JP4437652B2 - Recombinant bilirubin oxidase and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、臨床検査分析用試薬として重要な酵素であるビリルビン酸化酵素、特に組換え型ビリルビン酸化酵素及びその製造方法に関し、さらには、組換え型ビリルビン酸化酵素の臨床分析利用としてのビリルビンの定量測定方法に関する。 The present invention relates to bilirubin oxidase, particularly a recombinant bilirubin oxidase, which is an important enzyme as a reagent for clinical laboratory analysis, and a method for producing the same, and further to quantification of bilirubin as a clinical analysis of recombinant bilirubin oxidase. It relates to a measurement method.
ビリルビン酸化酵素は、ビリルビンの定量を目的として臨床検査分析の場において使用されており、従来、不完全糸状菌ミロテシウムベルカリアMT−1(Myrothecium verrucaria MT-1)から抽出して部分精製した酵素標品[以下、野生型酵素(wtBO)と称する。]が使用されてきた。 Bilirubin oxidase has been used in clinical laboratory analysis for the purpose of quantifying bilirubin. Conventionally, bilirubin oxidase was extracted from the incomplete filamentous fungus Myrothecium verrucaria MT-1 and partially purified. Enzyme preparation [hereinafter referred to as wild-type enzyme (wtBO). ] Has been used.
しかしながら、この野生型酵素は、酵素活性が不安定であるという問題を抱えている。このため、ビリルビン酸化酵素を安定化するための一案として、アミノ酸と有機酸塩を組み合わせて添加する方法(例えば、特許文献1を参照)や、ポリカルボン酸類の添加によって解決しようとする方法(例えば、特許文献2を参照)が試みられてきた。 However, this wild type enzyme has a problem that the enzyme activity is unstable. For this reason, as one proposal for stabilizing bilirubin oxidase, a method of adding a combination of an amino acid and an organic acid salt (see, for example, Patent Document 1) or a method of solving by adding polycarboxylic acids ( For example, see Patent Document 2).
一方、ビリルビン酸化酵素の遺伝子をコードするDNAの塩基配列の決定と、それをコードするDNAを組み込んだ酵母による発現系を構築し、発現酵素を採取することも試みられている(例えば、特許文献3や非特許文献1を参照)。
しかしながら、前者のように、安定化のために添加物を添加する方法では、添加物が測定に悪影響を及ぼす虞れがあり、また、必ずしも十分な安定化は実現されていない。一方、後者のように、公開されている手法に基づいた場合では、ビリルビン酸化酵素の発現量は低く、その発現酵素を単離・精製しての臨床検査分析への実用化には至っていない。すなわち、これまで、臨床検査の為に重要な組換え型のビリルビン酸化酵素は市場には供給されていない。 However, in the method of adding an additive for stabilization as in the former case, the additive may adversely affect the measurement, and sufficient stabilization is not necessarily realized. On the other hand, in the case of the latter, based on a publicly available method, the expression level of bilirubin oxidase is low, and it has not been put into practical use for clinical laboratory analysis by isolating and purifying the expressed enzyme. That is, until now, recombinant bilirubin oxidase important for clinical examination has not been supplied to the market.
前述した如く、従来から臨床検査等に使用されてきたビリルビン酸化酵素が不安定である欠点を有することから、より安定な活性を有し臨床検査の条件に適したビリルビン酸化酵素を供給する方法が必要であった。そこで、本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、従来用いられてきたビリルビン酸化酵素よりも安定な活性を有する組換え型のビリルビン酸化酵素を提供することを目的とし、これを用いたビリルビンの定量測定方法を提供することを目的とする。さらには、かかる組換え型ビリルビン酸化酵素を容易に単離し精製することが可能で、大量生産し得るビリルビン酸化酵素の製造方法を提供することを目的とする。 As described above, since the bilirubin oxidase conventionally used in clinical examinations has the disadvantage of being unstable, there is a method for supplying bilirubin oxidase having more stable activity and suitable for the conditions of clinical examination. It was necessary. Therefore, the present invention has been proposed in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a recombinant bilirubin oxidase having a more stable activity than the conventionally used bilirubin oxidase, It aims at providing the quantitative measurement method of bilirubin using this. It is another object of the present invention to provide a method for producing bilirubin oxidase, which can easily isolate and purify such recombinant bilirubin oxidase and can be mass-produced.
