JP5098008B2 - Novel P450 gene and useful isoquinoline alkaloid production using the same - Google Patents

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Description

本発明は、イソキノリンアルカロイド生合成系に存在する炭素−炭素カップリング反応を触媒するP450、該P450をコードする遺伝子、および該P450を用いた有用イソキノリンアルカロイドの生産に関する。   The present invention relates to P450 that catalyzes a carbon-carbon coupling reaction present in an isoquinoline alkaloid biosynthesis system, a gene encoding the P450, and production of useful isoquinoline alkaloids using the P450.

シトクロームP450(本明細書および特許請求の範囲において、P450と称する)は、細菌から高等生物に至るまで広く存在するヘムタンパク質であり、その反応は多岐にわたる。高等植物は、極めて多様な化学構造や生理活性を有する二次代謝産物を生産する。二次代謝産物は、医薬品、着色料、芳香料として用いられている。植物における二次代謝産物の生合成には、多くのP450が関与していることが示されている。   Cytochrome P450 (referred to herein as P450 in the specification and claims) is a hemoprotein that exists widely from bacteria to higher organisms, and its reactions are diverse. Higher plants produce secondary metabolites with extremely diverse chemical structures and physiological activities. Secondary metabolites are used as pharmaceuticals, coloring agents, and fragrances. It has been shown that many P450s are involved in the biosynthesis of secondary metabolites in plants.

例えば、P450は、内在性基質および生体異物基質の酸化的、過酸化的、および還元的代謝を含む多様な範囲の化学的に異なる基質の酵素反応を触媒する。植物では、P450は、フェニルプロパノイド、アルカロイド、テルペノイド、脂質、シアン発生性配糖体、グルコシノラートのような、植物生成物の合成を含む生化学的経路に関与する(非特許文献1)。P450に触媒される特異的反応には、脱メチル化、水酸化、エポキシ化、N−酸化、スルホオキシデーション;N−、S−、およびO−脱アルキル化、脱硫酸化、脱アミノ化、ならびにアゾ、ニトロ、およびN−オキシド群の還元が知られている。   For example, P450 catalyzes the enzymatic reaction of a diverse range of chemically different substrates, including oxidative, peroxidative, and reductive metabolism of endogenous and xenobiotic substrates. In plants, P450 is involved in biochemical pathways involving the synthesis of plant products such as phenylpropanoids, alkaloids, terpenoids, lipids, cyanogenic glycosides, glucosinolates (Non-Patent Document 1). . Specific reactions catalyzed by P450 include demethylation, hydroxylation, epoxidation, N-oxidation, sulfooxidation; N-, S-, and O-dealkylation, desulfation, deamination, and Reduction of the azo, nitro, and N-oxide groups is known.

薬用植物であるオウレンは、抗菌性アルカロイドであるベルベリン等、主に7種類のイソキノリンアルカロイドを生産する。これら7種の産物は、イソキノリンアルカロイド生合成系において重要な中間産物であるレチクリンを経由して生合成されると考えられる。   Ouren, a medicinal plant, mainly produces seven types of isoquinoline alkaloids such as berberine, an antibacterial alkaloid. These seven products are considered to be biosynthesized via reticuline, which is an important intermediate product in the isoquinoline alkaloid biosynthesis system.

イソキノリンアルカロイド生合成系に特異的なP450としては、メギ科植物から単離された、炭素−酸素カップリングを触媒するCYP80A1、ケシ科ハナビシソウから単離された、水酸化反応を触媒するCYP80B1、キンポウゲ科オウレンから単離された、メチレンジオキシ環形成を触媒するCYP719A1等が知られている(図1参照)。しかし、炭素−炭素カップリング反応を触媒するP450は未だに知られていない。   P450s specific for the isoquinoline alkaloid biosynthesis system include CYP80A1, which catalyzes carbon-oxygen coupling, isolated from barberry plant, CYP80B1, which catalyzes hydroxylation reaction, isolated from Poppyaceae, Buttercup CYP719A1 and the like that catalyze the formation of a methylenedioxy ring isolated from the family Auren are known (see FIG. 1). However, P450 that catalyzes the carbon-carbon coupling reaction is not yet known.

P450酵素の多様性、即ちその異なる構造および機能により、P450酵素についての研究は非常に困難なものであった。さらに、P450酵素のクローニングは、これらの膜局在化タンパク質は通常低量で存在し、精製するにはしばしば不安定であるため、少なくとも部分的に阻止されてきた。   Due to the diversity of P450 enzymes, ie their different structure and function, research on P450 enzymes has been very difficult. Furthermore, cloning of the P450 enzyme has been at least partially blocked because these membrane-localized proteins are usually present in low amounts and are often unstable to purification.

一方、イソキノリンアルカロイドのひとつであるマグノフロリンは、ホウノキやオウレンなどに含まれるイソキノリンアルカロイドであり、薬効性があることが知られているが、その生産は天然物からの抽出に依存しており、利用は生薬などに限定されている(特許文献1)。
特開平6−183983号公報 Chapple, Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 1998, 49: 311-343
On the other hand, magnoflorin, one of the isoquinoline alkaloids, is an isoquinoline alkaloid contained in bonito and auren and is known to have medicinal properties, but its production depends on extraction from natural products, Use is limited to crude drugs and the like (Patent Document 1).
JP-A-6-183983 Chapple, Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 1998, 49: 311-343

本発明は、炭素−炭素カップリング反応を触媒する、新規なP450をコードする遺伝子を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a novel gene encoding P450 that catalyzes a carbon-carbon coupling reaction.

上記課題を解決するため、本発明者は、新規な遺伝子機能解析法と、きわめてアルカロイド生合成能力の高いオウレン培養細胞から単離したESTライブラリーを用いることにより、オウレンのアルカロイド生合成系に関与する新規P450遺伝子の単離に成功した。該P450は炭素−炭素カップリング反応を触媒するものであり、かかる反応を触媒するP450の単離は初めてである。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has been involved in a system for biosynthesis of aurene alkaloids by using a novel gene function analysis method and an EST library isolated from cultured aurene cells having a very high alkaloid biosynthesis ability. The new P450 gene was successfully isolated. The P450 catalyzes a carbon-carbon coupling reaction, and P450 that catalyzes such a reaction is the first to be isolated.

すなわち、本発明は、配列番号1で表される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む遺伝子を提供する。配列番号1で表される配列は、本発明によるP450をコードする領域、即ちオープンリーディングフレーム(ORF)である。   That is, this invention provides the gene containing the polynucleotide which consists of a base sequence represented by sequence number 1. The sequence represented by SEQ ID NO: 1 is a region encoding P450 according to the present invention, that is, an open reading frame (ORF).

また、本発明には、配列番号1で表される塩基配列からなるポリヌクレオチドと相補的な配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、炭素−炭素カップリング反応を触媒するP450酵素をコードするポリヌクレオチドを含む遺伝子も含まれる。なお、本発明においてストリンジェントなハイブリダイゼーション条件とは、0.2% SDS、0.2x SSC、65℃の条件またはこれと同等のストリンジェンシーのハイブリダイゼーション/洗浄条件を指す。   In addition, the present invention hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising a sequence complementary to the polynucleotide comprising the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1, and catalyzes a carbon-carbon coupling reaction. Also included are genes comprising a polynucleotide encoding a P450 enzyme. In the present invention, stringent hybridization conditions refer to conditions of 0.2% SDS, 0.2 × SSC, 65 ° C. or hybridization / washing conditions of stringency equivalent thereto.

また、本発明には、配列番号1で表される塩基配列からなるポリヌクレオチドにおいて1もしくは数個の塩基または塩基対が欠失、置換もしくは付加された塩基配列からなり、かつ、炭素−炭素カップリング反応を触媒するP450酵素をコードするポリヌクレオチドを含む遺伝子も含まれる。ここで、「1もしくは数個の塩基または塩基対が欠失、置換もしくは付加」とは、部位特異的突然変異誘発法等の公知の変異導入法により置換、欠失、挿入、及び/または付加できる程度の数の塩基が置換、欠失、挿入、及び/または付加されることを意味する。   The present invention also includes a nucleotide sequence comprising one or several bases or base pairs deleted, substituted or added in a polynucleotide comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 1, and a carbon-carbon cup. Also included are genes comprising a polynucleotide encoding a P450 enzyme that catalyzes the ring reaction. Here, “one or several bases or base pairs are deleted, substituted or added” means substitution, deletion, insertion and / or addition by a known mutagenesis method such as site-directed mutagenesis. It means that as many bases as possible are substituted, deleted, inserted and / or added.

本発明にはまた、配列番号1で表される塩基配列からなるポリヌクレオチドとヌクレオチドレベルで85%以上の相同性を示し、かつ、炭素−炭素カップリング反応を触媒するP450酵素をコードするポリヌクレオチドを含む遺伝子も含まれる。相同性は好ましくは90%以上、さらに好ましくは、95%以上、97%以上である。配列の同一性は、FASTA検索 (Pearson W.R. and D.J. Lipman (1988) Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 85:2444-2448)やBLASTN検索により決定することができる。   The present invention also provides a polynucleotide encoding a P450 enzyme that exhibits 85% or more homology at the nucleotide level with a polynucleotide comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 1 and catalyzes a carbon-carbon coupling reaction. Genes containing are also included. The homology is preferably 90% or more, more preferably 95% or more and 97% or more. Sequence identity can be determined by FASTA search (Pearson W.R. and D.J. Lipman (1988) Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 85: 2444-2448) or BLASTN search.

本発明によって提供される上記遺伝子は、イソキノリンアルカロイド生産能を有する植物、例えば、ハナビシソウ、ケシ、エンゴサク等のケシ科植物、メギ等のメギ科植物、キハダ等のミカン科植物、コブシ等のモクレン科植物、オオツヅラフジなどのツヅラフジ科植物、ならびにオウレン等のキンポウゲ科植物などのイソキノリンアルカロイド産生植物由来であるのが好ましく、オウレン(Coptis japonica)由来であるのがさらに好ましい。   The gene provided by the present invention is a plant having the ability to produce isoquinoline alkaloids, for example, Poppyaceae plants such as Hanabiso, poppy and Engosac, Barberry plants such as barberry, Citrus plants such as yellowfin, and magnoliaceae such as Kobushi It is preferably derived from a plant, an isoquinoline alkaloid-producing plant such as a cloveaceae plant such as a scallop, and a buttercup plant such as abalone, and more preferably derived from Coptis japonica.

本発明はまた、本発明によって提供される上記遺伝子によってコードされるタンパク質を提供する。   The present invention also provides a protein encoded by the above gene provided by the present invention.

本発明は、以下の(a)または(b)のタンパク質を提供する:
(a)配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号2で表されるアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、炭素−炭素カップリング反応を触媒するP450酵素の活性を有するタンパク質。
The present invention provides the following protein (a) or (b):
(A) a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2,
(B) It consists of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and has the activity of a P450 enzyme that catalyzes a carbon-carbon coupling reaction. protein.

本発明において、「1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加」とは、部位特異的突然変異誘発法等の公知の変異タンパク質作製法により置換、欠失、挿入、及び/または付加できる程度の数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/または付加されることを意味する。また、ここにいう「変異」は、主として公知の変異タンパク質作製法により人為的に導入された変異を意味するが、天然に存在する同様の変異タンパク質を単離精製したものであってもよい。   In the present invention, “deletion, substitution or addition of one or several amino acids” can be replaced, deleted, inserted and / or added by a known mutant protein production method such as site-directed mutagenesis. It means that a certain number of amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added. Further, the “mutation” here means a mutation artificially introduced mainly by a known method for producing a mutant protein, but may be a product obtained by isolating and purifying a similar naturally occurring mutant protein.

さらに本発明は、以下の(a)または(c)のタンパク質を提供する:
(a)配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質、
(c)配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質とアミノ酸レベルで60%以上の相同性を示し、かつ、炭素−炭素カップリング反応を触媒するP450酵素の活性を有するタンパク質。
ここで、相同性は好ましくは70%以上、さらに好ましくは、80%以上、90%以上、95%以上である。配列の同一性は上記のように、FASTA検索 (Pearson W.R. and D.J. Lipman (1988) Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 85:2444-2448)やBLASTP検索により決定することができる。
Furthermore, the present invention provides the following protein (a) or (c):
(A) a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2,
(C) a protein having 60% or more homology at the amino acid level with a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and having a P450 enzyme activity that catalyzes a carbon-carbon coupling reaction.
Here, the homology is preferably 70% or more, more preferably 80% or more, 90% or more, or 95% or more. As described above, sequence identity can be determined by FASTA search (Pearson WR and DJ Lipman (1988) Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 85: 2444-2448) or BLASTP search.

本発明はまた、上記タンパク質をコードする遺伝子を提供する。   The present invention also provides a gene encoding the protein.

