhの基質特異性の変化に重要であると考え、それぞれpPDH1およびpPDH-DBL由来のpdh遺伝子を鋳型DNAとして部位特異的変異導入(pPDH1由来pdhの123番目のアミノ酸およびpPDH-DBL由来pdhの124番目のアミノ酸)を行った。
Example 2
[Production of site-specific mutant enzyme]
(1; Creation of site-directed mutagenesis enzyme of pdh gene derived from Bacillus badius IAM11059)
In the amino acid sequence of the chimera construction function-modified amino acid dehydrogenase described above, substitution of glycine (Gly) to serine (Ser) is performed at the ligation site of each domain in both PBBBS-14 and pBSBB-32 derived PheDH. The present inventors consider that this amino acid substitution is important for the change in pdh substrate specificity, and site-directed mutagenesis using the pdh genes derived from pPDH1 and pPDH-DBL as template DNAs, respectively (the 123rd position of pdh derived from pPDH1). And the 124th amino acid of pPDH-DBL-derived pdh).

以下にその手順を示す。部位特異的変異の導入は、QuikChange( Site-Directed Mutagenesis Kit(STRATAGENE(社製)を用いてPCR反応により同社プロトコルに従って行った。変異導入に用いた合成オリゴヌクレオチドプライマーは、センスプライマーとして5'- cgtttctatacaagtactgatatggg -3'(配列番号33)を用い、アンチセンスプライマーとして5'- cccatatcagtacttgtatagaaacg -3'(配列番号34)をそれぞれ用いた。鋳型DNAとして精製pPDH1プラスミドを用いた。PCRの反応条件は、95℃30秒、55℃1分、68℃4分の工程を16回繰り返した。前記PCR反応終了後、先述のヒートショック法に従って形質転換した。前記形質転換体を含む培養液をLB培地寒天シャーレに塗布し、37℃で16時間静置培養した後、適当数のコロニーを選択してアンピシリンを含むLB試験管培地にて培養して部位特異的変異導入株培養液を得た。培養液は定法にしたがって処理し、精製プラスミドDNAを得た。挿入断片の正しい配列が確認されたクローンをEscherichia coli JM109 /pBB123Sとして本発明実験において使用した。また、本発明実験においてpBB123S以外に幾つかのアミノ酸置換が引き起こされた変異株が得られた。これらは本実験の意図しない偶発的な変異であったが、その変異株は218番目のアミノ酸がスレオニン(Thr;acg)がセリン(Ser;agc)にアミノ酸置換されたpBB123S218Sおよび218番目と287番目のアミノ酸がそれぞれセリン(Ser;agc)とグルタミン(Gln;cag)に置換されたpBB123S218S287Qが変異株として得られた。   The procedure is shown below. Site-directed mutagenesis was performed by QuikChange (Site-Directed Mutagenesis Kit (STRATAGENE (manufactured)) according to the protocol of the PCR. The synthetic oligonucleotide primer used for mutagenesis was 5'- as a sense primer. cgtttctatacaagtactgatatggg -3 ′ (SEQ ID NO: 33) was used, and 5′-cccatatcagtacttgtatagaaacg -3 ′ (SEQ ID NO: 34) was used as an antisense primer, respectively, and purified pPDH1 plasmid was used as template DNA. The steps of 30 seconds at 55 ° C., 1 minute at 55 ° C. and 4 minutes at 68 ° C. were repeated 16 times.After the PCR reaction was completed, transformation was performed according to the heat shock method described above. And then incubated at 37 ° C. for 16 hours, and an appropriate number of colonies were selected and cultured in an LB test tube medium containing ampicillin to obtain a site-directed mutagenesis strain culture solution. According to the method, purified plasmid DNA was obtained, and a clone in which the correct sequence of the inserted fragment was confirmed was used as Escherichia coli JM109 / pBB123S in the present experiment, and several amino acids other than pBB123S were used in the present experiment. The mutants that caused the substitution were obtained, which were unintentional mutations that were not intended in this experiment, but in the mutants, the 218th amino acid was threonine (Thr; acg) and serine (Ser; agc). PBB123S218S with amino acid substitution and pBB123S218S287Q with 218th and 287th amino acids substituted with serine (Ser; agc) and glutamine (Gln; cag), respectively, were obtained as mutants.

(2;Bacillus sphaericus R79a由来pdh遺伝子の部位特異的変異導入酵素の作出)
先述pBB123Sの作出と同様にBacillus sphaericus R79aのpdhにおいてもキメラ酵素構築時に連結部位(124番目のアミノ酸)にグリシン(Gly)からセリン(Ser)への置換を行っており、本アミノ酸置換の及ぼす基質特異性の変化について調べた。Bacillus sphaericus R79a由来pdh遺伝子を含むpPDH-DBLプラスミドを鋳型DNAとして用いた。部位特異的変異の導入は、QuikChange( Site-Directed Mutagenesis Kit(STRATAGENE(社製)を用いてPCR反応により同社プロトコルに従って行った。変異導入に用いた合成オリゴヌクレオチドプライマーは、センスプライマーとして5'- cgattttacacaagtactgacatgggg-3'(配列番号35)を用い、アンチセンスプライマーとして5'- ccccatgtcagtacttgtgtaaaatcg-3'(配列番号36)をそれぞれ用い、以下先述同様の手順に従って行った。挿入断片の正しい配列が確認されたクローンをEscherichia coli JM109 /pBS124Sとして本発明実験において使用した。また、本発明実験とは意図しない部位特異的変異株が得られたが、その変異は124番目のグリシン(Gly)からセリン(Ser)へのアミノ酸置換以外に82番目のアミノ酸アラニン(Ala;gcc)がアルギニン(Arg;cgc)にアミノ酸置換された変異株pBS82R124Sが得られている。
(2; Creation of site-directed mutagenesis enzyme of pdh gene derived from Bacillus sphaericus R79a)
Similar to the creation of pBB123S described above, in the pdh of Bacillus sphaericus R79a, the glycine (Gly) was replaced with serine (Ser) at the linking site (124th amino acid) at the time of construction of the chimeric enzyme. The change in specificity was examined. The pPDH-DBL plasmid containing the pdh gene derived from Bacillus sphaericus R79a was used as template DNA. Site-directed mutagenesis was performed by QuikChange (Site-Directed Mutagenesis Kit (STRATAGENE (manufactured)) according to the protocol of the PCR. The synthetic oligonucleotide primer used for mutagenesis was 5'- as a sense primer. cgattttacacaagtactgacatgggg-3 ′ (SEQ ID NO: 35) was used, and 5′-ccccatgtcagtacttgtgtaaaatcg-3 ′ (SEQ ID NO: 36) was used as an antisense primer, respectively. The clone was used in the experiment of the present invention as Escherichia coli JM109 / pBS124S, and a site-specific mutant that was not intended for the experiment of the present invention was obtained, but the mutation was changed from the 124th glycine (Gly) to serine (Ser). In addition to the amino acid substitution, the mutant pBS82R124S in which the amino acid alanine (Ala; gcc) at position 82 was substituted with arginine (Arg; cgc) was obtained. There.

