JP4274767B2 - (R) -Amidase gene that selectively hydrolyzes amide bond and its use - Google Patents

(R) -Amidase gene that selectively hydrolyzes amide bond and its use Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はアミド結合を立体選択的に加水分解するアミダーゼタンパク質、そのタンパク質をコードするDNA、該DNAを含む組換えDNA分子及びベクター、該ベクター又は組換えDNA分子またはベクターを有する形質転換宿主細胞、並びに該タンパク質または該形質転換宿主細胞またはその処理物をカルボン酸アミド類に作用させ、医・農薬中間原料として有用なキラルカルボン酸類及び/又はキラルカルボン酸アミド類を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ラセミ体の含窒素複素環含有カルボキサミド類を生物工学的に加水分解し、医・農薬中間体として有用な(R)−カルボン酸類及び/又は(S)−カルボキサミド類を製造する方法としては、シュードモナス アゾトフォルマンス(Pseudomonas azotoformans) IAM1603株又はその処理物(特許文献1参照)、あるいはシュードモナス エスピー(Pseudomonas sp.) MCI3433株又はシュードモナス エスピー MCI3434株あるいはそれらの処理物(特許文献2参照)をラセミ体N−tertブチルピペラジン−2−カルボキサミドに作用させ、高い光学純度の(R)−ピペラジン−2−カルボン酸及び/又は(S)−N−tertブチルピペラジン−2−カルボン酸アミドを取得する方法が知られている。
【0003】
しかしながら、例えば特許文献1に記載の手法では菌体又はその処理物を加水分解触媒として用いているが、目的の反応を触媒する酵素含量が不充分、かつ酵素自体が不安定性であり、十分に反応を触媒するには多量の菌体を用意する必要があり、さらに反応生産物の精製に多大な負荷がかかるため、経済的に有利な手法ではなかった。また、例えば特許文献2に記載の手法では微生物菌体またはその処理物の立体選択性が不充分であるため、生産される(R)−体カルボン酸の光学純度が不充分であり、また、(S)−体カルボキサミドは高い光学純度の生産物が得られるが、その収率が低いため経済的に有利な手法ではなかった。
【0004】
【特許文献1】
特開平10−276794号公報
【特許文献2】
特開平10−327890号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、含窒素複素環含有カルボン酸アミド類の(R)−体を立体選択的に加水分解する能力を有する新規アミダーゼ及びそれをコードするDNAを取得すること、並びに該アミダーゼを用いて光学純度の高い(R)−含窒素複素環含有カルボン酸類及び/又は(S)−含窒素複素間含有カルボキサミド類を製造する方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、(R)−N−アルキルピペラジン−2−カルボキサミドを不充分ながら選択的に加水分解することで知られているシュードモナス エスピー MCI3434株から(R)−N−アルキルピペラジン−2−カルボキサミドを選択的に加水分解する酵素を単離し、それをコードするDNAを取得した。このDNAを用いて製造される立体選択的アミダーゼに富んだ組み換え体生物又は高濃度アミダーゼ溶液により、より高い生産性でより高い立体選択的なカルボン酸アミド類の加水分解反応が進行すること見出した。さらに上記アミダーゼのアミノ酸配列と高い一致度(65%)を有するタンパク質を、シュードモナス エルギノーサ(Pseudomonas aeruginosa) PAO1株から単離し、該DNAを有する形質転換宿主細胞を作成し、該形質転換宿主細胞あるいはその生産するタンパク質を、ラセミ体含窒素複素間含有カルボキサミドに作用し、(R)−体特異的にそのアミド結合を加水分解することを見いだし、本発明を完成するに至った。
【0007】
即ち、本発明によれば、以下の理化学的性質を有する立体選択的アミダーゼが提供される。
(A)SDS−PAGEにより測定したみかけの分子量が29,000〜31,000程度である;
(B)(RS)−ピペラジン−2−カルボキサミドまたは(RS)−N−tertブチルピペラジン−2−カルボキサミドを基質として用いたときのアミダーゼ反応の至適pHがpH8付近である;
(C)(RS)−ピペラジン−2−カルボキサミドまたは(RS)−N−tertブチルピペラジン−2−カルボキサミドを基質として用いたときのアミダーゼ反応の至適温度が45〜50℃である;
(D)pH8.0付近において45℃以下の温度で安定である;
(E)p−クロロ水銀安息香酸、Cu2+、Zn2+、Cd2+、Hg2+、Pb2+により活性が完全に阻害される
F)(RS)−ピペラジン−2−カルボキサミドを基質として用いたとき、そのアミド結合を(R)−体選択的に加水分解して(R)−ピペラジン−2−カルボン酸を生成する活性を有する;及び
(G)サブユニット構成がモノマーである。
【0008】
本発明の別の側面によれば、下記の何れかのアミノ酸配列を有するタンパク質が提供される。
(A)配列番号1に記載のアミノ酸配列;
(B)配列番号1に記載のアミノ酸配列において1から複数個のアミノ酸が欠失、付加、若しくは置換されているアミノ酸配列であって、(RS)−ピペラジン−2−カルボキサミドを基質として用いたとき、そのアミド結合を(R)−体選択的に加水分解して(R)−ピペラジン−2−カルボン酸を生成する活性を有するアミノ酸配列。
【0009】
本発明の更に別の側面によれば、下記の何れかの塩基配列を有するDNAが提供される。
(A)配列番号1に記載のアミノ酸配列をコードする塩基配列;
(B)配列番号1に記載のアミノ酸配列において1から複数個のアミノ酸が欠失、付加、若しくは置換されているアミノ酸配列であって、(RS)−ピペラジン−2−カルボキサミドに作用し、そのアミド結合を(R)−体選択的に加水分解して(R)−ピペラジン−2−カルボン酸を生成する活性を有するアミノ酸配列をコードする塩基配列;
(C)配列番号2に記載の塩基配列;
D)配列番号2に記載の塩基配列において1から複数個の塩基が欠失、付加、若しくは置換されている塩基配列であって、(RS)−ピペラジン−2−カルボキサミドを基質として用いたとき、そのアミド結合を(R)−体選択的に加水分解して(R)−ピペラジン−2−カルボン酸を生成する活性を有するタンパク質をコードする塩基配列。
【0010】
本発明のさらに別の側面によれば、上記した本発明のDNAを含む組換えDNA分子またはベクターが提供される。
本発明のさらに別の側面によれば、上記した本発明の組換えDNA分子またはベクターを有する形質転換宿主細胞が提供される。
本発明のさらに別の側面によれば、下記一般式(I)
【0011】
【化7】
【0012】
(式中、Aは、置換されていてもよい主鎖原子数2〜5の炭化水素鎖を示し、該炭化水素鎖には二重結合が含まれていてもよいし、窒素原子または窒素原子以外のヘテロ原子が一個含まれていてもよい。R及びR’は、それぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよいアルキル基又は置換されていても良いアリール基を示す。nは0または1を示す。)で表される(RS)−カルボン酸アミド類に、上記した本発明のアミダーゼ若しくはタンパク質、または形質転換宿主細胞若しくはその処理物を作用させることにより、(R)−体のアミド結合を選択的に加水分解して、下記一般式(II)
【0013】
【化8】
【0014】
(式中、A、R’及びnは前記と同義である。)
で表される(R)−カルボン酸類を生成させた後、これを単離することを特徴とする光学活性な(R)−カルボン酸類の製造方法、および/または残存する下記一般式(III)
【0015】
【化9】
【0016】
(式中、A、R、R’及びnは前記と同義である。)
で表される(S)−カルボン酸アミド類を単離することを特徴とする光学活性な(S)−カルボン酸アミド類の製造方法が提供される
【0017】
以下に、本発明を詳細に説明する。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態および実施方法について詳細に説明する。
(1)本発明のアミダーゼおよびタンパク質
本発明は、以下の理化学的性質を有する立体選択的アミダーゼに関するものである。
(A)SDS−PAGEにより測定したみかけの分子量が29,000〜31,000程度である;
(B)(RS)−ピペラジン−2−カルボキサミドまたは(RS)−N−tertブチルピペラジン−2−カルボキサミドを基質として用いたときのアミダーゼ反応の至適pHがpH8付近である;
(C)(RS)−ピペラジン−2−カルボキサミドまたは(RS)−N−tertブチルピペラジン−2−カルボキサミドを基質として用いたときのアミダーゼ反応の至適温度が45〜50℃である;
(D)pH8.0付近において45℃以下の温度で安定である;
(E)p−クロロ水銀安息香酸、Cu2+、Zn2+、Cd2+、Hg2+、Pb2+により活性が完全に阻害される;及び
(F)(RS)−ピペラジン−2−カルボキサミドを基質として用いたときのアミダーゼ反応の立体選択性が、(R)−体選択的であり、E値が30〜60である。
【0019】
本発明のアミダーゼの例としては、例えば、配列番号1または3記載のアミノ酸配列で表されるタンパク質、それらのホモログであって(R)−体選択的にピペラジン−2−カルボキサミドを加水分解する酵素活性を有するタンパク質、または配列番号1または3記載のアミノ酸配列又はそのホモログのアミノ酸配列を分子内に含むタンパク質である。
【0020】
ここで、本発明のタンパク質のホモログとは、配列番号1または3に示されるアミノ酸配列と60%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは90%以上のホモロジーを有するタンパク質であって、ピペラジン−2−カルボキサミドに作用し、そのアミド結合を(R)−体選択的に加水分解する活性を有するタンパク質をいう。これらのホモログには、配列番号1または3に示されるアミノ酸配列において1から複数個のアミノ酸が欠失、付加または置換されているアミノ酸配列で表されるタンパク質であって、ピペラジン−2−カルボキサミドに作用し、そのアミド結合を(R)−体選択的に加水分解する活性を有するタンパク質も含まれる。
【0021】
ちなみに上記タンパク質のホモロジー検索は、例えば、FASTAプログラムやBLASTプログラムなどを用いて行うことができる。Protein Data Bank(PDB)などのアミノ酸配列データベースを対象としてBLASTプログラムを用いて配列番号1に記載のアミノ酸配のホモロジー検索を行った結果、既知のタンパク質の中で最も高いアミノ酸アイデンティティーを示したのは、配列番号2に記載のシュードモナス エルギノーサ PAO1株のconserved hypothetical protein PA3598(65%)(Stover、C.K.ら、〔Nature、(2000)、406(6799):959−964〕)であった。次に相同性の高いタンパク質として、シノリゾビウム メリロティ 1012株のconserved hypothetical protein (NCBI登録番号:CAC47075)が検索されたが、そのアミノ酸アイデンティティーは36%(Galibert、F.ら〔Science、(2001)、293(5530):668−672〕)であり有意な相同性があるとはいえなかった。
【0022】
また、「配列番号1または3のアミノ酸配列又はそのホモログのアミノ酸配列を分子内に含むタンパク質」とは、該タンパク質のN末端やC末端に蛋白質相互作用、リガンド結合機能又は別の特殊な機能を有するタンパク質を結合させた融合タンパク質を意味する。
融合タンパク質としては、例えば、通常の分子遺伝学的手法を用いてGilbert H.J.ら〔Mol.Microbiol.、4、759−767、(1990)〕やShoseyov O.ら〔米国特許第5496934号〕が報告しているようなセルロース結合機能を有するアミノ酸配列を本発明のタンパク質のN末端やC末端に付加したもの、ニッケル結合機能を有するヒスチジンのヘキサマーを結合させて、該タンパク質に特異的結合能を与えたもの、またKimG.J.ら〔Biotechnol. Bioeng.、68、211−217、(2000)〕記載のような手法により本発明のタンパク質を他の機能を有するタンパク質と融合させたもの等が挙げられる。
【0023】
本発明のタンパク質は、そのアミノ酸配列が明らかになっているので、後述するように、配列番号1または3のアミノ酸配列の一部又は全部をコードする塩基配列を基にして作成したDNAプローブを用いることにより、(R)−ピペラジン−2−カルボキサミド加水分解活性を有する任意の微生物から(R)−体選択的−ピペラジン−2−カルボキサミド加水分解活性を有するタンパク質をコードするDNAを単離することができる。また、DNA合成装置を用いて(R)−体選択的ピペラジン−2−カルボキサミド加水分解活性を有するタンパク質をコードするDNAを合成することもできる。さらに、得られたDNAを用いて分子遺伝学的手法により多量の該タンパク質を製造し、そこから通常の方法により該タンパク質単離することができる。また、上記DNAを有する微生物、例えばシュードモナス エスピー MCI3434株の培養菌体より精製することも出来る。
【0024】
尚、シュードモナス エスピーMCI3434株、及びシュードモナス エルギノーサ PAO1株はともに公知の微生物であり、前者は独立行政法人産業総合研究所特許生物寄託センターにFERM P−16170として寄託登録されており、後者はアメリカンタイプカルチャーコレクション(ATCC)においてシュードモナス エルギノーサ ATCC47085として、またそのゲノムDNAがATCC47085Dとして登録されており、容易に入手可能である。
【0025】
微生物の培養菌体から本発明のタンパク質を単離する方法としては、一般的なタンパク質の精製方法が応用できる。例えば、上記微生物を一般的な微生物用栄養培地、好ましくは窒素源としてニュートリエントブロス及び炭素源としてリンゴ酸を含む培地で培養することで十分に増殖させた後に遠心分離により回収し、超音波破砕処理やフレンチプレス処理により無細胞抽出液とする。この無細胞抽出液から、遠心分離、カラムクロマトグラフィー、電気泳動などの操作により蛋白質の物理化学的な性質の差異を利用して目的とするタンパク質を単離することができる。より推奨される手法としては、上記微生物から無細胞抽出液を調製し、イオン交換クロマトグラフィー、疎水クロマトグラフィー、吸着クロマトグラフィー、及びサイズ排除クロマトグラフィー等を用いて本発明のタンパク質を精製できる。別法として、後述するように配列番号2または4記載のDNAを適当な発現プロモーターとリボゾーム結合配列の下流に保有するベクターを組み込んだ組み換え体生物、好ましくはエシェリヒア コリ(Escherichia coli(以下これを「E.coli」と略称することがある。))の培養菌体から、超音波破砕処理及び遠心分離により無細胞抽出液を調製し、硫安分画、及びイオン交換クロマトグラフィーを用いて本願タンパク質を単離することもできる。
【0026】
以下に、シュードモナス エスピー MCI3434株より単離された、配列番号1に記載のアミノ酸配列を有するタンパク質の物理学的、及び酵素学的性質を示す。
1.分子量: 30128(アミノ酸配列より推定)
29000(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法(以下これを「SDS−PAGE」と略称することがある。)により測定)
36000(ゲル濾過法により測定)
2.サブユニット構成: モノマー
3.アミダーゼ反応至適pH: pH8.0
4.アミダーゼ反応至適温度: 45℃
5.耐熱性:45℃以下で安定である。
6.本タンパク質のアミダーゼ活性を完全に阻害する化合物:p−クロロ水銀安息香酸、Mn2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、Cd2+、Hg2+、Pb2+。7.基質特異性:β−アラニンアミド、D−グルタミンアミド、及び(R)体の含窒素複素環カルボン酸アミド類に対し、高いアミダーゼ活性を示す。より好ましい基質としては、(R)−ピペラジン−2−カルボキサミド、ピペリジン−3−カルボキサミド、(R)−N−tert−ブチルピペラジン−2−カルボキサミドなどが挙げられる。
8.立体選択性:ラセミ体ピペラジン−2−カルボキサミドに作用させた場合、E値は59である。
【0027】
また、シュードモナス エルギノーサ PAO1株より単離された配列番号3に記載のアミノ酸配列を有するタンパク質の物理学的、及び酵素学的性質を以下に示す。
1. 分子量: 29590(アミノ酸配列より推定)
32000(SDS−PAGE)
87000 (ゲル濾過)
2.サブユニット構成: ホモダイマー
3.アミダーゼ反応至適pH: pH8.0
4.アミダーゼ反応至適温度: 50℃
5.耐熱性:45℃以下で安定である。
6.本タンパク質のアミダーゼ活性を完全に阻害する化合物:N−エチルマレイミド、p−クロロ水銀安息香酸、Cu2+、Zn2+、Ag+、Cd2+、Hg2+、Tl+、Pb2+
7.立体選択性:ラセミ体ピペラジン−2−カルボキサミドに作用させた場合、E値は30である。
【0028】
(2)本発明のDNA
本発明のDNAとは上記(1)本発明のアミダーゼおよびタンパク質をコードするDNAである。このDNAには上記タンパク質のホモログをコードするDNA(以下これを「DNAホモログ」と略称することがある。)も含まれる。
上記タンパク質をコードするDNAとしては、例えば、配列番号2または4で表される塩基配列を含むものが挙げられる。
本発明のタンパク質をコードするDNAホモログとは、配列番号1または3に記載のアミノ酸配列に1もしくは複数のアミノ酸が欠失、置換、挿入及び/又は付加されたアミノ酸配列を含むタンパク質をコードするDNAを含む。
【0029】
