JP5246639B2 - Process for producing 4-hydroxy-L-isoleucine - Google Patents

Process for producing 4-hydroxy-L-isoleucine Download PDF

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ニコラエブナ サムソノヴァ ナタリヤ
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Description

本発明は、微生物産業に関し、詳しくは、新規なジオキシゲナーゼ及び4-ヒドロキシ-L-イソロイシン又はその塩の製造法に関する。   The present invention relates to the microbial industry, and in particular, to a novel process for producing dioxygenase and 4-hydroxy-L-isoleucine or a salt thereof.

4−ヒドロキシ−L−イソロイシンは、コロハ(フェヌグリーク)種子 (Trigonella foenum-graecum L.leguminosae) から抽出、精製できるアミノ酸である。4−ヒドロキシ−L−イソロイシンは、興味深いインスリン分泌性(insulinotropic)活性を示すが、これは、単離潅流ラット膵臓及びヒトの膵島の両者で実証されているように、その促進効果がミディアム中の血漿グルコース濃度に明白に依存するからである (Sauvaire, Y.ら, Diabetes, 47: 206-210, (1998)) 。そのようなグルコース依存性は、2型糖尿病[非インスリン依存性糖尿病、(NIDD) mellitus (NIDDM)]の治療に現在使用されている唯一のインスリン分泌活性薬であるスルホニル尿素(Drucker, D. J., Diabetes 47: 159-169, (1998)) では確認されていない。その結果、低血糖症が依然として、スルホニル尿素治療の通常望ましくない副作用である。(Jackson, J., and Bessler, R. Drugs, 22: 211-245; 295-320, (1981); Jennings, A. ら. Diabetes Care, 12: 203-208, (1989))。またグルコース耐性の改善も知られている。((Am. J. Physiol. Endocrinol., Vol. 287, E463-E471, 2004) 。このグルコース代謝増強活性とその医薬品と健康食品への応用の可能性が報告された(特開平6-157302号公報;US2007-000463A1)。   4-Hydroxy-L-isoleucine is an amino acid that can be extracted and purified from Trigonella foenum-graecum L. leguminosae. 4-Hydroxy-L-isoleucine exhibits interesting insulinotropic activity, which has a stimulatory effect in medium as demonstrated in both isolated perfused rat pancreas and human islets. This is because it clearly depends on the plasma glucose concentration (Sauvaire, Y. et al., Diabetes, 47: 206-210, (1998)). Such glucose dependence is due to sulfonylurea (Drucker, DJ, Diabetes), the only insulinotropic agent currently used in the treatment of type 2 diabetes [Non-insulin-dependent diabetes mellitus (NIDD) mellitus (NIDDM)]. 47: 159-169, (1998)). As a result, hypoglycemia remains a commonly undesirable side effect of sulfonylurea treatment. (Jackson, J., and Bessler, R. Drugs, 22: 211-245; 295-320, (1981); Jennings, A. et al. Diabetes Care, 12: 203-208, (1989)). Improvement of glucose tolerance is also known. ((Am. J. Physiol. Endocrinol., Vol. 287, E463-E471, 2004). This glucose metabolism enhancing activity and its potential for application to pharmaceuticals and health foods have been reported (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 6-157302). Publication; US2007-000463A1).

植物にのみ発見されている4−ヒドロキシ−L−イソロイシンは、その特別なインスリン分泌性作用のために、様々な程度のインスリン耐性に関連するインスリン分泌不全を特徴とする疾病である2型糖尿病の治療用の可能性を秘めた新規分泌促進剤と見なしてもよい(Broca, C. ら, Am. J. Physiol. 277 (Endocrinol. Metab. 40): E617-E623, (1999))
4-Hydroxy-L-isoleucine, found only in plants, because of its special insulinotropic action, is a type of diabetes that is characterized by insulin secretion deficiency associated with varying degrees of insulin resistance. May be regarded as a novel secretagogue with potential therapeutic potential (Broca, C. et al., Am. J. Physiol. 277 (Endocrinol. Metab. 40): E617-E623, (1999))
.

フェヌグリーク抽出液中のジオキシゲナーゼ活性を利用する鉄、アスコルビン酸、2−オキシグルタル酸、酸素に依存するイソロイシンの酸化法が4−ヒドロキシ−L−イソロイシンの製造法として、報告されている(Phytochemistry, Vol. 44, No. 4, pp. 563-566, 1997) 。しかし、この方法は、20mM以上のイソロイシン濃度で酵素活性が基質で阻害され、この酵素が同定されていなく、酵素は植物の抽出液から誘導され、たやすく大量に得られなく、かつ、この酵素が安定でないために、4−ヒドロキシ−L−イソロイシンの製造法として不充分である。   An oxidation method of isoleucine depending on iron, ascorbic acid, 2-oxyglutaric acid, and oxygen utilizing dioxygenase activity in fenugreek extract has been reported as a method for producing 4-hydroxy-L-isoleucine (Phytochemistry, Vol. 44, No. 4, pp. 563-566, 1997). However, in this method, the enzyme activity is inhibited by a substrate at an isoleucine concentration of 20 mM or more, the enzyme has not been identified, the enzyme is derived from a plant extract, and is not easily obtained in large quantities. Is not stable, it is insufficient as a method for producing 4-hydroxy-L-isoleucine.

光学的に純粋な(2S,3R,4S)-4-ヒドロキシ-L-イソロイシンが全収率39%で得られる効率的な8工程合成が開示されている。この合成の重要な工程は、エチル2-メチルアセトアセテートをGeotrichum candidum でエチル(2S,3S)-2-メチル-3-ヒドロキシブタノエートに生物変換すること、及び不斉Strecker 合成を含む (Wang, Q. ら, Eur. J. Org. Chem., 834-839 (2002)) 。   An efficient eight-step synthesis is disclosed in which optically pure (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine is obtained in 39% overall yield. The key steps in this synthesis include the bioconversion of ethyl 2-methylacetoacetate with Geotrichum candidum to ethyl (2S, 3S) -2-methyl-3-hydroxybutanoate, and asymmetric Strecker synthesis (Wang , Q. et al., Eur. J. Org. Chem., 834-839 (2002)).

短い6工程で立体化学を完全に制御した(2S,3R,4S)-4-ヒドロキシイソロイシンの化学酵素的合成も発表されているが、最終工程は市販のEupergit C(E-PAC)上固定化ペニシリン・アシラーゼGを使用したN-フェニルアセチルラクトン誘導体の加水分解による酵素的分割である(Rolland-Fulcrand, V. ら, J. Org. Chem., 873-877 (2004)) 。   Chemo-enzymatic synthesis of (2S, 3R, 4S) -4-hydroxyisoleucine with fully controlled stereochemistry in 6 short steps has been announced, but the final step is immobilization on commercially available Eupergit C (E-PAC) This is an enzymatic resolution by hydrolysis of an N-phenylacetyllactone derivative using penicillin acylase G (Rolland-Fulcrand, V. et al., J. Org. Chem., 873-877 (2004)).

しかし、現在、L-イソロイシンジオキシゲナーゼのクローニング、及び、L-イソロイシンジオキシゲナーゼを用いるL-イソロイシンの直接的酵素水酸化により(2S,3R,4S)-4-ヒ
ドロキシ-L-イソロイシンを生成する報告はない。
However, there are currently reports on the production of (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine by cloning L-isoleucine dioxygenase and direct enzymatic hydroxylation of L-isoleucine using L-isoleucine dioxygenase There is no.

微生物によるイソロイシン類似体の生産については、バチルス属細菌による2−アミノ−3−ケト−4−メチルペンタン酸(AMKP)生産の報告がある[Bioorganic Chemistry, Vol. 6, pp.263-271 (1977)]。しかしながら、微生物由来イソロイシン水酸化酵素に関する報告はない。   Regarding the production of isoleucine analogues by microorganisms, there is a report of 2-amino-3-keto-4-methylpentanoic acid (AMKP) production by Bacillus bacteria [Bioorganic Chemistry, Vol. 6, pp.263-271 (1977). )]. However, there are no reports on microbial isoleucine hydroxylase.

本発明の課題は、大量調製が可能な微生物由来の酵素を用いて4−ヒドロキシイソロイシン(遊離形態及びその塩形態の両方を含む意味で用い、「4HIL」とも呼ぶ。以下、同じ)を製造する方法を提供することにある。   An object of the present invention is to produce 4-hydroxyisoleucine (also referred to as “4HIL”, also referred to as “4HIL”, hereinafter the same) using an enzyme derived from a microorganism that can be prepared in large quantities. It is to provide a method.

本発明の課題には、イソロイシンから4-ヒドロキシイソロイシンを生成する酵素活性を有する微生物、及び、微生物由来酵素を用いる水酸化反応によりイソロイシンから4-ヒドロキシイソロイシンを製造する方法を提供することも包含される。上記の課題は、イソロイシンから4-ヒドロキシイソロイシンを生成する酵素活性を有する微生物を見出すことにより達成された。   The subject of the present invention also includes providing a microorganism having an enzyme activity for producing 4-hydroxyisoleucine from isoleucine, and a method for producing 4-hydroxyisoleucine from isoleucine by hydroxylation using a microorganism-derived enzyme. The The above object has been achieved by finding a microorganism having an enzyme activity for producing 4-hydroxyisoleucine from isoleucine.

本発明の課題は、(2S,3R,4S)-4-ヒドロキシ-L-イソロイシン(遊離形態及びその塩形態の両方を含む意味で用い、「(2S,3R,4S)-4HIL」とも呼ぶ。以下、同じ)の製造を改良することであり、L-イソロイシンジオキシゲナーゼ又はL-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性を有する微生物を用いてL-イソロイシンの直接的酵素水酸化により(2S,3R,4S)-4-ヒドロキシ-L-イソロイシン又はその塩を製造する方法を提供することにある。上記課題を解決すべく鋭意研究された結果、本願の発明者は、自然から、L-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性の高い細菌を単離し、L-イソロイシンジオキシゲナーゼをコードする遺伝子をクローニングし、目的の(2S,3R,4S)-4-ヒドロキシ-L-イソロイシンの合成に好ましくは用いることができるL-イソロイシンジオキシゲナーゼを見出し、本発明を完成した。   The subject of the present invention is (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine (used to mean both free form and its salt form, also referred to as “(2S, 3R, 4S) -4HIL”). Hereinafter, the same) is improved by direct enzymatic hydroxylation of L-isoleucine using a microorganism having L-isoleucine dioxygenase or L-isoleucine dioxygenase activity (2S, 3R, 4S) -4 It is to provide a method for producing -hydroxy-L-isoleucine or a salt thereof. As a result of diligent research to solve the above problems, the inventors of the present application isolated a bacterium having high L-isoleucine dioxygenase activity from nature, cloned a gene encoding L-isoleucine dioxygenase, The inventors have found L-isoleucine dioxygenase that can be preferably used for the synthesis of 2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine, and have completed the present invention.

すなわち、本発明の目的は、新規L-イソロイシンジオキシゲナーゼ及びL-イソロイシンジオキシゲナーゼをコードするDNAwo提供し、L-イソロイシンジオキシゲナーゼを用いる(2S,3R,4S)-4-ヒドロキシ-L-イソロイシンの製造方法を提供することである。上記の目的は、本発明の新規L-イソロイシンジオキシゲナーゼを見出すことにより達成された。   That is, the object of the present invention is to provide novel L-isoleucine dioxygenase and DNAwo encoding L-isoleucine dioxygenase, and use (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine of L-isoleucine dioxygenase. It is to provide a manufacturing method. The above object has been achieved by finding the novel L-isoleucine dioxygenase of the present invention.