(2−1;部位特異的20種類アミノ酸置換)
Bacillus sphaericus R79a由来のpdhにおいて124番目のアミノ酸をグリシン(Gly;ggt)をセリン(Ser;agt)に置換することで親株の基質特異性を劇的に改変することができたので、124番目グリシン(Gly)をその他の20種類のアミノ酸(ただし終止コドンに置換されないこと)に置換して基質特異性の改変を試みた。部位特異的アミノ酸置換にあたっては、合成オリゴヌクレオチドプライマーを用い、QuikChange( Site-Directed Mutagenesis Kit(STRATAGENE(社製)を用いたPCR反応により同社プロトコルに従って行った。変異導入に用いた合成オリゴヌクレオチドプライマーは、センスプライマー5'- cgattttacacannsactgacatgggg -3'(配列番号37)とアンチセンスプライマー5'- ccccatgtcagtsnntgtgtaaaatcg -3'(配列番号38)(n はアデニン(a)あるいはシトシン(c)あるいはグアニン(g)あるいはチミン(t)のいずれかの塩基である。s = c(シトシン)あるいはg(グアニン)のいずれかの塩基である。)をそれぞれ用いた。鋳型プラスミドDNAとして精製pPDH-DBLを用いた。前記PCR反応液を形質転換し、得られた形質転換体を培養した。遠心分離後、凍結融解法にて酵素液を抽出した。活性測定によりスクリーニングを行い、選抜菌株をアンピシリンを含むLB培地にて培養して部位特異的変異導入株培養液を得た。培養液は定法にしたがって処理し、精製プラスミドDNAを得、シーケンスによって変異が確認された菌株をEscherichia coli JM109 / pBS124Aとし、得られたプラスミドpBS124Aは、親株アミノ酸配列の124番目のアミノ酸がグリシン(Gly)からアラニン(Ala)に変異していた。
(2-1; 20 site-specific amino acid substitutions)
In the pdh derived from Bacillus sphaericus R79a, the substrate specificity of the parent strain could be dramatically altered by substituting glycine (Gly; ggt) with serine (Ser; agt) for the 124th amino acid. Substitution of substrate specificity was attempted by substituting (Gly) with other 20 amino acids (but not being replaced by a stop codon). For site-specific amino acid substitution, synthetic oligonucleotide primers were used, and PCR reaction using QuikChange (Site-Directed Mutagenesis Kit (STRATAGENE)) was performed according to the company's protocol. , Sense primer 5′-cgattttacaca nns actgacatgggg -3 ′ (SEQ ID NO: 37) and antisense primer 5′-ccccatgtcagt snn tgtgtaaaatcg -3 ′ (SEQ ID NO: 38) (n is adenine (a) or cytosine (c) or guanine ( g) or thymine (t), either s = c (cytosine) or g (guanine).) Using purified pPDH-DBL as template plasmid DNA The PCR reaction solution was transformed, and the resulting transformant was cultured, and after centrifugation, the enzyme solution was extracted by freeze-thawing. The selected strain was cultured in LB medium containing ampicillin to obtain a site-directed mutagenized strain culture solution, which was treated according to a conventional method to obtain purified plasmid DNA, and the mutation was confirmed by sequencing. The obtained strain was designated Escherichia coli JM109 / pBS124A, and the resulting plasmid pBS124A had the amino acid at position 124 of the parent strain amino acid sequence mutated from glycine (Gly) to alanine (Ala).

(3;変異株の発現と酵素タンパク質の精製)
本発明で得られた部位特異的変異株遺伝子の発現と発現酵素タンパク質は先述の方法に従って行った。精製酵素はドデシル硫酸ナトリウム・ポリアクリルアミド・ゲル電気泳動により純度の確認を行った。得られた精製酵素を用いて本発明における実験を行った。
(3: Mutant expression and enzyme protein purification)
The expression of the site-specific mutant gene obtained in the present invention and the expressed enzyme protein were performed according to the method described above. The purity of the purified enzyme was confirmed by sodium dodecyl sulfate / polyacrylamide / gel electrophoresis. Experiments in the present invention were performed using the obtained purified enzyme.

実施例3
[改変酵素の基質特異性]
本発明実験で用いた親株Bacillus badius IAM11059およびBacillus sphaericus R79a由来フェニルアラニン脱水素酵素の基質特異性を図5に示す。Bacillus badius IAM11059由来のフェニルアラニン脱水素酵素(European Journal of Biochemistry, vol. 168. 153-159 (1987))はL-フェニルアラニンに対する基質特異性が最も高いのに対し、Bacillus sphaericus R79a由来のフェニルアラニン脱水素酵素(The Journal of Biological Chemistry, vol. 262. 10346-10354 (1987))はL-フェニルアラニン以外にL-チロシンに対しても高い基質特異性を示す。本発明で得られたキメラ酵素(pBBBS-14およびpBSBB-32)、キメラ酵素の変異株酵素(pBBBS-14-4d7、pBBBS-14-16h3およびpBBBS-14-92A3)、部位特異的変異導入株酵素(pBB123S、pBB123S218S、pBB123S218S287Q、pBS124S、pBS82R124SおよびpBS124A)の各精製酵素を用いて基質特異性(特にL-フェニルアラニン、L-ロイシン、L-イソロイシン、L-メチオニンおよびL-バリン)について調べた。その結果を図3(キメラ酵素の基質特異性)、図4(Bacillus badius IAM11059由来pdhの部位特異的変異酵素の基質特異性)および図5(Bacillus sphaericus R79a由来pdhの部位特異的変異酵素の基質特異性)にそれぞれ示す。
Example 3
[Substrate specificity of the modified enzyme]
FIG. 5 shows the substrate specificity of phenylalanine dehydrogenase derived from the parent strains Bacillus badius IAM11059 and Bacillus sphaericus R79a used in the experiment of the present invention. Phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus badius IAM11059 (European Journal of Biochemistry, vol. 168. 153-159 (1987)) has the highest substrate specificity for L-phenylalanine, whereas phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus sphaericus R79a (The Journal of Biological Chemistry, vol. 262. 10346-10354 (1987)) shows high substrate specificity for L-tyrosine in addition to L-phenylalanine. Chimeric enzymes obtained by the present invention (pBBBS-14 and pBSBB-32), mutant enzymes of chimeric enzymes (pBBBS-14-4d7, pBBBS-14-16h3 and pBBBS-14-92A3), site-directed mutagenesis strains Substrate specificity (especially L-phenylalanine, L-leucine, L-isoleucine, L-methionine and L-valine) was examined using each purified enzyme of the enzyme (pBB123S, pBB123S218S, pBB123S218S287Q, pBS124S, pBS82R124S and pBS124A). The results are shown in FIG. 3 (substrate specificity of the chimeric enzyme), FIG. 4 (substrate specificity of the site-directed mutant enzyme of Bacillus badius IAM11059) and FIG. 5 (substrate of the site-specific mutant enzyme of pdh derived from Bacillus sphaericus R79a). Specificity).