当業者であれば、配列番号2または4記載のDNAに部位特異的変異導入法(Nucleic Acids Res.10,pp.6487(1982)、Methodsin Enzymol.100,pp.448(1983)、Molecular Cloning 2ndEdt., Cold SpringHarbor Laboratory Press(1989)PCR A Practical Approach IRL Press pp.200(1991))等を用いて適宜置換、欠失、挿入及び/または付加変異を導入することによりDNAホモログを得ることが可能である。
【0030】
またDNAホモログには、配列番号2または4で表される塩基配列またはその相補配列とストリンジェントな条件でハイブリダイズし、上記活性を有するタンパク質をコードするDNAも含まれる。
本明細書において「ストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA」とは、DNAをプローブとして使用し、コロニーハイブリダイゼーション法、プラークハイブリダイゼーション法、あるいはサザンブロットハイブリダイゼーション法等を用いることにより得られるDNAの塩基配列を意味し、例えば、コロニーあるいはプラーク由来のDNAまたは該DNAの断片を固定化したフィルターを用いて、0.7〜1.0MのNaCl存在下65℃でハイブリダイゼーションを行った後、0.1〜2×SSC溶液(1×SSCの組成は、150mM塩化ナトリウム、15mMクエン酸ナトリウム)を用い、65℃条件下でフィルターを洗浄することにより同定できるDNA等を挙げることができる。
【0031】
ハイブリダイゼーションは、Molecular Cloning:A Laboratory Manual、3rd Ed.(ed. SambrookJ. and Russsel D.W.)、Cold Spring Harbor Laboratory Press、Cold Spring Harbor、New York、 2001、以後 「モルキュラークローニング第3版」 と略称することがある。)等に記載されている方法に準じて行うことができる。
【0032】
本発明のタンパク質をコードするDNAは、例えば、以下のような方法によって取得することができる。先ず、(R)−ピペラジン−2−カルボキサミドのアミド結合加水分解活性を有する微生物、またはProtein Data Bank(PDB)などのアミノ酸配列データベースを対象としてBLASTプログラムを用いてアミノ酸配のホモロジー検索により配列番号2、4、またはそれらのホモログを有することが判明した微生物から調製してきた染色体DNAを用いて、常法によりプラスミドライブラリー又はファージライブラリーを作製する。次に、該タンパク質の部分アミノ酸配列の情報を用いて、該タンパク質をコードするDNAの部分断片を取得し、常法によりDNAプローブを作製する。このDNAプローブで上述染色体DNAライブラリーから本発明のタンパク質をコードするDNAを特定し、適当なDNAをサブクローニングすることにより該タンパク質をコードするDNAを取得できる。
【0033】
より具体的には、以下の方法により本発明に係るDNAを取得できる。
1.シュードモナス エスピー MCI3434株より得られた精製(R)−体選択的アミダーゼのN末端、及び内部アミノ酸配列の情報を基に、シュードモナス エスピー MCI3434株の染色体DNAを鋳型としてdegenerate PCR(ポリメラーゼチェインリアクションの略)を行い(Knoth,K.ら、Nucleic Acids Res.、(1988)、16:10932、及びLee,C.C.ら、Science、(1988)、239:1288−1291)、求める(R)−体選択的アミダーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNAの部分断片を得る。これを放射性同位元素を含む核酸により標識し、DNAプローブを作製する。
2.シュードモナス エスピー MCI3434株から染色体DNAを抽出し、適当な制限酵素(例えばFbaIなど)で部分分解する。
3.上記2で得られたDNA断片と、1で作製したDNAプローブを用い、サザンハイブリダイゼーションを行う。
4.上記3で特定されたDNAを抽出精製し、適当なプラスミドベクターに結合し、大腸菌を形質転換する。
5.上記1で作製したDNAプローブを用いてコロニーハイブリダイゼーションを行い、目的のDNA配列を含むクローンのプラスミドを取得する。
6.上記5で得られたプラスミドを用いて、ベクターに組み込まれたシュードモナス エスピー MCI3434株由来のDNAの塩基配列を決定する。
7.決定されたDNA塩基配列中に立体選択的アミダーゼのアミノ酸配列の読み取り枠を見いだし、上記工程で得られたDNA断片中に、アミダーゼの全コード領域が存在することを確認する。
【0034】
上記工程中でDNA、及び組み換え体宿主としてのE.coliの取り扱いに必要な一般的な操作は、当業者間で行われているものであり、例えばモルキュラークローニング第3版に従えば容易に実施できる。使用する酵素、試薬類も全て市販の製品を用いることができ、特に断らない限り製品で指定されている使用条件に従えば完全にそれらの目的を達成することができる。特に、上記1.において菌株からの染色体DNA抽出は、例えばSaitoら[Biochim. Biophys. Acta,72,619−629(1963)]の方法に準じて行うことができる。また、DNAの標識化は従来から汎用されている放射性同位元素あるいはジゴキシゲニン、ビオチン、フルオレセイン等の非放射性化合物のいずれも使用可能であり、RediprimeTMII random prime labelling system(アマシャムファルマシアバイオテク(株))やAlkPhosTM Direct Labelling and Detection System(アマシャムファルマシアバイオテク(株))等を用いれば容易に実施できる。
【0035】
上記4.におけるベクターとしては、例えばpBluescriptSK(−)(Stratagene社)等を使用することができる。
上記6.におけるDNA塩基配列の決定もモルキュラークローニング第3版等に記された公知の方法を用いることができる。例えば、Li−cor DNA Sequencer model 4000L等の機器を付属のマニュアルインストラクションに従って使用すれば容易に実施できる。
【0036】
さらに、配列番号2または4に表される塩基配列を有するDNA又はそのDNAホモログと、それらのうちいずれかと相同性の高い塩基配列を有するDNAをin vivoまたはin vitroでランダムに組み換えることのにより、アミダーゼ活性を有する新しい塩基配列のDNAを取得することができる。この場合、「相同性が高い」とは核酸レベルのアイデンティティーが50%以上ある塩基配列を示す。in vivoにおけるDNAのランダムな組み換えについては、Cherry J.R.ら〔Nat.Biotechnol.、17、333−334(1999)〕の方法、in vitroにおけるDNAのランダムな組み換えについては、Stemmer W.P.C.〔Proc.Natl.Acad.Sci.USA、91、10747−10751(1994)〕の方法、またはZhao H.ら〔Nat.Biotechnol.、16、258−261(1998)〕の方法に従えば実施可能である。特に、CrameriA.ら〔Nature、391、288−291(1998)〕の方法に従えば、お互いに相同性の高い、加水分解酵素をコードするDNAを数種用いてinvitroで組み換えを行い、比活性や立体選択性が向上した立体特異的アミダーゼをコードするDNAを取得することが可能である。
【0037】
(3)本発明のベクター及び形質転換体
上記(2)で取得された本発明のタンパク質をコードするDNAを公知の発現ベクターに挿入することにより、立体選択的アミダーゼ発現ベクターが提供される。また、この発現ベクターで生物細胞を形質転換することにより形質転換体(組み換え体)を得ることができ、得られた形質転換体を培養することにより、立体選択的アミダーゼを取得することができる。
【0038】
本発明の立体選択的アミダーゼを発現させるための形質転換の対象となる宿主細胞としては、宿主自体が本酵素反応に悪影響を与えない限り特に限定されることはなく、宿主ベクター系が確立されている細菌、放線菌、酵母、カビなどの微生物、及び昆虫細胞、植物細胞、動物細胞が好適に利用できる。具体的には以下に示すような微生物、及び高等生物細胞を挙げることができる。
【0039】
エシェリヒア属、バチルス(Bacillus)属、シュードモナス(Pseudomonas)属、ブレビバクテリウム(Brevibacterium)属、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属、ロドコッカス(Rhodococcus)属、ストレプトマイセス(Streptomyces)属、サッカロマイセス(Saccharomyces)属、シゾサッカロマイセス(Shizosaccharomyces)属、ピキア(Pichia)属、キャンディダ(Candida)属、アスペルギルス(Aspergillus)属、蚕、菜種、大豆など。
【0040】
上記で宿主細胞として好ましくは、エシェリヒア属、バチルス属、シュードモナス属、ブレビバクテリウム属、コリネバクテリウム属、及びロドコッカス属微生物であり、特に好ましくは、エシェリヒア属、シュードモナス属、ブレビバクテリウム属及びコリネバクテリウム属微生物である。
本発明のタンパク質をin vivoで製造するには、宿主生物中において安定に存在するベクター中に本発明のDNAを導入するか、もしくは、直接宿主ゲノム中に相同組み換え等の手法により本発明のDNAを導入して組み換えDNA分子を作成し、その遺伝情報を転写・翻訳させる必要がある。
【0041】
このとき、プロモーター及びリボゾーム結合部位(RBS)を本発明のDNA鎖の5’側上流に、より好ましくは転写終結因子を3’側下流にそれぞれ組み込む必要がある。このプロモーター、RBS及び転写終結因子としては、宿主として利用する細胞中において機能することが知られているプロモーター、RBS及び転写終結因子であれば特に限定されず、これら各種生物において利用可能なベクター、プロモーター、RBS、及び転写終結因子に関しては、例えばモルキュラークローニング第3版や「微生物学基礎講座8遺伝子工学・共立出版」などに詳述されている。
【0042】
具体的には、例えばエシェリヒア属、特にE.coliについては、べクターとしてpBR、pUC系プラスミドが挙げられ、lac(β-ガラクトシダーゼ)、trp(トリプトファンオペロン)、tac、 trc、lpp、λファージ PL、PRなどに由来するプロモーターなどが挙げられる。また、転写終結因子としては、trpA由来、ファージ由来、リボゾーマルRNA由来、及びlpp由来などが挙げられる。このようにE.coliをタンパク質合成系として用いる場合には、目的タンパク質は本願DNAを含むベクターの組み換え体E.coliの生育に伴い構成的に、あるいはイソプロピルチオ−β−D−ガラクトシド(以下IPTG)などのタンパク質合成誘導剤の添加により誘導的に製造される。
【0043】
上記記載の方法によりin vivoで立体選択的アミダーゼを製造できるほか、E.coliや小麦胚芽の無細胞蛋白質合成系を用いてin vitroでも該アミダーゼを製造することができる。例えば、E.coliではKigawaら[FEBS Letters、442、15−19(1999)]、小麦胚芽を用いた該合成系についてはMadinら[Proc.Natl.Acad.Sci.USA、97、559−564(2000)]の方法に準じて行うことができる。
【0044】
(4)本発明のアミダーゼを用いた光学活性なカルボン酸及び/またはアミド類の製造
また、本発明は、本発明のタンパク質又は上記で得られる形質転換体を下記一般式(I)
【0045】
【化10】
【0046】
(式中、Aは、置換されていてもよい主鎖原子数2〜5の炭化水素鎖を示し、該炭化水素鎖には二重結合が含まれていてもよいし、窒素原子または窒素原子以外のヘテロ原子が一個含まれていてもよい。R及びR’は、それぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよいアルキル基又は置換されていても良いアリール基を示す。nは0または1を示す。)で表されるカルボン酸アミド類に作用させることにより、(R)−体のアミド結合を選択的に加水分解させた後、下記一般式(II)
【0047】
【化11】
【0048】
(式中、A、R’及びnは前記と同義である。)で表される(R)−体のカルボン酸類または/及び下記一般式(III)
【0049】
【化12】
【0050】
(式中、A、R、R’及びnは前記と同義である。)で表される(S)−体のカルボン酸アミド類を単離することを特徴とする光学活性なカルボン酸類及び/またはアミド類を製造する方法である。
上記一般式(I)中、Aは、置換されていてもよい主鎖原子数2〜5の炭化水素鎖を示し、該炭化水素鎖には二重結合が含まれていてもよいし、窒素原子または窒素原子以外のヘテロ原子が一個含まれていてもよい。すなわちAは、それが結合している窒素原子及び炭素原子と一体となって含窒素複素環基を形成する基であり、形成される含窒素複素環基には、窒素原子以外のヘテロ原子が含まれていても良い。ここで、炭化水素鎖A置換基としては、例えばハロゲン原子、アルキル基、アリール基、水酸基、アミノ基、ニトロ基、カルボキシル基、アルコキシ基等が挙げられる。
【0051】
上記含窒素複素環基として好ましくは5〜7員の含窒素複素環であり、より好ましくは窒素原子を1又は2個含有し、それ以外のヘテロ原子を含有しない含窒素複素環基が挙げられる。上記含窒素複素環基の好ましい具体例としては、ピペリジル基、ピペラジル基、ピラジル基、ピロリジル基が挙げられる。
また、上記含窒素複素環基は反応を阻害しない限りにおいて置換基を有していても良く、上記置換基の具体例としては、置換基R’及びAの置換基と同様の原子または基、すなわちハロゲン原子、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアリール基、水酸基、アミノ基、ニトロ基、カルボキシル基、アルコキシ基等が挙げられ、このうち好ましくは、炭素数1〜4のアルキル基が挙げられる。
【0052】
上記一般式(I)中の置換基RおよびR’としては、水素原子、置換されていても良いアルキル基又は置換されていても良いアリール基を示す。
上記アルキル基は、直鎖、分岐鎖或いは環状のアルキル基が挙げられ、このうち好ましくは炭素数1〜6のものであり、上記アリール基としてはフェニル基又はナフチル基が挙げられる。
【0053】
上記アルキル基又はアリール基の置換基としては、上記Aの炭化水素鎖の置換基として記載したのと同様の基が挙げられる。
上記置換されていても良いアルキル基又はアリール基として好ましい具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、シクロヘキシル基、ベンジル基、トリフルオロメチル基、1−ヒドロキシカルボニルエチル基、フェニル基、トリル基等が挙げられる。
【0054】
上記置換基Rとして、好ましくは、水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基又は置換基を有するフェニル基であり、より好ましくは水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基及びp−ニトロフェニル基である。
この製造方法においては、本発明のタンパク質を蓄積している組み換え体生物、組み換え体生物処理物、本発明のタンパク質が蓄積した無細胞蛋白質合成系反応液及び/又はその処理物が酵素触媒として反応系に添加される。具体的には、上記組み換え体生物を培養して得られた細胞そのまま、あるいはトルエン、界面活性剤などの有機化合物による処理、凍結乾燥処理、物理的破砕処理など公知の手法にて処理した処理物、上記無細胞蛋白質合成系の反応液、さらには上記組み換え体生物処理物、及び無細胞蛋白合成反応液から本発明の立体選択的アミダーゼ活性画分を粗精製画分、又は精製物として取り出して用いることも可能である。さらには、このようにして得られた組み換え体生物、組み換え体生物処理物、酵素画分等をポリアクリルアミドゲル、カラギーナンゲル等の担体に固定化したもの等を用いることも可能である。以下、「高濃度酵素調製物」という用語を、上記組み換え体生物、、無細胞蛋白質合成系反応物、それらの処理物、酵素画分、及び固定化物の全ての概念を包含する言葉として用いる。
【0055】
本反応において、反応原料であるラセミ体のカルボン酸アミド類は、基質濃度が高すぎると酵素が基質阻害を受ける可能性もあるため、通常、0.1mM〜1Mの濃度で、より好ましくは10〜500mMの濃度で反応液に添加する。これらは、反応開始時に一括して添加しても良いが、生成物の蓄積濃度を向上させために連続的もしくは間欠的に添加することもできる。
【0056】
本反応は、水性媒体中もしくは該水性媒体と有機溶媒との混合液中で行われ、上記、水性媒体としては、水、あるいは、リン酸カリウム水溶液、トリス−塩酸水溶液等の緩衝液が挙げられ、また、有機溶媒としては、エタノール、プロパノール等のアルコール類;アセトン等のケトン類;テトラヒドロフラン等のエーテル類;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類;トルエン等の芳香族炭化水素類;クロロホルム等のハロゲン化炭化水素類;n−ヘキサン等脂肪族炭化水素類;ジメチルスルホキシド等の有機化合物が使用できる。
【0057】
反応液のpHはアルカリ状態で反応が好適に進行するが、pH6.0〜9.5であることが好ましく、pH7.0〜9.5がより好ましい。この条件を満たすために、反応中、必要に応じて、希薄な酸またはアルカリ溶液を随時添加してpHを希望の範囲に維持することもできる。
反応温度は0〜50℃で反応は進行するが、25〜45℃で維持することがより好ましい。反応液は必要に応じ攪拌混合される。
【0058】
本発明のタンパク質は上記式(I)で表されるカルボン酸アミド類を立体選択的に加水分解する作用を有するので、反応液中に(R)−体のカルボン酸が生成し、(S)―体のアミド類が残存する。
上記反応で製造された(R)−体のカルボン酸及び/又は残存した(S)−体のアミド化合物(アミド類)は、溶媒抽出、クロマトグラフィー等、通常の分離・精製方法により単離することができる。
【0059】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を越えない限り本発明の技術分野における通常の変更をすることができる。
実施例1:シュードモナス エスピー MCI3434株由来立体選択的アミダーゼの精製