本発明のビリルビン酸化酵素は、組換え型ビリルビン酸化酵素であり、配列番号1記載の不完全糸状菌ミロテシウムベルカリアMT−1(Myrothecium verrucaria MT-1)由来ビリルビン酸化酵素遺伝子をピキア(pichia)属の酵母であるPichia pastoris GS115株に導入し発現させて得られ、アミノ末端配列がY-V-E-F-V-A-Q-I-S-P-Qであることを特徴とする。 The bilirubin oxidase of the present invention is a recombinant bilirubin oxidase, and the bilirubin oxidase gene derived from the incomplete filamentous fungus Myrothecium verrucaria MT-1 described in SEQ ID NO: 1 is designated as pichia (pichia). ) It is obtained by introducing and expressing in Pichia pastoris GS115 strain which is a yeast of the genus, and the amino terminal sequence is YVEFVAQISPQ.
例えばピキア(Pichia)属酵母を宿主細胞とし、不完全糸状菌ミロテシウムベルカリアMT−1(Myrothecium verrucaria MT-1)由来のビリルビン酸化酵素遺伝子(配列番号1)を導入し形質転換することにより、従来用いられていた酵素標品である野生型酵素(wtBO)と比べて、若しくは従来の不完全糸状菌を宿主とした組換え型酵素(rBOAspergillus)と比べて、安定で失活しにくい組換え型ビリルビン酸化酵素が実現される。 For example, by transforming by introducing a bilirubin oxidase gene (SEQ ID NO: 1) derived from the imperfect filamentous fungus Myrothercium verrucaria MT-1 using Pichia yeast as a host cell. Compared with the wild-type enzyme (wtBO), which is a conventional enzyme preparation, or as a recombinant enzyme (rBO Aspergillus ) with a conventional incomplete filamentous fungus as a host, it is stable and difficult to inactivate. Recombinant bilirubin oxidase is realized.
一方、本発明のビリルビン酸化酵素の製造方法は、組換え型ビリルビン酸化酵素を製造する方法であり、配列番号1記載の不完全糸状菌ミロテシウムベルカリアMT−1(Myrothecium verrucaria MT-1)由来ビリルビン酸化酵素遺伝子を、ピキア(pichia)属の酵母であるPichia pastoris GS115株を宿主動物として導入し形質転換を行うことを特徴とする。 On the other hand, the method for producing bilirubin oxidase of the present invention is a method for producing recombinant bilirubin oxidase, which is an incomplete filamentous fungus Myrotesium verkaria MT-1 described in SEQ ID NO: 1. The derived bilirubin oxidase gene is transformed by introducing Pichia pastoris GS115, which is a yeast of the genus Pichia, as a host animal.
酵母を宿主細胞とし、前記遺伝子を導入し形質転換することにより、前述の安定な組換え型ビリルビン酸化酵素が大量に且つ効率よく製造される。宿主となる酵母株の選択は、製造効率を上げる目的で行われる。 By using yeast as a host cell and introducing the gene for transformation, the above-mentioned stable recombinant bilirubin oxidase can be produced in large quantities and efficiently. Selection of a yeast strain as a host is performed for the purpose of increasing production efficiency.
さらに、本発明のビリルビンの定量測定方法は、前述の安定な組換え型ビリルビン酸化酵素を用いて水溶液中、特に血液、血清、血漿、胆汁液または尿中に含まれるビリルビンを定量することを特徴とする。 Furthermore, the method for quantitatively measuring bilirubin according to the present invention is characterized in that bilirubin contained in an aqueous solution, particularly blood, serum, plasma, bile fluid or urine, is quantified using the aforementioned stable recombinant bilirubin oxidase. And
前述した安定な組換え型ビリルビン酸化酵素を用いることにより、水溶液中に存在するビリルビンを容易に定量できる。また、同酵素は血液、胆汁液等に含まれるビリルビンを測定する為の臨床検査試薬として用いることができる。 By using the stable recombinant bilirubin oxidase described above, bilirubin present in the aqueous solution can be easily quantified. The enzyme can also be used as a clinical test reagent for measuring bilirubin contained in blood, bile fluid and the like.
本発明によれば、遺伝子組換え操作の宿主細胞として酵母を用いることにより、従来よりも安定な酵素活性を有する組換え型ビリルビン酸化酵素を得ることが出来る。また、本発明のビリルビン酸化酵素の製造方法によれば、非常に簡単で、経済的な方法により前記安定なビリルビン酸化酵素を大量に提供することが出来る。従って、例えば臨床検査の場において、ビリルビン酸化酵素を試薬として使用する重要な臨床検査測定を安価な費用で行うことが可能となる。 According to the present invention, a recombinant bilirubin oxidase having a more stable enzyme activity than before can be obtained by using yeast as a host cell for gene recombination. Moreover, according to the method for producing bilirubin oxidase of the present invention, a large amount of the stable bilirubin oxidase can be provided by a very simple and economical method. Therefore, for example, in clinical laboratories, important clinical laboratory measurements using bilirubin oxidase as a reagent can be performed at low cost.