本発明はまた、本発明により提供される遺伝子を含む組換えベクター、ならびに該遺伝子または該組換えベクターを含む宿主細胞を提供する。該遺伝子または組換えベクターにより形質転換される宿主細胞としては、大腸菌、酵母、植物細胞、昆虫細胞などが挙げられ、好ましくは、酵母およびイソキノリンアルカロイド生合成経路を有する植物細胞である。また、本発明により形質転換されるイソキノリンアルカロイド生合成経路を有する植物の具体例としては、ハナビシソウ、ケシ、エンゴサク等のケシ科植物、メギ等のメギ科植物、キハダ等のミカン科植物、コブシ等のモクレン科植物、オオツヅラフジなどのツヅラフジ科植物、ならびにオウレン等のキンポウゲ科植物などのイソキノリンアルカロイド産生植物などが挙げられ、好ましくはオウレンである。   The present invention also provides a recombinant vector comprising the gene provided by the present invention, as well as a host cell comprising the gene or the recombinant vector. Examples of host cells transformed with the gene or recombinant vector include Escherichia coli, yeast, plant cells, insect cells and the like, and preferably yeast and plant cells having an isoquinoline alkaloid biosynthesis pathway. Specific examples of the plant having an isoquinoline alkaloid biosynthetic pathway transformed according to the present invention include Poppyaceae plants such as Hanabiso, poppy and Engosac, Barberry plants such as barberry, Citrus plants such as yellowfin, Kobushi etc. , And isoquinoline alkaloid-producing plants such as the buttercup family such as Aurelia, and the like, preferably Aureen.

本発明による遺伝子を担持するベクターとしては、宿主として大腸菌を用いる場合には、pUC、pBluescriptやpET21などの発現ベクター、酵母を用いる場合には、pGYRやpFLD、植物を用いる場合には、pBIEなどの発現ベクター、昆虫細胞を用いる場合には、バキュロウイルス発現ベクターpACκCH3などが挙げられる。   The vector carrying the gene according to the present invention includes pUC, pBluescript and pET21 expression vectors when using E. coli as the host, pGYR and pFLD when using yeast, and pBIE when using plants. In the case of using an insect vector or an insect cell, a baculovirus expression vector pACκCH3 and the like can be mentioned.

本発明のP450酵素は、炭素−炭素カップリング反応を触媒するものであり、かかる反応としては、レチクリンからコリツベリンへの変換反応が挙げられる。   The P450 enzyme of the present invention catalyzes a carbon-carbon coupling reaction, and examples of such a reaction include a conversion reaction from reticuline to colituberin.

さらに本発明は、本発明の遺伝子を含む組換えベクターを含む宿主細胞を培養する工程、および、
該宿主細胞において本発明のタンパク質を発現させる工程、
を含む、本発明によるP450タンパク質の産生方法を提供する。
Furthermore, the present invention includes a step of culturing a host cell containing a recombinant vector containing the gene of the present invention, and
Expressing the protein of the present invention in the host cell,
A method for producing a P450 protein according to the present invention is provided.

該方法において、好ましい宿主細胞は、上記と同様であり、単に本発明のタンパク質を産生するための目的であれば、大腸菌、酵母、昆虫細胞が挙げられ、宿主細胞自体あるいはその画分(例えばミクロソーム画分)をそのまま酵素反応に用いるためには、NADPH-P450還元酵素を導入した酵母、NADPH-P450還元酵素を内在的に有する昆虫細胞、植物が挙げられる。   In the method, preferred host cells are the same as those described above. For the purpose of producing the protein of the present invention, Escherichia coli, yeast, and insect cells can be mentioned, and host cells themselves or fractions thereof (for example, microsomes). In order to use the fraction) for the enzymatic reaction as it is, yeasts into which NADPH-P450 reductase has been introduced, insect cells and plants having NADPH-P450 reductase endogenously can be mentioned.

宿主細胞への本発明の遺伝子を含む組換えベクターの導入方法としては、宿主細胞が大腸菌の場合にはヒートショック法、エレクトロポーレーション法など、酵母の場合にはLiCl法、昆虫細胞の場合にはウイルスのトランスフェクションが挙げられる。   As a method for introducing a recombinant vector containing the gene of the present invention into a host cell, heat shock method, electroporation method, etc. when the host cell is Escherichia coli, LiCl method when yeast is used, and insect cell Includes viral transfection.

該タンパク質を発現させる工程は、例えば、導入するP450遺伝子の上流に構成的プロモーターを連結することにより、あるいは誘導可能プロモーターに連結し、プロモーターに誘導をかけることにより達成される。   The step of expressing the protein can be achieved, for example, by linking a constitutive promoter upstream of the P450 gene to be introduced, or by linking to an inducible promoter and inducing the promoter.

本発明はまた、本発明のP450を触媒として作用させ、基質であるレチクリンをコリツベリンに変換する工程を含む、コリツベリンの産生方法を提供する。   The present invention also provides a method for producing colituberin, which comprises the step of converting Pt of the present invention as a catalyst to convert reticuline as a substrate into colituberin.

本発明はさらに、本発明のP450を触媒として作用させ、基質であるレチクリンをコリツベリンに変換する工程、および、
コクラウリン−N−メチルトランスフェラーゼを触媒として作用させ、基質であるコリツベリンをマグノフロリンに変換する工程、
を含む、マグノフロリンの産生方法を提供する。
The present invention further comprises a step of converting Pt of the present invention as a catalyst to convert reticuline as a substrate into colituberin, and
A step of acting as a catalyst with coclaurine-N-methyltransferase and converting the substrate coritubberin into magnoflorin,
A method for producing magnoflorin is provided.

本発明の「P450を触媒として作用させ、基質であるレチクリンをコリツベリンに変換する工程」は、例えば、実施例に記載のように、P450およびP450の活性発現に必要なNADPH-P450レダクターゼを発現する酵母に、菌体外からレチクリンを添加することによって行うことが出来る。また、かかる菌体から調製したミクロソーム画分にレチクリンを添加することによって行うことも出来る。さらに、大腸菌などの所望の宿主によって発現させた本発明のP450を精製して酵素標品を得て、NADPH-P450還元酵素の存在下で、該酵素標品に基質であるレチクリンを添加することによって行うことも出来る。   In the present invention, “the step of converting Pt as a substrate by allowing P450 to act as a catalyst” expresses NADPH-P450 reductase necessary for the expression of P450 and P450 activity, for example, as described in the Examples. This can be done by adding reticuline from outside the cells to yeast. Moreover, it can also carry out by adding a reticuline to the microsome fraction prepared from this microbial cell. Furthermore, the P450 of the present invention expressed by a desired host such as Escherichia coli is purified to obtain an enzyme preparation, and reticuline as a substrate is added to the enzyme preparation in the presence of NADPH-P450 reductase. Can also be done.

例えば酵母菌体を用いた場合のコリツベリンの回収方法としては、菌体を懸濁しているバッファーを回収し、Sep-pakを通してアルカロイドを吸着させ、MeOHで溶出して回収する方法が挙げられる。   For example, as a method for recovering Kollituberin when yeast cells are used, a method of recovering a buffer in which the cells are suspended, adsorbing alkaloid through Sep-pak, and eluting with MeOH can be mentioned.

このようにしてレチクリンから生じた反応産物がコリツベリンであるか否かは、当業者に周知のあらゆる手段によって確認することが出来る。具体的には、反応生成物とコリツベリン標品とを、LC-MSに供し、得られるスペクトルを比較することによって同定することが出来る。また、反応生成物とコリツベリン標品とのNMR分析による比較によっても確認することが出来る。   Whether or not the reaction product generated from reticuline is colituberin can be confirmed by any means known to those skilled in the art. Specifically, it can be identified by subjecting the reaction product and the Koltsberine preparation to LC-MS and comparing the obtained spectra. Moreover, it can confirm also by the comparison by the NMR analysis of a reaction product and a Kollituberin sample.

得られた反応生成物をさらに「コクラウリン−N−メチルトランスフェラーゼを触媒として作用させ、基質であるコリツベリンをマグノフロリンに変換する工程」に供することにより、マグノフロリンを得ることが出来る。かかる工程は、上記の反応生成物に、大腸菌などで発現させ、精製したコクラウリン−N−メチルトランスフェラーゼ(CNMT)を添加して行うこともできるし、上記の反応生成物を含む培養液にて、CNMTを保持する大腸菌を培養することにより行うことも出来る。例えば大腸菌を用いた場合はマグノフロリンは培地から回収することができる。   Magnoflorin can be obtained by subjecting the obtained reaction product to a further “step of converting coligberin, which is a substrate into magnoflorin, by using coclaurin-N-methyltransferase as a catalyst”. Such a step can be performed by adding the purified coclaurine-N-methyltransferase (CNMT) expressed in E. coli or the like to the above reaction product, or in a culture solution containing the above reaction product, It can also be carried out by culturing E. coli retaining CNMT. For example, when E. coli is used, magnoflorin can be recovered from the medium.

このようにしてコリツベリンから生じた反応産物がマグノフロリンであるか否かは、当業者に知られたいずれかの手段によって確認することが出来る。具体的には、反応生成物とマグノフロリン標品とを、LC-MSに供し、得られるスペクトルを比較することによって同定することが出来る。また、反応生成物とマグノフロリン標品とのNMR分析による比較によっても確認することが出来る。   Thus, whether or not the reaction product generated from colituberin is magnoflorin can be confirmed by any means known to those skilled in the art. Specifically, the reaction product and the magnoflorin sample can be identified by subjecting them to LC-MS and comparing the obtained spectra. Moreover, it can confirm also by the comparison by the NMR analysis of a reaction product and a magnoflorin sample.

上記ポリヌクレオチドが、「炭素−炭素カップリング反応を触媒するP450酵素をコードするポリヌクレオチド」であるか否かは、本発明のP450の活性発現に必要なNADPH-P450レダクターゼをコードするポリヌクレオチドとともに、発現産物の活性を確かめるべきポリヌクレオチドを、イソキノリンアルカロイドの生産能を有さない、即ち、内在性のイソキノリンアルカロイドを含まない宿主細胞、例えば、酵母に共導入し、該宿主細胞自体または該宿主細胞のミクロソーム調製物、あるいは該宿主細胞から単離・精製した目的の発現産物とNADPH-P450レダクターゼを含む調製物に、反応基質としてレチクリンを添加し、得られた反応生成物にコリツベリンが含まれるかを調べることにより判定することが出来る。得られた反応生成物がコリツベリンであるかどうかは、コリツベリン標品と、反応生成物とをLC-MS等の公知の分析に供し、同じ物質であることを確認することにより判定できる。   Whether or not the above-mentioned polynucleotide is a “polynucleotide encoding a P450 enzyme that catalyzes a carbon-carbon coupling reaction”, together with a polynucleotide encoding NADPH-P450 reductase necessary for the expression of the activity of P450 of the present invention. A polynucleotide whose activity of the expression product should be confirmed is co-introduced into a host cell that does not have the ability to produce isoquinoline alkaloids, that is, does not contain endogenous isoquinoline alkaloids, such as yeast, or the host cell itself or the host Reticuline is added as a reaction substrate to a microsomal preparation of cells or a preparation containing the desired expression product isolated and purified from the host cell and NADPH-P450 reductase, and the resulting reaction product contains colituberin. This can be determined by examining the above. Whether or not the obtained reaction product is colituberin can be determined by subjecting the Kollituberin preparation and the reaction product to a known analysis such as LC-MS and confirming that they are the same substance.

同様に、上記タンパク質が「炭素−炭素カップリング反応を触媒するP450酵素の活性を有するタンパク質」であるかどうかは、該タンパク質調製物にNADPH-P450レダクターゼの存在下で反応基質としてのレチクリンを添加し、上記と同様にして反応生成物がコリツベリンであるかを調べることにより判定することが出来る。   Similarly, whether the above protein is “a protein having the activity of a P450 enzyme that catalyzes a carbon-carbon coupling reaction” is determined by adding reticuline as a reaction substrate to the protein preparation in the presence of NADPH-P450 reductase. In the same manner as described above, it can be determined by examining whether the reaction product is colituberin.

本発明において、高いアルカロイド生合成活性を有するオウレン細胞の遺伝子解析から、新規なP450遺伝子を単離し、その解析を行うことにより、該P450がイソキノリンアルカロイド生合成系における炭素−炭素カップリングという反応を触媒する新規なP450であることを見いだした。本発明の新規なP450は、イソキノリンアルカロイド生合成系の重要な中間体であるレチクリンから、コリツベリンへの変換を触媒する。コリツベリンは、最近、ピロリ菌の生存に必須なマロニルCoAアシルキャリアタンパク質トランスアシラーゼの阻害作用を有することが明らかになっている。   In the present invention, by isolating and analyzing a novel P450 gene from genetic analysis of auren cells having high alkaloid biosynthesis activity, the P450 undergoes a reaction called carbon-carbon coupling in an isoquinoline alkaloid biosynthesis system. It was found to be a novel P450 to catalyze. The novel P450 of the present invention catalyzes the conversion of reticuline, an important intermediate in the isoquinoline alkaloid biosynthesis system, to colituberin. Recently, it has been revealed that colituberin has an inhibitory action on malonyl-CoA acyl carrier protein transacylase essential for the survival of H. pylori.

さらに、本発明のP450により生産されるコリツベリンは、本発明者らが既に単離同定しているコクラウリン−N−メチルトランスフェラーゼ(CNMT)の触媒作用により、薬効性が期待されるマグノフロリンに変換される。イソキノリンアルカロイドは極めて幅広い薬効を示すことから、本発明の遺伝子の利用により新たな創薬の可能性が喚起される。   In addition, colituberin produced by the P450 of the present invention is converted to magnoflorin, which is expected to have medicinal properties, by the catalytic action of coclaurine-N-methyltransferase (CNMT) that has already been isolated and identified by the present inventors. The Since isoquinoline alkaloids exhibit a very wide range of medicinal effects, the use of the gene of the present invention raises the possibility of new drug discovery.