シュードモナス エスピー(Pseudomonas sp.) MCI3434株を表1に示す培地25.0リットルに接種し、25℃で8時間培養し、遠心分離により菌体を取得した。
【0060】
【表1】
【0061】
得られた菌体を超音波破砕し、遠心分離により無細胞抽出液を調製した。これを10mM リン酸カリウム緩衝液(pH7.0)で平衡化したDEAE−Toyopearl樹脂に吸着させイオン交換クロマトグラフィーを行い、その100mMの塩化ナトリウムを含む溶出画分の立体アミダーゼ活性を有する画分を順次硫酸アンモニウムを用いたButyl−Toyopearlカラム、再度DEAE−Toyopearlカラム、Gigapiteカラム、及びFPLC Superdex200を用いてカラムクロマトグラフィーを行い、本タンパク質を単離した。該タンパク質の分子量を決定するべく、SDS−PAGE、及びTSKgel G3000SW(東ソー(株))によるサイズ排除クロマトグラフィーにより測定したところ、それぞれ29000(SDS−PAGE)、及び36000(サイズ排除クロマトグラフィー)であり、サブユニット構成はモノマーであると推定された。
【0062】
実施例2:シュードモナス エスピー MCI3434株由来立体選択的アミダーゼのN−末端アミノ酸配列の決定
実施例1で得られた精製立体特異的アミダーゼのN−末端アミノ酸配列を、自動エドマン分解アミノ酸シークエンサー Prosequencer 6625(ミリポア)を用いて分析した。上記により決定されたN−末端アミノ酸配列を、配列番号5に示す。
【0063】
実施例3:シュードモナス エスピー MCI3434株由来立体選択的アミダーゼをコードするDNAの部分断片の取得
シュードモナス エスピー MCI3434株をTGY培地(表2)100mLに接種し、30℃で12時間培養した。
【0064】
【表2】
【0065】
遠心分離により微生物菌体を取得し、フェノールクロロホルム法を用いて該微生物の染色体DNAを取得した。実施例2で判明した配列番号5のアミノ酸配列と配列相同性の高いアミノ酸配列を含むタンパク質をBLASTプログラムにより検索すると、細菌に由来する数種の加水分解酵素のアミノ酸配列がもっとも高い相同性(30〜60%程度)を示した。そこで、上記の高い相同性を示したシュードモナス エルギノーサ PAO1株の機能未知蛋白質PA3598、ストレプトマイセス コエリコロール A3(2)株の機能未知加水分解酵素SCL6.12c(Redenbach,Mら〔Mol.Microbiol.、(1996)、21(1):77−96)〕及びシュードモナス フロレッセンス のPQQF 5’領域のHypothetical protein(Schneider,U.ら〔Appl.Environ.Microbiol.、(1995)、61(11):3856−3864〕)のアミノ酸配列をアラインメントしたところ共通に存在するアミノ酸配列を2ヶ所選択した(配列番号6:YRKTHL、配列番号7:DIEFPE)。これらの配列を基に、配列番号8及び9(3434HA5、及び3434HA7)に示すPCRプライマーを設計し、耐熱型DNAポリメラーゼ存在下これらのプライマーを添加し、上記MCI3434株染色体DNAを鋳型としてPCR反応を行った。本PCR反応の産物をアガロースゲル電気泳動したところ、120bpのDNAが特異的に増幅されていたので、これをアガロース電気泳動ゲルから抽出精製した。そのDNAの一部をpT7Blue T−Vector(Novagen社)にクローニングしてLi−cor DNA Sequencer model 4000Lを用いて(操作方法は付属のマニュアルインストラクションに従った)塩基配列を決定した(配列番号10)。得られた塩基配列を解析した結果、PCRにより増幅された断片はシュードモナス エスピー MCI3434株由来立体選択的アミダーゼをコードするDNAの部分断片であることが明らかになった。上記Degenerate PCRにより増幅した120bpの精製DNAの残りをRediprimeTMII random prime labelling system(アマシャムファルマシアバイオテク(株))により標識し、DNAプローブを得た。
【0066】
実施例4:シュードモナス エスピー MCI3434株由来立体選択的アミダーゼ遺伝子の単離とその塩基配列の決定
実施例3に記載の方法によりシュードモナス エスピー MCI3434株から染色体DNAを抽出した。本DNAをPstI、EcoRV、またはFbaIで消化した後、実施例3で作製したDNAプローブを用いてサザンハイブリダイゼーションを行った。手法はモルキュラークローニング第3版に従い、ハイブリダイゼーションは40%ホルムアミド、2×SSC、0.1%SDSを含む緩衝液中、42℃で行った。その結果、それぞれ約2.1kbp、約5.5kbp、約5.3 kbpのDNAバンドが検出された。これらのDNAをアガロースゲルから抽出精製し、pBluescriptSK(−)(Stratagene社)のそれぞれPstI、HincIIまたはBamHI部位に挿入し、塩化カルシウムを用いた形質転換方法によりE.coli JM109株に導入した。
【0067】
得られたE.coli JM109の形質転換株を80μg/mLアンピシリンを含むLB寒天培地(1Lの水溶液中にBacto Trypton 10.0g、Bacto Yeast Extract 5.0g、塩化ナトリウム 10.0g、寒天15.0gを含む)に塗布し、37℃で一晩培養した。生じたコロニーをニトロセルロース膜HybondTM ECLTM(アマシャムファルマシアバイオテク(株))にリフティングし、実施例3で取得したDNAプローブを用い、40%ホルムアミド、2×SSC、0.1%SDSを含む緩衝液中、42℃でハイブリダイゼーションを行った。ハイブリダイゼーションの結果、それぞれの陽性のクローンからプラスミド(pRTB1−PstI、pRTB1−EcoRV、pRTB1−FbaI)を取得し、Li−cor DNA Sequencer model 4000Lを用いて、塩基配列を決定した。各配列のオーバーラップする部分をもとにしてつなげたFbaI−PstIのDNA断片6668bpの配列を配列番号11に示す。この6668bpのDNA配列と配列番号10の相同性、及び6668bpのDNAをアミノ酸に翻訳した場合の配列と配列番号5に記載してある精製立体特異的アミダーゼのN末端アミノ酸配列の相同性より、配列番号2のDNA配列が本立体特異的アミダーゼをコードするDNAであることが確認された。配列番号1にDNA配列より予測されるシュードモナス エスピー MCI3434株由来立体選択的アミダーゼのアミノ酸配列を記載する。
【0068】
実施例5:シュードモナス エスピー MCI3434株由来立体選択的アミダーゼのアミノ酸配列に相同性をもつタンパク質の検索
配列番号1記載のアミノ酸配列(274残基)を用いて、National Center for Biotechnology Information(以下、NCBI)のBLASTプログラム(http://www.ncbi.nlm.nih.gov./BLAST/)により相同性の高い蛋白質を検索した。最もアミノ酸アイデンティティーの高いタンパク質は、シュードモナス エルギノーサ(PAO1株)のConserved hypotheticalprotein PA3598であった(アミノ酸アイデンティティー:65%)。次にアミノ酸アイデンティティーの高いタンパク質は、シノリゾビウム メリロティ(1021株)のConserved hypothetical protein(NCBI登録番号:CAC47075)であったが、そのアミノ酸アイデンティティーは36%であった。
【0069】
実施例6:シュードモナス エスピー MCI3434株由来立体選択的アミダーゼのE.coliでの発現
pRTB1−EcoRを鋳型として、プライマーRTB−FとRTB−R(配列番号12及び13)を用いてPCRを行った。得られたPCR反応生成物を精製し、制限酵素HindIII及びXbaIで消化し、同様の酵素で消化したpUC19(宝バイオ社製)に連結してpRTB1EXを作製後、E.coli JM109に塩化カルシウム法で形質転換した。80μg/mLアンピシリンを含むLB寒天培地に形質転換株を塗布し、生育したクローンを取得して、E.coli JM109(pRTB1EX)を得た。
【0070】
実施例7:E.coli JM109(pRTB1EX)からの立体選択的アミダーゼ活性を有するタンパク質の精製
E.coli JM109(pRTB1EX)を80μg/mLアンピシリンを含むLB培地2.5Lで培養後、遠心分離により約10.0gの菌体を得た。これを0.1mM ジチオスレイトール、0.1mM EDTA、及び5.0mM 2−メルカプトエタノールを含む100mMトリス−塩酸緩衝液(pH8.0)に懸濁し、超音波破砕及び遠心分離により無細胞抽出液を得た。これに硫酸アンモニウムを添加し、0〜40%硫酸アンモニウム飽和画分を得た。さらにこれを0.1mM ジチオスレイトール、0.1mM EDTA、及び5.0mM 2−メルカプトエタノールを含む10mMトリス−塩酸緩衝液(pH8.0)(緩衝液A)に溶解・透析後、同緩衝液で平衡化したDEAE−Toyopearlカラムに吸着させ、100mM塩化ナトリウムを含む緩衝液Aで溶出した。目的の立体アミダーゼ活性を有する画分を集め、緩衝液Aで透析した。これをFPLC(アマシャムファルマシアバイオテク社製)のMonoQ HR10/10カラムに供し、0〜500mMの塩化ナトリウムを含む緩衝液Aの直線濃度勾配法で溶出した。溶出後、活性を含む画分を選択し、脱塩・濃縮し精製標品とした。
【0071】
実施例8:シュードモナス エスピー MCI3434株由来立体選択的アミダーゼの酵素学的性質
基質としてN−tert−ブチルピペラジン−2−カルボキサミドを用いて、実施例7で取得した精製酵素のアミド加水分解反応の至適pH、及び至適温度、また本酵素の温度耐性や1mM阻害剤の影響を、加水分解反応により生じるピペラジン−2−カルボン酸をHPLCで定量することにより行った。反応は30℃で20分行い、反応はエタノールの添加により停止し、HPLCのサンプルとした。なお、温度耐性を測定するための熱処理は、各温度において5分のインキュベーションを行い、30℃に調温後その活性を測定した。また阻害剤については、酵素を1mM阻害剤存在下で30℃、5分間インキュベートした後、N−tert−ブチルピペラジン−2−カルボキサミドを添加し30℃で20分間インキュベーションした後、エタノールの添加により反応を停止して下記HPLC条件Aを用いて生成したピペラジン−2−カルボン酸の定量をした。
【0072】
HPLC条件A
カラム:Sumichiral OA−5000
カラム温度:30℃
溶離液:2mMCuSO4 水溶液
流速:1.0mL/分
検出:UV254nm吸光度
その結果を以下の表3、表4にまとめた。
【0073】
【表3】
【0074】
【表4】
【0075】
次に、シュードモナス エスピー MCI3434株由来立体選択的アミダーゼの基質選択性を検討した。基質化合物は20mMの濃度で添加し、100mMトリス−塩酸緩衝液(pH8.0)中、30℃で酵素反応し、分析は下記HPLC条件Bで行った。
ピペラジン−2−カルボキサミドに対する活性を100として、その相対活性を表5に示す。
【0076】
【表5】
【0077】
シュードモナス エスピー MCI3434株由来立体選択的アミダーゼ活性は、ピペラジン−2−カルボキサミド、ピペリジン−3−カルボキサミド、及びβ−アラニンアミドに特に強い活性を示し、D−グルタミンアミドやピペリジン−4−カルボキサミドに弱い活性を示した。また、N−アルキルアミド化合物に対しても有意な活性を示したが、その他のL-あるいはD-アミノ酸アミド、ペプチド、脂肪族アミド、芳香族アミド、ニトリルは加水分解されなかった。
【0078】
実施例9:シュードモナス エスピー MCI3434株由来立体選択的アミダーゼの立体選択性の検討
E.coli JM109(pRTB1EX)を80μg/mLのアンピシリン及び0.5mMIPTGを含むLB培地で培養し、菌体を遠心分離により得た。これの湿菌体重量を測定し、200mMの(RS)−ピペラジン−2−カルボキサミドを含む100mMトリス−塩酸緩衝液(pH8.0)1.0mLに0.48%になるよう添加し30℃で1.1時間反応後エタノールで反応を停止し、HPLC条件Aにより生成したピペラジン−2−カルボン酸の光学純度を測定した。(R)−ピペラジン−2−カルボン酸の光学純度は97.4%e.e.であり、E値は59.0であった。
【0079】
実施例10:E.coli JM109(pRTB1EX)を用いた(RS)−N−tert−ブチルピペラジン−2−カルボキサミドの加水分解反応
E.coli JM109(pRTB1EX)を80μg/mLのアンピシリン及び0.5mMIPTGを含むLB培地で培養し、菌体を遠心分離により得た。これの湿菌体重量を測定し、200mMの(RS)−N−tert−ブチルピペラジン−2−カルボキサミドを含む100mMトリス−塩酸緩衝液(pH8.0)1.0mLにそれぞれ0.4%、及び2.0%になるよう添加し30℃でインキュベートした。一定時間ごとにサンプリングを行い、エタノールで反応を停止後、上記HPLC条件Aにより生成したピペラジン−2−カルボン酸の定量及び光学純度の測定を行った(図1)。その結果、生成した(R)−ピペラジン−2−カルボン酸の光学純度はそれぞれ99.7%及び99.5%e.e.であった。
【0080】
実施例11:シュードモナス エルギノーサ PAO1株の機能未知タンパク質PA3598をコードする遺伝子のクローニング
実施例5で配列番号1記載のアミノ酸配列と最も高いアミノ酸アイデンティティー(65%)を有することが明らかになったシュードモナス エルギノーサ PAO1株の機能未知タンパク質PA3598をコードするDNAを取得するため、公知の(Stover、C.K.ら、〔Nature、(2000)、406(6799):959−964〕)シュードモナス エルギノーサ PAO1株 のゲノムDNA配列に基づき、プライマーPAE1とPAE2(配列番号14及び15)を設計した。これらのプライマーを用いてATCCより購入したシュードモナス エルギノーサ PAO1株のゲノムDNAを鋳型DNAとしPCRを行った。本PCRの産物をアガロースゲル電気泳動し、0.96kbpのDNAをアガロース電気泳動ゲルから抽出精製した。そのDNAの一部をpT7Blue
T−Vector(Novagen社製)にクローニングしてプラスミドpTPAを取得し、Li−cor DNA Sequencer model 4000Lを用いて(操作方法は付属のマニュアルインストラクションに従った)挿入断片の塩基配列を決定し(配列番号16)、得られたDNA断片が配列番号3に記載のPA3598をコードするDNAであることを確認した。
【0081】
実施例12:シュードモナス エルギノーサ PAO1株由来PA3598をコードする遺伝子のE.coliでの発現
実施例11において作製したPA3598遺伝子を含むプラスミドpTPAを鋳型としてプライマーPAEX1とPAEX2(配列番号17及び18)を用いてPCRを行った。得られたPCR反応生成物を精製し、制限酵素HindIII及びXbaIで消化し、同様の酵素で消化したpUC19(宝酒造(株))に連結してプラスミドpAEXを作製後、E.coli JM109に塩化カルシウム法で形質転換した。80μg/mLアンピシリンを含むLB寒天培地に形質転換株を塗布し、生育したクローンを取得して、E.coli JM109(pAEX)を得た。
【0082】
実施例13:E.coli JM109(pPAEX)から立体選択的アミダーゼ活性を有するタンパク質の精製
E.coli JM109(pPAEX)を80μg/mLアンピシリンを含むLB培地2.5Lで培養後、遠心分離により約10.0gの菌体を得た。これを0.1mM ジチオスレイトール、0.1mM EDTA、及び5.0mM 2−メルカプトエタノールを含む100mMトリス−塩酸緩衝液(pH8.0)に懸濁し、超音波破砕及び遠心分離により無細胞抽出液を得た。これに塩化ナトリウムを4 M濃度になるように加え、4M NaCl、 0.1mM ジチオスレイトール、0.1mM EDTA、及び5.0mM 2−メルカプトエタノールを含む10mMトリス−塩酸緩衝液(pH8.0)で平衡化したブチルトヨパールカラムに通し、素通り画分を集めた。これを0.1mM ジチオスレイトール、0.1mM EDTA、及び5.0mM 2−メルカプトエタノールを含む10mMトリス−塩酸緩衝液(pH8.0)(緩衝液A)で透析後、同緩衝液で平衡化したDEAE−Toyopearlカラムに吸着させ、150mM塩化ナトリウムを含む緩衝液Aで溶出した。目的の立体アミダーゼ活性を有する画分を集め、緩衝液Aで透析した。これをFPLC(アマシャムファルマシアバイオテク社製)のSuperdex200 HR10/30カラムに供し、150mMの塩化ナトリウムを含む緩衝液Aで溶出した。溶出後、活性を含む画分を選択し、脱塩・濃縮し精製標品とした。
【0083】
実施例14:シュードモナス エルギノーサ PAO1株由来立体選択的アミダーゼの酵素学的性質
基質として(RS)−ピペラジン−2−カルボキサミドを用いて、実施例13で取得した精製酵素のアミド加水分解反応の至適pH、及び至適温度、また本酵素の温度耐性や1mM阻害剤の影響を、加水分解反応により生じるピペラジン−2−カルボン酸をHPLCで定量することにより行った。反応は30℃で20分行い、反応はエタノールの添加により停止し、HPLCのサンプルとした。なお、温度耐性を測定するための熱処理は、各温度において5分のインキュベーションを行い、30℃に調温後その活性を測定した。また阻害剤については、酵素を1mM阻害剤存在下で30℃、5分間インキュベートした後、(RS)−ピペラジン−2−カルボキサミドを添加し30℃で20分間インキュベーションした後、エタノールの添加により反応を停止して下記HPLC条件Aを用いて生成したピペラジン−2−カルボン酸の定量をした。
その結果を以下の表6、表7にまとめた。
【0084】
【表6】
【0085】
【表7】
【0086】
実施例15:シュードモナス エルギノーサ PAO1株由来立体選択的アミダーゼの立体選択性の検討
E.coli JM109(pAEX)を80μg/mLのアンピシリン及び0.5mM IPTGを含むLB培地で培養し、菌体を遠心分離により得た。これの湿菌体重量を測定し、200mMの(RS)−ピペラジン−2−カルボキサミドを含む100mMトリス−塩酸緩衝液(pH8.0)1.0mLに0.52%になるよう添加し30℃で1.1時間反応後エタノールで反応を停止し、HPLC条件Aにより生成したピペラジン−2−カルボン酸の光学純度を測定した。(R)−ピペラジン−2−カルボン酸の光学純度は94.4%e.e.であり、E値は30.0であった。