本発明の目的の一つは、微生物由来の、イソロイシンから4−ヒドロキシイソロイシンを生成する水酸化酵素存在下でイソロイシン又はその塩を水酸化反応に供し、4−ヒドロキシイソロイシンを生成させる工程を含むことを特徴とする、4−ヒドロキシイソロイシン又はその塩の製造方法を提供することである。   One of the objects of the present invention includes a step of subjecting isoleucine or a salt thereof to a hydroxylation reaction in the presence of a hydroxylase that produces 4-hydroxyisoleucine from isoleucine to produce 4-hydroxyisoleucine. It is providing the manufacturing method of 4-hydroxyisoleucine or its salt characterized by these.

本発明のさらなる目的は、微生物がバチルス属に属する微生物である、上記の製造方法を提供することである。   A further object of the present invention is to provide the production method as described above, wherein the microorganism belongs to the genus Bacillus.

本発明のさらなる目的は、バチルス属に属する微生物がBacillus thuringiensis、Bacillus licheniformis、及び、Bacillus sphaericusから選択される微生物である、上記の製造方法を提供することである。   A further object of the present invention is to provide the production method described above, wherein the microorganism belonging to the genus Bacillus is a microorganism selected from Bacillus thuringiensis, Bacillus licheniformis, and Bacillus sphaericus.

本発明のさらなる目的は、水酸化反応が、微生物の対数増殖期細胞から調製された破砕液の存在下で行われる、上記の製造方法を提供することである。   A further object of the present invention is to provide the production method as described above, wherein the hydroxylation reaction is carried out in the presence of a disrupted solution prepared from logarithmic growth phase cells of microorganisms.

本発明のさらなる目的は、L-イソロイシンを水酸化反応に供する、上記の製造方法を提
供することである。
A further object of the present invention is to provide the above production method in which L-isoleucine is subjected to a hydroxylation reaction.

本発明のさらなる目的は、水酸化酵素が、ジオキシゲナーゼである、上記の製造方法を提供することである。   A further object of the present invention is to provide the production method as described above, wherein the hydroxylase is a dioxygenase.

本発明のさらなる目的は、水酸化酵素が以下の性質を有する、上記の製造方法を提供することである。
(a)補因子として、酸素、Fe2+、アスコルビン酸、及び、2−オキソグルタル酸を要求する。
(b)反応至適pHがpH5〜pH8。
(c)反応至適温度が45℃以下。
(d)50℃以上で失活する。
(e)EDTAやCu2+、Zn2+により阻害される。
A further object of the present invention is to provide the production method described above, wherein the hydroxylase has the following properties.
(A) Oxygen, Fe 2+ , ascorbic acid, and 2-oxoglutaric acid are required as cofactors.
(B) The optimum pH for the reaction is pH 5 to pH 8.
(C) The optimum reaction temperature is 45 ° C. or lower.
(D) Deactivates at 50 ° C. or higher.
(E) It is inhibited by EDTA, Cu 2+ and Zn 2+ .

本発明のさらなる目的は、以下の性質を有し、バチルス属細菌から単離されうるジオキシゲナーゼを提供することである。
(a)補因子として、酸素、Fe2+、アスコルビン酸、及び、2−オキソグルタル酸を要求する。
(b)反応至適pHがpH5〜pH8。
(c)反応至適温度が45℃以下。
(d)50℃以上で失活する。
(e)EDTAやCu2+、Zn2+により阻害される。
(f)ドデシル硫酸ナトリウム−ポリアクリルアミドゲル電気泳動法により測定される分子量が31,000±20,000のサブユニットからなる。
(g)配列番号2に示すアミノ酸配列をN末端に有する。
A further object of the present invention is to provide a dioxygenase that has the following properties and can be isolated from Bacillus bacteria.
(A) Oxygen, Fe 2+ , ascorbic acid, and 2-oxoglutaric acid are required as cofactors.
(B) The optimum pH for the reaction is pH 5 to pH 8.
(C) The optimum reaction temperature is 45 ° C. or lower.
(D) Deactivates at 50 ° C. or higher.
(E) It is inhibited by EDTA, Cu 2+ and Zn 2+ .
(F) It consists of subunits having a molecular weight of 31,000 ± 20,000 as measured by sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis.
(G) It has the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 at the N-terminus.

本発明のさらなる目的は、バチルス属細菌がBacillus thuringiensisである、上記のジオキシゲナーゼを提供することである。   A further object of the present invention is to provide a dioxygenase as described above, wherein the Bacillus bacterium is Bacillus thuringiensis.

本発明のさらなる目的は、
(a) 配列番号1の塩基配列を含むDNA、
(b) 配列番号1の塩基配列に相補的な塩基配列を有するDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、L-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA、
(c) 配列番号2のアミノ酸配列を有するタンパク質をコードするDNA、
(d)配列番号2のアミノ酸配列において、1又は数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、付加又は逆位を含むアミノ酸配列を有し、L-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA、及び、
(e)配列番号2のアミノ酸配列に対し少なくとも98%の相同性を示すアミノ酸配列を有し、L-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA
からなる群から選ばれるDNAを提供することである。
A further object of the present invention is to
(a) DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1,
(b) a DNA that hybridizes with a DNA having a base sequence complementary to the base sequence of SEQ ID NO: 1 under stringent conditions and encodes a protein having L-isoleucine dioxygenase activity;
(c) DNA encoding a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2,
(d) a protein having an amino acid sequence including substitution, deletion, insertion, addition or inversion of one or several amino acid residues and having L-isoleucine dioxygenase activity in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 DNA to do and
(e) DNA encoding a protein having an amino acid sequence showing at least 98% homology to the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 and having L-isoleucine dioxygenase activity
Providing DNA selected from the group consisting of:

本発明のさらなる目的は、上記を含むDNAとベクターDNAとを連結することにより得られる組換えDNAを提供することである。   A further object of the present invention is to provide a recombinant DNA obtained by ligating a DNA containing the above and a vector DNA.

本発明のさらなる目的は、上記を含む組換えDNAにより形質転換された細胞を提供することである。   A further object of the present invention is to provide cells transformed with recombinant DNA comprising the above.

本発明のさらなる目的は、上記組換えDNAを含む細胞を培地に培養し、L-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性を有するタンパク質を、培地、細胞又はそれらの両方に蓄積させる
ことを含む、L-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性を有するタンパク質の製造方法を提供することである。
A further object of the present invention includes culturing cells containing the above recombinant DNA in a medium, and accumulating a protein having L-isoleucine dioxygenase activity in the medium, cells or both, and thus L-isoleucine dioxygenase. It is to provide a method for producing a protein having activity.

本発明のさらなる目的は、
(f) 配列番号2のアミノ酸配列を有するタンパク質、
(g)配列番号2のアミノ酸配列において、1又は数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、付加又は逆位を含むアミノ酸配列を有し、L-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性を有するタンパク質、及び、
(h)配列番号2のアミノ酸配列に対し少なくとも98%の相同性を示すアミノ酸配列を有し、L-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性を有するタンパク質
からなる群から選ばれるタンパク質を提供することである。
A further object of the present invention is to
(f) a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2,
(g) a protein having an amino acid sequence including substitution, deletion, insertion, addition or inversion of one or several amino acid residues in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 and having L-isoleucine dioxygenase activity; and ,
(h) To provide a protein selected from the group consisting of proteins having an amino acid sequence showing at least 98% homology to the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 and having L-isoleucine dioxygenase activity.

本発明のさらなる目的は、下記の性質を有するタンパク質を提供することである。
(A)L-イソロイシンの水酸化により(2S,3R,4S)-4-ヒドロキシ-L-イソロイシンを生成する反応を触媒する活性を有する。
(B)前記活性が二価カチオンFe2+に依存する。
(C)SDS-PAGEにより測定した分子量が約29±2.0 kDaである。
A further object of the present invention is to provide a protein having the following properties:
(A) It has an activity of catalyzing a reaction for producing (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine by hydroxylation of L-isoleucine.
(B) The activity depends on the divalent cation Fe 2+ .
(C) The molecular weight measured by SDS-PAGE is about 29 ± 2.0 kDa.

本発明のさらなる目的は、
(f) 配列番号2、8、13、17又は21のアミノ酸配列を有するタンパク質、
(g)配列番号2、8、13、17又は21のアミノ酸配列において、1又は数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、付加又は逆位を含むアミノ酸配列を有し、L-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性を有するタンパク質、及び、
(h)配列番号2、8、13、17又は21のアミノ酸配列に対し少なくとも70%の相同性を示すアミノ酸配列を有し、L-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性を有するタンパク質からなる群から選ばれる少なくとも1種のL-イソロイシンジオキシゲナーゼの存在下で水性溶媒中でL-イソロイシンを反応させ、生成した (2S,3R,4S)-4-ヒドロキシ-L-イソロイシンを単離することを含む(2S,3R,4S)-4-ヒドロキシ-L-イソロイシン又はその塩の製造方法を提供することである。
A further object of the present invention is to
(f) a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 8, 13, 17 or 21;
(g) L-isoleucine having an amino acid sequence comprising substitution, deletion, insertion, addition or inversion of one or several amino acid residues in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 8, 13, 17 or 21 A protein having dioxygenase activity, and
(h) at least one selected from the group consisting of proteins having an amino acid sequence showing at least 70% homology to the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 8, 13, 17 or 21 and having L-isoleucine dioxygenase activity Reacting L-isoleucine in an aqueous solvent in the presence of the species L-isoleucine dioxygenase and isolating the resulting (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine (2S, 3R , 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine or a salt thereof.

本発明のさらなる目的は、
(f) 配列番号2、8、13、17又は21のアミノ酸配列を有するタンパク質、
(g)配列番号2、8、13、17又は21のアミノ酸配列において、1又は数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、付加又は逆位を含むアミノ酸配列を有し、L-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性を有するタンパク質、及び、
(h)配列番号2、8、13、17又は21のアミノ酸配列に対し少なくとも70%の相同性を示すアミノ酸配列を有し、L-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性を有するタンパク質からなる群から選ばれるL-イソロイシンジオキシゲナーゼを含む細菌の存在下で水性溶媒中でL-イソロイシンを反応させ、生成した (2S,3R,4S)-4-ヒドロキシ-L-イソロイシンを単離することを含む(2S,3R,4S)-4-ヒドロキシ-L-イソロイシン又はその塩の製造方法を提供することである。
A further object of the present invention is to
(f) a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 8, 13, 17 or 21;
(g) L-isoleucine having an amino acid sequence comprising substitution, deletion, insertion, addition or inversion of one or several amino acid residues in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 8, 13, 17 or 21 A protein having dioxygenase activity, and
(h) L- selected from the group consisting of proteins having an amino acid sequence showing at least 70% homology to the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 8, 13, 17, or 21 and having L-isoleucine dioxygenase activity Reacting L-isoleucine in an aqueous solvent in the presence of bacteria containing isoleucine dioxygenase and isolating the resulting (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine (2S, 3R, It is to provide a process for producing 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine or a salt thereof.