本発明に係る遺伝子について
本発明は、炭素−炭素カップリング反応を触媒する新規なP450をコードする遺伝子を提供する。
配列番号1に示す塩基配列は、オウレン(Coptis japonica)由来のESTライブラリーからのクローンの配列決定および相同性探索に基づいて同定され、配列決定されたcDNAのコード領域である。
About Gene According to the Present Invention The present invention provides a gene encoding a novel P450 that catalyzes a carbon-carbon coupling reaction.
The base sequence shown in SEQ ID NO: 1 is a coding region of cDNA that has been identified and sequenced based on sequencing and homology search of clones from an EST library derived from Coptis japonica.

本発明に係るP450をコードする遺伝子は好ましくは、配列番号1に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドからなるORFであるが、この部分に相当する部分が含まれる限り、いずれの遺伝子であってもよい。例えば、該ORFに5'および3'UTRを加えた配列番号3からなる遺伝子も本発明に含まれる。配列番号1に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、イソキノリンアルカロイドを生産するオウレンから調製したcDNAライブラリーから得ることが出来る。   The gene encoding P450 according to the present invention is preferably an ORF consisting of a polynucleotide consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1. However, any gene may be used as long as a portion corresponding to this portion is included. . For example, the gene consisting of SEQ ID NO: 3 obtained by adding 5 ′ and 3 ′ UTR to the ORF is also included in the present invention. The polynucleotide consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 can be obtained from a cDNA library prepared from ouren producing isoquinoline alkaloids.

上記配列番号1に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドは、新規なP450をコードするORFであると確認された。該P450は、NADPH-P450レダクターゼの存在下で、炭素−炭素カップリング反応を触媒する。具体的には該P450は、イソキノリンアルカロイド生合成系の重要な中間産物であるレチクリンの2つの炭素をカップリングして、コリツベリンを生産する(図6参照)。これまでにイソキノリンアルカロイド生合成系において炭素−炭素カップリング反応を触媒するP450遺伝子は全く知られておらず、本発明のP450の利用によって、イソキノリンアルカロイド生合成系の重要産物である、マグノフロリンの大規模産生が期待できるものである。   The polynucleotide consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 was confirmed to be an ORF encoding a novel P450. The P450 catalyzes a carbon-carbon coupling reaction in the presence of NADPH-P450 reductase. Specifically, the P450 couples two carbons of reticuline, which is an important intermediate product of the isoquinoline alkaloid biosynthesis system, to produce colituberin (see FIG. 6). So far, no P450 gene has been known to catalyze the carbon-carbon coupling reaction in the isoquinoline alkaloid biosynthesis system, and by using P450 of the present invention, magnoflorin, an important product of the isoquinoline alkaloid biosynthesis system, has been known. Large-scale production can be expected.

本発明はまた、配列番号2に記載のP450として作用するタンパク質と機能的に同等なタンパク質をコードする遺伝子を包含する。ここで「P450として作用するタンパク質と機能的に同等」とは、対象となるタンパク質が配列番号2に記載のタンパク質と同等の生物学的機能、即ち炭素−炭素カップリング反応を触媒する機能、例えば、レチクリンからコリツベリンへの変換反応を触媒する機能を有することを指す。   The present invention also includes a gene encoding a protein functionally equivalent to the protein acting as P450 described in SEQ ID NO: 2. Here, “functionally equivalent to the protein acting as P450” means that the target protein has the same biological function as the protein described in SEQ ID NO: 2, that is, a function of catalyzing a carbon-carbon coupling reaction, for example, It has a function of catalyzing the conversion reaction from reticuline to colituberin.

本発明の遺伝子には、例えば、配列番号2に記載のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、付加および/または挿入されたアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする変異体、誘導体、アレル、バリアントおよびホモログが含まれる。   Examples of the gene of the present invention include mutants, derivatives, and the like that encode a protein comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted, added and / or inserted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. Alleles, variants and homologs are included.

アミノ酸配列が改変されたタンパク質をコードする遺伝子を調製するための当業者によく知られた方法としては、例えば、部位特異的突然変異誘発(site-directed mutagenesis)法(Kramer, W.& Fritz,H.-J. Methods in Enzymology, 154: 350-367(1987))が挙げられる。また、塩基配列の変異によりコードするタンパク質のアミノ酸配列が変異することは、自然界においても生じ得る。このように天然型の本発明のP450(配列番号2)をコードするアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が置換、欠失もしくは付加したアミノ酸配列を有するタンパク質をコードする遺伝子であっても、天然型(配列番号2)のP450と同等の機能を有するタンパク質をコードする限り、本発明の遺伝子に含まれる。また、たとえ、塩基配列が変異した場合でも、それがタンパク質中のアミノ酸の変異を伴わない場合(縮重変異)もあり、このような縮重変異体も本発明の遺伝子に含まれる。対象となる遺伝子を構成するDNAの塩基の変異数は、アミノ酸レベルにおいて、典型的には、100アミノ酸以内、好ましくは50アミノ酸以内、さらに好ましくは20アミノ酸以内、さらに好ましくは10アミノ酸以内(例えば、5アミノ酸以内、3アミノ酸以内)である。   Methods well known to those skilled in the art for preparing genes encoding proteins with altered amino acid sequences include, for example, site-directed mutagenesis (Kramer, W. & Fritz, H.-J. Methods in Enzymology, 154: 350-367 (1987)). In addition, the amino acid sequence of the encoded protein may be mutated in nature due to the mutation of the base sequence. Thus, even a gene encoding a protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted or added in the amino acid sequence encoding the natural P450 (SEQ ID NO: 2) of the present invention, So long as it encodes a protein having a function equivalent to P450 of the type (SEQ ID NO: 2), it is included in the gene of the present invention. Moreover, even if the base sequence is mutated, it may not be accompanied by a mutation of an amino acid in the protein (degenerate mutation), and such a degenerate mutant is also included in the gene of the present invention. The number of base mutations in the DNA constituting the gene of interest is typically within 100 amino acids, preferably within 50 amino acids, more preferably within 20 amino acids, and even more preferably within 10 amino acids (for example, Within 5 amino acids, within 3 amino acids).

上記遺伝子を獲得する方法は特に限定されるものではなく、一般的な方法が採用される。例えば、該遺伝子を、それを有する生物のゲノムDNA、cDNAライブラリーなどから適切な制限酵素で切り出し、精製すればよい。即ち、本発明のP450をコードする遺伝子には、ゲノムDNA、cDNA、および化学合成DNAが含まれる。ゲノムDNAおよびcDNAの調製は、当業者にとって常套手段を利用して行うことが可能である。ゲノムDNAは、例えば、対象生物からゲノムDNAを抽出し、ゲノミックライブラリー(ベクターとしては、プラスミド、ファージ、コスミド、BAC、PACなどが利用できる)を作成し、これを展開して、本発明のタンパク質をコードするDNA(配列番号1)を基に調製したプローブを用いてコロニーハイブリダイゼーションあるいはプラークハイブリダイゼーションを行うことにより調製することが可能である。   The method for obtaining the gene is not particularly limited, and a general method is employed. For example, the gene may be excised from a genomic DNA or cDNA library of an organism having the gene with an appropriate restriction enzyme and purified. That is, the gene encoding P450 of the present invention includes genomic DNA, cDNA, and chemically synthesized DNA. Preparation of genomic DNA and cDNA can be performed by those skilled in the art using conventional means. For genomic DNA, for example, genomic DNA is extracted from the target organism, a genomic library (plasmids, phages, cosmids, BACs, PACs, etc. can be used as vectors) is developed and expanded, It can be prepared by performing colony hybridization or plaque hybridization using a probe prepared based on DNA encoding the protein (SEQ ID NO: 1).

また、本発明のP450をコードするDNA(配列番号1)に特異的なプライマーを作成し、これを利用したPCRを行うことによって調製することも可能である。また、cDNAは、例えば、対象生物から抽出したmRNAを基にcDNAを合成し、これをλZAP等のベクターに挿入してcDNAライブラリーを作成し、これを展開して、上記と同様にコロニーハイブリダイゼーションあるいはプラークハイブリダイゼーションを行うことにより、また、PCRを行うことにより調製することが可能である。   It is also possible to prepare a primer specific for the DNA (SEQ ID NO: 1) encoding P450 of the present invention and perform PCR using this primer. In addition, for example, cDNA is synthesized based on mRNA extracted from a target organism, inserted into a vector such as λZAP to create a cDNA library, developed, and colony-high as described above. It can be prepared by performing hybridization or plaque hybridization, or by performing PCR.

なお、上記遺伝子を有する生物としては、イソキノリンアルカロイド産生能を有する植物、例えば、ハナビシソウ、ケシ、エンゴサクなどのケシ科植物、オウレン等のキンポウゲ科植物、メギなどのメギ科植物、オオツヅラフジなどのツヅラフジ科植物、キハダなどのミカン科植物、コブシ等のモクレン科植物等の、イソキノリンアルカロイド産生植物を挙げることができる。これらの中でも特に、イソキノリンアルカロイド生産性の高いオウレン培養細胞を用いれば、より確実に目的の遺伝子を単離することができる。   Examples of the organism having the above gene include plants having the ability to produce isoquinoline alkaloids, for example, poppy family plants such as red sand, poppy and engosac, buttercups such as auren, barberry plants such as barberry, and vines such as Japanese oak And isoquinoline alkaloid-producing plants such as citrus family plants, citrus family plants such as yellowfin, and magnoliaceae plants such as kobushi. Among these, the target gene can be more reliably isolated by using an aurene cultured cell having high isoquinoline alkaloid productivity.

本発明のP450をコードするDNAは、例えば、NADPH-P450レダクターゼをコードするDNAとともに、酵母等の宿主細胞に導入することにより、コリツベリンの大量生産に利用することが考えられる。また、反応生成物であるコリツベリンを基質とする酵素である、コクラウリン−N−メチルトランスフェラーゼ(CNMT)をコリツベリンに作用させることにより、マグノフロリンの大量生産にも利用することができると考えられる。CNMTは本発明者らによって単離同定され、大腸菌などの宿主で発現させることができることが判明している。   The DNA encoding P450 of the present invention can be used for mass production of colituberin, for example, by introducing it into a host cell such as yeast together with DNA encoding NADPH-P450 reductase. In addition, it is considered that coclavulin-N-methyltransferase (CNMT), which is an enzyme that uses the reaction product, colituberin as a substrate, can be used for mass production of magnoflorin by acting on colituberin. CNMT has been isolated and identified by the present inventors and has been found to be expressed in hosts such as E. coli.

次に本発明のP450の獲得方法について説明する。
具体的には、ESTまたはゲノムの少なくとも一部がデータベース化されている植物から本発明のP450を獲得する場合には、上記ポリヌクレオチドの塩基配列に基づいて相同性のある塩基配列をデータベース中から検索すればよい。例えば、汎用されている相同性検索アルゴリズムであるBLASTNによる塩基配列の相同性検索を好適に用いることができる。
Next, the method for acquiring P450 of the present invention will be described.
Specifically, when acquiring P450 of the present invention from a plant in which at least a part of EST or genome is stored in a database, a base sequence having homology based on the base sequence of the polynucleotide is extracted from the database. Just search. For example, a base sequence homology search using BLASTN, which is a widely used homology search algorithm, can be preferably used.

また、ESTまたはゲノムがデータベース化されていない植物の場合には、例えば、従来公知のDNAライブラリーを用いたハイブリダイゼーション法を用いることもできる。具体的には、適切なクローニングベクターを使用して対象となる植物からゲノムライブラリー又はcDNAライブラリーを調製する工程と、上記ポリヌクレオチドの少なくとも一部をプローブとして用いてハイブリダイゼーションを行い、ライブラリーから上記プローブにポジティブの断片を検出する工程とを含む方法を用いることができる。このように、本発明に係る遺伝子はプローブとしても有用である。プローブに用いる領域には、目的とする遺伝子に特異的な配列が含まれることが好ましい。また、プローブとして使用されるポリヌクレオチドの長さは、100bp以上が好ましい。   Further, in the case of a plant whose EST or genome is not stored in a database, for example, a hybridization method using a conventionally known DNA library can be used. Specifically, a step of preparing a genomic library or cDNA library from a target plant using an appropriate cloning vector, hybridization is performed using at least a part of the polynucleotide as a probe, and the library And a step of detecting a positive fragment for the probe. Thus, the gene according to the present invention is also useful as a probe. The region used for the probe preferably contains a sequence specific to the target gene. The length of the polynucleotide used as the probe is preferably 100 bp or more.

より具体的には、配列番号2に記載のP450と機能的に同等なタンパク質をコードする遺伝子を調製するために、当業者によく知られた方法としては、ハイブリダイゼーション技術(Southern, E.M. Journal of Molecular Biology, 98, 503(1975))やポリメラーゼ連鎖反応(PCR)技術(Saiki, R. K. et al. Science, 230, 1350-1354(1985)、Saiki, R. K. et al. Science, 239,487-491(1988))を利用する方法が挙げられる。このようにハイブリダイズ技術やPCR技術により単離しうる本発明のP450と同等の機能を有するタンパク質をコードする遺伝子もまた本発明の遺伝子に含まれる。   More specifically, a method well known to those skilled in the art for preparing a gene encoding a protein functionally equivalent to P450 described in SEQ ID NO: 2 includes a hybridization technique (Southern, EM Journal of Molecular Biology, 98, 503 (1975)) and polymerase chain reaction (PCR) technology (Saiki, RK et al. Science, 230, 1350-1354 (1985), Saiki, RK et al. Science, 239,487-491 (1988) ) Is used. Thus, a gene encoding a protein having a function equivalent to that of P450 of the present invention that can be isolated by a hybridization technique or a PCR technique is also included in the gene of the present invention.