【0087】
【配列表】
【0088】
【0089】
【0090】
【0091】
【0092】
【0093】
【0094】
【0095】
【0096】
【0097】
【0098】
【0099】
【0100】
【0101】
【0102】
【0103】
【0104】
【0105】

【図面の簡単な説明】
【図1】 E.coli JM109(pRTB1EX)による(R)−ピペラジン−2−カルボン酸の生成を示す図である。図中、○は(S)−ピペラジン−2−カルボン酸(0.4%湿菌体)、●は(R)−ピペラジン−2−カルボン酸(0.4%湿菌体)、□は(S)−ピペラジン−2−カルボン酸(2.0%湿菌体)、及び■は(R)−ピペラジン−2−カルボン酸(2.0%湿菌体)を示す。(○は□と重なっているため表示されていない。)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an amidase protein that stereoselectively hydrolyzes an amide bond, a DNA encoding the protein, a recombinant DNA molecule and a vector containing the DNA, the vector or a recombinant host molecule having the recombinant DNA molecule or vector, The present invention also relates to a method for producing chiral carboxylic acids and / or chiral carboxylic acid amides useful as intermediate materials for medicines and agricultural chemicals by allowing the protein or the transformed host cell or a processed product thereof to act on the carboxylic acid amides.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a method for producing (R) -carboxylic acids and / or (S) -carboxamides useful as biomedical / agrochemical intermediates by hydrolyzing racemic nitrogen-containing heterocycle-containing carboxamides. Pseudomonas azotoformans IAM1603 strain or treated product thereof (see Patent Document 1), Pseudomonas sp. MCI3433 strain or Pseudomonas sp. MCI3434 strain or treated product thereof (see Patent Document 2) Acting on racemic N-tertbutylpiperazine-2-carboxamide to obtain (R) -piperazine-2-carboxylic acid and / or (S) -N-tertbutylpiperazine-2-carboxylic acid amide with high optical purity The method is known.
[0003]
However, for example, in the technique described in Patent Document 1, cells or treated products thereof are used as a hydrolysis catalyst. However, the enzyme content for catalyzing the target reaction is insufficient, and the enzyme itself is unstable. In order to catalyze the reaction, it is necessary to prepare a large amount of microbial cells, and further, a great load is imposed on the purification of the reaction product, which is not an economically advantageous method. In addition, for example, in the technique described in Patent Document 2, the stereoselectivity of the microbial cell or its processed product is insufficient, so that the optical purity of the (R) -isomer carboxylic acid produced is insufficient, The (S) -form carboxamide provides a product with high optical purity, but it is not an economically advantageous method because of its low yield.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-10-276794
[Patent Document 2]
JP-A-10-327890
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to obtain a novel amidase having the ability to stereoselectively hydrolyze the (R) -form of a nitrogen-containing heterocyclic ring-containing carboxylic acid amide, and a DNA encoding the same, and to use the amidase Another object of the present invention is to provide a method for producing (R) -nitrogen-containing heterocycle-containing carboxylic acids and / or (S) -nitrogen-containing heterocarboxylates having high optical purity.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that Pseudomonas sp. MCI3434 strain, which is known to selectively hydrolyze (R) -N-alkylpiperazine-2-carboxamide, although insufficient. From which an enzyme that selectively hydrolyzes (R) -N-alkylpiperazine-2-carboxamide was isolated, and a DNA encoding the enzyme was obtained. We found that a stereoselective amidase-rich recombinant organism or a high-concentration amidase solution produced using this DNA proceeds a higher stereoselective carboxylic acid amide hydrolysis reaction with higher productivity. . Furthermore, a protein having a high degree of coincidence (65%) with the amino acid sequence of the amidase is isolated from Pseudomonas aeruginosa strain PAO1, and a transformed host cell having the DNA is prepared. It has been found that the protein to be produced acts on a racemic nitrogen-containing complex-containing carboxamide to hydrolyze the amide bond specifically in the (R) -form, thereby completing the present invention.
[0007]
  That is, according to the present invention, a stereoselective amidase having the following physicochemical properties is provided.
(A) The apparent molecular weight measured by SDS-PAGE is about 29,000-31,000;
(B) The optimum pH of the amidase reaction when (RS) -piperazine-2-carboxamide or (RS) -N-tertbutylpiperazine-2-carboxamide is used as a substrate is around pH 8;
(C) The optimal temperature of the amidase reaction when using (RS) -piperazine-2-carboxamide or (RS) -N-tertbutylpiperazine-2-carboxamide as a substrate is 45-50 ° C;
(D) stable at a temperature of 45 ° C. or lower near pH 8.0;
(E) p-chloromercurybenzoic acid, Cu2+, Zn2+, Cd2+, Hg2+, Pb2+Completely inhibits activity;
(F) When (RS) -piperazine-2-carboxamide is used as a substrateThe amide bond(R) -bodyHas the activity of selectively hydrolyzing to produce (R) -piperazine-2-carboxylic acid; and
(G) Subunit structure is monomerIt is.
[0008]
  According to another aspect of the present invention, a protein having any of the following amino acid sequences is provided.
(A) the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1;
(BDistributionColumn index1An amino acid sequence in which one to a plurality of amino acids are deleted, added, or substituted in the described amino acid sequence,(RS)-Piperazine-2-carboxamideAs a substrateThe amide bond is hydrolyzed selectively in the (R) -formTo produce (R) -piperazine-2-carboxylic acidAmino acid sequenceColumn.
[0009]
  According to still another aspect of the present invention, a DNA having any one of the following base sequences is provided.
(A) a base sequence encoding the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1;
(BDistributionColumn index1An amino acid sequence in which one to a plurality of amino acids are deleted, added, or substituted in the described amino acid sequence,(RS)-Acts on piperazine-2-carboxamide and hydrolyzes its amide bond selectively in (R) -formTo produce (R) -piperazine-2-carboxylic acidA nucleotide sequence encoding an amino acid sequence having the activity of:
(CDistributionThe nucleotide sequence set forth in Column No. 2;
(D) DistributionColumn index2A nucleotide sequence in which one to a plurality of bases are deleted, added, or substituted in the described nucleotide sequence,(RS)-Piperazine-2-carboxamideAs a substrateThe amide bond is hydrolyzed selectively in the (R) -formTo produce (R) -piperazine-2-carboxylic acidBase encoding a protein having the activityColumn.
[0010]
According to still another aspect of the present invention, a recombinant DNA molecule or vector comprising the above-described DNA of the present invention is provided.
According to still another aspect of the present invention, there is provided a transformed host cell having the above-described recombinant DNA molecule or vector of the present invention.
According to still another aspect of the present invention, the following general formula (I)
[0011]
[Chemical 7]
[0012]
(In the formula, A represents an optionally substituted hydrocarbon chain having 2 to 5 main chain atoms, the hydrocarbon chain may contain a double bond, and may be a nitrogen atom or a nitrogen atom. And R and R ′ each independently represents a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group or an optionally substituted aryl group, where n is 0 or 1))(RS)-The amide bond of (R) -form is selectively hydrolyzed by allowing the above-described amidase or protein of the present invention, or a transformed host cell or a processed product thereof to act on carboxylic acid amides.do it,The following general formula (II)
[0013]
[Chemical 8]
[0014]
(In the formula, A, R ′ and n are as defined above.)
Represented byA method for producing optically active (R) -carboxylic acids, wherein (R) -carboxylic acids are produced and then isolated;And / orRemainThe following general formula (III)
[0015]
[Chemical 9]
[0016]
(In the formula, A, R, R ′ and n are as defined above.)