図3に示すように、本発明で得られたキメラ酵素pBBBS-14はロイシンに対する特異性が最も高く、続いてイソロイシン、メチオニン、バリン、フェニルアラニンの順であった。一方、キメラ酵素pBSBB-32においてはイソロイシンに対する特異性が最も高く、続いてロイシン、バリン、メチオニン、フェニルアラニンの順であった。pBBBS-14-4d7では、イソロイシンが最も高く、メチオニン、ロイシン、バリン、フェニルアラニンの順であった。pBBBS-14-16h3では、イソロイシンが最も高く、続いてロイシン、バリン、メチオニン、フェニルアラニンの順であった。pBBBS-14-92A3では、イソロイシンが最も高く、続いてメチオニン、バリン、フェニルアラニンの順であった。   As shown in FIG. 3, the chimeric enzyme pBBBS-14 obtained in the present invention had the highest specificity for leucine, followed by isoleucine, methionine, valine, and phenylalanine in this order. On the other hand, the chimeric enzyme pBSBB-32 had the highest specificity for isoleucine, followed by leucine, valine, methionine, and phenylalanine. In pBBBS-14-4d7, isoleucine was the highest, followed by methionine, leucine, valine, and phenylalanine. In pBBBS-14-16h3, isoleucine was the highest, followed by leucine, valine, methionine, and phenylalanine. In pBBBS-14-92A3, isoleucine was the highest, followed by methionine, valine, and phenylalanine.

また、図4に示すように、部位特異的変異導入株の酵素pBB123S、pBB123S218SおよびpBB123S218S287Qでは、いずれもロイシンに対する特異性が最も高く、続いてイソロイシン、バリン、メチオニン、フェニルアラニンの順であった。すなわちBacillus badius IAM11059由来pdhのアミノ酸置換で基質特異性改変(ロイシン特異性)に最も重要なアミノ酸は123番目のアミノ酸であるグリシン(Gly)をセリン(Ser)に置換することである。   Further, as shown in FIG. 4, the site-specific mutagenesis strain enzymes pBB123S, pBB123S218S, and pBB123S218S287Q all had the highest specificity for leucine, followed by isoleucine, valine, methionine, and phenylalanine in this order. That is, the most important amino acid for substrate specificity modification (leucine specificity) by amino acid substitution of pdh derived from Bacillus badius IAM11059 is to substitute glycine (Gly), which is the 123rd amino acid, with serine (Ser).

さらには、図5に示すように、部位特異的変異導入株酵素pBS124Sではイソロイシンに対する特異性が最も高く、続いてメチオニン、フェニルアラニン、ロイシン、バリンの順であった。pBS82R124Sではフェニルアラニンに対する特異性が最も高く、続いてロイシン、メチオニン、イソロイシン、バリンの順であった。また、pBS124Aでは、ロイシンに対する特異性が最も高く、続いてバリン、イソロイシン、メチオニン、フェニルアラニンの順であった。すなわち、Bacillus sphaericus R79a由来pdhの基質特異性改変には124番目のアミノ酸グリシン(Gly)のセリン(Ser)への置換以外にもアミノ酸置換が関与することが示唆された。   Furthermore, as shown in FIG. 5, the site-directed mutagenesis enzyme pBS124S had the highest specificity for isoleucine, followed by methionine, phenylalanine, leucine, and valine in this order. pBS82R124S had the highest specificity for phenylalanine, followed by leucine, methionine, isoleucine, and valine. PBS124A had the highest specificity for leucine, followed by valine, isoleucine, methionine, and phenylalanine. That is, it was suggested that the substrate specificity modification of pdh derived from Bacillus sphaericus R79a involves amino acid substitution in addition to substitution of the 124th amino acid glycine (Gly) with serine (Ser).

なお、前記記載のアミノ酸以外への反応性については、いずれの変異株酵素についても低い特異性を示すにとどまるかあるいは検出できないほどの活性しか示さなかった。また、本発明で用いられるフェニルアラニン脱水素酵素遺伝子は、Bacillus badius IAM11059あるいはBacillus sphaericus R79a以外の菌(例えば、Sporosarcina ureae R04、Bacillus halodurans、Geobacillus kaustophilus、Oceanobacillus iheyensis、Rhodococcus sp.あるいはThermoactinomyces intermediusなど)のいずれの由来であっても構わない。例えば、Sporosarcina ureae R04であれば125番目のアミノ酸、Bacillus haloduransでは122番目のアミノ酸、Geobacillus kaustophilusでは123番目のアミノ酸、Oceanobacillus iheyensisでは122番目のアミノ酸、Rhodococcus sp. M-4では117番目のアミノ酸、あるいはThermoactinomyces intermediusでは114番目のアミノ酸(いずれも対応するアミノ酸はグリシン(Gly)である。)などである。   Regarding the reactivity to amino acids other than the above-mentioned amino acids, all mutant enzymes showed only low specificity or only undetectable activity. The phenylalanine dehydrogenase gene used in the present invention is a bacterium other than Bacillus badius IAM11059 or Bacillus sphaericus R79a (for example, Sporosarcina ureae R04, Bacillus halodurans, Geobacillus kaustophilus, Oceanobacillus iheyensis, Rhodococcus sp. It may be derived from. For example, Sporosarcina ureae R04 is the 125th amino acid, Bacillus halodurans is the 122nd amino acid, Geobacillus kaustophilus is the 123rd amino acid, Oceanobacillus iheyensis is the 122nd amino acid, Rhodococcus sp. M-4 is the 117th amino acid, or In Thermoactinomyces intermedius, it is the 114th amino acid (the corresponding amino acid is glycine (Gly)).

実施例4
[ろ紙血液中L-メチオニンの定量]
標準試料として、所定濃度のL-メチオニンを染み込ませた標準ろ紙血液(札幌イムノダイアグノスティック・ラボラトリー社製)から抽出したものを用いた。標準ろ紙血液からの抽出は、以下に示す手順によって行った。ろ紙血液上のスポットを直径3 mmのディスク状に打ち抜き、96穴マイクロプレート(コーニング社製)の各ウェル内に設置した。各ウェル内に設置されたディスク状のろ紙血液に対し、固定液(アセトン:エタノール:超純水=7 : 7 : 2 (v/v/v))10 μlを滴下して染み込ませ、37℃の恒温装置(ADVANTEC INCUBATOR Cl-410、アドバンテック社製)に1時間静置した。その後、プレートを取り出し、各ウェルに対し緩衝液(40 μM レサズリン(Avocado Research Chemicals Ltd.社製)を含む50 mM Tris-HCl buffer, pH 8.9)を100 μl加えて蒸発防止のためのシーリングを施して室温にて1時間静置し、ろ紙血液に含まれる成分の抽出を行った。得られた抽出液80 μlを新しい黒色96穴マイクロプレートに移し取り、酵素混合液(0.2 U / mlの精製酵素、0.2 mg /mlのジアホラーゼ、6 mMのNAD+)40 μlを加えてミキサーにて撹拌した後、室温で60分間静置して酵素反応を行った。前記プレートの蛍光は、励起波長545 nm、蛍光波長590 nmのフィルターを用いて蛍光マイクロプレートリーダーにて測定した。
Example 4
[Quantification of L-methionine in filter paper blood]
As a standard sample, one extracted from standard filter paper blood (Sapporo Immunodiagnostic Laboratories) impregnated with a predetermined concentration of L-methionine was used. Extraction from standard filter paper blood was performed according to the following procedure. Spots on the filter paper blood were punched into a disk shape having a diameter of 3 mm and placed in each well of a 96-well microplate (Corning). Drip and soak 10 µl of fixative solution (acetone: ethanol: ultrapure water = 7: 7: 2 (v / v / v)) into the disk-shaped filter paper blood placed in each well at 37 ° C For 1 hour (ADVANTEC INCUBATOR Cl-410, manufactured by Advantech). After that, the plate is taken out and 100 μl of buffer solution (50 mM Tris-HCl buffer, pH 8.9) containing 40 μM resazurin (Avocado Research Chemicals Ltd.) is added to each well to prevent evaporation. The mixture was allowed to stand at room temperature for 1 hour, and components contained in the filter paper blood were extracted. Transfer 80 μl of the resulting extract to a new black 96-well microplate, add 40 μl of enzyme mixture (0.2 U / ml purified enzyme, 0.2 mg / ml diaphorase, 6 mM NAD +) in the mixer. After stirring, the enzyme reaction was performed by allowing to stand at room temperature for 60 minutes. The fluorescence of the plate was measured with a fluorescence microplate reader using a filter having an excitation wavelength of 545 nm and a fluorescence wavelength of 590 nm.