以下、本発明を適用したビリルビン酸化酵素、その製造方法、さらにはビリルビンの定量測定方法について説明する。 Hereinafter, bilirubin oxidase to which the present invention is applied, a method for producing the enzyme, and a method for quantitatively measuring bilirubin will be described.
本発明の組換え型ビリルビン酸化酵素を作製するには、先ず、不完全糸状菌Myrothecium verrucaria MT-1株より全RNAを抽出し、非特許文献1に記載されるビリルビン酸化酵素cDNA配列よりデザインした合成オリゴヌクレオチドプライマーを用いて、逆転写反応によりビリルビン酸化酵素のcDNAを合成する。同cDNAをPCR法により増幅した後、増幅遺伝子断片をプラスミドに連結し、本酵素遺伝子を組み込んだ第一次のプラスミドを構築する。ここで用いるプラスミドの候補としては、操作の簡便性から、pBluescriptII SK- (Stratagene社製)等が挙げられる。また、ここで、第一次のプラスミドの塩基配列を解析し、挿入されたビリルビン酸化酵素遺伝子が既報の配列と同一であることを確認することが望ましい。
In order to produce the recombinant bilirubin oxidase of the present invention, first, total RNA was extracted from the imperfect filamentous fungus Myrothecium verrucaria MT-1 and designed from the bilirubin oxidase cDNA sequence described in
前記構築したビリルビン酸化酵素遺伝子を含むプラスミドを異種の宿主細胞に導入してビリルビン酸化酵素を大量に発現させるために、目的の宿主細胞に適したベクターを再構築する。構築したベクターを、例えばエレクトロポレーション法により宿主細胞に導入した後、遺伝子導入細胞のセレクションを行う。ここで、宿主動物としては、大量発現という点から、酵母菌が望ましく、特にPichia属の酵母が望ましい。また、発現ベクターとしては、pPIC9K (Invitrogen社製)が望ましく、さらに、遺伝子導入細胞のセレクションを容易にする為にベクター内に選択マーカーを設けることが望ましい。選択マーカーの例としては、例えば、薬剤耐性遺伝子等が挙げられる。 In order to introduce a large amount of bilirubin oxidase by introducing the constructed plasmid containing the bilirubin oxidase gene into a heterologous host cell, a vector suitable for the target host cell is reconstructed. After introducing the constructed vector into a host cell, for example, by electroporation, selection of the gene-introduced cell is performed. Here, as a host animal, yeast is desirable from the viewpoint of mass expression, and yeast of the genus Pichia is particularly desirable. Further, as an expression vector, pPIC9K (manufactured by Invitrogen) is desirable, and it is further desirable to provide a selection marker in the vector in order to facilitate selection of gene-transferred cells. Examples of selection markers include drug resistance genes.
以下の文中においては酵母を宿主として用いた場合について記述する。前記遺伝子導入細胞(酵母)を培養し、培養上清中に存在する組換え型ビリルビン酸化酵素を回収することが出来る。ここで、培養に用いる培地としては、0.2mMのCuCl2を含むBMM最小培地が望ましく、さらに同培地中には、発現誘導基質として終濃度0.5%のメタノールが存在することが望ましい。 The following text describes the case where yeast is used as the host. The transgenic cell (yeast) can be cultured, and the recombinant bilirubin oxidase present in the culture supernatant can be recovered. Here, the culture medium used for the culture is preferably a BMM minimal medium containing 0.2 mM CuCl 2 , and further, it is desirable that methanol having a final concentration of 0.5% be present as an expression induction substrate.
回収した培養上清から、組換え型ビリルビン酸化酵素を精製することができる。精製方法の例としては、疎水性カラムへの吸着、塩濃度逆勾配クロマトグラフィー及びゲルろ過クロマトグラフィーによる分離が挙げられ、これらを組み合わせることにより良好な分離精製の結果が得られる。 Recombinant bilirubin oxidase can be purified from the collected culture supernatant. Examples of the purification method include adsorption on a hydrophobic column, separation by salt gradient reverse gradient chromatography, and gel filtration chromatography, and a combination of these results in good separation and purification results.