このような遺伝子を単離するためには、好ましくはストリンジェントな条件下でハイブリダイゼーション反応を行う。本発明においてストリンジェントなハイブリダイゼーション条件とは、上記のように0.2% SDS、0.2x SSC、65℃の条件またはこれと同等のストリンジェンシーのハイブリダイゼーション/洗浄条件を指す。よりストリンジェンシーの高い条件、例えば、0.2% SDS、0.1x SSC、65℃の条件を用いれば、より相同性の高い遺伝子の効率的な単離を期待することができる。これにより単離された遺伝子は、それがコードするアミノ酸レベルにおいて、本発明のタンパク質のアミノ酸配列(配列番号2)と高い相同性を有すると考えられる。高い相同性とは、アミノ酸配列全体で、少なくとも60%以上、さらに好ましくは70%以上、さらに好ましくは80%以上(例えば、90%以上)の配列の同一性を指す。配列の同一性は、FASTA検索 (Pearson W.R. and D.J. Lipman (1988) Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 85:2444-2448)やBLASTP検索により決定することができる。   In order to isolate such a gene, the hybridization reaction is preferably carried out under stringent conditions. In the present invention, stringent hybridization conditions refer to hybridization / washing conditions of 0.2% SDS, 0.2 × SSC, 65 ° C. or equivalent stringency as described above. By using conditions with higher stringency, for example, 0.2% SDS, 0.1 × SSC, 65 ° C., efficient isolation of genes with higher homology can be expected. The isolated gene is considered to have high homology with the amino acid sequence (SEQ ID NO: 2) of the protein of the present invention at the amino acid level encoded by the gene. High homology refers to sequence identity of at least 60% or more, more preferably 70% or more, more preferably 80% or more (eg, 90% or more) in the entire amino acid sequence. Sequence identity can be determined by FASTA search (Pearson W.R. and D.J. Lipman (1988) Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 85: 2444-2448) or BLASTP search.

ある遺伝子が本発明のP450としての機能を有するタンパク質をコードするか否かは、例えば、実施例に記載のようにNADPH-P450レダクターゼとともに目的の遺伝子を導入した酵母細胞からミクロソーム画分を調製し、かかるミクロソーム画分に、本発明のP450の基質であるレチクリンを添加し、反応生成物がコリツベリンであるかを同定することにより決定できる。あるいは、NADPH-P450レダクターゼとともに目的の遺伝子を導入した酵母の菌体を含む懸濁液にレチクリンを添加し、かかる懸濁液中にコリツベリンが生成しているかどうかを確認することにより決定することが出来る。あるいは、目的の遺伝子を好適な宿主細胞にて発現させ、単離精製した酵素標品に、NADPH-P450レダクターゼの存在下で、レチクリンを添加し、コリツベリンを生成するかを同定することによって決定することもできる。   Whether a gene encodes a protein having a function as P450 of the present invention is determined by, for example, preparing a microsomal fraction from yeast cells into which the gene of interest is introduced together with NADPH-P450 reductase as described in the Examples. This can be determined by adding reticuline, which is a substrate of P450 of the present invention, to the microsomal fraction and identifying whether the reaction product is colituberin. Alternatively, it may be determined by adding reticuline to a suspension containing yeast cells into which the gene of interest has been introduced together with NADPH-P450 reductase, and confirming whether or not colituberin is produced in the suspension. I can do it. Alternatively, by expressing the gene of interest in a suitable host cell and adding reticuline to the isolated and purified enzyme preparation in the presence of NADPH-P450 reductase, it is determined by identifying whether to produce corituberin You can also.

生成物がコリツベリンであるかの同定方法は、コリツベリン標品と、生成物とを、LC-MS、LC-NMRなどにより解析し、その結果同じ生成物であるか否かを判定することにより同定することが出来る。   The method for identifying whether a product is colituberin is identified by analyzing the colisberine preparation and the product by LC-MS, LC-NMR, etc., and determining whether the result is the same product. I can do it.

本発明に係るタンパク質について
本発明に係るタンパク質は、上記遺伝子によってコードされる配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質あるいは、配列番号2で表されるアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、炭素−炭素カップリング反応を触媒するP450酵素の活性を有するタンパク質、もしくは、配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質とアミノ酸レベルで60%以上の相同性を示し、かつ、炭素−炭素カップリング反応を触媒するP450酵素の活性を有するタンパク質である。
About the protein according to the present invention The protein according to the present invention comprises a protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 encoded by the above gene or one or several amino acids in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2. A protein consisting of a deleted, substituted or added amino acid sequence and having the activity of a P450 enzyme that catalyzes a carbon-carbon coupling reaction, or a protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 at the amino acid level It is a protein that exhibits a homology of 60% or more and has the activity of a P450 enzyme that catalyzes a carbon-carbon coupling reaction.

また、本発明に係るタンパク質は、タンパク質の精製や検出等を容易に行うために、公知のHAやFlag等の付加配列を末端に含ませてもよいし、融合タンパク質であってもよい。また、N-グリコシル化などの各種修飾を受けていてもよい。   In addition, the protein according to the present invention may contain a known additional sequence such as HA or Flag at the end or may be a fusion protein in order to easily purify and detect the protein. Further, it may be subjected to various modifications such as N-glycosylation.

本発明による組換えベクターは、上記遺伝子が組み込まれたものである。上記ベクターは、公知の形質転換方法によって宿主に発現可能に導入されることによって、当該宿主において組み込まれた遺伝子あるいは遺伝子断片を発現させて本発明によるタンパク質を得ることが出来るものである。なお、本発明によるタンパク質は下記のように組換え産生により得られたものでもよいし、植物から単離、精製したものでもよく、その起源は特に限定されない。   The recombinant vector according to the present invention has the above gene incorporated therein. The above-described vector can be expressed into a host by a known transformation method so that the gene or gene fragment incorporated in the host can be expressed to obtain the protein according to the present invention. The protein according to the present invention may be obtained by recombinant production as described below, or may be isolated and purified from a plant, and its origin is not particularly limited.

組み換えタンパク質を調製する場合には、通常、本発明のタンパク質をコードする遺伝子を適当な発現ベクターに挿入し、該ベクターを適当な宿主細胞に導入し、形質転換宿主細胞を培養して発現させたタンパク質を精製する。組み換えタンパク質は、精製を容易にするなどの目的で、他のタンパク質との融合タンパク質として発現させることも可能である。例えば、大腸菌を宿主としてマルトース結合タンパク質との融合タンパク質として調製する方法(米国New England BioLabs社発売のベクターpMALシリーズ)、グルタチオン-S-トランスフェラーゼ(GST)との融合タンパク質として調製する方法(Amersham Pharmacia Biotech社発売のベクターpGEXシリーズ)、ヒスチジンタグを付加して調製する方法(Novagen社のpETシリーズ)などを利用することが可能である。宿主細胞としては、組み換えタンパク質の発現に適した細胞であれば特に制限はなく、上記の大腸菌の他、例えば、酵母等の真菌細胞、種々の動植物細胞、昆虫細胞などを用いることが可能である。特に、NADPH-P450レダクターゼ遺伝子を有するベクターを用いることが出来、さらに取り扱いが容易であることから、酵母発現系が好ましい。   When preparing a recombinant protein, the gene encoding the protein of the present invention is usually inserted into an appropriate expression vector, the vector is introduced into an appropriate host cell, and the transformed host cell is cultured and expressed. Purify the protein. The recombinant protein can be expressed as a fusion protein with another protein for the purpose of facilitating purification or the like. For example, a method for preparing a fusion protein with maltose binding protein using E. coli as a host (vector pMAL series released by New England BioLabs, USA), a method for preparing a fusion protein with glutathione-S-transferase (GST) (Amersham Pharmacia Biotech Vector pGEX series released by the company), a method of preparing by adding a histidine tag (pET series from Novagen), etc. can be used. The host cell is not particularly limited as long as it is a cell suitable for the expression of a recombinant protein. In addition to the above-mentioned E. coli, for example, fungal cells such as yeast, various animal and plant cells, insect cells and the like can be used. . In particular, a yeast expression system is preferable because a vector having a NADPH-P450 reductase gene can be used and handling is easy.

宿主細胞へのベクターの導入には、当業者に公知の種々の方法を用いることが可能である。例えば、大腸菌への導入には、カルシウムイオンを利用した導入方法(Mandel, M.& Higa, A. Journal of Molecular Biology, 53, 158-162(1970)、Hanahan, D. Journal of Molecular Biology, 166, 557-580(1983))を用いることができる。また、酵母への導入には、塩化リチウム法(Ito H, Fukuda Y, Murata K & Kimura A (1983) Transformation of intact yeast cells treated with alkali cations. J Bacteriol 153, 163-168.)が挙げられる。宿主細胞内で発現させた組み換えタンパク質は、該宿主細胞またはその培養上清から、当業者に公知の方法により精製し、回収することが可能である。組み換えタンパク質を上記したマルトース結合タンパク質などとの融合タンパク質として発現させた場合には、容易にアフィニティー精製を行うことが可能である。   Various methods known to those skilled in the art can be used to introduce a vector into a host cell. For example, for introduction into E. coli, introduction methods using calcium ions (Mandel, M. & Higa, A. Journal of Molecular Biology, 53, 158-162 (1970), Hanahan, D. Journal of Molecular Biology, 166 557-580 (1983)). Examples of introduction into yeast include the lithium chloride method (Ito H, Fukuda Y, Murata K & Kimura A (1983) Transformation of intact yeast cells treated with alkali cations. J Bacteriol 153, 163-168.). The recombinant protein expressed in the host cell can be purified and recovered from the host cell or its culture supernatant by methods known to those skilled in the art. When the recombinant protein is expressed as a fusion protein with the above-described maltose-binding protein, affinity purification can be easily performed.

得られた組換えタンパク質を用いれば、これに結合する抗体を調製することができる。例えば、ポリクローナル抗体は、精製した本発明のタンパク質若しくはその一部のペプチドをウサギなどの免疫動物に免疫し、一定期間の後に血液を採取し、血ぺいを除去することにより調製することが可能である。また、モノクローナル抗体は、上記タンパク質若しくはペプチドで免疫した動物の抗体産生細胞と骨腫瘍細胞とを融合させ、目的とする抗体を産生する単一クローンの細胞(ハイブリドーマ)を単離し、該細胞を増殖させ、細胞から抗体を得ることにより調製することができる。これにより得られた抗体は、本発明のタンパク質の精製や検出などに利用することが可能である。本発明には、本発明のタンパク質に結合する抗体が含まれる。   If the obtained recombinant protein is used, an antibody that binds to the protein can be prepared. For example, a polyclonal antibody can be prepared by immunizing an immunized animal such as a rabbit with the purified protein of the present invention or a partial peptide thereof, collecting blood after a certain period, and removing the blood clot. is there. Monoclonal antibodies can be obtained by fusing the antibody-producing cells of animal immunized with the above protein or peptide and bone tumor cells, isolating single clone cells (hybridomas) that produce the desired antibody, and proliferating the cells. And obtaining antibodies from the cells. The antibody thus obtained can be used for purification and detection of the protein of the present invention. The present invention includes antibodies that bind to the proteins of the present invention.

本発明のタンパク質は、イソキノリンアルカロイド生合成に関与するP450として作用するものであり、それ自体非常に有用なものである。さらに、これらのタンパク質およびこれらタンパク質をコードする遺伝子を用いて、イソキノリンアルカロイド生合成系の改変に利用することができる。   The protein of the present invention acts as P450 involved in isoquinoline alkaloid biosynthesis and is very useful in itself. Furthermore, these proteins and genes encoding these proteins can be used to modify isoquinoline alkaloid biosynthesis systems.

形質転換体
本発明の遺伝子を発現する形質転換体を作製する場合には、該遺伝子を適当なベクターに挿入して、これを対象の宿主細胞に導入する。
Transformant When producing a transformant that expresses the gene of the present invention, the gene is inserted into an appropriate vector and introduced into a target host cell.

本発明に係る形質転換体は、所望により組換えベクターに含まれた、上記遺伝子が導入されたものである。より具体的に言えば、本発明に係る形質転換体は、本発明によるP450をコードする遺伝子が導入されたものである。ここで、「遺伝子または組換えベクターが導入された」とは、公知の遺伝子工学的手法(遺伝子操作技術)により、宿主内に所望によりベクター内に組み込まれた遺伝子が例えばプロモーターの作用により、発現可能に導入されることを意味する。   The transformant according to the present invention is a transformant into which the above gene, which is contained in a recombinant vector, is introduced as desired. More specifically, the transformant according to the present invention is one into which a gene encoding P450 according to the present invention has been introduced. Here, “a gene or a recombinant vector has been introduced” means that a gene incorporated into the vector as desired in a host is expressed by, for example, the action of a promoter, by a known genetic engineering technique (gene manipulation technique). It means to be introduced as possible.