(S)-Optically active, characterized by isolating rubonamides(S)-CarvoneAcidProvided is a method for producing amides.
[0017]
The present invention is described in detail below.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments and implementation methods of the present invention will be described in detail.
(1) Amidase and protein of the present invention
The present invention relates to a stereoselective amidase having the following physicochemical properties.
(A) The apparent molecular weight measured by SDS-PAGE is about 29,000-31,000;
(B) The optimum pH of the amidase reaction when (RS) -piperazine-2-carboxamide or (RS) -N-tertbutylpiperazine-2-carboxamide is used as a substrate is around pH 8;
(C) The optimal temperature of the amidase reaction when using (RS) -piperazine-2-carboxamide or (RS) -N-tertbutylpiperazine-2-carboxamide as a substrate is 45-50 ° C;
(D) stable at a temperature of 45 ° C. or lower near pH 8.0;
(E) p-chloromercurybenzoic acid, Cu2+, Zn2+, Cd2+, Hg2+, Pb2+Completely inhibits activity; and
(F) The stereoselectivity of the amidase reaction when (RS) -piperazine-2-carboxamide is used as a substrate is (R) -isomer selective, and the E value is 30-60.
[0019]
Examples of the amidase of the present invention include, for example, proteins represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 or 3, homologs thereof, and an enzyme that hydrolyzes piperazine-2-carboxamide selectively (R) -form A protein having activity, or a protein containing in its molecule the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1 or 3 or the amino acid sequence of a homologue thereof.
[0020]
Here, the homologue of the protein of the present invention is a protein having a homology of 60% or more, preferably 70% or more, more preferably 90% or more with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 3, which is piperazine- A protein having an activity of acting on 2-carboxamide and hydrolyzing its amide bond selectively in the (R) -form. These homologs include proteins represented by amino acid sequences in which one to a plurality of amino acids are deleted, added or substituted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 3, and include piperazine-2-carboxamide. Also included are proteins that act and act to hydrolyze the amide bond selectively in the (R) -form.
[0021]
Incidentally, the homology search of the protein can be performed using, for example, a FASTA program or a BLAST program. As a result of homology search of amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1 using BLAST program for amino acid sequence database such as Protein Data Bank (PDB), it showed the highest amino acid identity among known proteins Was conserved hypothetical protein PA3598 (65%) (Stover, CK, et al. [Nature, (2000), 406 (6799): 959-964]) of Pseudomonas aeruginosa PAO1 strain described in SEQ ID NO: 2. . Next, as a highly homologous protein, conserved hypothetical protein (NCBI accession number: CAC47075) of Sinolizobium meriroti 1012 strain was searched, and its amino acid identity was 36% (Galibert, F. et al. [Science, (2001), 293 (5530): 668-672]), and it could not be said that there was significant homology.
[0022]
In addition, “a protein containing in its molecule the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 or 3 or its homologous amino acid sequence” means a protein interaction, a ligand binding function or another special function at the N-terminus or C-terminus of the protein. It means a fusion protein to which the protein possessed is bound.
Examples of the fusion protein include Gilbert H., et al. Using ordinary molecular genetic techniques. J. et al. [Mol. Microbiol. 4, 759-767, (1990)] and Shoseyov O., et al. (US Pat. No. 5,496,934) reported by adding an amino acid sequence having a cellulose binding function to the N-terminus or C-terminus of the protein of the present invention, and binding a histidine hexamer having a nickel-binding function. , Those that gave specific binding ability to the protein, and KimG. J. et al. [Biotechnol. Bioeng. 68, 211-217, (2000)], and the like. The protein of the present invention is fused with a protein having other functions.
[0023]
Since the amino acid sequence of the protein of the present invention has been clarified, as described later, a DNA probe prepared based on a base sequence encoding part or all of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 or 3 is used. By isolating DNA encoding a protein having (R) -selective-piperazine-2-carboxamide hydrolysis activity from any microorganism having (R) -piperazine-2-carboxamide hydrolysis activity it can. In addition, DNA encoding a protein having (R) -isomer selective piperazine-2-carboxamide hydrolysis activity can also be synthesized using a DNA synthesizer. Furthermore, a large amount of the protein can be produced by molecular genetic techniques using the obtained DNA, and the protein can be isolated therefrom by a conventional method. It can also be purified from a microorganism having the above DNA, for example, cultured cells of Pseudomonas sp. MCI3434 strain.
[0024]
The Pseudomonas sp. MCI3434 strain and Pseudomonas aeruginosa PAO1 strain are both known microorganisms, the former being deposited and registered as FERM P-16170 at the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology Patent Biological Depositary, and the latter being American type culture. In the collection (ATCC), Pseudomonas aeruginosa ATCC 47085 and its genomic DNA are registered as ATCC 47085D and are readily available.
[0025]
As a method for isolating the protein of the present invention from cultured cells of microorganisms, general protein purification methods can be applied. For example, the above microorganisms are grown by culturing in a general microorganism nutrient medium, preferably a medium containing nutritive broth as a nitrogen source and malic acid as a carbon source, and then collected by centrifugation and subjected to ultrasonic disruption. A cell-free extract is obtained by treatment or French press treatment. From the cell-free extract, the target protein can be isolated by utilizing the difference in the physicochemical properties of the protein by operations such as centrifugation, column chromatography, and electrophoresis. As a more recommended technique, a cell-free extract is prepared from the above microorganism, and the protein of the present invention can be purified using ion exchange chromatography, hydrophobic chromatography, adsorption chromatography, size exclusion chromatography, or the like. Alternatively, as will be described later, a recombinant organism, preferably Escherichia coli (hereinafter referred to as “this”), which incorporates a DNA containing the DNA represented by SEQ ID NO: 2 or 4 downstream of an appropriate expression promoter and a ribosome binding sequence. A cell-free extract is prepared from the cultured cells of E. coli) by ultrasonic disruption and centrifugation, and the protein of the present application is prepared using ammonium sulfate fractionation and ion exchange chromatography. It can also be isolated.
[0026]
The physical and enzymatic properties of a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 isolated from Pseudomonas sp. MCI3434 strain are shown below.
1. Molecular weight: 30128 (estimated from amino acid sequence)
29000 (measured by sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (hereinafter sometimes referred to as “SDS-PAGE”))
36000 (measured by gel filtration method)
2. Subunit structure: Monomer
3. Optimum pH of amidase reaction: pH 8.0
4). Optimum temperature for amidase reaction: 45 ° C
5). Heat resistance: stable at 45 ° C. or lower.
6). Compounds that completely inhibit the amidase activity of this protein: p-chloromercurybenzoic acid, Mn2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+, Hg2+, Pb2+. 7. Substrate specificity: High amidase activity for β-alanine amide, D-glutamine amide, and (R) nitrogen-containing heterocyclic carboxylic acid amides. More preferred substrates include (R) -piperazine-2-carboxamide, piperidine-3-carboxamide, (R) -N-tert-butylpiperazine-2-carboxamide, and the like.
8). Stereoselectivity: E value is 59 when reacted with racemic piperazine-2-carboxamide.
[0027]
The physical and enzymatic properties of the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 isolated from Pseudomonas aeruginosa PAO1 are shown below.
1. Molecular weight: 29590 (estimated from amino acid sequence)
32000 (SDS-PAGE)
87000 (gel filtration)
2. Subunit structure: Homodimer
3. Optimum pH of amidase reaction: pH 8.0
4). Amidase reaction optimum temperature: 50 ° C
5). Heat resistance: stable at 45 ° C. or lower.
6). Compounds that completely inhibit the amidase activity of this protein: N-ethylmaleimide, p-chloromercurybenzoic acid, Cu2+, Zn2+, Ag+, Cd2+, Hg2+, Tl+, Pb2+.
7. Stereoselectivity: E value is 30 when reacted with racemic piperazine-2-carboxamide.
[0028]
(2) DNA of the present invention
The DNA of the present invention is a DNA encoding the above-mentioned (1) amidase and protein of the present invention. This DNA includes DNA encoding the homologue of the above protein (hereinafter sometimes referred to as “DNA homologue”).
As DNA which codes the said protein, what contains the base sequence represented by sequence number 2 or 4 is mentioned, for example.
The DNA homolog encoding the protein of the present invention is a DNA encoding a protein comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, substituted, inserted and / or added to the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1 or 3. including.
[0029]
Those skilled in the art will be able to introduce site-directed mutagenesis (Nucleic Acids Res. 10, pp. 6487 (1982), Methods Enzymol. 100, pp. 448 (1983), Molecular Cloning 2nd Edt) into the DNA described in SEQ ID NO: 2 or 4. , Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989) PCR A Practical Approach IRL Press pp.200 (1991)) can be used to obtain DNA homologues as appropriate by introducing substitution, deletion, insertion and / or addition mutations. It is.
[0030]
The DNA homologue also includes DNA that hybridizes with the base sequence represented by SEQ ID NO: 2 or 4 or a complementary sequence thereof under stringent conditions and encodes a protein having the above activity.
In this specification, “DNA that hybridizes under stringent conditions” means DNA obtained by using a DNA as a probe and using a colony hybridization method, a plaque hybridization method, a Southern blot hybridization method, or the like. After performing hybridization at 65 ° C. in the presence of 0.7 to 1.0 M NaCl using, for example, a colony or plaque-derived DNA or a filter on which the DNA fragment is immobilized, Examples include DNA that can be identified by washing the filter under a condition of 65 ° C. using a 0.1 to 2 × SSC solution (the composition of 1 × SSC is 150 mM sodium chloride, 15 mM sodium citrate).
[0031]
Hybridization was performed using Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 3rd Ed. (Ed. Sambrook J. and Russell D.W.), Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York, 2001, and hereinafter may be abbreviated as “Molecular Cloning 3rd Edition”. ) And the like.
[0032]
The DNA encoding the protein of the present invention can be obtained, for example, by the following method. First, SEQ ID NO: 2 by amino acid sequence homology search using a BLAST program for a microorganism having amide bond hydrolysis activity of (R) -piperazine-2-carboxamide or an amino acid sequence database such as Protein Data Bank (PDB). 4 or a chromosomal DNA prepared from a microorganism found to have a homologue thereof, a plasmid library or a phage library is prepared by a conventional method. Next, using the information on the partial amino acid sequence of the protein, a partial fragment of DNA encoding the protein is obtained, and a DNA probe is prepared by a conventional method. By using this DNA probe, DNA encoding the protein of the present invention is identified from the chromosomal DNA library described above, and DNA encoding the protein can be obtained by subcloning an appropriate DNA.
[0033]
More specifically, the DNA according to the present invention can be obtained by the following method.
1. Based on the N-terminal of purified (R) -selective amidase obtained from Pseudomonas sp. MCI3434 and information on the internal amino acid sequence, degenerate PCR (abbreviation of polymerase chain reaction) using the chromosomal DNA of Pseudomonas sp. MCI3434 as a template. (Knoth, K., et al., Nucleic Acids Res., (1988), 16: 10932, and Lee, CC, et al., Science, (1988), 239: 1288-1291), and obtaining (R) -form A partial fragment of DNA encoding a protein having selective amidase activity is obtained. This is labeled with a nucleic acid containing a radioisotope to prepare a DNA probe.
2. Chromosomal DNA is extracted from Pseudomonas sp. MCI3434 strain and partially degraded with an appropriate restriction enzyme (eg, FbaI).
3. Southern hybridization is performed using the DNA fragment obtained in 2 above and the DNA probe prepared in 1.
4). The DNA specified in 3 above is extracted and purified, bound to an appropriate plasmid vector, and transformed into E. coli.
5). Colony hybridization is performed using the DNA probe prepared in 1 above, and a clone plasmid containing the target DNA sequence is obtained.
6). Using the plasmid obtained in 5 above, the base sequence of the DNA derived from Pseudomonas sp. MCI3434 incorporated into the vector is determined.
7. The reading frame of the amino acid sequence of the stereoselective amidase is found in the determined DNA base sequence, and it is confirmed that the entire coding region of the amidase is present in the DNA fragment obtained in the above step.
[0034]
DNA in the above process and E. coli as a recombinant host. The general operations required for handling E. coli are those performed by those skilled in the art, and can be easily performed according to, for example, the 3rd edition of Molecular Cloning. Commercially available products can also be used for the enzymes and reagents used, and unless otherwise specified, the purpose can be completely achieved if the use conditions specified for the products are followed. In particular, the above 1. Extraction of chromosomal DNA from strains in, for example, Saito et al. [Biochim. Biophys. Acta, 72, 619-629 (1963)]. For labeling of DNA, any of the conventionally used radioisotopes or non-radioactive compounds such as digoxigenin, biotin, fluorescein, etc. can be used.TMII random prime labeling system (Amersham Pharmacia Biotech) and AlkPhosTM  It can be easily carried out using Direct Labeling and Detection System (Amersham Pharmacia Biotech Co., Ltd.).
[0035]
4. above. As a vector in p, for example, pBluescriptSK (-) (Stratagene) can be used.
Above 6. The DNA base sequence in can also be determined by a known method described in Molecular Cloning 3rd edition and the like. For example, it can be easily carried out by using a device such as Li-cor DNA Sequencer model 4000L according to the attached manual instructions.
[0036]
Furthermore, by recombining the DNA having the base sequence represented by SEQ ID NO: 2 or 4 or a DNA homolog thereof, and the DNA having a base sequence highly homologous with any of them in vivo or in vitro DNA having a new base sequence having amidase activity can be obtained. In this case, “highly homologous” refers to a nucleotide sequence having a nucleic acid level identity of 50% or more. For random recombination of DNA in vivo, see Cherry J. et al. R. [Nat. Biotechnol. 17, 33-334 (1999)], and random recombination of DNA in vitro, see Stemmer W. et al. P. C. [Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 91, 10747-10651 (1994)], or Zhao H. et al. [Nat. Biotechnol. 16, 258-261 (1998)]. In particular, CrameriA. [Nature, 391, 288-291 (1998)], recombination in vitro using several kinds of DNA encoding a hydrolase having high homology with each other to achieve specific activity and stereoselectivity. It is possible to obtain DNA encoding a stereospecific amidase with improved
[0037]
(3) Vector and transformant of the present invention
A stereoselective amidase expression vector is provided by inserting the DNA encoding the protein of the present invention obtained in (2) above into a known expression vector. Moreover, a transformant (recombinant) can be obtained by transforming a biological cell with this expression vector, and a stereoselective amidase can be obtained by culturing the obtained transformant.
[0038]
The host cell to be transformed for expressing the stereoselective amidase of the present invention is not particularly limited as long as the host itself does not adversely affect the enzyme reaction, and a host vector system has been established. Bacteria, actinomycetes, yeasts, molds, and other microorganisms, insect cells, plant cells, and animal cells can be suitably used. Specific examples include microorganisms and higher biological cells as shown below.
[0039]
Escherichia genus, Bacillus genus, Pseudomonas genus, Brevibacterium genus, Corynebacterium genus, Rhodococcus genus, Streptomyces genus Streptomyces , Shizosaccharomyces genus, Pichia genus, Candida genus, Aspergillus genus, persimmon, rapeseed, soybean, and the like.