同様にしてL-フェニルアラニンを染み込ませた標準ろ紙血液(札幌イムノダイアグノスティック・ラボラトリー社製)から得られた抽出液を、Bacillus badius IAM11059由来の組替え体フェニルアラニン脱水素酵素にて定量した。また、L-ロイシンを染み込ませた標準ろ紙血液から得られた抽出液は、市販のBacillus stearothermophilus由来のロイシン脱水素酵素(ユニチカ株式会社社製;0.2 U / ml)を用いて定量した。   Similarly, an extract obtained from standard filter paper blood (Sapporo Immunodiagnostic Laboratories) impregnated with L-phenylalanine was quantified with recombinant phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus badius IAM11059. The extract obtained from standard filter paper blood soaked with L-leucine was quantified using a commercially available leucine dehydrogenase derived from Bacillus stearothermophilus (manufactured by Unitika Ltd .; 0.2 U / ml).

その結果、本発明で得られた酵素とBacillus badius IAM11059由来のフェニルアラニン脱水素酵素およびBacillus stearothermophilus由来のロイシン脱水素酵素を組み合わせることによってL-フェニルアラニン、L-ロイシンおよびL-メチオニンの酵素蛍光定量が可能でることが分かった。   As a result, enzymatic fluorescence determination of L-phenylalanine, L-leucine and L-methionine is possible by combining the enzyme obtained in the present invention with phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus badius IAM11059 and leucine dehydrogenase derived from Bacillus stearothermophilus I found out.

実施例5
[フェニルアラニン脱水素酵素の分子モデリング]
Bacillus sphaericus R79a由来フェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列(Swiss-Prot accession No. P23307)を鋳型とし、カナダCCG社製統合計算化学システムプログラム(MOE)を用いてタンパク質のホモロジーモデリングを行った。相同性タンパク質の検索を行い、幾つかのアミノ酸脱水素酵素タンパク質を抽出した。前記で得られたアミノ酸配列をもとに多重配列アラインメントを行った。立体構造既知のアミノ酸脱水素酵素で最も相同性の高い値を示したBacillus sphaericus由来ロイシン脱水素酵素の立体構造座標(PDB accession No. 1LEH、相同性:47.2%)を鋳型として構造保持領域解析を同上プログラムで行い、Bacillus sphaericus R79a由来フェニルアラニン脱水素酵素の予測立体構造を構築した。構築された予測立体構造をMOEプログラムに含まれるAMBER '89/'94、CHARMM22およびEngh-Huber力場の各理論によるエネルギー極小化計算を行うことによって立体構造の最適化を行った。
Example 5
[Molecular modeling of phenylalanine dehydrogenase]
Using the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus sphaericus R79a (Swiss-Prot accession No. P23307) as a template, protein homology modeling was performed using the Canadian Computational Chemistry System Program (MOE). Homologous proteins were searched and some amino acid dehydrogenase proteins were extracted. Multiple sequence alignment was performed based on the amino acid sequence obtained above. Structure retention region analysis using the 3D structure coordinates (PDB accession No. 1LEH, homology: 47.2%) of leucine dehydrogenase from Bacillus sphaericus, which showed the highest homology among amino acid dehydrogenases with known 3D structures. The same program was used to construct a predicted three-dimensional structure of phenylalanine dehydrogenase from Bacillus sphaericus R79a. The predicted three-dimensional structure was optimized by calculating the energy minimization based on the AMBER '89 / '94, CHARMM22 and Engh-Huber force field theories included in the MOE program.

[補酵素NADの座標抽出と転写]
フェニルアラニン脱水素酵素の結晶構造解析はRhodococcus sp. M4由来の酵素で報告されている(Biochemistry, 38. 2326-2339 (1999)、Biochemistry, 39. 9174-9187 (2000))。Rhodococcus sp. M4由来フェニルアラニン脱水素酵素の立体構造解析では、酵素タンパク質、補酵素(NAD+)および反応生成物(フェニルピルビン酸)の複合体での座標が解析されている(PDB accession No. 1BW9)。NAD+の座標を前記PDBデータから抽出し、上記予測立体構造データに移植した。前記参考文献に記述されているNAD+とタンパク質の相互作用するアミノ酸残基をB. sphaericus由来フェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列のアラインメントから探索し、アミノ酸残基195番目のバリン(Val)、214番目のアスパラギン酸(Asp)、254番目のアラニン(Ala)および277番目のアスパラギン(Asn)を抽出した。MOEプログラムを使って、前記アミノ酸残基とNAD+が相互作用する原子間距離に拘束をかけ、同上プログラムを用いてエネルギー極小化計算を行い、予測立体構造においてNAD+が最も安定する空間座標を導き出した。
[Coordinate extraction and transcription of coenzyme NAD]
Crystal structure analysis of phenylalanine dehydrogenase has been reported for enzymes derived from Rhodococcus sp. M4 (Biochemistry, 38. 2326-2339 (1999), Biochemistry, 39. 9174-9187 (2000)). In the three-dimensional structure analysis of phenylalanine dehydrogenase derived from Rhodococcus sp. M4, the coordinates of the complex of enzyme protein, coenzyme (NAD + ) and reaction product (phenylpyruvic acid) are analyzed (PDB accession No. 1BW9). ). The coordinates of NAD + were extracted from the PDB data and transplanted to the predicted three-dimensional structure data. Amino acid residues interacting with NAD + and proteins described in the above references are searched from the alignment of amino acid sequences of phenylalanine dehydrogenase derived from B. sphaericus, and amino acid residues 195th valine (Val), 214th Aspartic acid (Asp), 254th alanine (Ala) and 277th asparagine (Asn) were extracted. The MOE program is used to constrain the interatomic distance between the amino acid residue and NAD + , and the same program is used to perform the energy minimization calculation to obtain the spatial coordinates where NAD + is most stable in the predicted 3D structure. Derived.