分離後の組換え型ビリルビン酸化酵素の分子量測定は、SDS−PAGE法、またはゲルろ過法により行うことができる。また、同酵素のアミノ末端配列を分析することにより、デザイン通りのアミノ酸末端配列であることを確認する事が出来る。さらに、同酵素の至適pHとpH安定性は、緩衝液中において、pH値を変動させつつ反応速度を測定することにより検証することができる。加えて、同酵素の至適温度と熱安定性は、緩衝液中において温度を変動させつつ酵素活性の変化を測定することにより検証する事ができる。 The molecular weight of the recombinant bilirubin oxidase after separation can be measured by SDS-PAGE method or gel filtration method. Further, by analyzing the amino terminal sequence of the enzyme, it can be confirmed that the amino acid terminal sequence is as designed. Furthermore, the optimum pH and pH stability of the enzyme can be verified by measuring the reaction rate while varying the pH value in the buffer solution. In addition, the optimum temperature and thermal stability of the enzyme can be verified by measuring changes in enzyme activity while varying the temperature in the buffer.
以上の操作により製造した組換え型ビリルビン酸化酵素は野生型酵素よりも高い安定性を有し、臨床検査用試薬として水溶液中、特に血液、血清、血漿、胆汁液または尿中に含まれるビリルビンの定量を行う際に極めて有用である。 Recombinant bilirubin oxidase produced by the above operations has higher stability than wild-type enzyme, and it is used as a clinical test reagent in aqueous solution, especially in the blood, serum, plasma, bile fluid or urine. This is extremely useful when performing quantification.
次に、本発明の具体的実施例について、実験結果を基に説明する。なお、本発明が、これら実施例に限定されるものでないことは言うまでもない。 Next, specific examples of the present invention will be described based on experimental results. Needless to say, the present invention is not limited to these examples.
1.ビリルビン酸化酵素のcDNAクローニング
不完全糸状菌Myrothecium verrucaria MT-1株を非特許文献1の方法に従い培養した後、集菌して、湿菌体を液体窒素下で摩砕した。約100mgの凍結菌体粉末からDynabeads mRNA DIRECT Kit (Dynal社製)を用い、添付のマニュアルに従って全mRNA抽出溶液20μlを調製した。その全量を用いて、マニュアルに従ってFirst-Strand cDNA Synthesis Kit (Amersham Biosciences社製)により逆転写反応を行った。逆転写反応液(全量33μl)の内5μlを鋳型にして、非特許文献1記載のビリルビン酸化酵素cDNAの塩基配列よりデザインした合成オリゴヌクレオチドプライマー BO-EcoN(配列番号2)とBO-PstC(配列番号3)を用いて、PCR(polymerase chain reaction)を行った。
1. CDNA cloning of bilirubin oxidase cDNA imperfect filamentous fungus Myrothecium verrucaria MT-1 strain was cultured according to the method of
プライマーBO-EcoNは、成熟ビリルビン酸化酵素のアミノ末端Valをコードするコドンの5'側にEcoRI切断配列(下線部)を加えたものである。プライマーBO-PstCは、成熟ビリルビン酸化酵素の終止コドンの3'側にPstI切断配列(下線部)を加えたものである。PCR反応液組成は、逆転写反応液5μl、プライマーBO-EcoNが5μl、プライマーBO-PstCが5μl、dNTP mixtureが4μl、10X EX Taq bufferが5μl、Takara EX Taq DNA polymerase (Takara Biochemicals社製)が0.25μl、蒸留水が30.75μl、全量50μlである。PCR反応は変性94℃、30秒、アニーリング50℃、1分、伸長反応72℃、5分を1サイクルとして26サイクルの反応を行った。その結果、増幅した1,620bpの成熟ビリルビン酸化酵素をコードする遺伝子DNA断片を得た。 Primer BO-EcoN is obtained by adding an EcoRI cleavage sequence (underlined) to the 5 ′ side of the codon encoding the amino terminal Val of mature bilirubin oxidase. Primer BO-PstC is obtained by adding a PstI cleavage sequence (underlined) to the 3 ′ side of the termination codon of mature bilirubin oxidase. PCR reaction solution composition is 5 μl of reverse transcription reaction solution, 5 μl of primer BO-EcoN, 5 μl of primer BO-PstC, 4 μl of dNTP mixture, 5 μl of 10X EX Taq buffer, Takara EX Taq DNA polymerase (manufactured by Takara Biochemicals) 0.25 μl, distilled water 30.75 μl, total volume 50 μl. The PCR reaction was carried out for 26 cycles with denaturation at 94 ° C. for 30 seconds, annealing at 50 ° C. for 1 minute, extension reaction at 72 ° C. for 5 minutes as one cycle. As a result, an amplified gene DNA fragment encoding 1,620 bp mature bilirubin oxidase was obtained.