[0040]
The host cells are preferably Escherichia, Bacillus, Pseudomonas, Brevibacterium, Corynebacterium, and Rhodococcus microorganisms, and particularly preferably Escherichia, Pseudomonas, Brevibacterium, and Coryne. It is a bacterium belonging to the genus Bacteria.
In order to produce the protein of the present invention in vivo, the DNA of the present invention is introduced into a vector that is stably present in the host organism, or directly into the host genome by a technique such as homologous recombination. To create a recombinant DNA molecule and to transcribe and translate the genetic information.
[0041]
At this time, it is necessary to incorporate a promoter and a ribosome binding site (RBS) on the 5 'upstream side of the DNA strand of the present invention, and more preferably a transcription terminator on the 3' downstream side. The promoter, RBS and transcription terminator are not particularly limited as long as they are known to function in cells used as hosts, RBS and transcription terminators, and vectors usable in these various organisms. The promoter, RBS, and transcription terminator are described in detail in, for example, Molecular Cloning 3rd Edition and “Microbiology Basic Course 8 Genetic Engineering / Kyoritsu Shuppan”.
[0042]
Specifically, for example, Escherichia, particularly E. coli. As for E. coli, vectors include pBR and pUC plasmids, and promoters derived from lac (β-galactosidase), trp (tryptophan operon), tac, trc, lpp, λ phage PL, PR, and the like. Examples of transcription termination factors include trpA-derived, phage-derived, ribosomal RNA-derived, and lpp-derived. In this way, E.I. When using E. coli as a protein synthesis system, the target protein is a recombinant E. coli vector containing the DNA of the present application. It is produced constitutively along with the growth of E. coli or inductively by adding a protein synthesis inducer such as isopropylthio-β-D-galactoside (hereinafter IPTG).
[0043]
In addition to producing a stereoselective amidase in vivo by the method described above, The amidase can also be produced in vitro using a cell-free protein synthesis system of E. coli or wheat germ. For example, E.I. In E. coli, Kagawa et al. [FEBS Letters, 442, 15-19 (1999)], and for the synthesis system using wheat germ, Madin et al. [Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97, 559-564 (2000)].
[0044]
(4) Production of optically active carboxylic acids and / or amides using the amidase of the present invention
In the present invention, the protein of the present invention or the transformant obtained above is represented by the following general formula (I):
[0045]
[Chemical Formula 10]
[0046]
(In the formula, A represents an optionally substituted hydrocarbon chain having 2 to 5 main chain atoms, the hydrocarbon chain may contain a double bond, and may be a nitrogen atom or a nitrogen atom. And R and R ′ each independently represents a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group or an optionally substituted aryl group, where n is 0 or 1), the amide bond of the (R) -form is selectively hydrolyzed by acting on a carboxylic acid amide represented by the following general formula (II):
[0047]
Embedded image
[0048]
(Wherein, A, R ′ and n are as defined above) (R) -form carboxylic acids represented by the formula: and / or the following general formula (III)
[0049]
Embedded image
[0050]
(Wherein A, R, R ′ and n are as defined above) (S) -form carboxylic acid amides are isolated and optically active carboxylic acids and / or Or it is the method of manufacturing amides.
In the above general formula (I), A represents an optionally substituted hydrocarbon chain having 2 to 5 main chain atoms, and the hydrocarbon chain may contain a double bond, or nitrogen. One hetero atom other than an atom or a nitrogen atom may be contained. That is, A is a group that forms a nitrogen-containing heterocyclic group together with the nitrogen atom and carbon atom to which it is bonded, and in the formed nitrogen-containing heterocyclic group, a hetero atom other than the nitrogen atom is present. It may be included. Here, examples of the hydrocarbon chain A substituent include a halogen atom, an alkyl group, an aryl group, a hydroxyl group, an amino group, a nitro group, a carboxyl group, and an alkoxy group.
[0051]
The nitrogen-containing heterocyclic group is preferably a 5- to 7-membered nitrogen-containing heterocyclic group, more preferably a nitrogen-containing heterocyclic group containing 1 or 2 nitrogen atoms and no other heteroatoms. . Preferable specific examples of the nitrogen-containing heterocyclic group include piperidyl group, piperazyl group, pyrazyl group and pyrrolidyl group.
The nitrogen-containing heterocyclic group may have a substituent as long as it does not inhibit the reaction. Specific examples of the substituent include the same atoms or groups as those of the substituents R ′ and A, That is, a halogen atom, an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted aryl group, a hydroxyl group, an amino group, a nitro group, a carboxyl group, an alkoxy group, and the like can be given. Of the alkyl group.
[0052]
In the general formula (I), the substituents R and R ′ represent a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group, or an optionally substituted aryl group.
Examples of the alkyl group include straight-chain, branched-chain, and cyclic alkyl groups. Of these, those having 1 to 6 carbon atoms are preferable, and examples of the aryl group include a phenyl group and a naphthyl group.
[0053]
Examples of the substituent of the alkyl group or aryl group include the same groups as those described as the substituent of the hydrocarbon chain of A.
Specific examples of the alkyl group or aryl group which may be substituted include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, t-butyl group, cyclohexyl group, benzyl group, trifluoro group. Examples include a methyl group, 1-hydroxycarbonylethyl group, phenyl group, tolyl group and the like.
[0054]
The substituent R is preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or a phenyl group having a substituent, more preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms and a p-nitrophenyl group. It is.
In this production method, the recombinant organism accumulating the protein of the present invention, the processed product of the recombinant organism, the cell-free protein synthesis reaction solution in which the protein of the present invention is accumulated and / or the treated product react as an enzyme catalyst. Added to the system. Specifically, the cells obtained by culturing the above-mentioned recombinant organisms, or processed products treated by known techniques such as treatment with organic compounds such as toluene and surfactant, freeze-drying treatment, physical disruption treatment, etc. Then, the stereoselective amidase activity fraction of the present invention is taken out from the reaction solution of the cell-free protein synthesis system, and further from the processed product of the recombinant organism and the cell-free protein synthesis reaction solution as a crudely purified fraction or a purified product. It is also possible to use it. Furthermore, it is also possible to use a recombinant organism, a recombinant organism treatment product, an enzyme fraction, and the like obtained as described above immobilized on a carrier such as polyacrylamide gel and carrageenan gel. Hereinafter, the term “high-concentration enzyme preparation” is used as a term encompassing all the concepts of the above-mentioned recombinant organisms, cell-free protein synthesis reaction products, processed products thereof, enzyme fractions, and immobilized products.
[0055]
In this reaction, racemic carboxylic acid amides, which are reaction raw materials, may be subject to substrate inhibition if the substrate concentration is too high. Therefore, the concentration is usually 0.1 mM to 1 M, and more preferably 10 mM. Add to the reaction at a concentration of ~ 500 mM. These may be added all at once at the start of the reaction, but can also be added continuously or intermittently in order to improve the accumulated concentration of the product.
[0056]
This reaction is carried out in an aqueous medium or in a mixed liquid of the aqueous medium and an organic solvent. Examples of the aqueous medium include water or a buffer solution such as an aqueous potassium phosphate solution or an aqueous tris-hydrochloric acid solution. Examples of organic solvents include alcohols such as ethanol and propanol; ketones such as acetone; ethers such as tetrahydrofuran; esters such as ethyl acetate and butyl acetate; aromatic hydrocarbons such as toluene; Halogenated hydrocarbons; aliphatic hydrocarbons such as n-hexane; organic compounds such as dimethyl sulfoxide can be used.
[0057]
Although the reaction proceeds suitably in an alkaline state, the pH of the reaction solution is preferably pH 6.0 to 9.5, more preferably pH 7.0 to 9.5. In order to satisfy this condition, a dilute acid or alkali solution can be added as needed during the reaction to maintain the pH within a desired range.
The reaction proceeds at a reaction temperature of 0 to 50 ° C., but is more preferably maintained at 25 to 45 ° C. The reaction solution is stirred and mixed as necessary.
[0058]
Since the protein of the present invention has the effect of stereoselectively hydrolyzing the carboxylic acid amides represented by the above formula (I), (R) -form carboxylic acid is generated in the reaction solution, and (S) -Remaining amides remain.
The (R) -form carboxylic acid and / or the remaining (S) -form amide compound (amides) produced by the above reaction are isolated by a conventional separation / purification method such as solvent extraction or chromatography. be able to.
[0059]
【Example】
EXAMPLES The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples, and usual modifications in the technical field of the present invention can be made without departing from the gist thereof. .
Example 1: Purification of Pseudomonas sp. MCI3434 Stereoselective Amidase
Pseudomonas sp. MCI3434 strain was inoculated into 25.0 liters of the medium shown in Table 1, cultured at 25 ° C. for 8 hours, and the cells were obtained by centrifugation.
[0060]
[Table 1]
[0061]
The obtained cells were sonicated and a cell-free extract was prepared by centrifugation. This is adsorbed on DEAE-Toyopearl resin equilibrated with 10 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0) and subjected to ion exchange chromatography, and a fraction having a stereoamidase activity of the eluted fraction containing 100 mM sodium chloride is obtained. This protein was isolated by sequential column chromatography using a Butyl-Toyopearl column using ammonium sulfate, DEAE-Toyopearl column, Gigapite column, and FPLC Superdex 200 again. In order to determine the molecular weight of the protein, it was 29000 (SDS-PAGE) and 36000 (size exclusion chromatography), respectively, as measured by size exclusion chromatography with SDS-PAGE and TSKgel G3000SW (Tosoh Corp.). The subunit composition was assumed to be monomeric.
[0062]
Example 2: Determination of N-terminal amino acid sequence of a stereoselective amidase derived from Pseudomonas sp. MCI3434
The N-terminal amino acid sequence of the purified stereospecific amidase obtained in Example 1 was analyzed using an automated Edman degradation amino acid sequencer Prosequencer 6625 (Millipore). The N-terminal amino acid sequence determined as described above is shown in SEQ ID NO: 5.
[0063]
Example 3: Acquisition of a partial fragment of DNA encoding a stereoselective amidase derived from Pseudomonas sp. MCI3434
Pseudomonas sp. MCI3434 strain was inoculated into 100 mL of TGY medium (Table 2) and cultured at 30 ° C. for 12 hours.
[0064]
[Table 2]
[0065]
Microbial cells were obtained by centrifugation, and chromosomal DNA of the microorganism was obtained using the phenol chloroform method. When a protein containing an amino acid sequence having a high sequence homology with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 5 found in Example 2 was searched using the BLAST program, the amino acid sequences of several hydrolases derived from bacteria had the highest homology (30 About 60%). Therefore, Pseudomonas aeruginosa PAO1 strain unknown protein PA3598, Streptomyces coelicolor A3 (2) strain unknown hydrolase SCL6.12c (Redenbach, M et al. [Mol. Microbiol., ( 1996), 21 (1): 77-96)] and Hypothetical protein (Schneider, U. et al. [Appl. Environ. Microbiol., (1995), 61 (11): 3856-] of the PQQF 5 ′ region of Pseudomonas florescence. 3864]) was aligned, and two amino acid sequences that exist in common were selected (SEQ ID NO: 6: YRKTHL, SEQ ID NO: 7: DIEFPE). Based on these sequences, PCR primers shown in SEQ ID NOs: 8 and 9 (3434HA5 and 3434HA7) are designed, these primers are added in the presence of heat-resistant DNA polymerase, and PCR reaction is carried out using the MCI3434 strain chromosomal DNA as a template. went. When the product of this PCR reaction was subjected to agarose gel electrophoresis, 120 bp of DNA was specifically amplified, and this was extracted and purified from the agarose electrophoresis gel. A part of the DNA was cloned into pT7Blue T-Vector (Novagen), and the base sequence was determined using Li-cor DNA Sequencer model 4000L (the operation method was in accordance with the attached manual instructions) (SEQ ID NO: 10). . As a result of analyzing the obtained nucleotide sequence, it was revealed that the fragment amplified by PCR was a partial fragment of a DNA encoding a stereoselective amidase derived from Pseudomonas sp. MCI3434. The remainder of the 120 bp purified DNA amplified by the above Degenerate PCR was used as a rediprime.TMIt was labeled with II random prime labeling system (Amersham Pharmacia Biotech Co., Ltd.) to obtain a DNA probe.
[0066]
Example 4: Isolation of a stereoselective amidase gene from Pseudomonas sp. MCI3434 strain and determination of its nucleotide sequence
Chromosomal DNA was extracted from Pseudomonas sp. MCI3434 strain by the method described in Example 3. This DNA was digested with PstI, EcoRV, or FbaI, and then Southern hybridization was performed using the DNA probe prepared in Example 3. The procedure was in accordance with the third edition of Molecular Cloning, and hybridization was performed at 42 ° C. in a buffer containing 40% formamide, 2 × SSC, and 0.1% SDS. As a result, DNA bands of about 2.1 kbp, about 5.5 kbp, and about 5.3 kbp were detected, respectively. These DNAs were extracted and purified from an agarose gel, inserted into the PstI, HincII or BamHI sites of pBluescriptSK (−) (Stratagene), respectively, and transformed into E. coli by a transformation method using calcium chloride. E. coli strain JM109.
[0067]
The obtained E.I. E. coli JM109 transformed strain was applied to LB agar medium containing 80 μg / mL ampicillin (1 L aqueous solution containing Bacto Trypton 10.0 g, Bacto Yeast Extract 5.0 g, sodium chloride 10.0 g, agar 15.0 g) And cultured overnight at 37 ° C. The resulting colonies were nitrocellulose membrane HybondTM  ECLTM(Amersham Pharmacia Biotech Co., Ltd.) was used for hybridization at 42 ° C. in a buffer containing 40% formamide, 2 × SSC, and 0.1% SDS using the DNA probe obtained in Example 3. . As a result of the hybridization, plasmids (pRTB1-PstI, pRTB1-EcoRV, pRTB1-FbaI) were obtained from each positive clone, and the nucleotide sequence was determined using Li-cor DNA Sequencer model 4000L. The sequence of FbaI-PstI DNA fragment 6668 bp connected based on overlapping portions of each sequence is shown in SEQ ID NO: 11. From the homology of this 6668 bp DNA sequence with SEQ ID NO: 10, and the homology of the N-terminal amino acid sequence of the purified stereospecific amidase described in SEQ ID NO: 5 with the sequence when the 6668 bp DNA is translated into amino acids It was confirmed that the DNA sequence of No. 2 was DNA encoding this stereospecific amidase. SEQ ID NO: 1 describes the amino acid sequence of a stereoselective amidase derived from Pseudomonas sp. MCI3434 predicted from the DNA sequence.
[0068]
Example 5: Search for proteins having homology to the amino acid sequence of stereoselective amidase derived from Pseudomonas sp. MCI3434
Using the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1 (274 residues), the BLAST program (http://www.ncbi.nlm.nih.gov./BLAST/) of National Center for Biotechnology Information (hereinafter NCBI) is used. We searched for highly protein. The protein with the highest amino acid identity was Conserved hypothetical protein PA3598 of Pseudomonas aeruginosa (strain PAO1) (amino acid identity: 65%). Next, the protein having the highest amino acid identity was Conserved hypothetical protein (NCBI accession number: CAC47075) of Synorizobium meriroti (1021 strain), and its amino acid identity was 36%.