[基質L-フェニルアラニンの座標抽出と転写]
前記NAD+と同様にして、基質L-フェニルアラニンの座標をRhodococcus sp. M4の立体構造座標(PDB accession No. 1C1D)から抽出し、上記で構築したBacillus sphaericus R79a由来フェニルアラニン脱水素酵素の予測立体構造データの座標上に移植した。上記同様の手順に従って酵素タンパク質とL-Pheが相互作用するアミノ酸残基として53番目のグリシン、79番目のリジン、91番目のリジンおよび126番目のアスパラギン酸と基質L-フェニルアラニンの原子間距離に拘束をかけてエネルギー極小化計算を行い、予測立体構造においてL-Pheが最も安定する空間座標を導き出した。
[Coordinate extraction and transcription of substrate L-phenylalanine]
In the same manner as the NAD +, the coordinates of the substrate L- phenylalanine extracted from Rhodococcus sp. M4 conformational coordinate (PDB accession No. 1C1D), predicted three-dimensional structure of Bacillus sphaericus R79a from phenylalanine dehydrogenase constructed in the It was transplanted on the coordinates of the data. According to the same procedure as above, the amino acid residue that interacts with the enzyme protein and L-Phe is constrained to the interatomic distance between the 53rd glycine, 79th lysine, 91st lysine and 126th aspartic acid and the substrate L-phenylalanine. The energy minimization calculation was performed over time, and the spatial coordinates where L-Phe was most stable in the predicted 3D structure were derived.

[変異アミノ酸残基候補の抽出]
前記で構築されたB. sphaericus由来フェニルアラニン脱水素酵素のタンパク質・NAD+・L-フェニルアラニン複合予測立体構造をPDBデータ形式で出力し、分子モデル表示ソフト(PyMOL, DeLano Scientific LLC, South San Francisco, CA, USA)を使って描画した。基質(L-フェニルアラニン)リガンドとタンパク質分子表面が接触可能なアミノ酸残基を描画した立体構造で確認しながら抽出した。Rhodococcus sp. M4由来フェニルアラニン脱水素酵素(非特許文献1,2)において基質と相互作用するアミノ酸残基をアミノ酸配列アラインメントによって、B. sphaericus由来フェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列から抽出した。前記操作により合計28個のアミノ酸残基を候補として選択した。選択したアミノ酸残基は以下の表4に示すとおりである。
[Extraction of mutated amino acid residue candidates]
The B. sphaericus-derived phenylalanine dehydrogenase protein / NAD + / L-phenylalanine complex predicted three-dimensional structure constructed as described above is output in PDB data format, and molecular model display software (PyMOL, DeLano Scientific LLC, South San Francisco, CA) , USA). Extraction was performed while confirming the drawn three-dimensional structure of amino acid residues that can contact the substrate (L-phenylalanine) ligand and the protein molecule surface. Amino acid residues that interact with substrates in Rhodococcus sp. M4-derived phenylalanine dehydrogenase (Non-patent Documents 1 and 2) were extracted from the amino acid sequence of B. sphaericus-derived phenylalanine dehydrogenase by amino acid sequence alignment. By the above operation, a total of 28 amino acid residues were selected as candidates. The selected amino acid residues are as shown in Table 4 below.

[飽和変異によるスクリーニング]
前記28個のアミノ酸残基候補に対し、各々20種類のアミノ酸に飽和変異させるためにプライマーを作成(表4参照)し、Stratagene社製のQuikChange( Multi Site-Directed Mutagenesis Kitを用い同社プロトコールに従ってPCR法によって変異を導入した。本実施例においては、表5に示すプライマーの組み合わせを用い、Bacillus sphaericus R79a由来フェニルアラニン脱水素酵素の野生株(pBS)と変異酵素(BS124S)をそれぞれ鋳型としてPCRを行った(セット(1)、セット(2)、セット(3)およびセット(4))。得られたPCR反応液を定法に従ってE. coli JM109に形質転換し、50 μg/mlのアンピシリンを含むLB寒天培地に塗布して37℃、10時間培養した。得られたコロニーを96穴ディーププレート(NUNC社製、80 μg/mlのアンピシリンを含むLB培地;300 μL)に植菌し1000 rpm、37℃で12〜18時間培養した。前記培養液を集菌し、リゾチーム処理および凍結融解操作により無細胞抽出液を抽出した。前記抽出酵素液10 μLを用い、96穴UVマイクロプレートのウェル内で酵素反応させ、マイクロプレートリーダーを用いて340nmにおける吸光度の増加を経時的に観測し、L-フェニルアラニン、L-ロイシンおよびL-メチオニンの各基質に対する活性をスクリーニングした。反応液組成は表6のとおりとした。
[Screening by saturation mutation]
Primers were created for each of the 28 amino acid residue candidates to saturate into 20 types of amino acids (see Table 4), and PCR was performed according to the protocol using QuikChange (Multi Site-Directed Mutagenesis Kit manufactured by Stratagene). In this example, PCR was performed using the primer combinations shown in Table 5 and using the wild strain (pBS) and mutant enzyme (BS124S) of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus sphaericus R79a as templates. (Set (1), Set (2), Set (3) and Set (4)) The resulting PCR reaction solution was transformed into E. coli JM109 according to a standard method, and LB containing 50 μg / ml ampicillin. It was applied to an agar medium and cultured for 10 hours at 37 ° C. The obtained colonies were inoculated into a 96-well deep plate (NUNC, LB medium containing 80 μg / ml ampicillin; 300 μL) at 1000 rpm, 37 Incubate for 12-18 hours at ℃ The culture broth was collected, and the cell-free extract was extracted by lysozyme treatment and freeze-thawing operation, 10 μL of the extracted enzyme solution was used for enzyme reaction in a well of a 96-well UV microplate, and a microplate reader was used. The increase in absorbance at 340 nm was observed over time, and the activities of L-phenylalanine, L-leucine, and L-methionine against each substrate were screened.

Figure 0004117350
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[2次スクリーニング]
上記スクリーニングでL-メチオニンに対する活性が改善された菌株を3 mLのLB試験管培地(50 μg/mlのアンピシリンを含む)で培養した。培養液1 mLを集菌、超音波破砕(Bioruptor、コスモバイオ社製)し無細胞抽出液を抽出した。また、同上培養液1 mLからプラスミドを定法に従って抽出・精製し、アプライド・バイオシステムズ社製のDNAシークエンサー310Aにて塩基配列の確認を行った。
[Secondary screening]
Strains whose activity against L-methionine was improved in the above screening were cultured in 3 mL of LB test tube medium (containing 50 μg / ml ampicillin). 1 mL of the culture solution was collected and sonicated (Bioruptor, Cosmo Bio) to extract a cell-free extract. In addition, the plasmid was extracted and purified from 1 mL of the culture solution as described above according to a conventional method, and the nucleotide sequence was confirmed with a DNA sequencer 310A manufactured by Applied Biosystems.