本発明に係る形質転換体は、上記遺伝子を直接、あるいは上記遺伝子が組み込まれたベクターを宿主に導入することによって得られる。上記宿主は、特に限定されるものではないが、例えば、大腸菌などの原核生物、酵母などの真菌、あるいは、植物、昆虫細胞などを挙げることができる。実施例に記載のように、宿主細胞としては、酵母が好ましい。さらに、上記ベクターに組み込まれた遺伝子が、植物の一種であるオウレン由来のものであることから、上記宿主としては、植物も好ましく、そのなかでも、ハナビシソウ、ケシ、エンゴサクなどのケシ科植物、オウレン等のキンポウゲ科植物、メギなどのメギ科植物、オオツヅラフジなどのツヅラフジ科植物、キハダなどのミカン科植物、コブシ等のモクレン科植物等の、イソキノリンアルカロイド産生細胞が特に好ましい。なお、形質転換は一過性でもよいが、好ましくは安定に上記遺伝子が組み込まれるものである。   The transformant according to the present invention can be obtained by introducing the gene directly or by introducing a vector incorporating the gene into a host. The host is not particularly limited, and examples thereof include prokaryotes such as Escherichia coli, fungi such as yeast, plants, and insect cells. As described in the Examples, yeast is preferred as the host cell. Further, since the gene incorporated into the vector is derived from a kind of plant, auren, a plant is also preferable as the host. Isoquinoline alkaloid-producing cells are particularly preferred, such as the buttercup family such as barberry, the barberry family such as barberry, the rosaceae family such as giant oak, the citrus family plant such as yellowfin, the magnolic family plant such as beetle. The transformation may be transient, but preferably the gene is stably integrated.

本発明の遺伝子は、宿主細胞内で発現可能なプロモーター、例えば、大腸菌ではLacプロモーター、酵母では、GAPDHプロモーターやアルコールオキシダーゼプロモーター、植物細胞では、カリフラワーモザイクウイルス35Sプロモーター、昆虫細胞では、バキュロウイルスプロモーター等の下流域に連結して使用する。なお、宿主細胞が内在性のNADPH-P450レダクターゼ遺伝子を有さない場合は、本発明のP450の活性を宿主細胞内で発揮させるためには該遺伝子を導入する必要がある。なお、昆虫細胞では、NADPH-P450レダクターゼを導入しなくても、内在性のNADPH-P450レダクターゼだけで活性を検出することができ、酵母でも低い活性であれば内在性のNADPH-P450レダクターゼだけで活性を検出することができる。   The gene of the present invention is a promoter that can be expressed in a host cell, such as a Lac promoter in E. coli, a GAPDH promoter or alcohol oxidase promoter in yeast, a cauliflower mosaic virus 35S promoter in plant cells, a baculovirus promoter in insect cells, etc. Used in connection with the downstream area. When the host cell does not have the endogenous NADPH-P450 reductase gene, it is necessary to introduce the gene in order to exert the P450 activity of the present invention in the host cell. In insect cells, even if NADPH-P450 reductase is not introduced, the activity can be detected only with endogenous NADPH-P450 reductase. If the activity is low in yeast, only endogenous NADPH-P450 reductase can be detected. Activity can be detected.

上記形質転換宿主細胞を含む形質転換体を作製する方法としては、具体的には、例えば、ポリエチレングリコール法、電気穿孔法(エレクトロポーレーション)、アグロバクテリウムを介する方法、パーティクルガン法など当業者に公知の種々の方法を用いることができる。例えば、形質転換植物を作出する手法については、ポリエチレングリコールによりプロトプラストへ遺伝子導入し、植物体を再生させる方法(Datta,S.K. (1995) In Gene Transfer To Plants(Potrykus I and Spangenberg Eds.) pp66-74)、電気パルスによりプロトプラストへ遺伝子導入し、植物体を再生させる方法(Toki et al (1992) Plant Physiol. 100, 1503-1507)、パーティクルガン法により細胞へ遺伝子を直接導入し、植物体を再生させる方法(Christou et al. (1991) Bio/technology, 9: 957-962.)およびアグロバクテリウムを介して遺伝子を導入し、植物体を再生させる方法(Hiei et al. (1994) Plant J. 6: 271-282.)などを挙げることができるが、特に限定されるものではない。また、上記形質転換方法は、宿主となる生物の種類に応じて適宜選択されることが好ましい。即ち、例えば宿主が酵母である場合は、塩化リチウム法が好ましい。   As a method for producing a transformant containing the transformed host cell, specifically, for example, a polyethylene glycol method, an electroporation method (electroporation), an Agrobacterium-mediated method, a particle gun method, etc. Various known methods can be used. For example, as a method for producing a transformed plant, a method of regenerating a plant by introducing a gene into a protoplast with polyethylene glycol (Datta, SK (1995) In Gene Transfer To Plants (Potrykus I and Spangenberg Eds.) Pp66-74 ), Gene transfer to protoplasts by electric pulse to regenerate plants (Toki et al (1992) Plant Physiol. 100, 1503-1507), gene directly introduced to cells by particle gun method to regenerate plants (Christou et al. (1991) Bio / technology, 9: 957-962.) And a method of introducing a gene through Agrobacterium to regenerate a plant (Hiei et al. (1994) Plant J. 6: 271-282.) And the like, but not particularly limited. Moreover, it is preferable that the transformation method is appropriately selected according to the type of organism serving as a host. That is, for example, when the host is yeast, the lithium chloride method is preferred.

本発明において使用することができるベクターとしては、従来から細菌、真菌などの形質転換に使用されているベクター、例えば、細菌用には、pUC、pBluescript、pET系、酵母用には、pGYR、pFLD、pYES2等、植物用には、pBI121を挙げることができる。そして、上記ベクターは、上記遺伝子またはその断片の他に、従来公知の遺伝子を発現させるための構成的プロモーター、例えば、GAPDHプロモーターやカリフラワーモザイクウイルス35Sプロモーター、または発現誘導性プロモーター、例えば、Lacプロモーターやアルコールオキシダーゼプロモータ、そして形質転換体の選抜を容易にする薬剤耐性遺伝子、例えば、アンピシリンあるいは、カナマイシン、ハイグロマイシン抵抗性遺伝子などを含んでいるのが好ましい。
なお、宿主細胞が内在性のNADPH-P450レダクターゼ遺伝子を有さない場合は、本発明のP450の活性を宿主細胞内で発揮させるためには該遺伝子を含むベクターを使用するのが好ましい。
As vectors that can be used in the present invention, vectors conventionally used for transformation of bacteria, fungi and the like, for example, pUC, pBluescript, pET system for bacteria, pGYR, pFLD for yeast PBI121 can be mentioned for plants such as pYES2. The vector is a constitutive promoter for expressing a conventionally known gene in addition to the gene or a fragment thereof, such as GAPDH promoter or cauliflower mosaic virus 35S promoter, or an expression inducible promoter such as Lac promoter, It preferably contains an alcohol oxidase promoter and a drug resistance gene that facilitates selection of transformants, such as ampicillin or kanamycin, hygromycin resistance gene.
In the case where the host cell does not have the endogenous NADPH-P450 reductase gene, it is preferable to use a vector containing the gene in order to exert the activity of P450 of the present invention in the host cell.

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に制限されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not restrict | limited to these Examples.

ESTライブラリーの作成
特開2004-121233号に記載のように行った。以下にこれを簡単に説明する。
(1)ESTの単離と網羅的塩基配列決定
京都大学大学院生命科学研究科全能性統御機構学研究室で確立され、長年維持培養されてきたオウレン(Coptis japonica)培養細胞のベルベリン高生産株156-1株(選抜株)から、従来文献(Choi, et al., J. Biol. Chem, 277:830-835, 2002)に記載の方法によってmRNAを抽出した。
Creation of EST library The EST library was prepared as described in JP-A No. 2004-121233. This will be briefly described below.
(1) Isolation of ESTs and comprehensive nucleotide sequencing 156 High-berberine production strain of Coptis japonica cultured cells that have been established and maintained for many years in the omnipotent regulatory mechanism laboratory of the Graduate School of Life Sciences, Kyoto University MRNA was extracted from -1 strain (selected strain) by the method described in the conventional literature (Choi, et al., J. Biol. Chem, 277: 830-835, 2002).

なお、上記オウレンのベルベリン高生産株156-1株は、特開平11−178579号公報、特開平11−178579号公報、および、F. Sato, and Y.Yamada, Phytochemistry, 23(2):281-385(1984)などに記載の方法によって作製・選抜することも可能である。そして、該mRNAからSuperScriptII Reverse transcriptase (Invitrogen)を用いて逆転写したcDNAを、pDR196 (D. Rentsch et al., FEBS Lett. 370:264-268 (1995))ベクターにサブクローニングした後、ランダムに選抜した約5000個のクローンの塩基配列をMegabase system(Amersham Pharmacia)を用いて決定した。   In addition, the berberine high production strain 156-1 of the aurene is disclosed in JP-A-11-178579, JP-A-11-178579, and F. Sato, and Y. Yamada, Phytochemistry, 23 (2): 281. -385 (1984) can also be used for the production and selection. Then, the cDNA reverse-transcribed from the mRNA using SuperScriptII Reverse transcriptase (Invitrogen) is subcloned into the pDR196 (D. Rentsch et al., FEBS Lett. 370: 264-268 (1995)) vector, and then randomly selected. The base sequence of about 5,000 clones was determined using the Megabase system (Amersham Pharmacia).

ESTライブラリーからのP450遺伝子の選択
上記塩基配列を決定したクローンをBlastX、 GENETYX-MACを用いたホモロジーサーチに供した結果、重複するものを含む30の配列がP450をコードするものであった。その中で、特徴的なものとして、メギ科植物、Berberis stoloniferaのCYP80A1と相同性の高いもの(アミノ酸配列相同性によると53%)が含まれていた。これをCYP80A1likeと称することとした。CYP80A1likeのORFの塩基配列を配列番号1に、推定アミノ酸配列を配列番号2に、ORFに5'および3'UTRを加えた塩基配列を配列番号3に示す。
Selection of P450 gene from EST library As a result of subjecting the clones whose base sequence was determined to homology search using BlastX and GENETYX-MAC, 30 sequences including overlapping ones encoded P450. Among them, characteristic features included those having high homology with CYP80A1 of barberry plant, Berberis stolonifera (53% according to amino acid sequence homology). This was called CYP80A1like. The base sequence of CYP80A1like ORF is shown in SEQ ID NO: 1, the deduced amino acid sequence is shown in SEQ ID NO: 2, and the base sequence obtained by adding 5 'and 3' UTR to ORF is shown in SEQ ID NO: 3.

酵母発現系のためのコンストラクトの構築
CYP80A1likeに関して酵母発現系を用いて組換えタンパク質を生産させ、その活性を測定するため、酵母発現系プラスミドに目的遺伝子を導入したプラスミドを構築した。
Construction of construct for yeast expression system
In order to produce a recombinant protein using a yeast expression system for CYP80A1like and measure its activity, a plasmid in which the target gene was introduced into a yeast expression system plasmid was constructed.

まず、CYP80A1like遺伝子を、オウレン培養細胞cDNAを鋳型としてPCRで増幅し、一度pT7Blue T-vectorに組み込んで配列確認を行った後、pGYR(T. Sakaki et al., J. Biol. Chem., 267: 16497-16502 (1992)を改変して作成したpGYR-SpeIのSpe I部位に導入した(図2参照)。具体的には以下の手順に従った。   First, the CYP80A1like gene was amplified by PCR using the aurethane cultured cell cDNA as a template, and once incorporated into pT7Blue T-vector for sequence confirmation, then pGYR (T. Sakaki et al., J. Biol. Chem., 267 : 16497-16502 (1992) was modified and introduced into the Spe I site of pGYR-SpeI (see FIG. 2), specifically, the following procedure was followed.

(a)オウレン培養細胞156-1株のcDNA合成
オウレン培養細胞156-1株(植え継ぎ後5日のもの)約500mgから、製造業者の指示に従ってRNeasy plant kit (QIAGEN)を使用してtotal RNAの抽出を行った。得られたtotal RNAのうち、1.3μgを用いて、製造業者の指示に従ってSUPERSCRIPT(商標)II RNase H- Reverse Transcriptase (Invitrogen)を使用して逆転写反応を行いcDNAの合成を行った。
(a) cDNA synthesis of Aureen cultured cell 156-1 strain Total RNA from about 500 mg of Auren cultured cell 156-1 strain (5 days after transplanting) using RNeasy plant kit (QIAGEN) according to the manufacturer's instructions Was extracted. Of the obtained total RNA, 1.3 μg was used to perform cDNA synthesis by performing reverse transcription using SUPERSCRIPT ™ II RNase H - Reverse Transcriptase (Invitrogen) according to the manufacturer's instructions.

(b) CYP80A1like遺伝子の増幅
CYP80A1like遺伝子全長を、(a)で作成したオウレン培養細胞cDNAを鋳型としてPCRにより増幅した。DNAポリメラーゼとしてはKOD-plus-(TOYOBO)を用いた。反応液組成は製造業者の指示に従い、以下に示すプライマーと条件でPCRを行った。
(b) Amplification of CYP80A1like gene
The full-length CYP80A1like gene was amplified by PCR using the aurene cultured cell cDNA prepared in (a) as a template. KOD-plus- (TOYOBO) was used as the DNA polymerase. The reaction solution composition was subjected to PCR according to the manufacturer's instructions under the following primers and conditions.