[0069]
Example 6: Pseudomonas sp. MCI3434 strain-derived stereoselective amidase E. coli expression in E. coli
PCR was performed using pRTB1-EcoR as a template and primers RTB-F and RTB-R (SEQ ID NOs: 12 and 13). The obtained PCR reaction product was purified, digested with restriction enzymes HindIII and XbaI, and ligated to pUC19 (manufactured by Takara Bio Inc.) digested with the same enzymes to prepare pRTB1EX. E. coli JM109 was transformed by the calcium chloride method. The transformed strain was applied to an LB agar medium containing 80 μg / mL ampicillin, and a grown clone was obtained. E. coli JM109 (pRTB1EX) was obtained.
[0070]
Example 7: E.I. Purification of a protein having stereoselective amidase activity from E. coli JM109 (pRTB1EX)
E. E. coli JM109 (pRTB1EX) was cultured in 2.5 L of LB medium containing 80 μg / mL ampicillin, and then about 10.0 g of cells were obtained by centrifugation. This was suspended in 100 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) containing 0.1 mM dithiothreitol, 0.1 mM EDTA, and 5.0 mM 2-mercaptoethanol, and cell-free extract was obtained by sonication and centrifugation. Got. Ammonium sulfate was added thereto to obtain a 0 to 40% ammonium sulfate saturated fraction. Further, this was dissolved in 10 mM Tris-HCl buffer solution (pH 8.0) (buffer A) containing 0.1 mM dithiothreitol, 0.1 mM EDTA, and 5.0 mM 2-mercaptoethanol. The column was adsorbed on a DEAE-Toyopearl column equilibrated with, and eluted with buffer A containing 100 mM sodium chloride. Fractions having the desired steric amidase activity were collected and dialyzed against buffer A. This was applied to a MonoQ HR10 / 10 column of FPLC (manufactured by Amersham Pharmacia Biotech) and eluted with a linear concentration gradient method of buffer A containing 0 to 500 mM sodium chloride. After elution, a fraction containing activity was selected, desalted and concentrated to obtain a purified sample.
[0071]
Example 8: Enzymatic properties of a stereoselective amidase from Pseudomonas sp. MCI3434 strain
Using N-tert-butylpiperazine-2-carboxamide as a substrate, the optimum pH and temperature of the amide hydrolysis reaction of the purified enzyme obtained in Example 7, the temperature tolerance of the enzyme and the 1 mM inhibitor The effect was performed by quantifying the piperazine-2-carboxylic acid produced by the hydrolysis reaction by HPLC. The reaction was carried out at 30 ° C. for 20 minutes, and the reaction was stopped by adding ethanol to prepare an HPLC sample. In addition, the heat processing for measuring temperature tolerance performed incubation for 5 minutes in each temperature, measured the activity after adjusting temperature to 30 degreeC. As for the inhibitor, the enzyme was incubated at 30 ° C. for 5 minutes in the presence of 1 mM inhibitor, then N-tert-butylpiperazine-2-carboxamide was added, incubated at 30 ° C. for 20 minutes, and then reacted by adding ethanol. The piperazine-2-carboxylic acid produced was quantified using the following HPLC condition A.
[0072]
HPLC condition A
Column: Sumichiral OA-5000
Column temperature: 30 ° C
Eluent: 2 mM CuSOFour  Aqueous solution
Flow rate: 1.0 mL / min
Detection: UV254nm absorbance
The results are summarized in Tables 3 and 4 below.
[0073]
[Table 3]
[0074]
[Table 4]
[0075]
Next, the substrate selectivity of the stereoselective amidase derived from Pseudomonas sp. MCI3434 strain was examined. The substrate compound was added at a concentration of 20 mM, and an enzyme reaction was performed at 30 ° C. in 100 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0). The analysis was performed under the following HPLC condition B.
The activity against piperazine-2-carboxamide is defined as 100, and the relative activity is shown in Table 5.
[0076]
[Table 5]
[0077]
Pseudomonas sp. MCI3434-derived stereoselective amidase activity shows particularly strong activity for piperazine-2-carboxamide, piperidine-3-carboxamide, and β-alanineamide, and weak activity for D-glutamineamide and piperidine-4-carboxamide. Indicated. In addition, it showed significant activity against N-alkylamide compounds, but other L- or D-amino acid amides, peptides, aliphatic amides, aromatic amides and nitriles were not hydrolyzed.
[0078]
Example 9: Examination of stereoselectivity of Pseudomonas sp. MCI3434-derived stereoselective amidase
E. E. coli JM109 (pRTB1EX) was cultured in LB medium containing 80 μg / mL ampicillin and 0.5 mM IPTG, and the cells were obtained by centrifugation. The wet cell weight of this was measured, added to 1.0 mL of 100 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) containing 200 mM (RS) -piperazine-2-carboxamide, and added at 30 ° C. After the reaction for 1.1 hours, the reaction was stopped with ethanol, and the optical purity of piperazine-2-carboxylic acid produced under HPLC condition A was measured. The optical purity of (R) -piperazine-2-carboxylic acid is 97.4% e.e. e. And the E value was 59.0.
[0079]
Example 10: E.I. hydrolysis reaction of (RS) -N-tert-butylpiperazine-2-carboxamide using E. coli JM109 (pRTB1EX)
E. E. coli JM109 (pRTB1EX) was cultured in LB medium containing 80 μg / mL ampicillin and 0.5 mM IPTG, and the cells were obtained by centrifugation. The wet cells were weighed and 0.4% each in 1.0 mL of 100 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) containing 200 mM (RS) -N-tert-butylpiperazine-2-carboxamide, and Added to 2.0% and incubated at 30 ° C. Sampling was performed at regular intervals, and after stopping the reaction with ethanol, the piperazine-2-carboxylic acid produced under the above HPLC condition A was quantified and the optical purity was measured (FIG. 1). As a result, the optical purity of the produced (R) -piperazine-2-carboxylic acid was 99.7% and 99.5% e.e., respectively. e. Met.
[0080]
Example 11: Cloning of a gene encoding Pseudomonas aeruginosa PAO1 strain unknown function protein PA3598
In order to obtain a DNA encoding the unknown function protein PA3598 of Pseudomonas aeruginosa strain PAO1 which was revealed to have the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 and the highest amino acid identity (65%) in Example 5, Stover, CK, et al. [Nature, (2000), 406 (6799): 959-964]) Primers PAE1 and PAE2 (SEQ ID NOs: 14 and 15) were designed based on the genomic DNA sequence of Pseudomonas aeruginosa PAO1 strain. . Using these primers, PCR was performed using the genomic DNA of P. aeruginosa PAO1 strain purchased from ATCC as a template DNA. The product of this PCR was subjected to agarose gel electrophoresis, and 0.96 kbp DNA was extracted and purified from the agarose electrophoresis gel. PT7Blue part of the DNA
The plasmid pTPA was obtained by cloning into T-Vector (manufactured by Novagen), and the base sequence of the inserted fragment was determined using Li-cor DNA Sequencer model 4000L (the operation method was in accordance with the attached manual instructions). No. 16) and the obtained DNA fragment was confirmed to be DNA encoding PA3598 described in SEQ ID NO: 3.
[0081]
Example 12 Pseudomonas aeruginosa PAO1 strain-derived PA3598-derived gene encoding E. coli expression in E. coli
PCR was performed using primers pAEX1 and PAEX2 (SEQ ID NOs: 17 and 18) using the plasmid pTPA containing the PA3598 gene prepared in Example 11 as a template. The obtained PCR reaction product was purified, digested with restriction enzymes HindIII and XbaI, and ligated to pUC19 (Takara Shuzo Co., Ltd.) digested with the same enzymes to prepare plasmid pAEX. E. coli JM109 was transformed by the calcium chloride method. The transformed strain was applied to an LB agar medium containing 80 μg / mL ampicillin, and a grown clone was obtained. E. coli JM109 (pAEX) was obtained.
[0082]
Example 13: E.I. Purification of a protein having stereoselective amidase activity from E. coli JM109 (pPAEX)
E. After culturing E. coli JM109 (pPAEX) in 2.5 L of LB medium containing 80 μg / mL ampicillin, about 10.0 g of cells were obtained by centrifugation. This was suspended in 100 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) containing 0.1 mM dithiothreitol, 0.1 mM EDTA, and 5.0 mM 2-mercaptoethanol, and cell-free extract was obtained by sonication and centrifugation. Got. To this was added sodium chloride to a concentration of 4 M, and 10 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) containing 4 M NaCl, 0.1 mM dithiothreitol, 0.1 mM EDTA, and 5.0 mM 2-mercaptoethanol. And passed through a butyl Toyopearl column equilibrated with 1. This was dialyzed with 10 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) (buffer A) containing 0.1 mM dithiothreitol, 0.1 mM EDTA, and 5.0 mM 2-mercaptoethanol, and then equilibrated with the same buffer. The sample was adsorbed on the DEAE-Toyopearl column and eluted with buffer A containing 150 mM sodium chloride. Fractions having the desired steric amidase activity were collected and dialyzed against buffer A. This was applied to a Superdex 200 HR10 / 30 column of FPLC (Amersham Pharmacia Biotech) and eluted with buffer A containing 150 mM sodium chloride. After elution, a fraction containing activity was selected, desalted and concentrated to obtain a purified sample.
[0083]
Example 14 Pseudomonas aeruginosa Enzymological properties of stereoselective amidase derived from PAO1 strain
Using (RS) -piperazine-2-carboxamide as a substrate, the optimum pH and temperature of the amide hydrolysis reaction of the purified enzyme obtained in Example 13, the temperature tolerance of this enzyme and the influence of 1 mM inhibitor Was performed by quantifying the piperazine-2-carboxylic acid produced by the hydrolysis reaction by HPLC. The reaction was carried out at 30 ° C. for 20 minutes, and the reaction was stopped by adding ethanol to prepare an HPLC sample. In addition, the heat processing for measuring temperature tolerance performed incubation for 5 minutes in each temperature, measured the activity after adjusting temperature to 30 degreeC. As for the inhibitor, the enzyme was incubated at 30 ° C. for 5 minutes in the presence of 1 mM inhibitor, (RS) -piperazine-2-carboxamide was added and incubated at 30 ° C. for 20 minutes, and then the reaction was performed by adding ethanol. After stopping, the piperazine-2-carboxylic acid produced | generated using the following HPLC conditions A was quantified.
The results are summarized in Tables 6 and 7 below.
[0084]
[Table 6]
[0085]
[Table 7]
[0086]
Example 15: Examination of stereoselectivity of Pseudomonas aeruginosa PAO1 strain-derived stereoselective amidase
E. E. coli JM109 (pAEX) was cultured in LB medium containing 80 μg / mL ampicillin and 0.5 mM IPTG, and the cells were obtained by centrifugation. The wet cell weight of this was measured, and it was added to 1.0 mL of 100 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) containing 200 mM (RS) -piperazine-2-carboxamide at 0.52%. After the reaction for 1.1 hours, the reaction was stopped with ethanol, and the optical purity of piperazine-2-carboxylic acid produced under HPLC condition A was measured. The optical purity of (R) -piperazine-2-carboxylic acid is 94.4% e.e. e. And the E value was 30.0.
[0087]
[Sequence Listing]
[0088]
[0089]
[0090]
[0091]
[0092]
[0093]
[0094]
[0095]
[0096]
[0097]
[0098]
[0099]
[0100]
[0101]
[0102]
[0103]
[0104]
[0105]

[Brief description of the drawings]
FIG. It is a figure which shows the production | generation of (R) -piperazine-2-carboxylic acid by E. coli JM109 (pRTB1EX). In the figure, ○ is (S) -piperazine-2-carboxylic acid (0.4% wet cell), ● is (R) -piperazine-2-carboxylic acid (0.4% wet cell), and □ is ( S) -piperazine-2-carboxylic acid (2.0% wet cell) and ▪ indicate (R) -piperazine-2-carboxylic acid (2.0% wet cell). (○ is not displayed because it overlaps with □.)

Claims (9)

シュードモナス属由来の下記の理化学的性質を有する立体選択的アミダーゼ。
(A)SDS−PAGEにより測定したみかけの分子量が29,000〜31,000程度である;
(B)(RS)−ピペラジン−2−カルボキサミドまたは(RS)−N−tertブチルピペラジン−2−カルボキサミドを基質として用いたときのアミダーゼ反応の至適pHがpH8付近である;
(C)(RS)−ピペラジン−2−カルボキサミドまたは(RS)−N−tertブチルピペラジン−2−カルボキサミドを基質として用いたときのアミダーゼ反応の至適温度が45〜50℃である;
(D)pH8.0付近において45℃以下の温度で安定である;
(E)p−クロロ水銀安息香酸、Cu2+、Zn2+、Cd2+、Hg2+、Pb2+により活性が完全に阻害される;
(F)(RS)−ピペラジン−2−カルボキサミドを基質として用いたとき、そのアミド結合を(R)−体選択的に加水分解して(R)−ピペラジン−2−カルボン酸を生成する活性を有する;及び
(G)サブユニット構成がモノマーである。
A stereoselective amidase derived from Pseudomonas having the following physicochemical properties:
(A) The apparent molecular weight measured by SDS-PAGE is about 29,000-31,000;
(B) The optimum pH of the amidase reaction when (RS) -piperazine-2-carboxamide or (RS) -N-tertbutylpiperazine-2-carboxamide is used as a substrate is around pH 8;
(C) The optimal temperature of the amidase reaction when using (RS) -piperazine-2-carboxamide or (RS) -N-tertbutylpiperazine-2-carboxamide as a substrate is 45-50 ° C;
(D) stable at a temperature of 45 ° C. or lower near pH 8.0;
(E) Activity is completely inhibited by p-chloromercurybenzoic acid, Cu 2+ , Zn 2+ , Cd 2+ , Hg 2+ , Pb 2+ ;
(F) When (RS) -piperazine-2-carboxamide is used as a substrate, the activity to selectively hydrolyze the amide bond to (R) -form to produce (R) -piperazine-2-carboxylic acid. And (G) the subunit structure is a monomer.
下記の何れかのアミノ酸配列を有するタンパク質。
(A)配列番号1に記載のアミノ酸配列;
(B)配列番号1に記載のアミノ酸配列において1から複数個のアミノ酸が欠失、付加または置換されているアミノ酸配列であって、(RS)−ピペラジン−2−カルボキサミドを基質として用いたとき、そのアミド結合を(R)−体選択的に加水分解して(R)−ピペラジン−2−カルボン酸を生成する活性を有するアミノ酸配列。
A protein having any of the following amino acid sequences.