本発明のさらなる目的は、前記細菌がL-イソロイシンジオキシゲナーゼの活性が増強されるように改変されている上記の方法を提供することである。   It is a further object of the present invention to provide the above method wherein the bacterium has been modified to enhance the activity of L-isoleucine dioxygenase.

本発明のさらなる目的は、L-イソロイシンジオキシゲナーゼの活性が、前記L-イソロイシンジオキシゲナーゼをコードする遺伝子の発現の増大により増強されている上記の方法を提供することである。   A further object of the present invention is to provide the above method wherein the activity of L-isoleucine dioxygenase is enhanced by increasing the expression of the gene encoding said L-isoleucine dioxygenase.

本発明のさらなる目的は、L-イソロイシンジオキシゲナーゼの活性が、前記L-イソロイ
シンジオキシゲナーゼをコードする遺伝子の発現調節配列の改変、又は、前記L-イソロイシンジオキシゲナーゼをコードする遺伝子のコピー数の増大により増強されている上記の方法を提供することである。
A further object of the present invention is to modify the expression regulatory sequence of the gene encoding L-isoleucine dioxygenase or increase the copy number of the gene encoding L-isoleucine dioxygenase. It is to provide a method as described above that is enhanced.

本発明のさらなる目的は、前記細菌が、Escherichia, Pseudomonas, Corynebacterium,
Arthrobacter, Aspergillus又は Bacillus属に属する上記の方法を提供することである。
A further object of the present invention is that the bacterium is Escherichia, Pseudomonas, Corynebacterium,
It is to provide the above method belonging to the genus Arthrobacter, Aspergillus or Bacillus.

本発明のさらなる目的は、前記細菌が、Escherichia coli, Arthrobacter simplex, Corynebacterium glutamicum, Arthrobactor globiformis, Arthrobactor sulfureus, Arthrobactor viscosus 又はBacillus subtilisに属する上記の方法を提供することである。   A further object of the present invention is to provide the above method wherein the bacterium belongs to Escherichia coli, Arthrobacter simplex, Corynebacterium glutamicum, Arthrobactor globiformis, Arthrobactor sulfureus, Arthrobactor viscosus or Bacillus subtilis.

本発明のさらなる目的は、前記細菌が、細菌培養物、細胞、細胞処理物又は細胞破砕液である上記の方法を提供することである。   A further object of the present invention is to provide the method as described above, wherein the bacterium is a bacterial culture, a cell, a cell treatment product or a cell lysate.

本明細書において、4−ヒドロキシイソロイシンとは、 (2S,3S,4S)-4-ヒドロキシイソロイシン[(2S,3S,4S)-4-hydroxyisoleucine]、(2S,3R,4R)-4-ヒドロキシイソロイシン[(2S,3R,4R)-4-hydroxyisoleucine]、(2S,3S,4R)-4-ヒドロキシイソロイシン [(2S,3S,4R)-4-hydroxyisoleucine]及び(2S,3R,4S)-4-ヒドロキシイソロイシン [(2S,3R,4S)-4-hydroxyisoleucine]からなる群より選ばれる1種、又は2種以上のジアステレオマー混合物をいう。4−ヒドロキシイソロイシンは、好ましくは、(2S,3R,4S)もしくは(2R,3R,4S) -4-ヒドロキシイソロイシン、又は、それらの混合物であり、更に好ましくは、(2S,3R,4S) -4-ヒドロキシイソロイシンである。   In this specification, 4-hydroxyisoleucine means (2S, 3S, 4S) -4-hydroxyisoleucine [(2S, 3S, 4S) -4-hydroxyisoleucine], (2S, 3R, 4R) -4-hydroxyisoleucine [(2S, 3R, 4R) -4-hydroxyisoleucine], (2S, 3S, 4R) -4-hydroxyisoleucine [(2S, 3S, 4R) -4-hydroxyisoleucine] and (2S, 3R, 4S) -4- One or two or more diastereomeric mixtures selected from the group consisting of hydroxyisoleucine [(2S, 3R, 4S) -4-hydroxyisoleucine]. 4-hydroxyisoleucine is preferably (2S, 3R, 4S) or (2R, 3R, 4S) -4-hydroxyisoleucine or a mixture thereof, more preferably (2S, 3R, 4S) − 4-hydroxyisoleucine.

特に、「(2S,3R,4S)-4-ヒドロキシ-L-イソロイシン」又は「(2S,3R,4S)-4-HIL」は、単一の化合物又は(2S,3R,4S) -4-ヒドロキシイソロイシンを含む混合物をいうことがある。   In particular, “(2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine” or “(2S, 3R, 4S) -4-HIL” refers to a single compound or (2S, 3R, 4S) -4- Sometimes refers to a mixture containing hydroxyisoleucine.

本明細書で用いる「細菌」又は「微生物」の語は、酵素生産細菌又は微生物、このような細菌又は微生物の、目的酵素活性がある又は増強されている変異体及び遺伝子組換え体を包含する。   As used herein, the term “bacteria” or “microorganism” encompasses enzyme-producing bacteria or microorganisms, mutants and genetically modified organisms of such bacteria or microorganisms that have or have an enhanced enzyme activity of interest. .

<I>イソロイシンから4HILを生成する酵素活性
本発明の水酸化酵素によるイソロイシン水酸化反応を介した4−ヒドロキシイソロイシン製造方法において用いる水酸化酵素としては、イソロイシンを4−ヒドロキシイソロイシンに変換する酵素活性を有する限り、微生物の培養物、菌体、細胞破砕液による粗精製酵素、又は精製酵素のいずれでも用いることが出来るが、細胞破砕粗酵素や精製酵素であることが望ましい。
<I> Enzyme activity for producing 4HIL from isoleucine As the hydroxylase used in the method for producing 4-hydroxyisoleucine via the isoleucine hydroxylation reaction by the hydroxylase of the present invention, the enzyme activity for converting isoleucine to 4-hydroxyisoleucine As long as it has, it is possible to use any of a microorganism culture, a microbial cell, a crudely purified enzyme using a cell lysate, or a purified enzyme.

水酸化酵素としては、オキシゲナーゼやジオキシゲナーゼ等が挙げられるが、好ましくは、ジオキシゲナーゼである。さらに好ましくは、2-e-2菌株から単離され得る、下記の性質を有する水酸化酵素である。   Examples of the hydroxylase include oxygenase and dioxygenase, and dioxygenase is preferable. More preferably, it is a hydroxylase that can be isolated from the 2-e-2 strain and has the following properties.

(a)補因子として、酸素、Fe2+、アスコルビン酸、及び、2−オキソグルタル酸を要求する。
(b)反応至適pHがpH5〜pH8。
(c)反応至適温度が45℃以下。
(d)50℃以上で失活する。
(e)EDTAやCu2+、Zn2+により阻害される。
(A) Oxygen, Fe 2+ , ascorbic acid, and 2-oxoglutaric acid are required as cofactors.
(B) The optimum pH for the reaction is pH 5 to pH 8.
(C) The optimum reaction temperature is 45 ° C. or lower.
(D) Deactivates at 50 ° C. or higher.
(E) It is inhibited by EDTA, Cu 2+ and Zn 2+ .

2-e-2菌株から単離され得る水酸化酵素はさらに以下の性質を有する。
(f)ドデシル硫酸ナトリウム−ポリアクリルアミドゲル電気泳動法により測定される分子量が31,000±20,000のサブユニットからなる。
(g)配列番号2に示すアミノ酸配列をN末端に有する。
Hydroxylase that can be isolated from 2-e-2 strain further has the following properties.
(F) It consists of subunits having a molecular weight of 31,000 ± 20,000 as measured by sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis.
(G) It has the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 at the N-terminus.

水酸化酵素が補因子を要求する場合には、系に補因子を添加又は供給することが好ましい。補因子としては、例えば、ジオキシゲナーゼの場合には、Fe2+、アスコルビン酸、及び、2−ケトグルタル酸が挙げられる。これらの補因子は、塩となり得る場合には、塩として系に添加又は供給してもよい。 When the hydroxylase requires a cofactor, it is preferable to add or supply the cofactor to the system. Examples of cofactors include Fe 2+ , ascorbic acid, and 2-ketoglutaric acid in the case of dioxygenase. If these cofactors can be converted to salts, they may be added or supplied to the system as salts.

微生物としては水酸化反応条件下、イソロイシンを4−ヒドロキシイソロイシンに変換する酵素活性を有する微生物であれば、いずれの微生物でも用いることができる。   Any microorganism can be used as long as it has an enzyme activity for converting isoleucine to 4-hydroxyisoleucine under hydroxylation conditions.

用いられる微生物として、バチルス属に属する微生物、あるいはその突然変異体や誘導体などが挙げられる。また当該水酸化酵素を組換え発現させた微生物であって、4−ヒドロキシイソロイシンを生成する活性を有するものであってもよい。   Examples of the microorganism used include microorganisms belonging to the genus Bacillus, or mutants and derivatives thereof. Moreover, it is the microorganism which expressed the said hydroxylase recombinantly, Comprising: You may have an activity which produces | generates 4-hydroxyisoleucine.

具体的にはBacillus thuringiensis(2-e-2株、AKU238株、NBRC3958株、ATCC35646株等)や、Bacillus licheniformis(AKU223株、IAM11054株等)、Bacillus sphaericus(AKU227株、NBRC3526株等)があげられる。2-e-2株は、AJ110584株と命名され、ブタペスト条約に基づいて2006年9月27日付けで独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター(郵便番号305-8566 日本国茨城県つくば市東一丁目1番地1 中央第6)にFERM BP-10688として寄託されている。   Specific examples include Bacillus thuringiensis (2-e-2, AKU238, NBRC3958, ATCC35646, etc.), Bacillus licheniformis (AKU223, IAM11054, etc.) and Bacillus sphaericus (AKU227, NBRC3526, etc.). . The 2-e-2 strain is named AJ110584, and based on the Budapest Treaty, the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology Patent Biology Center (Postal Code 305-8566 Tsukuba, Ibaraki, Japan) It is deposited as FERM BP-10688 in 1-Chome, 1-Chome, Ichi-Chito, Central 6).

なお、上記微生物について、株名がAKUから始まるものは、京都大学大学院農学研究科応用生命科学専攻発酵生理及び醸造学研究室より分譲を受けることが出来る。株名がIAMから始まるものは、東京大学分子細胞生物学研究所バイオリソーシス研究分野IAMコレクションに保管されていて、登録番号を利用して、分譲を受けることが出来る。各菌株に対応する登録番号は、IAMのカタログに記載されている(IAM Catalogue of strain Third
Edition,2004)。株名がNBRCから始まるものは、独立行政法人製品評価技術基盤機構(〒292-0818千葉県木更津市かずさ鎌足2−5−8)より分譲を受けることが出来る。株名がATCCから始まるものは、アメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション(ATCC)より分譲を受けることができる(住所 ATCC, Address: P.O. Box 1549, Manassas, VA 20108, 1,United States of America )。
Regarding the above microorganisms, those whose stock name begins with AKU can be purchased from the Department of Fermentation Physiology and Brewing Science, Department of Applied Life Sciences, Graduate School of Agriculture, Kyoto University. Those whose stock names begin with IAM are stored in the IAM collection of the Institute of Molecular Cell Biology, the University of Tokyo, and can be sold using the registration number. The registration number corresponding to each strain is described in the IAM catalog (IAM Catalog of strain Third
Edition, 2004). Those whose stock names begin with NBRC can be sold from the National Institute of Technology and Evaluation (2-5-8 Kazusa Kamashi, Kisarazu City, Chiba Prefecture 292-0818). Those whose stock name begins with ATCC can be purchased from the American Type Culture Collection (ATCC) (address ATCC, Address: PO Box 1549, Manassas, VA 20108, 1, United States of America).