プライマー
フォワード ACTAGTTTCAGAACCAAGGATAGAGATTTCAAATGG(配列番号4)
リバース ACTAGTAAAACGTGAAATTTCTTATTGCCGCAAC(配列番号5)
Primer forward ACTAGTTTCAGAACCAAGGATAGAGATTTCAAATGG (SEQ ID NO: 4)
Reverse ACTAGTAAAACGTGAAATTTCTTATTGCCGCAAC (SEQ ID NO: 5)

PCR条件
変性 94℃2分
25サイクル 94℃15秒、55℃30秒、68℃1分45秒
最終伸長 68℃4分
PCR conditions Denaturation 94 ° C 2 minutes
25 cycles 94 ° C 15 seconds, 55 ° C 30 seconds, 68 ° C 1 minute 45 seconds Final extension 68 ° C 4 minutes

PCR産物を1%アガロースゲルで電気泳動した結果、目的サイズ(約1.5kb)に特異的な増幅がみられた。(以下、1%アガロースゲルでの電気泳動は、単に電気泳動と略称する)。   As a result of electrophoresis of the PCR product on a 1% agarose gel, amplification specific to the target size (about 1.5 kb) was observed. (Hereinafter, electrophoresis on a 1% agarose gel is simply referred to as electrophoresis).

(c)インサート断片の調製
KOD-plus-で増幅したCYP80A1like増幅産物にGo Taq (商標) DNA polymeraseを用いてdATP付加を行った。具体的にはCYP80A1 likeのPCR産物のエタノール沈澱を行い、それぞれ6 μlの滅菌水に溶解した。それぞれの溶液にGo Taq (商標) DNA polymerase付属の5xPCR bufferを2μl、dATP (2 mM) を1μl、Go Taq (商標) DNA polymeraseを1μl加えて計10μlとした。その後、72 ℃で30分間反応させ、PCR産物にdATPを付加した。
(c) Preparation of insert fragment
DATP was added to the CYP80A1like amplification product amplified with KOD-plus- using Go Taq (trademark) DNA polymerase. Specifically, CYP80A1-like PCR products were ethanol precipitated and dissolved in 6 μl of sterile water. 2 μl of 5 × PCR buffer attached to Go Taq ™ DNA polymerase, 1 μl of dATP (2 mM), and 1 μl of Go Taq ™ DNA polymerase were added to each solution to make a total of 10 μl. Then, it was made to react at 72 degreeC for 30 minutes, and dATP was added to the PCR product.

(e)ライゲーションとトランスフォーメーション
インサート(CYP80A1like断片)とベクター(pT7Blue T-vector)を混合し、等量のDNA Ligation Kit Ver. 2 (TaKaRa)のsolution Iを加え、16℃、1時間反応を行った。その後、大腸菌DH5α株にヒートショック法を用いてトランスフォーメーションを行い、LBプレート(アンピシリン50μg/ml含有)に展開した。
(e) Ligation and transformation Mix the insert (CYP80A1like fragment) and vector (pT7Blue T-vector), add an equal volume of DNA Ligation Kit Ver. 2 (TaKaRa) solution I, and react at 16 ° C for 1 hour. It was. Thereafter, E. coli DH5α strain was transformed using the heat shock method and developed on an LB plate (containing 50 μg / ml ampicillin).

(f)コロニーPCRによる、インサート導入クローンの選択
得られた大腸菌コロニーのうち数個を選択し、それらを鋳型としてコロニーPCRを行った。DNAポリメラーゼとして、Go Taq(商標)DNAポリメラーゼ(Promega)を用い、M13-M4プライマー、M13-Rvプライマーを用いて以下の条件でPCRを行った。
PCR条件
変性 98℃5分
30サイクル 94℃30秒、50℃30秒、72℃2分
最終伸長 72℃4分
PCR後、電気泳動を行い、予想サイズ(約1.6kb)に特異的な増幅が見られるクローンを数個得た。
(f) Selection of insert-introduced clones by colony PCR Several E. coli colonies obtained were selected, and colony PCR was performed using them as templates. PCR was performed under the following conditions using Go Taq (trademark) DNA polymerase (Promega) as a DNA polymerase and using M13-M4 primer and M13-Rv primer.
PCR conditions Denaturation 98 ° C 5 min
30 cycles 94 ° C 30 seconds, 50 ° C 30 seconds, 72 ° C 2 minutes Final extension 72 ° C 4 minutes
After PCR, electrophoresis was performed to obtain several clones in which specific amplification was observed at the expected size (about 1.6 kb).

(g)インサート導入クローンの塩基配列確認
(f)で得られたクローンのインサート配列にPCRによる変異が入っていないことを確認するために配列決定を行った。まず、(f)で得られた大腸菌コロニーを5mlのLB培地(アンピシリン100μg/ml含有)に植菌し、37℃、200rpmで16時間振盪培養を行った。その後、Wizard(登録商標)Plus SV Minipreps DNA Purification System (Promega)を用いてプラスミドを抽出し、プラスミド濃度を260nmの吸光度を用いて測定し、テンプレートDNAとした。サイクルシークエンス反応は、Thermo Sequenase fluorescent labeled primer cycle sequencing kit (Amersham Biosciences)を用いて行った。テンプレートDNAは1.0pmol相当を使用し、プライマーはFITCラベルしたM13-M4プライマーとM13-Rvプライマーを使用した。操作は製造業者の指示に従って行い、アニーリング温度は50℃とした。
(g) Confirmation of the base sequence of the insert-introduced clone
Sequencing was performed to confirm that the insert sequence of the clone obtained in (f) did not contain any mutation due to PCR. First, the E. coli colony obtained in (f) was inoculated into 5 ml of LB medium (containing 100 μg / ml of ampicillin), and cultured with shaking at 37 ° C. and 200 rpm for 16 hours. Thereafter, the plasmid was extracted using Wizard (registered trademark) Plus SV Minipreps DNA Purification System (Promega), and the plasmid concentration was measured using absorbance at 260 nm to obtain template DNA. The cycle sequencing reaction was performed using Thermo Sequenase fluorescent labeled primer cycle sequencing kit (Amersham Biosciences). The template DNA was equivalent to 1.0 pmol, and the primers were FITC-labeled M13-M4 primer and M13-Rv primer. The operation was performed according to the manufacturer's instructions, and the annealing temperature was 50 ° C.

配列決定を行った結果、CYP80A1likeのインサートは正確な配列であることが確認できた。   As a result of sequencing, it was confirmed that the CYP80A1like insert had the correct sequence.

(h)配列確認したCYP80A1likeインサート断片の調製
(g)で塩基配列を確認したプラスミド約1μgを37℃で1時間、SpeI処理し、電気泳動後、CYP80A1like遺伝子断片をゲルから切り出した。切り出したゲルからWizard(登録商標)SV Gel and PCR Clean-Up System (Promega)を用いてインサート断片を調製した。
(h) Preparation of sequence confirmed CYP80A1like insert fragment
About 1 μg of the plasmid whose base sequence was confirmed in (g) was treated with SpeI at 37 ° C. for 1 hour, and after electrophoresis, the CYP80A1like gene fragment was excised from the gel. Insert fragments were prepared from the excised gel using Wizard (registered trademark) SV Gel and PCR Clean-Up System (Promega).

(i)pGYRベクター断片の調製
pGYRを37℃で1時間SpeI処理し、電気泳動後、目的サイズ(約12kb)のバンドを切り出した。その後、Wizard(登録商標)SV Gel and PCR Clean-Up System (Promega)を用いてベクター断片を調製した。
(i) Preparation of pGYR vector fragment
pGYR was treated with SpeI at 37 ° C. for 1 hour, and after electrophoresis, a band of the desired size (about 12 kb) was cut out. Thereafter, a vector fragment was prepared using Wizard (registered trademark) SV Gel and PCR Clean-Up System (Promega).

(j)ライゲーションとトランスフォーメーション
(h)で得たCYP80A1likeインサート断片と(i)で調製したpGYR-SpeIベクター断片の濃度を電気泳動で確認後、それらの比が1:3〜1:10程度になるように混合し、等量のDNA Ligation Kit Ver. 2 (TaKaRa)のsolution Iを加え、16℃、1時間反応を行った。その後、大腸菌DH5α株にヒートショック法を用いてトランスフォーメーションを行い、LBプレート(アンピシリン50μg/ml含有)に展開した。
(j) Ligation and transformation
After confirming by electrophoresis the concentration of the CYP80A1like insert fragment obtained in (h) and the pGYR-SpeI vector fragment prepared in (i), mix so that the ratio is about 1: 3 to 1:10, etc. An amount of DNA Ligation Kit Ver. 2 (TaKaRa) solution I was added, and the reaction was performed at 16 ° C. for 1 hour. Thereafter, E. coli DH5α strain was transformed using the heat shock method and developed on an LB plate (containing 50 μg / ml ampicillin).

(k)コロニーPCRによる、インサート導入クローンの選択
得られた大腸菌コロニーのうち数個を選択し、それらを鋳型としてコロニーPCRを行った。DNAポリメラーゼは、Go Taq(商標) DNAポリメラーゼを用いた。プライマーはM13-M4プライマーと上記CYP80A1likeフォワードプライマー(配列番号4)を用いた。以下の条件でPCRを行った。
PCR条件
変性 98℃5分
30サイクル 94℃30秒、50℃30秒、72℃2分30秒
最終伸長 72℃4分
PCR後、電気泳動を行い、予想サイズ(約2.4kb)に特異的な増幅がみられるクローンを数個得た。
(k) Selection of insert-introduced clones by colony PCR Several E. coli colonies obtained were selected, and colony PCR was performed using them as templates. As the DNA polymerase, Go Taq ™ DNA polymerase was used. As the primers, M13-M4 primer and the above CYP80A1like forward primer (SEQ ID NO: 4) were used. PCR was performed under the following conditions.
PCR conditions Denaturation 98 ° C 5 min
30 cycles 94 ℃ 30 seconds, 50 ℃ 30 seconds, 72 ℃ 2 minutes 30 seconds Final extension 72 ℃ 4 minutes
After PCR, electrophoresis was performed to obtain several clones in which specific amplification was observed at the expected size (about 2.4 kb).

(l)インサート導入クローンからのプラスミドの抽出
(k)で得られた大腸菌コロニーを5mlのLB培地(アンピシリン100μg/ml含有)に植菌し、37℃、200rpmで16時間振盪培養を行った。その後アルカリSDS法を用いてプラスミドを抽出した。そして、その一部を37℃で1時間、SpeI処理し、電気泳動をしてインサートの導入を再度確認した。
(l) Extraction of plasmid from insert-introduced clone
The E. coli colony obtained in (k) was inoculated into 5 ml of LB medium (containing 100 μg / ml of ampicillin), followed by shaking culture at 37 ° C. and 200 rpm for 16 hours. Thereafter, the plasmid was extracted using the alkaline SDS method. Then, a part thereof was treated with SpeI at 37 ° C. for 1 hour and electrophoresed to confirm the introduction of the insert again.

酵母発現系を用いたCYP80A1likeの活性測定
CYP80A1like酵母発現用プラスミド(図2)を酵母に形質転換し、培養後、CYP80A1likeが局在していると考えられるミクロソーム画分を調製して、その活性を確認することにした。それぞれの反応産物は、LC-MS解析により化合物の同定を行うこととした。具体的には以下の手順にしたがった。
Activity measurement of CYP80A1like using yeast expression system
A plasmid for expression of CYP80A1like yeast (FIG. 2) was transformed into yeast, and after cultivation, a microsomal fraction in which CYP80A1like was considered to be localized was prepared and its activity was confirmed. Each reaction product was identified by LC-MS analysis. Specifically, the following procedure was followed.

(a)酵母発現用プラスミドの酵母への形質転換
発現用には、酵母(Saccharomyces cerevisiae)AH22株を用いた。AH22株は、L-ヒスチジンとL-ロイシン以外は全ての必須アミノ酸を生合成することが出来る。pGYRはL-ロイシン合成遺伝子(LEU2)を持つため、培地にL-ヒスチジンを添加するとプラスミドを持った酵母のみが増殖できる。
(a) Transformation of yeast expression plasmid into yeast For expression, yeast (Saccharomyces cerevisiae) AH22 strain was used. The AH22 strain can biosynthesize all essential amino acids except L-histidine and L-leucine. Since pGYR has an L-leucine synthesis gene (LEU2), when L-histidine is added to the medium, only yeasts with plasmids can grow.

CYP80A1like発現用コンストラクトを酵母AH22株に塩化リチウム法により形質転換した。以下にプロトコールを示す。   The CYP80A1like expression construct was transformed into the yeast AH22 strain by the lithium chloride method. The protocol is shown below.