次に、このPCR増幅遺伝子断片を制限酵素EcoRI,PstIで消化した後、同酵素で消化し、精製したプラスミドpBluescriptII SK- (Stratagene社製)に連結して、プラスミドpBSBOを作製した。pBSBOの塩基配列はThermo Sequenase Primer Cycle Sequencing Kit (Amersham Biosciences社製)を用いて、日立SQ5500E型DNA Sequencerにより解析して、ビリルビン酸化酵素遺伝子が既報の配列と同一であることを確認した。 Next, the PCR amplified gene fragment restriction enzymes EcoRI, was digested with PstI, digested with the same enzymes, purified plasmid pBluescriptII SK - linked to (Stratagene Co.) to prepare a plasmid PBSBO. The base sequence of pBSBO was analyzed by Hitachi SQ5500E DNA Sequencer using Thermo Sequenase Primer Cycle Sequencing Kit (manufactured by Amersham Biosciences), and it was confirmed that the bilirubin oxidase gene was identical to the previously reported sequence.
2.ビリルビン酸化酵素のPichia pastoris による異種発現系の構築
前記pBSBOを制限酵素EcoRIおよび Not Iで消化後、アガロースゲル電気泳動により生成物DNAを分離した後、Prep-A-Gene DNA Purification Kit (Bio-Rad社製)を用いてビリルビン酸化酵素遺伝子断片(1,650 bp、配列番号1)を抽出し精製した。この抽出DNA断片を同じ制限酵素で消化し、精製したプラスミドpPIC9K (Invitrogen社製)に連結して酵母形質転換用プラスミド(pPICBO)を作製した。
2. Construction of heterologous expression system using bilirubin oxidase with Pichia pastoris After digesting pBSBO with restriction enzymes EcoRI and Not I, the product DNA was separated by agarose gel electrophoresis, and then Prep-A-Gene DNA Purification Kit (Bio-Rad And a bilirubin oxidase gene fragment (1,650 bp, SEQ ID NO: 1) was extracted and purified. This extracted DNA fragment was digested with the same restriction enzyme and ligated to a purified plasmid pPIC9K (manufactured by Invitrogen) to prepare a plasmid for yeast transformation (pPICBO).
図1に製作したpPICBOの構造略図を示す。図中、符号1は、アンピシリン耐性遺伝子(ampr)であり、符号2は、複製開始点(ColE1ori)であり、符号3は、アルコール酸化酵素遺伝子断片(3'AOX1)であり、符号4は、カナマイシン耐性遺伝子(kanr)であり、符号5は、ヒスチジン生産遺伝子(his4)であり、符号6は、転写終結配列(terminator)であり、符号7は、ビリルビン酸化酵素遺伝子(bo)であり、符号8は、α因子分泌シグナルコード配列(α-signal)であり、符号9は、アルコール酸化酵素遺伝子断片(5'AOX1)である。Multi-Copy Pichia Expression Kit (Invitrogen社製)のマニュアルに従い、pPICBOを制限酵素Bpu1102Iで開環し、エレクトロポレーション法により酵母Pichia pastoris GS115株(Research Corporation Technologies, Inc.社製)を形質転換した。この形質転換酵母はHis+(ヒスチジン非要求性)株である。
Fig. 1 shows a schematic diagram of the fabricated pPICBO. In the figure,
3.形質転換菌の培養と形質転換菌のスクリーニング
前記形質転換酵母(His+)の適量をMD寒天平板培地(表1)に塗布し、30℃で一晩培養し十分生育させた。このプレートに滅菌水を加え形質転換酵母を懸濁後、適量の抗生物質G418を含むYPD寒天平板培地(表1)に、一枚あたり105個の細胞を塗布して30℃で培養した。
3. Culture of transformant and screening of transformant An appropriate amount of the transformed yeast (His + ) was applied to an MD agar plate medium (Table 1), and cultured at 30 ° C. overnight to be sufficiently grown. After sterilizing water was added to this plate and transformed yeast was suspended, 10 5 cells per one plate were applied to a YPD agar plate medium (Table 1) containing an appropriate amount of antibiotic G418 and cultured at 30 ° C.
25mg/mlのG418を含むYPD寒天平板培地に生育した形質転換酵母を、制限酵素Bpu1102Iで開環したpPICBOにより再度形質転換して、同様の操作により1.5mg/mlのG418に耐性を示すコロニー(G418高耐性株)をスクリーニングした。 A transformed yeast grown on a YPD agar plate containing 25 mg / ml G418 was transformed again with pPICBO opened with the restriction enzyme Bpu1102I, and colonies showing resistance to 1.5 mg / ml G418 by the same procedure. (G418 highly resistant strain) was screened.