[発現変異酵素の精製]
変異導入およびL-メチオニンに対する活性の改善が確認された変異株を50 μg/mlのアンピシリンを含む3mLのLB試験管培地に1コロニー植菌し、37℃10時間培養した。前記培養液を種菌として、400 mLのLB培地の入った2 L容三角フラスコに植菌し、37℃12時間回転培養した。最終濃度0.1 mMとなるようにIPTGを添加し、さらに4〜6時間30℃で回転培養した。定法により集菌洗浄し、菌体湿重量に対して5倍容量の5 mM イミダゾール、5 mM 2−メルカプトエタノールおよび300 mM NaClを含む20 mM Tris-HCl緩衝液(pH 8.0)を加えて懸濁させ、超音波破砕した。遠心分離によって得られた無細胞抽出液を、予めニッケル飽和させ同上緩衝液で平衡化したChelating-Sepharose Fast Flowカラム(樹脂量:約10 ml)に添加し、75 mM イミダゾールを含む同上緩衝液にてカラムを洗浄した後、500 mMイミダゾールを含む同上緩衝液にて酵素タンパク質を溶出させた。溶出された酵素活性画分に対し30%飽和となるように硫酸アンモニウムを加えて1時間氷冷水中にて撹拌し、遠心分離(28,000 x g、20分間、4℃)によって上澄み液を得た。前記で得られた上澄み液を、予め30%硫安飽和させた0.1 mM EDTAおよび5 mM 2-メルカプトエタノールを含む20 mM Tris-HCl緩衝液(pH 8.0)で平衡化したButyl-TOYOPEARL 650Mカラム(φ1.5 cm x 4.5 cm)に添加し、同上緩衝液にてカラムを洗浄した後、硫酸アンモニウム飽和度を直線濃度勾配(30%から0%まで)で減少させることにより酵素タンパク質の溶出を行った。前記で得られた酵素活性画分をSDSポリアクリルアミドゲル電気泳動にて確認し、0.1 mM EDTAおよび5 mM 2−メルカプトエタノールを含む20 mM Tris-HCl緩衝液(pH 8.0)に対して透析した後、遠心濃縮器(Amicon CentriPrep YM-30)にて濃縮し、精製酵素とした。
[Purification of expression mutant enzyme]
One colony was inoculated into a 3 mL LB test tube medium containing 50 μg / ml ampicillin of the mutant strain confirmed to have improved mutagenesis and activity against L-methionine and cultured at 37 ° C. for 10 hours. The culture solution was used as an inoculum and inoculated into a 2 L Erlenmeyer flask containing 400 mL of LB medium and rotated at 37 ° C. for 12 hours. IPTG was added to a final concentration of 0.1 mM, and the cells were further rotated at 30 ° C. for 4 to 6 hours. Bacteria are collected and washed by a conventional method, and suspended by adding 20 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) containing 5 mM volume of 5 mM imidazole, 5 mM 2-mercaptoethanol and 300 mM NaCl to the wet weight of the cells. And sonicated. The cell-free extract obtained by centrifugation is added to a Chelating-Sepharose Fast Flow column (resin amount: about 10 ml) that has been pre-saturated with nickel and equilibrated with the same buffer, and then added to the same buffer containing 75 mM imidazole. After washing the column, the enzyme protein was eluted with the same buffer containing 500 mM imidazole. Ammonium sulfate was added to the eluted enzyme active fraction so as to be 30% saturation, and the mixture was stirred in ice-cold water for 1 hour, and a supernatant was obtained by centrifugation (28,000 × g, 20 minutes, 4 ° C.). The supernatant obtained above was equilibrated with 20 mM Tris-HCl buffer solution (pH 8.0) containing 0.1 mM EDTA and 5 mM 2-mercaptoethanol previously saturated with 30% ammonium sulfate, butyl-TOYOPEARL 650M column (φ1 After washing the column with the same buffer as above, the enzyme protein was eluted by decreasing the ammonium sulfate saturation with a linear gradient (from 30% to 0%). The enzyme activity fraction obtained above was confirmed by SDS polyacrylamide gel electrophoresis and dialyzed against 20 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) containing 0.1 mM EDTA and 5 mM 2-mercaptoethanol. Then, it was concentrated with a centrifugal concentrator (Amicon CentriPrep YM-30) to obtain a purified enzyme.

[基質特異性]
フェニルアラニン脱水素酵素の活性測定は、浅野らの方法(Eur. J. Biochem. (1987)168(1), 153-159)に従ってダブルビーム分光光度計(PharmaSpec UV-1700、島津社製)を用い、光路長1 cmのPMMA製キュベット(BRAND社製)で測定した。反応液の組成は以下のとおりとした。1 M Glycine-NaCl-NaOH buffer, pH 10.4を0.1 ml、25 mM NAD+(オリエンタル酵母社製)溶液を0.1 ml、0.1 M L-フェニルアラニン(日本理化学薬品社製)もしくはL-ロイシン(日本理化学薬品社製)あるいはL-メチオニン(日本理化学薬品社製)などの水溶液(酵素の性質によって基質特異性が異なるので、その都度適切な基質を選択する)を0.1 mlおよび適量の酵素溶液を加えて反応液総量を1.0 mlとした。補酵素NAD+の分子吸光係数(ε)は6,220 l・mol-1・cm-1とし、340 nmにおける吸光度の増加から単位時間(分)あたりの吸光度の変化率(Δ340 nm / min)を求め、活性を算出した。本発明における酵素活性1単位(U)は、1分間に1 μmolのNADHを生成する酵素量とした。比活性(U / mg)は、タンパク質1 mgあたりの酵素活性(U)として定義した。その結果を図6に示す。pBS124Sを鋳型として変異導入した変異株の酵素pBS124S310S、pBS124S310TおよびpBS124S310Aはいずれもフェニルアラニンに比べてメチオニンに対する相対活性が改善されていた。一方、これらの変異株酵素(pBS124S310S、pBS124S310TおよびpBS124S310A)の124番目のアミノ酸を野生株のグリシン(Gly)に修正した変異型酵素(pBS124G310S、pBS124G310TおよびpBS124G310A)では、いずれもフェニルアラニンに対する活性が回復し、メチオニンに対する活性が著しく減少した。
[Substrate specificity]
The phenylalanine dehydrogenase activity was measured using a double beam spectrophotometer (PharmaSpec UV-1700, manufactured by Shimadzu Corporation) according to the method of Asano et al. (Eur. J. Biochem. (1987) 168 (1), 153-159). The measurement was performed with a PMMA cuvette (BRAND) having an optical path length of 1 cm. The composition of the reaction solution was as follows. 0.1 ml of 1 M Glycine-NaCl-NaOH buffer, pH 10.4, 0.1 ml of 25 mM NAD + (Oriental Yeast) solution, 0.1 M L-phenylalanine (Nippon Riken) or L-leucine (Nippon Riken) ) Or L-methionine (manufactured by Nihon Rikagaku Kabushiki Kaisha), etc. (The substrate specificity varies depending on the nature of the enzyme, so select the appropriate substrate each time) 0.1 ml and the appropriate amount of enzyme solution are added to react. The total liquid volume was 1.0 ml. The molecular extinction coefficient (ε) of coenzyme NAD + is 6,220 l · mol −1 · cm −1, and the rate of change in absorbance per unit time (min) (Δ340 nm / min) is determined from the increase in absorbance at 340 nm The activity was calculated. One unit (U) of enzyme activity in the present invention is defined as the amount of enzyme that produces 1 μmol of NADH per minute. Specific activity (U / mg) was defined as enzyme activity (U) per mg protein. The result is shown in FIG. All of the mutant enzymes pBS124S310S, pBS124S310T, and pBS124S310A that had been mutated using pBS124S as a template had improved relative activity to methionine compared to phenylalanine. On the other hand, all of the mutant enzymes (pBS124G310S, pBS124G310T, and pBS124G310A) in which the 124th amino acid of these mutant enzymes (pBS124S310S, pBS124S310T, and pBS124S310A) was modified to wild-type glycine (Gly) recovered their activity against phenylalanine. The activity against methionine was significantly reduced.