Bacillus thuringiensis 2-e-2株は、本発明者らによって京都市の土壌より新たに分離された菌株であって、その科学的性質を以下に示す。   Bacillus thuringiensis 2-e-2 strain is a strain newly isolated from the soil of Kyoto City by the present inventors, and its scientific properties are shown below.

Bacillus thuringiensis 2-e-2株の分類学的性質
1. 表現形質
細胞形態
桿菌(大きさ:1.0-1.2× 2.0-3.0 μm)
グラム染色 +
内生胞子 +
酸素に対する態度 好気性
生育温度 20-35℃で良好な生育
至適 pH 7.0〜7.5
Taxonomic properties of Bacillus thuringiensis 2-e-2
1. Phenotypic plasma cell morphology Neisseria gonorrhoeae (size: 1.0-1.2 × 2.0-3.0 μm)
Gram stain +
Endospore +
Attitude toward oxygen Aerobic growth temperature Good growth optimum at 20-35 ° C pH 7.0-7.5

2. 16S rDNAの塩基配列に基づく分子系統解析
本2-e-2菌株の16S rDNAの塩基配列(配列番号1)を用いて、BLASTにより細菌基準株デ
ータベース(エヌシーアイエムビー・ジャパン、静岡)及び国際塩基配列データベース(GeneBank/DDBJ/EMBL)に対し相同検索を行い、それぞれ相同率の上位30株を決定した。その後、細菌基準株データベースで検索された上位30株と各検体の16S rDNA塩基配列を用いて近隣結合法により分子系統樹を作成した。相同性検索及び簡易分子系統樹の作成にはDNASISpro(日立ソフトウェアエンジニアリング、東京)を使用した。
2. Molecular phylogenetic analysis based on the base sequence of 16S rDNA Using the base sequence of 16S rDNA of this 2-e-2 strain (SEQ ID NO: 1), the BLAST bacterial reference database (NCB Japan, Shizuoka) and A homology search was performed on the international nucleotide sequence database (GeneBank / DDBJ / EMBL) to determine the top 30 strains with the same homology rate. Then, a molecular phylogenetic tree was created by the neighborhood binding method using the top 30 strains searched in the bacterial reference strain database and the 16S rDNA base sequences of each specimen. DNASISpro (Hitachi Software Engineering, Tokyo) was used for homology search and creation of a simple molecular phylogenetic tree.

BLASTを用いた細菌基準株データベースに対する相同性検索の結果、2-e-2株の16S rDNA部分塩基配列は相同性100%で、Bacillus thuringiensis ATCC10792株の16S rDNAと一致した。GenBank/DDBJ/EMBLに対する相同性検索の結果においても、2-e-2株の16S rDNAはBacillus thuringiensisに対し、高い相同性を示した。また、2-e-2株の16SrDNAと細菌基準株データベースに対する相同性検索上位30株の16S rDNAを用いた簡易分子系統解析の結果、2-e-2株はBacillus thuringiensisの16S rDNAとほぼ同一の系統枝を形成し、非常に近縁である事が示された。   As a result of homology search against a bacterial reference strain database using BLAST, the 16S rDNA partial nucleotide sequence of the 2-e-2 strain was 100% homologous and matched with the 16S rDNA of the Bacillus thuringiensis ATCC10792 strain. Also in the result of homology search against GenBank / DDBJ / EMBL, 16S rDNA of 2-e-2 strain showed high homology to Bacillus thuringiensis. In addition, as a result of simple molecular phylogenetic analysis using 16S rDNA of 2-e-2 strain and 16S rDNA of the top 30 homology search against the bacterial reference strain database, 2-e-2 strain was almost identical to 16S rDNA of Bacillus thuringiensis It was shown that it was very closely related.

3. 分類・同定の結果
簡易形態観察の結果、2-e-2株はBacillusの一般的な性状を示し、16S rDNA部分配列解析の結果からも、2-e-2株はBacillus thuringiensisに帰属する事が示された。2-e-2と同レベルのAMKP生産活性を示す微生物は見出されなかったため、本株を新規の株と同定した。
3. Results of classification and identification As a result of simple morphology observation, 2-e-2 strain showed general properties of Bacillus. From the results of 16S rDNA partial sequence analysis, 2-e-2 strain was assigned to Bacillus thuringiensis. It was shown to do. Since no microorganism showing AMKP production activity at the same level as 2-e-2 was found, this strain was identified as a new strain.

本発明で用いられる微生物の培養は、通常の培養方法に従って行うことができる。培養に用いられる培地は、用いる微生物が資化し得る炭素源、窒素源、無機塩類等を含有し、該微生物の培養を効率的に行える培地であれば天然培地、合成培地のいずれでもよい。   The microorganism used in the present invention can be cultured according to a normal culture method. The medium used for the culture may be a natural medium or a synthetic medium as long as it contains a carbon source, a nitrogen source, inorganic salts, and the like that can be assimilated by the microorganism to be used and can efficiently culture the microorganism.

炭素源としては、用いる微生物が資化し得るものであればよく、グルコース、フラクトース、シュークロース、マルトース、澱粉、澱粉加水分解物、糖蜜などの糖類や、酢酸、乳酸、グルコン酸などの有機酸、あるいはエタノール、プロパノールなどのアルコール類を用いることができる。窒素源としては、用いる微生物が資化しうるかぎり、アンモニア、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、酢酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、等の各種無機酸や有機酸のアンモニウム塩、その他含窒素化合物、並びに、ペプトン、肉エキス、酵母エキス、コーン・スチープリカー、カゼイン加水分解物、大豆粕及び大豆粕加水分解物、各種発酵菌体及びその消化物等を用いることができる。   Any carbon source may be used as long as the microorganism to be used can assimilate, sugars such as glucose, fructose, sucrose, maltose, starch, starch hydrolyzate, molasses, organic acids such as acetic acid, lactic acid, and gluconic acid, Alternatively, alcohols such as ethanol and propanol can be used. As the nitrogen source, as long as the microorganism to be used can assimilate, ammonium salts of various inorganic acids and organic acids such as ammonia, ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium acetate, and ammonium phosphate, other nitrogen-containing compounds, peptone, meat extract Yeast extract, corn steep liquor, casein hydrolyzate, soybean meal and soybean meal hydrolyzate, various fermented cells and digests thereof, and the like.

無機塩としては、用いる微生物が利用しうるかぎり、リン酸カリウム、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、塩化ナトリウム、硫酸マグネシウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガンなどを用いることができる。他に微量元素としてカルシウム、亜鉛、ほう素、銅、コバルト、モリブデンなどの塩類を加えてもよい。また必要に応じてチアミン、ビオチンのようなビタミン、グルタミン酸、アスパラギン酸のようなアミノ酸、アデニン、グアニンのような核酸関連物質などを添加してもよい。   As the inorganic salt, potassium phosphate, ammonium sulfate, ammonium chloride, sodium chloride, magnesium sulfate, ferrous sulfate, manganese sulfate and the like can be used as long as the microorganism to be used can utilize. In addition, salts such as calcium, zinc, boron, copper, cobalt, and molybdenum may be added as trace elements. If necessary, vitamins such as thiamine and biotin, amino acids such as glutamic acid and aspartic acid, and nucleic acid-related substances such as adenine and guanine may be added.

培養は、振盪培養又は深部通気攪拌培養などの好気的条件下で行う。培養温度は10〜37℃がよく、培養時間は5〜40時間である。培養中pHは、5.0〜9.0に保持する。pHの調整は、無機あるいは有機の酸、アルカリ溶液、尿素、炭酸カルシウム、アンモニアなどを用いて行う。   The culture is performed under aerobic conditions such as shaking culture or deep aeration stirring culture. The culture temperature is preferably 10 to 37 ° C., and the culture time is 5 to 40 hours. During the cultivation, the pH is maintained at 5.0 to 9.0. The pH is adjusted using an inorganic or organic acid, an alkaline solution, urea, calcium carbonate, ammonia or the like.

本発明において用いられる細胞破砕粗酵素、すなわち微生物の細胞破砕液としては、菌体外の水酸化酵素を含むものであればよく、菌体の界面活性剤又は有機溶剤処理物、酵素処理物、超音波処理物、機械的摩砕処理物、溶媒処理物、菌体の蛋白質分画、菌体処理物の固定化物などがあげられる。細胞破砕液は、対数増殖期細胞から調製することが好ましい。   The cell disruption crude enzyme used in the present invention, that is, the microorganism cell disruption solution only needs to contain a hydroxylase outside the cell, and the cell surface active agent or organic solvent-treated product, enzyme-treated product, Examples thereof include ultrasonically treated products, mechanically milled products, solvent-treated products, bacterial cell protein fractions, and immobilized bacterial cell products. The cell lysate is preferably prepared from logarithmic growth phase cells.

細胞破砕液の調製法に関して、培養菌体は生理食塩水などの等張液で洗浄した後、フレンチ・プレス、ガラスビーズ、超音波破砕器、マントン・ガウリン・ホモゲナーザー、乳鉢などによる圧搾粉砕や、これらの組み合わせなど、如何なる方法でも良い。更に効率的な破砕のため、細胞を凍結処理や、酵素処理などにより細胞膜表面に物理的、化学的処理を行っても良い。細胞破砕時は、常に低温を維持し、破砕処理により破砕液の温度が上昇した場合は、速やかに冷却すれば良い。   Regarding cell lysate preparation methods, the cultured cells are washed with an isotonic solution such as physiological saline, and then pressed and crushed with a French press, glass beads, ultrasonic crusher, Menton Gaurin homogenizer, mortar, etc. Any method such as a combination thereof may be used. Furthermore, for efficient disruption, the cell membrane surface may be subjected to physical and chemical treatment by freezing or enzymatic treatment. At the time of cell disruption, the temperature is always maintained at a low temperature, and when the temperature of the disrupted liquid rises due to the disruption process, it may be quickly cooled.

細胞破砕液の水性媒体としては、水、ホウ酸塩、酢酸塩、炭酸塩、トリス、リン酸塩、クエン酸塩、Goodバッファー等の緩衝液があげられるが、これらに限定されるものでない。また酵素安定化剤としてグリセロールやDTT等を添加しても良いし、プロテアーゼ阻害剤として、EDTA、EGTA、PMSF、ペプスタチン、E-64等を添加しても良いし、阻害剤の組み合わせや、阻害剤カクテルなどを添加しても良い。   Examples of the aqueous medium for the cell lysate include, but are not limited to, buffers such as water, borate, acetate, carbonate, tris, phosphate, citrate, and Good's buffer. Glycerol, DTT, etc. may be added as an enzyme stabilizer, EDTA, EGTA, PMSF, pepstatin, E-64, etc. may be added as protease inhibitors, combinations of inhibitors, and inhibition. An agent cocktail or the like may be added.