(酵母への形質転換プロトコール)
・材料
YPD培地:1%イーストエクストラクト、2%ポリペプトン、2%グルコース
SDプレート:2%グルコース、0.67%N-base w/o アミノ酸、1.5%寒天、20μg/ml L-ヒスチジン
0.2M LiCl: 10ml(フィルター滅菌)
1M LiCl: 10ml(フィルター滅菌)
70%(w/v) PEG 4000: 10ml(溶解後、10mlにメスアップ)
・方法
1.S.cerevisiae AH22株1.0x107細胞を使用した。
2.卓上遠心機で13,000rpm、4分遠心を行い、上清を捨てた。
3.ペレットを0.2M LiClで洗浄した(少しボルテックスにかけた)。
4.卓上遠心機で13,000rpm、4分遠心を行い、上清を完全に取り除いた。
5.ペレットを1M LiCl 20μlにピペッティングにより懸濁した。
6.DNA(プラスミド)溶液10μl(1μgのプラスミドを含有)を加えた。
7. 70%(w/v) PEG 4000を30μl加え、ピペッティングによりよく混合した。
8.30℃で1時間インキュベートした。
9.滅菌水140μlを加えてSDプレートに展開し、30℃にてインキュベートした。
10.SDプレート上で30℃、3日間培養し、3〜5mm程度の大きさのコロニーを数個得た。
(Transformation protocol to yeast)
·material
YPD medium: 1% yeast extract, 2% polypeptone, 2% glucose
SD plate: 2% glucose, 0.67% N-base w / o amino acid, 1.5% agar, 20 μg / ml L-histidine
0.2M LiCl: 10ml (filter sterilization)
1M LiCl: 10ml (filter sterilization)
70% (w / v) PEG 4000: 10ml (After dissolution, make up to 10ml)
·Method
1. S. cerevisiae AH22 strain 1.0 × 10 7 cells were used.
2. Centrifugation was performed at 13,000 rpm for 4 minutes using a tabletop centrifuge, and the supernatant was discarded.
3. The pellet was washed with 0.2M LiCl (slightly vortexed).
4. Centrifugation was performed at 13,000 rpm for 4 minutes using a tabletop centrifuge, and the supernatant was completely removed.
5. The pellet was suspended in 20 μl of 1M LiCl by pipetting.
6. 10 μl of DNA (plasmid) solution (containing 1 μg of plasmid) was added.
7. 30 μl of 70% (w / v) PEG 4000 was added and mixed well by pipetting.
8. Incubated at 30 ° C for 1 hour.
9. 140 μl of sterilized water was added, developed on an SD plate, and incubated at 30 ° C.
10. The cells were cultured on an SD plate at 30 ° C. for 3 days to obtain several colonies having a size of about 3 to 5 mm.

(b)組換え酵母の培養とミクロソーム画分の調製
(a)で得たCYP80A1likeのコロニーを5mlの濃縮SD培地(8%グルコース、5.4% N-base w/o アミノ酸、160μg/ml L-ヒスチジン)に植菌した。組換え酵母の培養に用いる濃縮SD培地は、通常酵母の培養に用いるSD培地より濃縮されているが、これは少ない培地量で出来る限り多くの菌体を得るためである。濃縮SD培地に植菌した酵母を、30℃、220rpmで培養液が完全に白濁するまで培養し、さらに濃縮SD培地5mlx4本に植え継いだ。培養液が完全に白濁した後、さらに300mlの濃縮SD培地を含む500ml三角フラスコに植え継ぎ、嫌気培養した。最終的に菌体濃度が1.0〜1.2x108細胞/mlとなるまで培養を続け、以下のミクロソーム画分の調製に移った。
(b) Culture of recombinant yeast and preparation of microsomal fraction
The CYP80A1like colony obtained in (a) was inoculated into 5 ml of concentrated SD medium (8% glucose, 5.4% N-base w / o amino acid, 160 μg / ml L-histidine). The concentrated SD medium used for recombinant yeast culture is more concentrated than the SD medium normally used for yeast culture, in order to obtain as many cells as possible with a small amount of medium. The yeast inoculated in the concentrated SD medium was cultured at 30 ° C. and 220 rpm until the culture became completely cloudy, and further transferred to 5 ml × 4 concentrated SD medium. After the culture became completely cloudy, it was further transferred to a 500 ml Erlenmeyer flask containing 300 ml of concentrated SD medium and anaerobically cultured. The culture was continued until the bacterial cell concentration finally reached 1.0 to 1.2 × 10 8 cells / ml, and the following microsomal fraction was prepared.

(ミクロソーム画分の調製)
・試薬
ザイモリアーゼバッファー:10mM Tris-HCl、2Mソルビトール、0.1mM DTT、0.1mM EDTA、pH7.5
ソニケーションバッファー:10mM Tris-HCl、0.65Mソルビトール、0.1mM DTT、0.1mM EDTA、pH7.5
・方法(300ml培養液の場合)
1.酵母菌体を4℃、8,000xg、10分間遠心処理を行った(HITACHI高速冷却遠心機、ローターRPR9-2を用いて6,000rpm)。
2.菌体(沈殿)を100mlの蒸留水で洗浄した。
3.4℃、8,000xg、10分間遠心処理を行った(HITACHI高速冷却遠心機、ローターRPR9-2を用いて6,000rpm)。
4.菌体(沈殿)を25mlのザイモリアーゼバッファーで洗浄した。
5. 4℃、8,000xg、10分間遠心処理を行った(HITACHI高速冷却遠心機、ローターRPR20-2を用いて7,800rpm)。
6.菌体(沈殿)を300μg/mlのザイモリアーゼ100-T(生化学工業株式会社)を含む、25mlのザイモリアーゼバッファーに懸濁し、30℃で緩やかに1時間振盪した。
7.4℃、9,000xg、10分間遠心処理を行った(HITACHI高速冷却遠心機、ローターRPR20-2を用いて8,400rpm)。
8. 菌体(沈殿)を25mlのザイモリアーゼバッファーで洗浄した。
9. 4℃、9,000xg、10分間遠心処理を行った(HITACHI高速冷却遠心機、ローターRPR20-2を用いて8,400rpm)。
10. 菌体(沈殿)を25mlのザイモリアーゼバッファーで洗浄した。
11. 4℃、9,000xg、10分間遠心処理を行った(HITACHI高速冷却遠心機、ローターRPR20-2を用いて8,400rpm)。
12. 菌体(沈殿)を25mlのソニケーションバッファー(1mM PMSF含有)に懸濁した。凍結融解のため、一晩-80℃にて静置した。
13.翌日、菌体液を常温で溶解し、ダウンス型ホモジナイザー(Tight)(WHEATON)で20回程度ホモジナイズした。
14.4℃、12,000xg、20分間遠心処理を行った(HITACHI高速冷却遠心機、ローターRPR20-2を用いて10,000rpm)。
15.上清を超遠心用チューブに移した。
16.4℃、100,000xg、60分間超遠心を行った(BECKMAN分離用超遠心機L8-60M、ローターSw28を用いて25,000rpm)。
17.上清を捨て、沈殿(ミクロソーム画分)をテフロンホモジナイザー(IWAKI)にかきとり、適当量(1〜3ml)の50mM HEPES/NaOH(pH7.6)(0.5mM EDTA含有)に完全に懸濁できるまでホモジナイズした。
18.得られた懸濁液を150μlずつ1.5mlのエッペンドルフチューブに分注した。サンプルは-80℃で保存した。
以上のようにCYP80A1like発現酵母のミクロソーム画分を調製した後、酵素反応を行った。
(Preparation of microsome fraction)
・ Reagents Zymolyase buffer: 10 mM Tris-HCl, 2 M sorbitol, 0.1 mM DTT, 0.1 mM EDTA, pH 7.5
Sonication buffer: 10 mM Tris-HCl, 0.65 M sorbitol, 0.1 mM DTT, 0.1 mM EDTA, pH 7.5
・ Method (300ml culture medium)
1. The yeast cells were centrifuged at 8,000 × g for 10 minutes at 4 ° C. (6,000 rpm using HITACHI high-speed cooling centrifuge, rotor RPR9-2).
2. The cells (precipitate) were washed with 100 ml of distilled water.
Centrifugation was performed at 3.4 ° C. and 8,000 × g for 10 minutes (6,000 rpm using HITACHI high-speed cooling centrifuge, rotor RPR9-2).
4. The cells (precipitate) were washed with 25 ml of zymolyase buffer.
5. Centrifugation was performed at 4 ° C. and 8,000 × g for 10 minutes (7800 rpm using HITACHI high-speed cooling centrifuge, rotor RPR20-2).
6. The cells (precipitate) were suspended in 25 ml of zymolyase buffer containing 300 μg / ml of zymolyase 100-T (Seikagaku Corporation), and gently shaken at 30 ° C. for 1 hour.
Centrifugation was performed at 7.4 ° C., 9,000 × g for 10 minutes (8400 rpm using a HITACHI high-speed cooling centrifuge, rotor RPR20-2).
8. The cells (precipitate) were washed with 25 ml of zymolyase buffer.
9. Centrifugation was performed at 4 ° C. and 9,000 × g for 10 minutes (8400 rpm using a HITACHI high-speed cooling centrifuge, rotor RPR20-2).
10. The cells (precipitate) were washed with 25 ml of zymolyase buffer.
11. Centrifugation was performed at 4 ° C. and 9,000 × g for 10 minutes (8400 rpm using HITACHI high-speed cooling centrifuge, rotor RPR20-2).
12. The cells (precipitate) were suspended in 25 ml of sonication buffer (containing 1 mM PMSF). For freezing and thawing, it was left overnight at -80 ° C.
13. On the next day, the bacterial cell solution was dissolved at room temperature and homogenized about 20 times with a Downs type homogenizer (Tight) (WHEATON).
Centrifugation was performed at 14.4 ° C., 12,000 × g for 20 minutes (HITACHI high-speed cooling centrifuge, 10,000 rpm using a rotor RPR20-2).
15. The supernatant was transferred to an ultracentrifuge tube.
Ultracentrifugation was performed at 16.4 ° C., 100,000 × g for 60 minutes (BECKMAN separation ultracentrifuge L8-60M, 25,000 rpm using rotor Sw28).
17. Discard the supernatant, scrape the precipitate (microsomal fraction) with a Teflon homogenizer (IWAKI), and completely suspend it in an appropriate amount (1 to 3 ml) of 50 mM HEPES / NaOH (pH 7.6) (containing 0.5 mM EDTA). Homogenized until possible.
18. 150 μl of the resulting suspension was dispensed into 1.5 ml Eppendorf tubes. Samples were stored at -80 ° C.
After preparing the microsomal fraction of CYP80A1like expression yeast as described above, an enzyme reaction was performed.

(c) CYP80A1like組換えタンパク質を用いた酵素反応
CYP80A1like組換えタンパク質を用いた酵素反応は、50mM HEPES/NaOH (pH7.6)、0.5mM NADPH(Oriental Yeast Co., Ltd)、5μMレチクリン(基質)、ミクロソーム画分30〜60μlを用いて、100μlの反応系で、30℃、30分間反応を行った。
(c) Enzymatic reaction using CYP80A1like recombinant protein
Enzymatic reaction using CYP80A1like recombinant protein is 100 μl using 50 mM HEPES / NaOH (pH 7.6), 0.5 mM NADPH (Oriental Yeast Co., Ltd), 5 μM reticuline (substrate), and 30-60 μl of microsomal fraction. The reaction was performed at 30 ° C. for 30 minutes.

反応産物の生成の有無はLC-MSを用いて確認することとしたが、LC-MSに供するサンプルは、反応後、TCA沈殿を行ってタンパク質を沈殿させた後、その上清を分析に供した。   The presence or absence of reaction products was confirmed using LC-MS. However, the sample used for LC-MS was subjected to TCA precipitation after the reaction to precipitate proteins, and the supernatant was used for analysis. did.

(d)CYP80A1likeの反応生成物のLC-MS解析
CYP80A1like組換えタンパク質の反応生成物をLCMS-2010(Shimadzu)を用いて解析した。マススペクトル装置としてESIプローブを用いた。
(d) LC-MS analysis of CYP80A1like reaction products
The reaction product of CYP80A1like recombinant protein was analyzed using LCMS-2010 (Shimadzu). An ESI probe was used as a mass spectrometer.

LC-MS条件
分析装置:LCMS-2010(Shimazu)
検出:280nm
カラム:TSKgelODS-80TM(4.6x250mm)(Tosoh)
溶媒:アセトニトリル/水/酢酸(35:64:1)
流速:0.5ml/分
LC-MS condition analyzer: LCMS-2010 (Shimazu)
Detection: 280nm
Column: TSKgelODS-80T M (4.6x250mm) (Tosoh)
Solvent: acetonitrile / water / acetic acid (35: 64: 1)
Flow rate: 0.5ml / min

結果を図3に示す。図3の左のスペクトルは(R,S)-レチクリンを基質とした際のCYP80A1likeの反応後すぐの産物のLC-MS解析の結果を示す。レチクリン(m/z=330)の他に、m/z=328の反応生成物のピークが検出された。図3の右のスペクトルは(R,S)-レチクリンを基質とした際のCYP80A1likeの反応後30分の産物のLC-MS解析の結果を示す。レチクリン(m/z=330)の他に、m/z=328の反応生成物のピークが検出され、メジャーな反応生成物はm/z=328、保持時間約11分であり、マイナーな反応生成物はm/z=328、保持時間約12分であった。即ち、(R,S)-レチクリンを基質とした際のCYP80A1like反応産物として、分子量が等しく、保持時間が異なる2つの化合物の生成が確認された。以下の実験においては、メジャーな反応生成物の同定を試みた。   The results are shown in FIG. The left spectrum of FIG. 3 shows the result of LC-MS analysis of the product immediately after the reaction of CYP80A1like when (R, S) -reticuline is used as a substrate. In addition to reticuline (m / z = 330), a peak of the reaction product at m / z = 328 was detected. The right spectrum of FIG. 3 shows the result of LC-MS analysis of the product 30 minutes after the reaction of CYP80A1like when (R, S) -reticuline is used as a substrate. In addition to reticuline (m / z = 330), the peak of the reaction product at m / z = 328 was detected, the major reaction product was m / z = 328, and the retention time was about 11 minutes. The product had m / z = 328 and a retention time of about 12 minutes. That is, as a CYP80A1like reaction product when (R, S) -reticuline was used as a substrate, it was confirmed that two compounds having the same molecular weight and different retention times were produced. In the following experiments, attempts were made to identify major reaction products.