(A) the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1;
(B) an amino acid sequence in which one to a plurality of amino acids are deleted, added or substituted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, and when (RS) -piperazine-2-carboxamide is used as a substrate , An amino acid sequence having an activity of hydrolyzing the amide bond selectively (R) -form to produce (R) -piperazine-2-carboxylic acid .
下記の何れかの塩基配列を有するDNA。
(A)配列番号1に記載のアミノ酸配列をコードする塩基配列;
(B)配列番号1に記載のアミノ酸配列において1から複数個のアミノ酸が欠失、付加または置換されているアミノ酸配列であって、(RS)−ピペラジン−2−カルボキサミドを基質として用いたとき、そのアミド結合を(R)−体選択的に加水分解して(R)−ピペラジン−2−カルボン酸を生成する活性を有するアミノ酸配列をコードする塩基配列;(C)配列番号2に記載の塩基配列;
(D)配列番号2に記載の塩基配列において1から複数個の塩基が欠失、付加または置換されている塩基配列であって、(RS)−ピペラジン−2−カルボキサミドを基質として
用いたとき、そのアミド結合を(R)−体選択的に加水分解して(R)−ピペラジン−2−カルボン酸を生成する活性を有するタンパク質をコードする塩基配列;または
(E)配列番号2に記載の塩基配列またはその相補配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする塩基配列であって、(RS)−ピペラジン−2−カルボキサミドを基質として用いたとき、そのアミド結合を(R)−体選択的に加水分解して(R)−ピペラジン−2−カルボン酸を生成する活性を有するタンパク質をコードする塩基配列。
DNA having any of the following base sequences:
(A) a base sequence encoding the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1;
(B) an amino acid sequence in which one to a plurality of amino acids are deleted, added or substituted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, and when (RS) -piperazine-2-carboxamide is used as a substrate , A base sequence encoding an amino acid sequence having an activity to hydrolyze the amide bond (R) -selectively to produce (R) -piperazine-2-carboxylic acid ; (C) the base described in SEQ ID NO: 2 Sequence;
(D) A base sequence in which one to a plurality of bases are deleted, added or substituted in the base sequence shown in SEQ ID NO: 2, and (RS) -piperazine-2-carboxamide is used as a substrate
When used, a base sequence encoding a protein having activity to hydrolyze the amide bond selectively to (R) -form to produce (R) -piperazine-2-carboxylic acid ; or (E) SEQ ID NO: 2 A base sequence that hybridizes under stringent conditions with the base sequence described in 1. or (R) -form when (RS) -piperazine-2-carboxamide is used as a substrate. A base sequence encoding a protein having an activity of selectively hydrolyzing to produce (R) -piperazine-2-carboxylic acid .
請求項3に記載のDNAを含む組換えDNA分子またはベクター。  A recombinant DNA molecule or vector comprising the DNA of claim 3. 請求項4に記載の組換えDNA分子またはベクターを有する形質転換宿主細胞。  A transformed host cell comprising the recombinant DNA molecule or vector of claim 4. 下記一般式(I)
(式中、Aは、置換されていてもよい主鎖原子数2〜5の炭化水素鎖を示し、該炭化水素鎖には二重結合が含まれていてもよいし、窒素原子または窒素原子以外のヘテロ原子が一個含まれていてもよい。R及びR’は、それぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよいアルキル基又は置換されていても良いアリール基を示す。nは0または1を示す。)で表される(RS)−カルボン酸アミド類に、請求項1若しくは2に記載のアミダーゼ若しくはタンパク質、または請求項5に記載の形質転換宿主細胞若しくはその処理物を作用させることにより、(R)−体のアミド結合を選択的に加水分解して、下記一般式(II)
(式中、A、R’及びnは前記と同義である。)
で表される(R)−カルボン酸類を生成させた後、これを単離することを特徴とする光学活性な(R)−カルボン酸類の製造方法。
The following general formula (I)
(In the formula, A represents an optionally substituted hydrocarbon chain having 2 to 5 main chain atoms, the hydrocarbon chain may contain a double bond, and may be a nitrogen atom or a nitrogen atom. And R and R ′ each independently represents a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group or an optionally substituted aryl group, where n is 0 or The amidase or protein according to claim 1 or 2 or the transformed host cell according to claim 5 or a processed product thereof is allowed to act on (RS) -carboxylic acid amides represented by 1). The amide bond of the (R) -form is selectively hydrolyzed by the following general formula (II)
(In the formula, A, R ′ and n are as defined above.)
A method for producing an optically active (R) -carboxylic acid, wherein the (R) -carboxylic acid represented by the formula (1) is produced and then isolated.
下記一般式(I)
(式中、Aは、置換されていてもよい主鎖原子数2〜5の炭化水素鎖を示し、該炭化水素鎖には二重結合が含まれていてもよいし、窒素原子または窒素原子以外のヘテロ原子が一個含まれていてもよい。R及びR’は、それぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよいアルキル基又は置換されていても良いアリール基を示す。nは0または1を示す。)で表される(RS)−カルボン酸アミド類に、下記の(A)のアミノ酸配列を有するタンパク質あるいは下記の(B)〜(D)のいずれかの塩基配列を有するDNAを含む組換えDNA分子もしくはベクターを有する形質転換宿主細胞またはその処理物を作用させることにより、(R)−体のアミド結合を選択的に加水分解して、下記一般式(II)
(式中、A、R’及びnは前記と同義である。)
で表される(R)−カルボン酸類を生成させた後、これを単離することを特徴とする光学活性な(R)−カルボン酸類の製造方法。
(A)配列番号3に記載のアミノ酸配列、または配列番号3に記載のアミノ酸配列において1から複数個のアミノ酸が欠失、付加または置換されているアミノ酸配列であって、(RS)−ピペラジン−2−カルボキサミドを基質として用いたとき、そのアミド結合を(R)−体選択的に加水分解して(R)−ピペラジン−2−カルボン酸を生成する活性を有するアミノ酸配列;
(B)配列番号3に記載のアミノ酸配列、または配列番号3に記載のアミノ酸配列において1から複数個のアミノ酸が欠失、付加または置換されているアミノ酸配列であって、(RS)−ピペラジン−2−カルボキサミドを基質として用いたとき、そのアミド結合を(R)−体選択的に加水分解して(R)−ピペラジン−2−カルボン酸を生成する活性を有するアミノ酸配列をコードする塩基配列;
(C)配列番号4に記載の塩基配列、または配列番号4に記載の塩基配列において1から複数個の塩基が欠失、付加または置換されている塩基配列であって、(RS)−ピペラジン−2−カルボキサミドを基質として用いたとき、そのアミド結合を(R)−体選択的に加水分解して(R)−ピペラジン−2−カルボン酸を生成する活性を有するタンパク質をコードする塩基配列;または
(D)配列番号4に記載の塩基配列またはその相補配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする塩基配列であって、(RS)−ピペラジン−2−カルボキサミドを基質として用いたとき、そのアミド結合を(R)−体選択的に加水分解して(R)−ピペラジン−2−カルボン酸を生成する活性を有するタンパク質をコードする塩基配列。
The following general formula (I)
(In the formula, A represents an optionally substituted hydrocarbon chain having 2 to 5 main chain atoms, the hydrocarbon chain may contain a double bond, and may be a nitrogen atom or a nitrogen atom. And R and R ′ each independently represents a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group or an optionally substituted aryl group, where n is 0 or represented by showing a 1) (RS) -. carboxylic acid amides, a DNA having any one of the nucleotide sequences of the protein or the following (B) ~ (D) having the amino acid sequence of the following (a) by the action of transformed host cells or their treated product having a recombinant DNA molecule or vector comprising, (R) - selectively hydrolyze the amide bond of the body, the following general formula (II)
(In the formula, A, R ′ and n are as defined above.)
A method for producing an optically active (R) -carboxylic acid, wherein the (R) -carboxylic acid represented by the formula (1) is produced and then isolated.
(A) an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3, or an amino acid sequence in which one to a plurality of amino acids are deleted, added or substituted in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3, and (RS) -piperazine- When 2-carboxamide is used as a substrate , an amino acid sequence having an activity to hydrolyze the amide bond (R) -selectively to produce (R) -piperazine-2-carboxylic acid ;
(B) an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3, or an amino acid sequence in which one to a plurality of amino acids are deleted, added or substituted in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3, and (RS) -piperazine- When 2-carboxamide is used as a substrate, a base sequence encoding an amino acid sequence having an activity to hydrolyze (R) -selectively the amide bond to produce (R) -piperazine-2-carboxylic acid ;
(C) a base sequence represented by SEQ ID NO: 4, or a base sequence in which one to a plurality of bases are deleted, added or substituted in the base sequence represented by SEQ ID NO: 4, wherein (RS) -piperazine- When 2-carboxamide is used as a substrate, a base sequence encoding a protein having an activity to selectively hydrolyze the amide bond to form (R) -piperazine-2-carboxylic acid ; or (D) a nucleotide sequence that hybridizes with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4 or a complementary sequence thereof under stringent conditions, and when (RS) -piperazine-2-carboxamide is used as a substrate , its amide bond A base sequence encoding a protein having an activity to hydrolyze (R) -form selectively to produce (R) -piperazine-2-carboxylic acid .
下記一般式(I)The following general formula (I)
(式中、Aは、置換されていてもよい主鎖原子数2〜5の炭化水素鎖を示し、該炭化水素鎖には二重結合が含まれていてもよいし、窒素原子または窒素原子以外のヘテロ原子が一個含まれていてもよい。R及びR’は、それぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよいアルキル基又は置換されていても良いアリール基を示す。nは0または1を示す。)で表される(RS)−カルボン酸アミド類に、請求項1若しくは2に記載のアミダーゼ若しくはタンパク質、または請求項5に記載の形質転換宿主細胞若しくはその処理物を作用させることにより、(R)−体のアミド結合を選択的に加水分解させた後、残存する下記一(In the formula, A represents an optionally substituted hydrocarbon chain having 2 to 5 main chain atoms, the hydrocarbon chain may contain a double bond, and may be a nitrogen atom or a nitrogen atom. And R and R ′ each independently represents a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group or an optionally substituted aryl group, where n is 0 or The amidase or protein according to claim 1 or 2 or the transformed host cell according to claim 5 or a processed product thereof is allowed to act on (RS) -carboxylic acid amides represented by 1). After selectively hydrolyzing the amide bond of the (R) -form,
般式(III)Formula (III)
(式中、A、R、R’及びnは前記と同義である。)(In the formula, A, R, R ′ and n are as defined above.)
で表される(S)−カルボン酸アミド類を単離することを特徴とする光学活性な(S)−カルボン酸アミド類の製造方法。A method for producing an optically active (S) -carboxylic acid amide characterized by isolating (S) -carboxylic acid amide represented by the formula:
下記一般式(I)The following general formula (I)
(式中、Aは、置換されていてもよい主鎖原子数2〜5の炭化水素鎖を示し、該炭化水素鎖には二重結合が含まれていてもよいし、窒素原子または窒素原子以外のヘテロ原子が一個含まれていてもよい。R及びR’は、それぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよいアルキル基又は置換されていても良いアリール基を示す。nは0または1を示す。)で表される(RS)−カルボン酸アミド類に、下記の(A)のアミノ酸配列を有するタンパク質あるいは下記の(B)〜(D)のいずれかの塩基配列を有するDNAを含む組換えDNA分子もしくはベクターを有する形質転換宿主細胞またはその処理物を作用させることにより、(R)−体のアミド結合を選択的に加水分解させた後、残存する下記一般式(III)(In the formula, A represents an optionally substituted hydrocarbon chain having 2 to 5 main chain atoms, the hydrocarbon chain may contain a double bond, and may be a nitrogen atom or a nitrogen atom. And R and R ′ each independently represents a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group or an optionally substituted aryl group, where n is 0 or A protein having the following amino acid sequence (A) or DNA having any one of the following base sequences (B) to (D): The following general formula (III), which remains after selectively hydrolyzing the amide bond of (R) -form by acting a transformed host cell having a recombinant DNA molecule or vector or a processed product thereof:
(式中、A、R、R’及びnは前記と同義である。)(In the formula, A, R, R ′ and n are as defined above.)
で表される(S)−カルボン酸アミド類を単離することを特徴とする光学活性な(S)−カルボン酸アミド類の製造方法。A method for producing an optically active (S) -carboxylic acid amide characterized by isolating (S) -carboxylic acid amide represented by the formula:
(A)配列番号3に記載のアミノ酸配列、または配列番号3に記載のアミノ酸配列において1から複数個のアミノ酸が欠失、付加または置換されているアミノ酸配列であって、(RS)−ピペラジン−2−カルボキサミドを基質として用いたとき、そのアミド結合を(R)−体選択的に加水分解して(R)−ピペラジン−2−カルボン酸を生成する活性を有するアミノ酸配列;(A) an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3, or an amino acid sequence in which one to a plurality of amino acids are deleted, added or substituted in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3, and (RS) -piperazine- When 2-carboxamide is used as a substrate, an amino acid sequence having an activity to hydrolyze the amide bond (R) -selectively to produce (R) -piperazine-2-carboxylic acid;
(B)配列番号3に記載のアミノ酸配列、または配列番号3に記載のアミノ酸配列におい(B) the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3 or the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3
て1から複数個のアミノ酸が欠失、付加または置換されているアミノ酸配列であって、(RS)−ピペラジン−2−カルボキサミドを基質として用いたとき、そのアミド結合を(R)−体選択的に加水分解して(R)−ピペラジン−2−カルボン酸を生成する活性を有するアミノ酸配列をコードする塩基配列;Wherein one or more amino acids are deleted, added or substituted, and when (RS) -piperazine-2-carboxamide is used as a substrate, the amide bond is (R) -selective A base sequence encoding an amino acid sequence having an activity of hydrolyzing to form (R) -piperazine-2-carboxylic acid;
(C)配列番号4に記載の塩基配列、または配列番号4に記載の塩基配列において1から複数個の塩基が欠失、付加または置換されている塩基配列であって、(RS)−ピペラジン−2−カルボキサミドを基質として用いたとき、そのアミド結合を(R)−体選択的に加水分解して(R)−ピペラジン−2−カルボン酸を生成する活性を有するタンパク質をコードする塩基配列;または(C) a nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 4 or a nucleotide sequence in which one to a plurality of bases are deleted, added or substituted in the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 4, When 2-carboxamide is used as a substrate, a base sequence encoding a protein having an activity to selectively hydrolyze the amide bond to form (R) -piperazine-2-carboxylic acid; or
(D)配列番号4に記載の塩基配列またはその相補配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする塩基配列であって、(RS)−ピペラジン−2−カルボキサミドを基質として用いたとき、そのアミド結合を(R)−体選択的に加水分解して(R)−ピペラジン−2−カルボン酸を生成する活性を有するタンパク質をコードする塩基配列。(D) A base sequence that hybridizes with the base sequence described in SEQ ID NO: 4 or a complementary sequence thereof under stringent conditions, and its amide bond when (RS) -piperazine-2-carboxamide is used as a substrate A base sequence encoding a protein having an activity to hydrolyze (R) -form selectively to produce (R) -piperazine-2-carboxylic acid.
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