上記の細胞破砕液を用いて、4−ヒドロキシイソロイシン生成反応する場合の基質液組成は、5mM イソロイシン、5mM 2−ケトグルタル酸、5mM アスコルビン酸、5mM Fe2+を含有する100mM HEPES緩衝液(pH7.0)、液量100μlとし、30℃、60分間反応する。緩衝液はHEPES以外にも、MESやGTA広域緩衝液など如何なる緩衝液でも良い。反応液は必要に応じて酵素失活し、遠心上清画分をフィルター濾過し、高速液体クロマトグラフィーやTLCを用いて4−ヒドロキシイソロイシンの生成を確認する。 The composition of the substrate solution for the 4-hydroxyisoleucine production reaction using the above cell disruption solution was 100 mM HEPES buffer (pH 7.7) containing 5 mM isoleucine, 5 mM 2-ketoglutaric acid, 5 mM ascorbic acid, 5 mM Fe 2+ . 0), make the volume 100 μl, and react at 30 ° C. for 60 minutes. In addition to HEPES, the buffer may be any buffer such as MES or GTA broad-area buffer. The reaction solution is enzyme-inactivated as necessary, the centrifugal supernatant fraction is filtered and the production of 4-hydroxyisoleucine is confirmed using high performance liquid chromatography or TLC.

4−ヒドロキシイソロイシンの定量は、他の成分との分離可能な分析系であればどのような方法を用いても良いが、例えばTLCや高速液体クロマトグラフィーがあげられる。この内、高速液体クロマトグラフィーは高感度・高分離であることから定量分析には優れている。例えばアミノ酸分析法のウォーターズ AccQ・TagTMメソッド等があげられる。ウォーターズ AccQ・TagTMメソッドの改変法(後記実施例参照)により、4−ヒドロキシイソロイシンのジアステレオマー分離や、天然体4−ヒドロキシイソロイシンと4−ヒドロキシイソロイシンの水酸基が酸化されたケト体である、2−アミノ−3−メチル−4−ケトペンタン酸の分離が可能である。 For determination of 4-hydroxyisoleucine, any method may be used as long as it is an analysis system that can be separated from other components, and examples thereof include TLC and high-performance liquid chromatography. Among these, high performance liquid chromatography is excellent for quantitative analysis because of its high sensitivity and high separation. For example, the Waters AccQ / Tag method of amino acid analysis method can be mentioned. The Waters AccQ · Tag TM methods modified method (see Example), diastereomeric separation or 4-hydroxy isoleucine, natural bodies of 4-hydroxy isoleucine and 4-hydroxy-keto body hydroxyl groups are oxidized isoleucine, Separation of 2-amino-3-methyl-4-ketopentanoic acid is possible.

本発明により製造された4−ヒドロキシイソロイシンは、通常用いられるアミノ酸の精製法を用いて単離することができる。例えば、遠心分離により固形物を除いた反応液上清から、イオン交換樹脂や膜処理法、晶析法などの操作を組み合わせて、4−ヒドロキシイソロイシンを単離することができる。   4-Hydroxyisoleucine produced according to the present invention can be isolated using a commonly used amino acid purification method. For example, 4-hydroxyisoleucine can be isolated from the reaction solution supernatant from which solids have been removed by centrifugation, by combining operations such as ion exchange resin, membrane treatment, and crystallization.

本発明の製造法において、イソロイシン水酸化反応のpHはpH5〜8である事が好ましい。反応液の組成として、酵素反応に必須な因子が存在することが好ましい。因子としてFe2+が必須の場合には、HEPESバッファー、MESバッファー、GTA広域バッファーなどFe2+とキレートする可能性が少ない反応液組成が望ましいが、Fe2+の作用が保持されていれば何ら制限を受けない。 In the production method of the present invention, the pH of the isoleucine hydroxylation reaction is preferably pH 5-8. As a composition of the reaction solution, it is preferable that an essential factor for the enzyme reaction is present. When Fe 2+ is essential as a factor, a reaction solution composition that is less likely to chelate with Fe 2+ , such as HEPES buffer, MES buffer, and GTA broad-area buffer, is desirable, but if the action of Fe 2+ is retained There are no restrictions.

本発明の製造法において、イソロイシン水酸化反応の温度は、通常には15〜30℃であり、45℃以下である事が好ましい。反応時間は、酵素量により異なるが通常には、5分〜200時間である。
水酸化反応に供するイソロイシンとしては、L-イソロイシンを用いることが好ましい。
In the production method of the present invention, the temperature of the isoleucine hydroxylation reaction is usually 15 to 30 ° C. and preferably 45 ° C. or less. The reaction time varies depending on the amount of enzyme, but is usually 5 minutes to 200 hours.
As isoleucine to be subjected to the hydroxylation reaction, L-isoleucine is preferably used.

反応を実施する溶媒としては、水、炭酸塩、酢酸塩、ほう酸塩、クエン酸塩、トリスなどの緩衝液等の水性溶媒、ならびに、メタノール、エタノールなどのアルコール類、酢酸エチルなどのエステル類、アセトンなどのケトン類、アセトアミドなどのアミド類などの有機溶媒や、これらを含有した水性溶媒があげられる。また必要に応じて水酸化反応活性
化因子を添加しても良い。
Solvents for carrying out the reaction include aqueous solvents such as water, carbonates, acetates, borates, citrates, and tris buffers, alcohols such as methanol and ethanol, esters such as ethyl acetate, Examples include organic solvents such as ketones such as acetone, amides such as acetamide, and aqueous solvents containing these. Moreover, you may add a hydroxylation reaction activator as needed.

本発明の製造法において用いられる微生物の細胞破砕液のタンパク質濃度は0.1〜50mg/ml、好ましくは0.5〜20mg/ml(微生物菌体(湿重量)換算)である。水性媒体に、当該微生物破砕液、基質、補因子を適切な濃度添加し、温度45℃以下、好ましくは30℃、pH5〜12、好ましくはpH5〜7.5の条件下で、5分〜120時間反応させ、4−ヒドロキシ−L−イソロイシンを製造することができる。   The protein concentration of the microbial cell disruption solution used in the production method of the present invention is 0.1 to 50 mg / ml, preferably 0.5 to 20 mg / ml (in terms of microbial cells (wet weight)). Appropriate concentrations of the microorganism disruption solution, substrate and cofactor are added to the aqueous medium, and the temperature is 45 ° C. or lower, preferably 30 ° C., pH 5 to 12, preferably pH 5 to 7.5, and 5 minutes to 120 minutes. By reacting for a period of time, 4-hydroxy-L-isoleucine can be produced.

<II>L-イソロイシンジオキシゲナーゼ及びL-イソロイシンジオキシゲナーゼをコードするDNA並びにそれらの用途
以下に、[I]L-イソロイシンジオキシゲナーゼ及び[II]本発明のL-イソロイシンジオキシゲナーゼを用いる(2S,3R,4S)-4-ヒドロキシ-L-イソロイシンの製造法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
<II> DNA encoding L-isoleucine dioxygenase and L-isoleucine dioxygenase and uses thereof [I] L-isoleucine dioxygenase and [II] L-isoleucine dioxygenase of the present invention are used below (2S, A method for producing 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine will be described in detail with reference to the drawings.

[I]L-イソロイシンジオキシゲナーゼ
本発明の発明者らの研究により、Bacillus属の細菌株に、(2S,3R,4S)-4HILの生成能を有するL-イソロイシンジオキシゲナーゼが確認された。微生物細胞由来のL-イソロイシンジオキシゲナーゼを、以下、IDOと略記する。
[I] L-isoleucine dioxygenase According to the study of the inventors of the present invention, L-isoleucine dioxygenase having the ability to produce (2S, 3R, 4S) -4HIL was confirmed in a bacterial strain of the genus Bacillus. Hereinafter, L-isoleucine dioxygenase derived from microbial cells is abbreviated as IDO.

上述のように、本発明の発明者らにより準備された環境微生物のスクリーニングにより、独自の微生物であるBacillus thuringiensis 2-e-2株が、L-イソロイシンから(2S,3R,4S)-4HILを直接生成する反応を触媒できる活性を有することが明らかになった。本発明の発明者らは、微生物の培養細胞から新規なL-イソロイシンジオキシゲナーゼを精製、単離した。以下、これをIDO(Lys,23)と略記する。   As described above, by screening environmental microorganisms prepared by the inventors of the present invention, Bacillus thuringiensis 2-e-2 strain, which is a unique microorganism, has been obtained from L-isoleucine by (2S, 3R, 4S) -4HIL. It has been shown that it has an activity capable of catalyzing a reaction directly generated. The inventors of the present invention have purified and isolated novel L-isoleucine dioxygenase from cultured cells of microorganisms. Hereinafter, this is abbreviated as IDO (Lys, 23).

さらに、本発明の発明者らは、Bacillus thuringiensis 2-e-2株由来ジオキシゲナーゼを精製することによりIDO(Lys,23)のN-末端アミノ酸配列を決定した。Bacillus thuringiensis 2-e-2株はBacillus thuringiensis AJ110584と命名され、ブタペスト条約に基づいて2006年9月27日付けで独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター(郵便番号305-8566 日本国茨城県つくば市東一丁目1番地1 中央第6)にFERM BP-10688として寄託されている。   Furthermore, the inventors of the present invention determined the N-terminal amino acid sequence of IDO (Lys, 23) by purifying dioxygenase derived from Bacillus thuringiensis 2-e-2 strain. The Bacillus thuringiensis 2-e-2 strain is named Bacillus thuringiensis AJ110584, and based on the Budapest Treaty, the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology Patent Biology Center (Postal Code 305-8566 Ibaraki, Japan) It is deposited as FERM BP-10688 in 1-6 Higashi 1-chome, Tsukuba City, Prefecture 6).

さらに、本発明の発明者らは、IDO(Lys,23)のアミノ酸配列から推定される約30塩基対の合成DNA分子を合成し、Bacillus thuringiensis 2-e-2株の染色体DNAを用いて、IDO(Lys,23)をコードする全長DNA、及び、コントロールとしてBacillus thuringiensis (serovar israelensis) 株(ATCC 35646)由来のL-イソロイシンジオキシゲナーゼ(以下、IDO(Lys,32)と略記する)を単離、取得し、組換えプラスミド及びそれらによるE. coliの形質転換細胞を構築した。組換えE. coli IDO活性の、その後の分析により、Bacillus thuringiensis 2-e-2株由来のIDO(Lys,23)遺伝子における独自の変異の結果として、IDO(Lys,23)の活性が、IDO(Lys,32)に比べて極めて高い(5倍高い)ことが判明した。   Furthermore, the inventors of the present invention synthesize a synthetic DNA molecule of about 30 base pairs deduced from the amino acid sequence of IDO (Lys, 23) and use the chromosomal DNA of Bacillus thuringiensis 2-e-2 strain, Isolation of full-length DNA encoding IDO (Lys, 23) and L-isoleucine dioxygenase (hereinafter abbreviated as IDO (Lys, 32)) from Bacillus thuringiensis (serovar israelensis) strain (ATCC 35646) as a control And obtained recombinant plasmids and E. coli transformed cells using them. Subsequent analysis of recombinant E. coli IDO activity revealed that IDO (Lys, 23) activity was detected as a result of a unique mutation in the IDO (Lys, 23) gene from Bacillus thuringiensis 2-e-2. It was found to be extremely high (5 times higher) than (Lys, 32).