実施例6
[変異型酵素のアミノ酸蛍光定量]
96穴ブラックマイクロプレートウェル内に既知濃度のL-フェニルアラニンおよびL-メチオニンをそれぞれ0.04ml分注し、40μMレサズリンを含む50mMトリス塩酸緩衝液(pH 8.9)0.08mlを加えて撹拌し、0.04mlの酵素混合溶液(10mU 変異型フェニルアラニン脱水素酵素(pBS124S310S)、4mM β-NAD+、0.03mg/mlジアホラーゼ(オリエンタル酵母社製)を含む)を加えて室温にて1時間インキュベーションした。得られた蛍光は蛍光・吸光・発光マイクロプレートリーダー(テカン社製、ジェニオス)を用いて励起波長545 nm、蛍光波長590 nmのフィルターにて測定した。得られたデータはLS-PATE manager2001(和光純薬工業社製)を用いて解析した。作成した検量線を図7および定量結果を表7にそれぞれ示す。pBS124S310Sを用いて作成した検量線から、コントロール中に含まれるL-メチオニン濃度を定量することができた。このとき、これまでの改変型酵素ではL-フェニルアラニン濃度の影響の為、L-メチオニンの定量は困難であったが、pBS124S310S酵素を用いることでL-フェニルアラニンの共雑濃度に関係なくL-メチオニンを定量することができた。
Example 6
[Amino acid fluorescence determination of mutant enzyme]
Dispense 0.04 ml each of L-phenylalanine and L-methionine at known concentrations into a 96-well black microplate well, add 0.08 ml of 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.9) containing 40 μM resazurin, and then add 0.04 ml An enzyme mixed solution (containing 10 mU mutant phenylalanine dehydrogenase (pBS124S310S), 4 mM β-NAD +, 0.03 mg / ml diaphorase (manufactured by Oriental Yeast)) was added and incubated at room temperature for 1 hour. The obtained fluorescence was measured with a filter having an excitation wavelength of 545 nm and a fluorescence wavelength of 590 nm using a fluorescence / absorption / luminescence microplate reader (manufactured by Tecan, Genios). The obtained data was analyzed using LS-PATE manager2001 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries). The prepared calibration curve is shown in FIG. 7 and the quantitative results are shown in Table 7. From the calibration curve created using pBS124S310S, the L-methionine concentration contained in the control could be quantified. At this time, it was difficult to quantify L-methionine due to the effect of L-phenylalanine concentration with conventional modified enzymes. However, using pBS124S310S enzyme, L-methionine was used regardless of the confluent concentration of L-phenylalanine. Could be quantified.

Figure 0004117350
Figure 0004117350

本発明において得られた機能改変アミノ酸脱水素酵素を用いることで、L-フェニルアラニン、L-ロイシン、L-イソロイシン、L-バリンおよびL-メチオニンを蛍光検出することが可能となる。また、既存のフェニルアラニン脱水素酵素やロイシン脱水素酵素あるいはバリン脱水素酵素と組み合わせることで前記アミノ酸の酵素蛍光法による定量が可能となる。このことは、先天性代謝異常症の早期発見につながる1次スクリーニングやその他のアミノ酸疾患診断においてこれまでにない効率性を生み出すことが可能となる。   By using the function-modified amino acid dehydrogenase obtained in the present invention, L-phenylalanine, L-leucine, L-isoleucine, L-valine and L-methionine can be detected by fluorescence. Further, by combining with existing phenylalanine dehydrogenase, leucine dehydrogenase or valine dehydrogenase, the amino acid can be quantified by the enzyme fluorescence method. This can create unprecedented efficiency in primary screening and other amino acid disease diagnosis leading to early detection of inborn errors of metabolism.

Bacillus badius IAM11059、Bacillus sphaericus R79aおよびSporosarcina ureae R04に由来するフェニルアラニン脱水素酵素のL−トリプシン、L−ロイシン、L−イソロイシン、L−フェニルアラニン、L−メチオニンおよびL−バリンに対する基質特異性を相対活性によって示す。Substrate specificity of phenylalanine dehydrogenases derived from Bacillus badius IAM11059, Bacillus sphaericus R79a and Sporosarcina ureae R04 to L-trypsin, L-leucine, L-isoleucine, L-phenylalanine, L-methionine and L-valine by relative activity Show. pPDH1およびpPDH-DBLのpdhキメラ構築の概略図。Schematic of pdh chimera construction of pPDH1 and pPDH-DBL. キメラ酵素(pBBBS-14およびpBSBB-32)、およびキメラ酵素の変異株酵素(pBBBS-14-4d7、pBBBS-14-16h3およびpBBBS-14-92A3)の基質特異性(L-フェニルアラニン、L-ロイシン、L-イソロイシン、L-メチオニンおよびL-バリン)。Substrate specificity (L-phenylalanine, L-leucine) of chimeric enzymes (pBBBS-14 and pBSBB-32) and mutant enzymes of chimeric enzymes (pBBBS-14-4d7, pBBBS-14-16h3 and pBBBS-14-92A3) L-isoleucine, L-methionine and L-valine). 部位特異的変異導入株酵素(pBB123S、pBB123S218S、pBB123S218S287Q)の基質特異性(L-フェニルアラニン、L-ロイシン、L-イソロイシン、L-メチオニンおよびL-バリン)。Substrate specificity (L-phenylalanine, L-leucine, L-isoleucine, L-methionine and L-valine) of site-directed mutagenesis strain enzymes (pBB123S, pBB123S218S, pBB123S218S287Q). 部位特異的変異導入株酵素(pBS124S、pBS82R124SおよびpBS124A)の基質特異性(L-フェニルアラニン、L-ロイシン、L-イソロイシン、L-メチオニンおよびL-バリン)。Substrate specificity (L-phenylalanine, L-leucine, L-isoleucine, L-methionine and L-valine) of site-directed mutagen strain enzymes (pBS124S, pBS82R124S and pBS124A). 部位特異的変異導入株酵素(pBS124S310S、pBS124S310T、pBS124S310A、pBS124G310S、pBS124G310TおよびpBS124G310A)の基質特異性(L-フェニルアラニン、L-ロイシン、L-イソロイシン、L-メチオニン、L-バリンおよびL-チロシン)。Substrate specificity (L-phenylalanine, L-leucine, L-isothionine, L-methionine, L-valine and L-tyrosine) of site-directed mutagenesis enzymes (pBS124S310S, pBS124S310T, pBS124S310A, pBS124G310S, pBS124G310T and pBS124G310A). 部位特異的変異導入株酵素(pBS124S310S)を用いた酵素蛍光定量の検量線(L-メチオニンとL-フェニルアラニン)。Calibration curve (L-methionine and L-phenylalanine) for enzyme fluorescence determination using site-directed mutagenesis enzyme (pBS124S310S).