(e) CYP80A1likeの反応生成物のフォトダイオードアレイによる解析
HPLCにより分離したCYP80A1like反応産物のUV吸収スペクトルを、フォトダイオードアレイによって解析した。
HPLC条件
分析装置:Shimadzu LC-10A system
カラム: TSKgelODS-80TM(4.6x250mm)(Tosoh)
溶媒:アセトニトリル/水/酢酸(35:64:1)
流速:0.8ml/分
(e) Analysis of CYP80A1like reaction products using photodiode array
The UV absorption spectrum of the CYP80A1like reaction product separated by HPLC was analyzed by a photodiode array.
HPLC conditions Analyzer: Shimadzu LC-10A system
Column: TSKgelODS-80T M (4.6x250mm) (Tosoh)
Solvent: acetonitrile / water / acetic acid (35: 64: 1)
Flow rate: 0.8ml / min

結果を図4に示す。図の左側はマグノフロリン標品、右側はレチクリンを基質とした場合のCYP80A1likeの反応生成物の吸収パターンを示す。反応生成物の吸収パターンはマグノフロリン標品の吸収パターンと類似していた。この結果と、分子量、フラグメントイオンのパターンから、レチクリンを基質とした場合のCYP80A1likeの反応生成物は、マグノフロリンの前駆体である可能性が示唆された。   The results are shown in FIG. The left side of the figure shows the absorption pattern of the CYP80A1-like reaction product when the magnoflorin sample is used, and the right side is when reticuline is used as a substrate. The absorption pattern of the reaction product was similar to that of the magnoflorin preparation. From these results and the molecular weight and fragment ion patterns, it was suggested that the reaction product of CYP80A1like when reticuline was used as a substrate might be a precursor of magnoflorin.

(f) CYP80A1likeの反応生成物の同定
CYP80A1likeの反応生成物が何であるかを同定するために、LC-NMR解析を行った。まず、対数増殖期後期まで増殖させたCYP80A1like発現酵母を集菌した。集菌した酵母をHEPES/NaOHバッファー(pH7.6)に懸濁し、(R,S)-レチクリンを終濃度100μMになるように加えた。菌体反応の時間は30時間、48時間の二点を取った。
(f) Identification of CYP80A1like reaction products
LC-NMR analysis was performed to identify the CYP80A1like reaction product. First, CYP80A1like expression yeast grown until the late logarithmic growth phase was collected. The collected yeast was suspended in HEPES / NaOH buffer (pH 7.6), and (R, S) -reticuline was added to a final concentration of 100 μM. The cell reaction time was 30 hours and 48 hours.

反応後、酵母を懸濁していたバッファーを解析した結果、反応生成物の生成が確認できた。一方、菌体自体に関しては、MeOHによる抽出などを行ったが反応生成物はほとんど得られなかった。反応生成物の生成が確認された酵母菌体反応液は、最終的にSep-Pakでアルカロイドを濃縮し、MeOHで溶出した後、MeOHをとばして乾固させ、DMSOに溶解してLC-NMR用サンプルとした。
LC-NMR条件
分析装置:Varian UNITY-INOVA-500 spectrometer (H-1:500MHz) equipped with a PFG indirect-detection LC-NMR probe with a 60 μL flow-cell (active volume)
カラム: TSKgelODS-80TM(4.6x250mm)(Tosoh)
溶媒:0.1M NH4OAc (0.05% TFA)/acetonitrile (0.05% TFA)
As a result of analyzing the buffer in which the yeast was suspended after the reaction, the production of the reaction product was confirmed. On the other hand, the bacterial cells themselves were extracted with MeOH, but almost no reaction product was obtained. After confirming the production of the reaction product, the yeast cell reaction solution is finally concentrated with Sep-Pak and then eluted with MeOH, and then evaporated to dryness, dissolved in DMSO, and dissolved in LC-NMR. A sample was used.
LC-NMR Conditions Analyzer: Varian UNITY-INOVA-500 spectrometer (H-1: 500MHz) equipped with a PFG indirect-detection LC-NMR probe with a 60 μL flow-cell (active volume)
Column: TSKgelODS-80T M (4.6x250mm) (Tosoh)
Solvent: 0.1M NH 4 OAc (0.05% TFA) / acetonitrile (0.05% TFA)

CYP80A1likeの反応生成物のNMRの結果と、コリツベリン標品のNMRの結果を比較したところ、CYP80A1likeの反応生成物はコリツベリンであると同定された。なお、コリツベリン標品は市販の(+)-イソコリジン(Aldrich)1,2,10-OMe体をHBrで酸分解し、フェノール性アルカロイド混合物より分取した。   When the NMR results of the CYP80A1like reaction product were compared with the NMR results of the Kollituberin sample, the CYP80A1like reaction product was identified to be Kollituberin. In addition, as for the Koritsuberin sample, a commercially available (+)-isocollidine (Aldrich) 1,2,10-OMe body was acid-decomposed with HBr and fractionated from a phenolic alkaloid mixture.

本発明のCYP80A1likeは、レチクリンを基質としてコリツベリンを生成することが判明した。コリツベリンはマグノフロリンの前駆体であり、コリツベリンにコクラウリン−N−メチル化酵素(CNMT)を作用させることにより、マグノフロリンを生ずると推測される。したがって、次に、レチクリンを基質としてCYP80A1likeとCNMTとを作用させることによりマグノフロリンが生成するかどうかを確認した。   It has been found that CYP80A1like of the present invention produces colituberin using reticuline as a substrate. Colituberin is a precursor of magnoflorin, and it is speculated that coclavulin-N-methylating enzyme (CNMT) is allowed to act on colituberin to produce magnoflorin. Therefore, it was next confirmed whether or not magnoflorin was produced by the action of CYP80A1like and CNMT using reticuline as a substrate.

具体的には、レチクリンを基質としてCYP80A1like反応を行った後に生じた反応生成物を基質として、CNMT反応を行った。即ち、CYP80A1likeの反応液に、反応30分を行った後、大腸菌で発現させたCNMT粗酵素とメチル基供与体であるSAM、さらに、酸化防止剤としてアスコルビン酸を加え、さらに反応を行った。その後、TCA沈殿によりタンパク質を除き、上清をLC-MS解析に供した。   Specifically, CNMT reaction was performed using the reaction product generated after the CYP80A1like reaction using reticuline as a substrate. That is, the reaction was carried out for 30 minutes in a CYP80A1-like reaction solution, and then further reacted by adding CNMT crude enzyme expressed in Escherichia coli, SAM as a methyl group donor, and further ascorbic acid as an antioxidant. Thereafter, the protein was removed by TCA precipitation, and the supernatant was subjected to LC-MS analysis.

結果を図5に示す。左側の図は、レチクリンを基質としてCYP80A1like反応を行ったすぐ後、右側の図は、レチクリンを基質としてCYP80A1like反応を行った後に生じた反応生成物を基質として、CNMT反応を行った結果、得られる生成物を示す。レチクリンを基質としてCYP80A1like反応を行った場合、レチクリン(m/z=330)の他に、反応生成物即ちコリツベリン(m/z=328)のピークが観察された。一方、CYP80A1like反応の生成物を基質としてさらにCNMT反応を行った場合、レチクリン(m/z=330)、コリツベリン(m/z=328)の他に、マグノフロリン(m/z=342)のピークが観察された。   The results are shown in FIG. The figure on the left is obtained as a result of performing a CNMT reaction immediately after performing a CYP80A1like reaction using reticuline as a substrate, and the figure on the right is the result of performing a CNMT reaction using the reaction product generated after performing a CYP80A1like reaction using reticuline as a substrate. Product is shown. When CYP80A1like reaction was carried out using reticuline as a substrate, a peak of the reaction product, ie, Colliberin (m / z = 328), was observed in addition to reticuline (m / z = 330). On the other hand, when CNMT reaction was further carried out using the product of CYP80A1like reaction as a substrate, in addition to reticuline (m / z = 330) and colituberin (m / z = 328), the peak of magnoflorin (m / z = 342) Was observed.

以上の実験より、本発明によるCYP80A1likeは、レチクリンを基質として、コリツベリンを生成することが判明し、さらに、コリツベリンはCNMTによりマグロフロリンに変換されることが判明した。本発明による反応図を図6に示す。   From the above experiments, it was found that CYP80A1like according to the present invention produces colituberin using reticuline as a substrate, and further, it was found that colituberin is converted to tunaflorin by CNMT. The reaction diagram according to the present invention is shown in FIG.

イソキノリンアルカロイド生合成系に特異的なP450分子種が行う反応を示す図である。It is a figure which shows the reaction which P450 molecular species specific to an isoquinoline alkaloid biosynthesis system perform. CYP80A1likeの酵母発現用ベクターpGYR-SpeIへの挿入を示す図である。FIG. 3 is a view showing insertion of a CYP80A1like yeast expression vector pGYR-SpeI. CYP80A1likeを発現する酵母のミクロソーム画分を調製し、レチクリンと反応させた後に得られた反応産物のLC-MS解析の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of LC-MS analysis of the reaction product obtained after preparing the microsome fraction of the yeast which expresses CYP80A1like, and making it react with reticuline. レチクリンを基質とした際のCYP80A1like反応産物と、マグノフロリン標品のフォトダイオードアレイによる吸収パターンの比較を示す図である。It is a figure which shows the comparison of the absorption pattern by the photodiode array of a CYP80A1like reaction product at the time of using a reticuline as a substrate, and a magnoflorin sample. レチクリンを基質とした際のCYP80A1like反応産物と、該反応産物を基質とした際のCNMT反応産物を示す図である。It is a figure which shows the CYP80A1like reaction product when using reticuline as a substrate, and the CNMT reaction product when using the reaction product as a substrate. CYP80A1likeはレチクリンをコリツベリンに変換し、さらにCNMTがコリツベリンをマグノフロリンに変換することを示す模式図である。CYP80A1like is a schematic diagram showing that reticuline is converted into colituberin, and CNMT further converts cortsberine into magnoflorin.

Claims (10)

配列番号1で表される塩基配列からなるポリヌクレオチドを含む遺伝子。   A gene comprising a polynucleotide comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 1. 配列番号1で表される塩基配列からなるポリヌクレオチドと相補的な配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、レチクリンからコリツベリンへの変換反応を触媒するP450酵素をコードするポリヌクレオチドを含む遺伝子。 A P450 enzyme that hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising a nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 and a complementary sequence, and catalyzes a conversion reaction from reticuline to colituberin. A gene containing a polynucleotide. オウレン由来である請求項1または2のいずれかの遺伝子。   The gene according to claim 1 or 2, wherein the gene is derived from auren. 請求項1〜3のいずれかの遺伝子を含む組換えベクター。   A recombinant vector comprising the gene according to any one of claims 1 to 3. 請求項1〜3のいずれかの遺伝子または請求項4の組換えベクターを含む宿主細胞。   A host cell comprising the gene of any one of claims 1 to 3 or the recombinant vector of claim 4. 酵母ならびに、ケシ科植物、キンポウゲ科植物、メギ科植物、ツヅラフジ科植物、ミカン科植物、モクレン科植物からなる群から選択される請求項5の宿主細胞。   6. The host cell according to claim 5, wherein the host cell is selected from the group consisting of yeast and poppy plant, buttercup plant, barberry plant, rhododendron plant, citrus plant, magnoli plant. 以下の(a)または(b)のタンパク質:
(a)配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号2で表されるアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、レチクリンからコリツベリンへの変換反応を触媒するP450酵素の活性を有するタンパク質。
The following protein (a) or (b):
(A) a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2,
(B) 1 or several amino acids are deleted in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, substituted or added in the amino acid sequence, and the conversion reaction activity of P450 enzyme that catalyzes the to Koritsuberin from reticulin Protein.
請求項5または6の宿主細胞を培養する工程、および、
該宿主細胞において請求項7のタンパク質を発現させる工程、
を含む、請求項7のタンパク質の産生方法。
Culturing the host cell of claim 5 or 6, and
Expressing the protein of claim 7 in said host cell;
A method for producing the protein of claim 7 , comprising:
請求項7のタンパク質を触媒として作用させ、基質であるレチクリンをコリツベリンに変換する工程を含む、コリツベリンの産生方法。 A method for producing colituberin, comprising a step of converting the reticuline as a substrate into colituberin by causing the protein of claim 7 to act as a catalyst. 請求項7のタンパク質を触媒として作用させ、基質であるレチクリンをコリツベリンに変換する工程、および、
コクラウリン−N−メチルトランスフェラーゼを触媒として作用させ、基質であるコリツベリンをマグノフロリンに変換する工程、
を含む、マグノフロリンの産生方法。
A step of allowing the protein of claim 7 to act as a catalyst to convert reticuline as a substrate into colituberin; and
A step of acting as a catalyst with coclaurine-N-methyltransferase and converting the substrate coritubberin into magnoflorin,
A method for producing magnoflorin, comprising:
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