実施例に記載されたように同定された本発明のIDO(Lys,23)をコードするDNAは、配列表の配列番号1に示される。さらに、配列番号1の塩基配列によりコードされるIDO(Lys,23)のアミノ酸配列は、配列番号2に示される。配列番号2は、配列番号1の塩基配列によりコードされるIDO(Lys,23)のアミノ酸配列である。配列番号2のIDO(Lys,23)はL-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性を有し、下記式(I)に示す(2S,3R,4S)-4HILを、L-イソロイシン一分子から直接合成する反応を触媒する。   The DNA encoding IDO (Lys, 23) of the present invention identified as described in the Examples is shown in SEQ ID NO: 1 in the Sequence Listing. Furthermore, the amino acid sequence of IDO (Lys, 23) encoded by the base sequence of SEQ ID NO: 1 is shown in SEQ ID NO: 2. SEQ ID NO: 2 is the amino acid sequence of IDO (Lys, 23) encoded by the base sequence of SEQ ID NO: 1. IDO (Lys, 23) of SEQ ID NO: 2 has L-isoleucine dioxygenase activity, and has a reaction of directly synthesizing (2S, 3R, 4S) -4HIL represented by the following formula (I) from one L-isoleucine molecule. Catalyze.

次に、(1)L-イソロイシンジオキシゲナーゼをコードするDNA、(2)L-イソロイシンジオキシゲナーゼの性質、及び(3)L-イソロイシンジオキシゲナーゼの製造方法について順に詳細に説明する。   Next, (1) DNA encoding L-isoleucine dioxygenase, (2) properties of L-isoleucine dioxygenase, and (3) a method for producing L-isoleucine dioxygenase will be described in detail.

(1)L-イソロイシンジオキシゲナーゼをコードするDNA
配列番号1の塩基配列を有する本発明のIDO(Lys,23)遺伝子は、実施例に記載するように、Bacillus thuringiensis 2-e-2株の染色体DNAから単離された。IDO(Lys,23)をコードするBacillus thuringiensis 2-e-2株由来の配列番号1の塩基配列は、Bacillus thuringiensis (serovar israelensis) 株 (ATCC 35646)由来のゲノム塩基配列の非注釈部分に対して、塩基配列(図19)及びアミノ酸配列(図18)において高い相同性を示した。そのゲノム配列の一つは、2007年1月17日にNational Center for Biotechnology Information, NIH, Bethesda, MD 20894, USA (Accession No: AAJM00000000.1, GI:74494335)に提出されたものであり、また、別の一つが、VKPM B-197の受託番号でRussian National Collection of Industrial Microorganisms (VKPM) に保存され、そこから受領した同一Bacillus thuringiensis (serovar israelensis) 株の、IDO(Lys,32)をコードするゲノムDNAの配列決定の結果として得られたものであった。IDO(Lys,32) をコードするBacillus thuringiensis (serovar israelensis) 株VKPM B-197由来の塩基配列は、配列番号7に示される。
(1) DNA encoding L-isoleucine dioxygenase
The IDO (Lys, 23) gene of the present invention having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 was isolated from chromosomal DNA of Bacillus thuringiensis 2-e-2 strain as described in the Examples. The base sequence of SEQ ID NO: 1 derived from Bacillus thuringiensis 2-e-2 strain encoding IDO (Lys, 23) is against the non-annotated portion of the genomic base sequence derived from Bacillus thuringiensis (serovar israelensis) strain (ATCC 35646). They showed high homology in the base sequence (FIG. 19) and amino acid sequence (FIG. 18). One of the genome sequences was submitted to the National Center for Biotechnology Information, NIH, Bethesda, MD 20894, USA (Accession No: AAJM00000000.1, GI: 74494335) on January 17, 2007, and , Another one encodes IDO (Lys, 32) of the same Bacillus thuringiensis (serovar israelensis) strain stored and received from the Russian National Collection of Industrial Microorganisms (VKPM) with the accession number of VKPM B-197 It was obtained as a result of sequencing of genomic DNA. The nucleotide sequence derived from Bacillus thuringiensis (serovar israelensis) strain VKPM B-197 encoding IDO (Lys, 32) is shown in SEQ ID NO: 7.

以下に、IDO生産細菌からIDOのアミノ酸配列を得る方法について説明する。
主要タンパク質をゲルから回収し、MS分析により、Bacillus thuringiensis (serovar israelensis) ATCC 35646株由来の推定RBTH_06809タンパク質と同定した(図13)。
Hereinafter, a method for obtaining the amino acid sequence of IDO from IDO-producing bacteria will be described.
The major protein was recovered from the gel and identified by MS analysis as a putative RBTH — 06809 protein from Bacillus thuringiensis (serovar israelensis) ATCC 35646 strain (FIG. 13).

SDS-PAGEから抽出したタンパク質試料の質量分析を行った。ゲルの処理、トリプシン分解、タンパク質抽出及び、飛行時間マトリックス支援レーザ脱離イオン化法による質量分析(MALDI-TOF)は、Govorun, V.M. et al, (The proteome comparative analysis of Helicobacter pylori clinical isolates. Biochemistry (Mosc), 68, 1, 42-49 (2003))のプロトコルに従って行った。タンパク質は、Mascot software (Matrix Science, USA)のPeptide Fingerprintオプションを用いて、光分解ペプチド質量のセットにより同定された。   Mass spectrometry of protein samples extracted from SDS-PAGE was performed. Gel processing, trypsin digestion, protein extraction, and mass spectrometry with time-of-flight matrix-assisted laser desorption ionization (MALDI-TOF) are described in Govorun, VM et al, (The proteome comparative analysis of Helicobacter pylori clinical isolates. Biochemistry (Mosc ), 68, 1, 42-49 (2003)). Proteins were identified by a set of photolytic peptide masses using the Peptide Fingerprint option of Mascot software (Matrix Science, USA).

IDOをコードするDNA断片は、Bacillus thuringiensis (serovar israelensis)株(ATCC 35646)の配列に基づき設計した適切なプライマーを用いるPCRにより得ることができる。   A DNA fragment encoding IDO can be obtained by PCR using appropriate primers designed based on the sequence of Bacillus thuringiensis (serovar israelensis) strain (ATCC 35646).

PCRに用いる手順は、White, T.J. et al., Trends Genet. 5, 185 (1989)等の文献に記載されている。染色体を単離する方法、及び、DNA分子をプローブとして遺伝子ライブラリーから目的のDNA分子を単離する方法は、Molecular Cloning, 3rd edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press (2001)等の文献に記載されている。   Procedures used for PCR are described in documents such as White, T.J. et al., Trends Genet. 5, 185 (1989). Methods for isolating chromosomes and methods for isolating target DNA molecules from gene libraries using DNA molecules as probes are described in documents such as Molecular Cloning, 3rd edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press (2001). Yes.

IDOをコードする単離DNAの塩基配列を決定する方法は、A Practical Guide to Molecul
ar Cloning, John Wiley & Sons, Inc. (1985)に記載されている。さらに、塩基配列は、Applied Biosystems製のDNAシークエンサーを用いて決定できる。Bacillus thuringiensis 2-e-2株由来のIDO(Lys,23)をコードするDNAは配列番号1に示される。Bacillus thuringiensis (serovar israelensis) 株VKPM B-197由来のIDO(Lys,32)をコードする塩基配列は配列番号7に示される。
The method for determining the base sequence of isolated DNA encoding IDO is described in A Practical Guide to Molecul.
ar Cloning, John Wiley & Sons, Inc. (1985). Furthermore, the base sequence can be determined using a DNA sequencer manufactured by Applied Biosystems. A DNA encoding IDO (Lys, 23) derived from Bacillus thuringiensis 2-e-2 strain is shown in SEQ ID NO: 1. The base sequence encoding IDO (Lys, 32) derived from Bacillus thuringiensis (serovar israelensis) strain VKPM B-197 is shown in SEQ ID NO: 7.

L-イソロイシンから(2S,3R,4S)-4HILを生成する反応を触媒する IDOをコードするDNAは配列番号1に示されるDNAに限られない。これは、L-イソロイシンから(2S,3R,4S)-4HIL を生成する反応を触媒するIDOを生産する種や、Bacillus種の株のそれぞれに見られる塩基配列の相違があるはずだからである。   The DNA encoding IDO that catalyzes the reaction of producing (2S, 3R, 4S) -4HIL from L-isoleucine is not limited to the DNA shown in SEQ ID NO: 1. This is because there should be a difference in the nucleotide sequence found in each species producing IDO that catalyzes the reaction of producing (2S, 3R, 4S) -4HIL from L-isoleucine, and in Bacillus strains.

本発明のDNAは、IDOをコードする単離DNAを含むだけでなく、IDO生産微生物の染色体DNAから単離されたIDOをコードするDNAに人工的に変異が加えられたDNAも、前記反応を触媒する活性を有するIDOをコードする限り、本発明のDNAに含まれる。人工的に変異を加える方法には、Method. in Enzymol., 154 (1987)に記載されている部位特異的変異を導入する方法などの通常に用いられる方法が含まれる。   The DNA of the present invention includes not only isolated DNA encoding IDO, but also DNA obtained by artificially adding mutation to DNA encoding IDO isolated from the chromosomal DNA of an IDO-producing microorganism. As long as it encodes IDO having catalytic activity, it is included in the DNA of the present invention. Methods for artificially adding mutations include commonly used methods such as the method for introducing site-specific mutations described in Method. In Enzymol., 154 (1987).

配列番号1の塩基配列に相補的な塩基配列を有するDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、IDO活性を有するタンパク質をコードするDNAも、本発明のDNAに含まれる。ここで、「ストリンジェントな条件」とは、いわゆる特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件をいう。これらの条件を数値で示すことは難しいが、一例を示せば、相同性が高いDNA同士、例えば70%以上、好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上の相同性を有するDNA同士がハイブリダイズし、それより相同性が低いDNA同士がハイブリダイズしない条件、あるいは通常のサザンハイブリダイゼーションの洗いの条件である37℃、0.1×SSC,0.1%SDS、好ましくは、60℃、0.1×SSC、0.1%SDS、さらに好ましくは、65℃、0.1×SSC、0.1%SDSに相当する塩濃度が挙げられる。プローブの長さは、ハイブリダイゼーションの条件により適宜選択されるが、通常には、100bp〜1Kbpである。さらに「L-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性」は、L-イソロイシンから(2S,3R,4S)-4HILを合成する活性であればよい。しかし、配列番号1の塩基配列に相補的な塩基配列を有するDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズする塩基配列の場合には、配列番号2のアミノ酸配列を有するタンパク質に対して、37℃、pH8の条件で、10%以上、好ましく30%以上、より好ましくは50%以上、さらに好ましくは70%以上のL-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性を保持することが好ましい。   A DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA having a base sequence complementary to the base sequence of SEQ ID NO: 1 and encodes a protein having IDO activity is also included in the DNA of the present invention. Here, “stringent conditions” refers to conditions under which so-called specific hybrids are formed and non-specific hybrids are not formed. Although it is difficult to indicate these conditions numerically, for example, highly homologous DNAs, for example, 70% or higher, preferably 80% or higher, more preferably 90% or higher, particularly preferably 95% or higher. DNA which has the property of hybridizing and DNA having lower homology does not hybridize with each other, or 37 ° C., 0.1 × SSC, 0.1% SDS, which is a washing condition of normal Southern hybridization Preferably, a salt concentration corresponding to 60 ° C., 0.1 × SSC, 0.1% SDS, and more preferably 65 ° C., 0.1 × SSC, 0.1% SDS can be mentioned. The length of the probe is appropriately selected depending on the hybridization conditions, but is usually 100 bp to 1 Kbp. Furthermore, “L-isoleucine dioxygenase activity” may be any activity that synthesizes (2S, 3R, 4S) -4HIL from L-isoleucine. However, in the case of a base sequence that hybridizes under stringent conditions with DNA having a base sequence complementary to the base sequence of SEQ ID NO: 1, the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 is subjected to 37 ° C., pH 8 Under these conditions, it is preferable to retain 10% or more, preferably 30% or more, more preferably 50% or more, and still more preferably 70% or more of L-isoleucine dioxygenase activity.