4.組換え型ビリルビン酸化酵素(rBO Pichia )の発現
前記G418高耐性株を4mlのYPD液体培地に接種して、試験管中で30℃、24時間震盪培養して種培養とした。種培養酵母懸濁液4mlを500ml坂口フラスコ中の100mlのYPD液体培地に接種し、30℃で24時間震盪培養し前培養とした。前培養酵母を遠心分離により集菌して適量のBMM最小液体培地で再懸濁後、0.2mMのCuCl2を含む1LのBMM最小培地(5L三角フラスコ)に全量を接種した。24時間ごとに終濃度0.5%のメタノールを発現誘導基質として添加しながら25℃で5日間震盪培養した。このメタノール誘導により組換え型ビリルビン酸化酵素(rBOPichia)を誘導発現させて培養液中に放出させた。全量16Lの培養液から遠心分離により菌体を除き、培養上清液を回収して粗酵素液とした。
4). Expression of Recombinant Bilirubin Oxidase (rBO Pichia ) The G418 highly resistant strain was inoculated into 4 ml of YPD liquid medium, and shaken in a test tube at 30 ° C. for 24 hours to prepare a seed culture. 4 ml of the seed culture yeast suspension was inoculated into 100 ml of YPD liquid medium in a 500 ml Sakaguchi flask and pre-cultured by shaking culture at 30 ° C. for 24 hours. The precultured yeast was collected by centrifugation, resuspended in an appropriate amount of BMM minimal liquid medium, and then inoculated in a total amount into 1 L of BMM minimal medium (5 L Erlenmeyer flask) containing 0.2 mM CuCl 2 . The culture was shaken at 25 ° C. for 5 days while adding 0.5% final concentration of methanol as an expression induction substrate every 24 hours. By this methanol induction, recombinant bilirubin oxidase (rBO Pichia ) was induced and released into the culture medium. Bacteria were removed from the total 16 L culture solution by centrifugation, and the culture supernatant was recovered to obtain a crude enzyme solution.
5.rBO Pichia の精製
前記培養上清液に終濃度30%の硫酸アンモニウムを添加して、30%の硫酸アンモニウムを含む50mMリン酸カリウム緩衝液(pH6.0)であらかじめ平衡化したTOYOPEARL-Butyl 650Mカラム(φ4.6×16cm, TOSOH社製)に重層した。同緩衝液でカラムを洗浄後、同緩衝液の硫酸アンモニウム濃度を30%から0%まで変化させる直線濃度勾配法(全容量1 L)によりrBOPichiaを溶出させた。活性画分を集め限外ろ過により濃縮した。次に、濃縮した活性画分を100mMリン酸カリウム緩衝液(pH6.0)で平衡化したHiLoad Superdex 200 pg 26/60カラム(φ2.6×60cm, Amersham Biosciences社製)に重層した。同緩衝液を用い流速2ml/minでゲルろ過クロマトグラフィーを行った。活性画分を集めSDS電気泳動により純度を検定したところ、分子量66kDaの単一バンドを確認したことから、本画分を精製酵素標品とした。精製酵素の収量は培養液1L当たり30mgであり、従来の方法に比べ非常に簡便に高活性な酵素を大量に得ることが出来た。
5. RBO Pichia Purification of the addition of a final concentration of 30% ammonium sulfate in the culture supernatant of, TOYOPEARL-Butyl 650M column pre-equilibrated with 50mM potassium phosphate buffer containing 30% ammonium sulfate (pH6.0) (
6.rBO Pichia のアミノ末端配列と分子量
精製酵素標品130pmolを用い、Applied Biosystems Model 476A protein sequencerを用いてアミノ末端配列を決定した。この結果、Y-V-E-F-V-A-Q-I-S-P-Qの配列が得られ、この配列は、pPIC9Kにコードされるα因子分泌シグナルコード配列中のSte13シグナル切断部位から制限酵素EcoRI認識配列に対応するY-V-E-Fの4残基が、ビリルビン酸化酵素成熟タンパク質のアミノ末端配列V-A-Q-I-S-P-Q-に付加した配列に一致した。従って、精製酵素はデザイン通りのアミノ末端配列を有することが明らかになった。精製酵素の分子量をSuperose 12 HR 10/30カラム(φ1.0×30cm, Amersham Biosciences社製)を用いて決定したところ、65kDaとなり、SDSゲル電気泳動で得られた分子量測定結果である66kDaとよく一致した。従って精製酵素標品rBOPichiaは単量体の可溶性タンパク質であった。
6). Using the amino terminal sequence of rBO Pichia and 130 pmol of a molecular weight purified enzyme preparation, the amino terminal sequence was determined using an Applied Biosystems Model 476A protein sequencer. As a result, the sequence of YVEFVAQISPQ was obtained. This sequence consists of four residues of YVEF corresponding to the restriction enzyme EcoRI recognition sequence from the Ste13 signal cleavage site in the α factor secretion signal coding sequence encoded by pPIC9K. It matched the sequence added to the amino terminal sequence VAQISPQ- of the mature protein. Therefore, it was revealed that the purified enzyme had the designed amino terminal sequence. When the molecular weight of the purified enzyme was determined using a