Claims (15)

Bacillus sphaericus R79a由来のフェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列(配列表の配列番号4に記載)の124番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)に置換し、且つ310番目のアミノ酸残基をセリン(Ser)、スレオニン(Thr)またはアラニン(Ala)に置換した改変酵素。 In the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase derived from Bacillus sphaericus R79a (described in SEQ ID NO: 4 in the sequence listing), the 124th amino acid residue is replaced with serine, and the 310th amino acid residue is serine (Ser). A modified enzyme substituted with threonine (Thr) or alanine (Ala). 請求項1に記載の改変酵素のアミノ酸配列において、1から数個のアミノ酸の欠失、置換及び/又は付加を有するアミノ酸配列(但し、欠失及び/又は置換されるアミノ酸に、124番目のセリン(Ser)、310番目のバリン (Val)は含まない)からなり、メチオニンに対する基質特異性を改善したフェニルアラニン脱水素酵素活性を有する改変酵素。 2. The amino acid sequence of the modified enzyme according to claim 1, wherein the amino acid sequence has one to several amino acid deletions, substitutions and / or additions (provided that the amino acid to be deleted and / or substituted has a serine at position 124). (Ser), 310 valine (Val) consists is not included), modify the enzyme with improved phenylalanine dehydrogenase activity substrate specificity for methionine. フェニルアラニンに対する相対活性を100としたときにメチオニンに対する相対活性が500以上である請求項1〜2のいずれか1項に記載の改変酵素。 The modified enzyme according to any one of claims 1 to 2, wherein the relative activity to methionine is 500 or more when the relative activity to phenylalanine is 100. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の酵素のN末端側に1〜12個のヒスチジンからなるオリゴペプチド(ヒスチジン・タグ)を融合したタンパク質。 A protein in which an oligopeptide (histidine tag) comprising 1 to 12 histidines is fused to the N-terminal side of the enzyme according to any one of claims 1 to 3. 下記いずれかのDNA。
(イ) 配列表の配列番号3に記載の塩基配列からなるDNAであって、370〜372番目のggt(グアニン・グアニン・チミン)がagt(アデニン・グアニン・チミン)、agc(アデニン・グアニン・シトシン)、tct(チミン・シトシン・チミン)、tcc(チミン・シトシン・シトシン)、tca(チミン・シトシン・アデニン)またはtcg(チミン・シトシン・グアニン) 、且つ928〜930番目のgtt(グアニン・チミン・チミン)がtct(チミン・シトシン・チミン)、tcc(チミン・シトシン・シトシン)、tca(チミン・シトシン・アデニン)、tcg(チミン・シトシン・グアニン)、agt(アデニン・グアニン・チミン)、agc(アデニン・グアニン・シトシン)、act(アデニン・シトシン・チミン)、acg(アデニン・シトシン・グアニン)、aca(アデニン・シトシン・アデニン)、acg(アデニン・シトシン・グアニン)、gct(グアニン・シトシン・チミン)、gcc(グアニン・シトシン・シトシン)、gca(グアニン・シトシン・アデニン)またはgcg(グアニン・シトシン・グアニン)であるDNA、
(ロ) (イ)のDNAに相補的な塩基配列からなるDNA。
Any of the following DNA.
(I) DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 3 in the sequence listing, wherein 370th to 372rd ggt (guanine, guanine, thymine) is agt (adenine, guanine, thymine), agc (adenine, guanine, Cytosine), tct (thymine / cytosine / thymine), tcc (thymine / cytosine / cytosine), tca (thymine / cytosine / adenine) or tcg (thymine / cytosine / guanine), and 928th to 930th gtt (guanine / thymine) -Thymine) is tct (thymine, cytosine, thymine), tcc (thymine, cytosine, cytosine), tca (thymine, cytosine, adenine), tcg (thymine, cytosine, guanine), agt (adenine, guanine, thymine), agc (Adenine, guanine, cytosine), act (adenine, cytosine, thymine), acg (adenine, cytosine, guanine), aca (adenine, cytosine, adenine), acg (adenine, cytosine) Shin guanine), gct (guanine cytosine thymine), gcc (guanine cytosine cytosine), DNA is gca (guanine cytosine adenine) or gcg (guanine cytosine guanine),
(B) DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA of (a) .
(ハ) 配列表の配列番号4に記載のアミノ酸配列であって、124番目のアミノ酸がセリン(Ser)、且つ310番目のアミノ酸がセリン(Ser)、スレオニン(Thr)またはアラニン(Ala)のいずれかであるアミノ酸配列をコードするDNA、
(ニ) (ハ)のDNAに相補的な塩基配列からなるDNA。
(C) The amino acid sequence described in SEQ ID NO: 4 in the Sequence Listing, wherein the 124th amino acid is serine (Ser), and the 310th amino acid is serine (Ser), threonine (Thr), or alanine (Ala) DNA encoding the amino acid sequence
(D) DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA of (c) .
請求項5〜6のいずれか1項に記載のDNAを含むベクター。 A vector comprising the DNA according to any one of claims 5 to 6. 請求項5〜6のいずれか1項に記載のDNAのいずれかの末端側に1〜12個のヒスチジンからなるオリゴペプチドをコードするDNAをさらに含む請求項7に記載のベクター。 8. The vector according to claim 7, further comprising DNA encoding an oligopeptide consisting of 1 to 12 histidines on any terminal side of the DNA according to any one of claims 5 to 6. 請求項7または8に記載のベクターで宿主を形質転換した形質転換体。 A transformant obtained by transforming a host with the vector according to claim 7 or 8. 請求項9に記載の形質転換体を培養し、培養物からフェニルアラニン脱水素酵素(EC 1.4.1.20)のメチオニンに対する基質特異性を改善するように、少なくとも1つのアミノ酸が修飾された改変酵素(但し、前記修飾が、フェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列中の124番目のグリシン(Gly)のセリン(Ser)への置換であり、かつ前記修飾が、フェニルアラニン脱水素酵素のアミノ酸配列中の310番目のバリン(Val)のセリン(Ser)、スレオニン(Thr)またはアラニン(Ala)への置換である)を採取する改変酵素の調製方法。 A modified enzyme (provided that at least one amino acid is modified so that the substrate specificity of phenylalanine dehydrogenase (EC 1.4.1.20) to methionine is improved from the culture by culturing the transformant according to claim 9 Wherein the modification is a substitution of serine (Ser) for 124th glycine (Gly) in the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase, and the modification is the 310th valine in the amino acid sequence of phenylalanine dehydrogenase. (Val) is a substitution method for serine (Ser), threonine (Thr) or alanine (Ala). 請求項1〜4のいずれか1項に記載の改変酵素またはタンパク質を用いて、被検試料に含まれるL-メチオニンを分析する方法。 A method for analyzing L-methionine contained in a test sample using the modified enzyme or protein according to any one of claims 1 to 4. L-ロイシン、L-イソロイシン、L-バリンおよびL-フェニルアラニンの少なくとも1つを併せて分析する請求項11に記載の方法。 12. The method according to claim 11, wherein at least one of L-leucine, L-isoleucine, L-valine and L-phenylalanine is analyzed in combination. 被検試料をレサズリン、ジアホラーゼおよびニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD+)と混合し、蛍光発色を検出することを含む、請求項11または12に記載の方法。 13. The method according to claim 11 or 12, comprising mixing a test sample with resazurin, diaphorase and nicotinamide adenine dinucleotide (NAD + ) and detecting fluorescence. 被検試料とレサズリン、ジアホラーゼおよびニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD+)との混合をマイクロプレートのウェル中で行う請求項11〜13のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 11 to 13, wherein the test sample is mixed with resazurin, diaphorase, and nicotinamide adenine dinucleotide (NAD + ) in a well of a microplate. 被検試料が血液試料である請求項11〜14のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 11 to 14, wherein the test sample is a blood sample.
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