さらに配列番号1のDNAによりコードされるIDOに実質的に同一なタンパク質をコードするDNAも本発明のDNAに含まれる。すなわち、以下のDNAも本発明のDNAに含まれる。
(a) 配列番号1の塩基配列を含むDNA、
(b) 配列番号1の塩基配列に相補的な塩基配列を有するDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、L-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA、
(c) 配列番号2のアミノ酸配列を有するタンパク質をコードするDNA、
(d)配列番号2のアミノ酸配列において、1又は数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、付加又は逆位を含むアミノ酸配列を有し、L-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA、及び、
(e)配列番号2のアミノ酸配列に対し少なくとも98%の相同性を示すアミノ酸配列を有し、L-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA
からなる群から選ばれるDNA。
Furthermore, DNA encoding a protein substantially identical to IDO encoded by the DNA of SEQ ID NO: 1 is also included in the DNA of the present invention. That is, the following DNA is also included in the DNA of the present invention.
(a) DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1,
(b) a DNA that hybridizes with a DNA having a base sequence complementary to the base sequence of SEQ ID NO: 1 under stringent conditions and encodes a protein having L-isoleucine dioxygenase activity;
(c) DNA encoding a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2,
(d) a protein having an amino acid sequence including substitution, deletion, insertion, addition or inversion of one or several amino acid residues and having L-isoleucine dioxygenase activity in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 DNA to do and
(e) DNA encoding a protein having an amino acid sequence showing at least 98% homology to the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 and having L-isoleucine dioxygenase activity
DNA selected from the group consisting of

ここで、「数個」とは、アミノ酸残基のタンパク質の3D構造又はL-イソロイシンジオ
キシゲナーゼ活性が実質的に損なわれない範囲であり、具体的には1から78個、好ましくは、1から52個、より好ましくは1から25個、さらに好ましくは1から13個である。
Here, “several” is a range in which the 3D structure or L-isoleucine dioxygenase activity of the amino acid residue protein is not substantially impaired, specifically 1 to 78, preferably 1 to 52, more preferably 1 to 25, still more preferably 1 to 13.

上記の1若しくは数個のアミノ酸の置換、欠失、挿入、又は付加は、酵素活性が維持される保存的変異である。保存的変異の代表的なものは、保存的置換である。保存的置換の例としては、AlaからSer又はThrへの置換、ArgからGln、His又はLysへの置換、AsnからGlu、Gln、Lys、His又はAspへの置換、AspからAsn、Glu又はGlnへの置換、CysからSer又はAlaへの置換、GlnからAsn、Glu、Lys、His、Asp又はArgへの置換、GluからAsn、Gln、Lys又はAspへの置換、GlyからProへの置換、HisからAsn、Lys、Gln、Arg又はTyrへの置換、IleからLeu、Met、Val又はPheへの置換、LeuからIle、Met、Val又はPheへの置換、LysからAsn、Glu、Gln、His又はArgへの置換、MetからIle、Leu、Val又はPheへの置換、PheからTrp、Tyr、Met、Ile又はLeuへの置換、SerからThr又はAlaへの置換、ThrからSer又はAlaへの置換、TrpからPhe又はTyrへの置換、TyrからHis、Phe又はTrpへの置換、及び、ValからMet、Ile又はLeuへの置換が挙げられる。   The substitution, deletion, insertion, or addition of one or several amino acids described above is a conservative mutation that maintains the enzyme activity. A typical conservative mutation is a conservative substitution. Examples of conservative substitutions include Ala to Ser or Thr substitution, Arg to Gln, His or Lys substitution, Asn to Glu, Gln, Lys, His or Asp substitution, Asp to Asn, Glu or Gln. Substitution, Cys to Ser or Ala, Gln to Asn, Glu, Lys, His, Asp or Arg, Glu to Asn, Gln, Lys or Asp, Gly to Pro Substitution from His to Asn, Lys, Gln, Arg or Tyr, Ile to Leu, Met, Val or Phe, Leu to Ile, Met, Val or Phe, Lys to Asn, Glu, Gln, His Or Arg, Met to Ile, Leu, Val or Phe, Phe to Trp, Tyr, Met, Ile or Leu, Ser to Thr or Ala, Thr to Ser or Ala Substitution, substitution from Trp to Phe or Tyr, substitution from Tyr to His, Phe or Trp, and substitution from Val to Met, Ile or Leu.

さらに、「L-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性」は、上述のようにL-イソロイシンから(2S,3R,4S)-4HILを合成する活性を意味する。しかし、配列番号2のアミノ酸配列において、1又は数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、付加又は逆位を含むアミノ酸配列の場合には、配列番号2のアミノ酸配列を有するタンパク質に対して、37℃、pH6.0の条件で、10%以上、好ましく30%以上、より好ましくは50%以上、さらに好ましくは70%以上のL-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性を保持することが好ましい。本発明のIDOのL-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を用いるL-イソロイシンからの(2S,3R,4S)-4HIL生成の分析により測定することができる。   Furthermore, “L-isoleucine dioxygenase activity” means an activity of synthesizing (2S, 3R, 4S) -4HIL from L-isoleucine as described above. However, in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, in the case of an amino acid sequence including substitution, deletion, insertion, addition or inversion of one or several amino acid residues, the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 Thus, it is preferable to maintain L-isoleucine dioxygenase activity of 10% or more, preferably 30% or more, more preferably 50% or more, and still more preferably 70% or more under the conditions of 37 ° C. and pH 6.0. The L-isoleucine dioxygenase activity of IDO of the present invention can be measured by analysis of (2S, 3R, 4S) -4HIL production from L-isoleucine using high performance liquid chromatography (HPLC).

さらに、配列番号1のホモログDNAも、本発明のL-イソロイシンジオキシゲナーゼをコードする遺伝子として用いることができる。ホモログDNAがL-イソロイシンジオキシゲナーゼをコードするか否かは、細胞破砕液、又は、ホモログDNAを過剰発現させた微生物の細胞破砕液のL-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性を測定することにより確認できる。   Furthermore, the homolog DNA of SEQ ID NO: 1 can also be used as a gene encoding the L-isoleucine dioxygenase of the present invention. Whether or not the homolog DNA encodes L-isoleucine dioxygenase can be confirmed by measuring the L-isoleucine dioxygenase activity of a cell disruption solution or a cell disruption solution of a microorganism overexpressing the homolog DNA.

配列番号1のホモログDNAは、本発明のL-イソロイシンジオキシゲナーゼとして、他のBacillus種、例えば、Bacillus cereus, Bacillus weihenstephanensisのゲノムから調製することもできる。   The homologous DNA of SEQ ID NO: 1 can also be prepared from the genome of other Bacillus species such as Bacillus cereus, Bacillus weihenstephanensis as the L-isoleucine dioxygenase of the present invention.

Bacillus cereus, Bacillus thuringiensis, Bacillus weihenstephanensisのアミノ酸配列のアライメントを図20に示す。また、Bacillus属で保存された配列を配列番号6に示す。   The alignment of the amino acid sequences of Bacillus cereus, Bacillus thuringiensis, Bacillus weihenstephanensis is shown in FIG. A sequence conserved in the genus Bacillus is shown in SEQ ID NO: 6.

他の細菌由来のコードするホモログDNAは、Bacillus, Escherichia, Corynebacterium,
Arthrobacter, Aspergillus, Pseudomonas, Granulibacter, Methylobacillus, Granulibacter, Acidiphilium, Agrobacterium, Gluconobacter, Caulobacter, Stigmatella, Myxococcus, Polaromonas, Caulobacter, Polaromonas, Sphingomonas, Acidovorax, Mycobacterium, Azotobacter, Vibrio, Polynucleobacter, Streptomycesなどから、下記(表1)にリストする遺伝子の相同性に基づきクローニングすることにより得ることができる。ホモログDNAは、例えば、配列番号3及び4に示す合成オリゴヌクレオチドを用いるPCRにより増幅できる。
Homologous DNAs encoded by other bacteria are Bacillus, Escherichia, Corynebacterium,
Arthrobacter, Aspergillus, Pseudomonas, Granulibacter, Methylobacillus, Granulibacter, Acidiphilium, Agrobacterium, Gluconobacter, Caulobacter, Stigmatella, Myxococcus, Polaromonas, Caulobacter, Polaromonas, Sphingomonas, Vitroactiob And cloning based on the homology of the genes listed in (1). Homolog DNA can be amplified by PCR using synthetic oligonucleotides shown in SEQ ID NOs: 3 and 4, for example.


(2)IDOの性質
次に、精製した、Bacillus thuringiensis 2-e-2株由来のL-イソロイシンジオキシゲナーゼ(IDO(Lys,23))の性質について説明する。
(2) Properties of IDO Next, the properties of the purified L-isoleucine dioxygenase (IDO (Lys, 23)) derived from Bacillus thuringiensis 2-e-2 strain will be described.

本発明のIDO(Lys,23)は、上述の遺伝子単離及び分析により決定されたように、配列番号2のアミノ酸配列を有する。しかし、本発明は、配列番号2、8、13、17又は21
のアミノ酸配列において、1又は数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、付加又は逆位を含むアミノ酸配列を有し、L-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性を有するタンパク質を含む。
The IDO (Lys, 23) of the present invention has the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 as determined by the above gene isolation and analysis. However, the present invention relates to SEQ ID NO: 2, 8, 13, 17 or 21
And a protein having an L-isoleucine dioxygenase activity, having an amino acid sequence including substitution, deletion, insertion, addition or inversion of one or several amino acid residues.

すなわち、本発明のIDOは下記のタンパク質を含む。
(f) 配列番号2、8、13、17又は21のアミノ酸配列を有するタンパク質、
(g)配列番号2、8、13、17又は21のアミノ酸配列において、1又は数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、付加又は逆位を含むアミノ酸配列を有し、L-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性を有するタンパク質、及び、
(h)配列番号2、8、13、17又は21のアミノ酸配列に対し少なくとも70%の相同性を示すアミノ酸配列を有し、L-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性を有するタンパク質
That is, the IDO of the present invention includes the following proteins.
(f) a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 8, 13, 17 or 21;
(g) L-isoleucine having an amino acid sequence comprising substitution, deletion, insertion, addition or inversion of one or several amino acid residues in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 8, 13, 17 or 21 A protein having dioxygenase activity, and
(h) a protein having an amino acid sequence showing at least 70% homology to the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 8, 13, 17 or 21 and having L-isoleucine dioxygenase activity

ここで、「数個」及び「L-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性」の定義は、上記(1)L-イソロイシンジオキシゲナーゼをコードするDNAのセクションで定義したのと同様である。   Here, the definitions of “several” and “L-isoleucine dioxygenase activity” are the same as those defined in the section (1) DNA encoding L-isoleucine dioxygenase.