7.rBO Pichia の分光学的性質
(イ)吸収スペクトル:100mMリン酸カリウム緩衝液(pH6.0)におけるrBOPichiaの吸収スペクトルを、図2に示した。rBOPichiaのスペクトルは、既報(Gotoh. Y., et al., J. Biochem. 106, 621-626, 1989)のwtBOや従来の組換え型酵素rBOAspergillusのスペクトルと同様に、Cys(S-)からCu2+への電荷移動吸収に対応する600nmに吸収極大を示し、その分子吸光係数(ε=4,300)はwtBOと同様の値を示した。また、タイプ3銅に由来する330nm付近のショルダーピークも観察された。
7). Spectroscopic properties of rBO Pichia
(A) Absorption spectrum: The absorption spectrum of rBO Pichia in 100 mM potassium phosphate buffer (pH 6.0) is shown in FIG. spectrum of RBO Pichia are described previously (... Gotoh Y., et al, J. Biochem 106, 621-626, 1989) similar to the spectrum of wtBO and conventional recombinant enzyme RBO Aspergillus of, Cys (S - ) Showed an absorption maximum at 600 nm corresponding to charge transfer absorption from Cu 2+ , and its molecular extinction coefficient (ε = 4,300) showed the same value as wtBO. A shoulder peak near 330 nm derived from
(ロ)EPRスペクトル:100mMリン酸カリウム緩衝液(pH6.0)におけるrBOPichiaのEPRスペクトルを、図3に示した。rBOPichiaのEPRスペクトルは、rBOAspergillusのスペクトルとよく一致し、タイプ1銅のパラメーターは、g//=2.22、A//=8.33x10-3cm-1、タイプ2銅のパラメーターは、g//=2.31、A//=10.2x10-3cm-1と変化はなかった。
(B) EPR spectrum: The EPR spectrum of rBO Pichia in 100 mM potassium phosphate buffer (pH 6.0) is shown in FIG. The rBO Pichia EPR spectrum is in good agreement with the rBO Aspergillus spectrum, the parameters for
(ハ)原子吸光スペクトル:原子吸光スペクトル分析の結果、rBOPichiaは1分子当たり3.5個の銅イオンを含むことが明らかになった。従って、wtBOおよびrBOAspergillusと同様に、酵素1分子当たりタイプ1銅1個、タイプ2銅1個、タイプ3銅2個の合計4個の銅イオンを全て含んでいると考えられた。以上の分光学的測定結果から、rBOPichiaはwtBOおよびrBOAspergillusと同様の銅活性中心構造を取っていることが明らかとなった。
(C) Atomic absorption spectrum: As a result of atomic absorption spectrum analysis, rBO Pichia was found to contain 3.5 copper ions per molecule. Therefore, like wtBO and rBO Aspergillus , it was considered that each enzyme molecule contained a total of four copper ions: one
8.BO Pichia 標品の酵素化学的諸性質
(ア)酵素活性:酵素活性は、50mM Tris−H2SO4緩衝液(pH7.8)/30μMビリルビンの基質溶液を用い、37℃で440nmの吸収の減少の経時変化をモニターすることにより測定した。1分間において1μmolのビリルビンを酸化する酵素量を1unitと定義した。また、タンパク質の定量には、BCA Protein Assay Reagent(PIERCE社製)を用い、ウシ血清アルブミンを標準として作成した検量線により濃度を決定した。精製したrBOPichiaの活性は26U/mgであり、既報のwtBOおよびrBOAspergillusと同等以上の活性を示した。また、反応速度の基質濃度依存性を検討したところ、図4に示すようなシグモイド型の曲線を示した。また、Hillプロットから、rBOPichiaはHill定数1.56を示し、Hill定数1.14のwtBOと比較して高い正の協同性を示すことが明らかになった。
8). Enzyme Chemical Properties of BO Pichia Standard (a) Enzyme activity: Enzyme activity was determined by using a substrate solution of 50 mM Tris-H 2 SO 4 buffer (pH 7.8) / 30 μM bilirubin and absorption at 440 nm at 37 ° C. It was measured by monitoring the decrease over time. The amount of enzyme that oxidizes 1 μmol of bilirubin in 1 minute was defined as 1 unit. For protein quantification, BCA Protein Assay Reagent (manufactured by PIERCE) was used, and the concentration was determined by a calibration curve prepared using bovine serum albumin as a standard. The activity of the purified rBO Pichia was 26 U / mg, which was equal to or better than the reported wtBO and rBO Aspergillus . Further, when the substrate concentration dependency of the reaction rate was examined, a sigmoid curve as shown in FIG. 4 was shown. Further, from the Hill plot, it became clear that rBO Pichia showed a Hill constant of 1.56 and a high positive cooperativity compared to wtBO with a Hill constant of 1.14.
(イ)至適pHとpH安定性:イオン強度を0.2Mに調整したMES-Bicine-CAPS混合緩衝液を用い、pH6〜pH11における反応速度をプロットしたところ、図5に示すようにrBOPichiaとwtBOの両方でpH7.5付近を頂点としたベル型の曲線が得られ、両酵素の至適pHは一致した。また、同じ緩衝液(pH4〜pH12)を用い、25℃、10分の処理におけるrBOPichiaのpH安定性をwtBOと比較した結果、図6に示すように、両酵素ともpH6〜pH11において失活は見られず、このpH域で安定であることが明らかになった。
(A) Optimum pH and pH stability: MES-Bicine-CAPS mixed buffer adjusted to 0.2 M ionic strength was used to plot the reaction rate at
(ウ)熱安定性:50mM Tris−H2SO4緩衝液(pH 7.8)におけるrBOPichiaの熱安定性を調べた結果、野生型酵素で失活が起こる50℃、10分間の処理ではrBOPichiaの活性の低下は観察されなかった。また、50mMTris−H2SO4緩衝液(pH7.8)中、60℃の熱処理における酵素活性の経時変化を検討した結果、rBOPichiaの活性半減期(t1/2)は90分と長く、wtBOの15分の6倍の値である。これらの結果より、rBOPichiaはwtBOより高い熱安定性を有することが明らかである。
(C) Thermal stability: As a result of investigating the thermal stability of rBO Pichia in 50 mM Tris-H 2 SO 4 buffer (pH 7.8) No decrease in rBO Pichia activity was observed. In addition, as a result of examining the time course of enzyme activity during heat treatment at 60 ° C. in 50 mM Tris-H 2 SO 4 buffer (pH 7.8), the activity half-life (t 1/2 ) of rBO Pichia was as long as 90 minutes. The value is 6
以上に示した如く、本発明の組換え型ビリルビン酸化酵素の製造方法によれば、野生型酵素または従来の手法により製造された組換え型酵素に比べ熱に安定な組換え型酵素を簡便に且つ大量に製造できることが明らかとなった。また、本発明の組換え型ビリルビン酸化酵素が示した安定性は、分子量測定及びアミノ酸配列分析等により解析した結果、糖鎖修飾の違いによって生じているものと考えられた。 As described above, according to the method for producing a recombinant bilirubin oxidase of the present invention, a heat-stable recombinant enzyme can be easily obtained compared to a wild-type enzyme or a recombinant enzyme produced by a conventional technique. And it became clear that it can be manufactured in large quantities. Further, the stability exhibited by the recombinant bilirubin oxidase of the present invention was analyzed by molecular weight measurement, amino acid sequence analysis, and the like, and as a result, was considered to be caused by differences in sugar chain modification.
また、本発明の組換え型ビリルビン酸化酵素は、従来の野生型酵素と比べて安定性が高い為、臨床検査用試薬として水溶液中、特に血液、血清、血漿、胆汁液または尿中に含まれるビリルビンの定量を行う際に極めて有用である。 In addition, since the recombinant bilirubin oxidase of the present invention is more stable than the conventional wild-type enzyme, it is contained in an aqueous solution, particularly blood, serum, plasma, bile fluid, or urine as a reagent for clinical testing. This is extremely useful when quantifying bilirubin.
1 アンピシリン耐性遺伝子(ampr)
2 複製開始点(ColE1ori)
3 アルコール酸化酵素遺伝子断片(3'AOX1)
4 カナマイシン耐性遺伝子(kanr)
5 ヒスチジン生産遺伝子(his4)
6 転写終結配列(terminator)
7 ビリルビン酸化酵素遺伝子(bo)
8 α因子分泌シグナルコード配列(α-signal)
9 アルコール酸化酵素遺伝子断片(5'AOX1)
1 Ampicillin resistance gene (amp r )
2 Replication start point (ColE1ori)
3 Alcohol oxidase gene fragment (3'AOX1)
4 Kanamycin resistance gene (kan r )
5 Histidine production gene (his4)
6 Transcription termination sequence (terminator)
7 Bilirubin oxidase gene (bo)
8 α-factor secretion signal coding sequence (α-signal)
9 Alcohol oxidase gene fragment (5'AOX1)
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