本発明のIDOは、水酸化反応によりL-イソロイシンから(2S,3R,4S)-4HILを合成する反応を触媒する。   The IDO of the present invention catalyzes a reaction for synthesizing (2S, 3R, 4S) -4HIL from L-isoleucine by a hydroxylation reaction.

本発明のIDOのL-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を用いるL-イソロイシンからの(2S,3R,4S)-4HIL生成の分析により測定することができる。   The L-isoleucine dioxygenase activity of IDO of the present invention can be measured by analysis of (2S, 3R, 4S) -4HIL production from L-isoleucine using high performance liquid chromatography (HPLC).

本発明のIDOは、水酸化反応によりL-イソロイシンから(2S,3R,4S)-4HILを合成する反応を触媒する。ジオキシゲナーゼにより触媒される水酸化反応において、分子酸素の一原子がL-イソロイシンに導入され、他の酸素原子が他の酸素受容体例えばα−ケトグルタル酸に導入される。その結果、二酸化炭素が遊離するとともに(2S,3R,4S)-4HIL及びコハク酸が形成される。ジオキシゲナーゼは、脂肪族炭素鎖を立体特異的に水酸化できる。L-イソロイシンを基質とする水酸化反応を触媒できる植物酵素の一例が、フェヌグリーク抽出液由来のL-イソロイシンジオキシゲナーゼに関して報告されている(Phytochemistry, Vol. 44, No. 4, pp. 563-566, 1997)。しかし、この方法は、20mM以上のイソロイシン濃度で酵素活性が基質で阻害され、この酵素が同定されていなく、酵素は植物の抽出液から誘導され、たやすく大量に得られなく、かつ、この酵素が安定でないために、4−ヒドロキシ−L−イソロイシンの製造法として不充分である。   The IDO of the present invention catalyzes a reaction for synthesizing (2S, 3R, 4S) -4HIL from L-isoleucine by a hydroxylation reaction. In a hydroxylation reaction catalyzed by dioxygenase, one atom of molecular oxygen is introduced into L-isoleucine and the other oxygen atom is introduced into another oxygen acceptor, such as α-ketoglutarate. As a result, carbon dioxide is liberated and (2S, 3R, 4S) -4HIL and succinic acid are formed. Dioxygenase can stereospecifically hydroxylate aliphatic carbon chains. An example of a plant enzyme capable of catalyzing a hydroxylation reaction using L-isoleucine as a substrate has been reported for L-isoleucine dioxygenase derived from fenugreek extract (Phytochemistry, Vol. 44, No. 4, pp. 563-566). , 1997). However, in this method, the enzyme activity is inhibited by a substrate at an isoleucine concentration of 20 mM or more, the enzyme has not been identified, the enzyme is derived from a plant extract, and is not easily obtained in large quantities. Is not stable, it is insufficient as a method for producing 4-hydroxy-L-isoleucine.

次に、精製IDO(Lys,23)について調べられた酵素的性質について説明する。
IDO(Lys,23)は、下記の反応でL-イソロイシンから下記(I)で表わされる(2S,3R,4S)-4HILを生成する反応を触媒する。
Next, the enzymatic properties examined for purified IDO (Lys, 23) will be described.
IDO (Lys, 23) catalyzes a reaction for producing (2S, 3R, 4S) -4HIL represented by (I) below from L-isoleucine in the following reaction.

ゆえに、本発明のIDO(Lys,23)を用いて、L-イソロイシンから(2S,3R,4S)-4HILを製造する方法も本願発明に含まれる。   Therefore, a method for producing (2S, 3R, 4S) -4HIL from L-isoleucine using the IDO (Lys, 23) of the present invention is also included in the present invention.

さらに、本発明のIDO(Lys,23)の活性は、二価カチオンFe2+に厳密に依存し、EDTAの存在により完全に阻害される。IDO(Lys,23)は、L-イソロイシンに酸素原子の一つを転移させ、他の酸素原子を、受容分子であるα−ケトグルタル酸に転移させる。従って、IDO(Lys,23)はα−ケトグルタミン酸依存ジオキシゲナーゼに属する。 Furthermore, the activity of IDO (Lys, 23) of the present invention is strictly dependent on the divalent cation Fe 2+ and is completely inhibited by the presence of EDTA. IDO (Lys, 23) transfers one oxygen atom to L-isoleucine and the other oxygen atom to α-ketoglutarate, which is an acceptor molecule. Therefore, IDO (Lys, 23) belongs to the α-ketoglutamate-dependent dioxygenase.

SDS-PAGEで測定したIDO(Lys,23)のサブユニット分子量は、約29±2.0 kDaである。従って、本発明は下記の性質で定義されるタンパク質も包含する。
(A)L-イソロイシンの水酸化により(2S,3R,4S)-4-ヒドロキシ-L-イソロイシンを生成する反応を触媒する活性を有する。
(B)前記活性が二価カチオンFe2+に依存する。
(C)SDS-PAGEにより測定した分子量が約29±2.0 kDaである。
The subunit molecular weight of IDO (Lys, 23) measured by SDS-PAGE is about 29 ± 2.0 kDa. Accordingly, the present invention also includes proteins defined by the following properties.
(A) It has an activity of catalyzing a reaction for producing (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine by hydroxylation of L-isoleucine.
(B) The activity depends on the divalent cation Fe 2+ .
(C) The molecular weight measured by SDS-PAGE is about 29 ± 2.0 kDa.

Bacillus thuringiensis (serovar israelensis) 株 VKPM B-197由来のIDO(Lys,32)は、配列番号8のアミノ酸配列を有する。   IDO (Lys, 32) from Bacillus thuringiensis (serovar israelensis) strain VKPM B-197 has the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8.

(3)L-イソロイシンジオキシゲナーゼの製造法
次に、本発明のIDOの製造法について説明する。本発明のIDOを製造するには二つの方法がある。これらは、(i)IDO生産微生物を培養し、IDOを生成蓄積させる方法、及び (ii)組換えDNA技術によりIDOを生産する形質転換体を調製し、形質端歓待を培養してIDOを蓄積する方法である。
(3) Method for Producing L-Isoleucine Dioxygenase Next, the method for producing IDO of the present invention will be described. There are two methods for producing the IDO of the present invention. These include (i) a method of culturing IDO-producing microorganisms to generate and accumulate IDO, and (ii) preparing transformants that produce IDO by recombinant DNA technology, cultivating trait endurance and accumulating IDO. It is a method to do.

(i) 微生物培養によりIDOを生成蓄積する方法
IDO生産微生物を培養することによりIDOを生成蓄積する方法において、IDOの取得源になる微生物の例には、Escherichia, Pseudomonas, Corynebacterium, Arthrobacter, Aspergillus又はBacillus属に属する微生物が含まれる。
(i) Method for generating and accumulating IDO by microbial culture
In the method for producing and accumulating IDO by culturing IDO-producing microorganisms, examples of microorganisms that are the source of IDO include microorganisms belonging to the genus Escherichia, Pseudomonas, Corynebacterium, Arthrobacter, Aspergillus, or Bacillus.

Bacillus, Escherichia, Corynebacterium, Arthrobacter, Aspergillus, Pseudomonas, Granulibacter, Methylobacillus, Granulibacter, Acidiphilium, Agrobacterium, Gluconobacter, Caulobacter, Stigmatella, Myxococcus, Polaromonas, Caulobacter, Polaromonas, Sphingomonas, Acidovorax, Mycobacterium, Azotobacter, Vibrio, Polynucleobacter, Streptomyces属に属する微生物が、L-イソロイシンとα−ケトグルタル酸から(2S,3R,4S)-4HILを合成する反応を触媒するIDOを生成する限り、本発明で使用できる。好ましい微生物は、Bacillus thuringiensis 2-e-2株及びBacillus thuringiensis (serovar israelensis; ATCC 35646) 株を含む。これらのうち、Bacillus thuringiensis 2-e-2株が特に好ましい。   Bacillus, Escherichia, Corynebacterium, Arthrobacter, Aspergillus, Pseudomonas, Granulibacter, Methylobacillus, Granulibacter, Acidiphilium, Agrobacterium, Gluconobacter, Caulobacter, Stigmatella, Myxococcus, Polaromonas, Vibriobacteria, Polaromonascobacteria Can be used in the present invention as long as the microorganism belonging to the above group produces IDO that catalyzes the reaction of synthesizing (2S, 3R, 4S) -4HIL from L-isoleucine and α-ketoglutarate. Preferred microorganisms include the Bacillus thuringiensis 2-e-2 strain and the Bacillus thuringiensis (serovar israelensis; ATCC 35646) strain. Of these, Bacillus thuringiensis 2-e-2 strain is particularly preferred.

IDOの取得源としての微生物は、液体培養、固体培養等の任意の形態で培養できるが、工業的に有利な方法は、深部通気撹拌培養である。微生物培養において通常に使用される炭素源、窒素源、無機塩類、及び他の微量栄養素を栄養培地の栄養成分として使用できる。全ての栄養源は、用いる微生物が利用可能である限り使用できる。   A microorganism as an IDO acquisition source can be cultured in any form such as liquid culture or solid culture, but an industrially advantageous method is deep aeration and agitation culture. Carbon sources, nitrogen sources, inorganic salts, and other micronutrients commonly used in microbial culture can be used as nutrient components of the nutrient medium. All nutrient sources can be used as long as the microorganism used is available.

培養は、振盪培養、深部換気撹拌培養等の好気的条件で実施する。培養温度は、微生物が生育し、IDOが生産される範囲であればよい。従って、条件は厳密ではないが、培養温度は、通常には、10〜50℃であり、好ましくは15〜42℃である。培養時間は、他の培養条件により変わる。例えば、多量のIDOが生成するまで培養してよく、通常には約5時間から7日であり、好ましくは約10〜96時間である。   The culture is performed under aerobic conditions such as shaking culture and deep-ventilation stirring culture. The culture temperature may be in a range where microorganisms grow and IDO is produced. Therefore, although the conditions are not strict, the culture temperature is usually 10 to 50 ° C., preferably 15 to 42 ° C. The culture time varies depending on other culture conditions. For example, it may be cultured until a large amount of IDO is produced, and is usually about 5 to 7 days, preferably about 10 to 96 hours.

培養後、微生物細胞を遠心(10,000xg、10分)で回収する。IDOの大部分は、細胞内に存在するので、微生物細胞を破砕又は溶解することによりIDOを可溶化する。超音波破砕、フレンチプレス破砕又はガラスビーズ破砕を、微生物細胞の破砕に使用できる。細胞を溶解する場合には、卵白リゾチーム、ペプチダーゼ処理やそれらの適切な組み合わせを採用できる。   After incubation, the microbial cells are collected by centrifugation (10,000xg, 10 minutes). Since most of IDO is present in the cells, IDO is solubilized by disrupting or lysing microbial cells. Ultrasonic crushing, French press crushing or glass bead crushing can be used for crushing microbial cells. When cells are lysed, egg white lysozyme, peptidase treatment or an appropriate combination thereof can be employed.

IDO生産微生物由来のIDOを精製する場合、IDOは出発材料の酵素可溶化溶液を用いて精製することもできるが、非破砕又は非溶解残渣が残るときには、可溶化液を再遠心して、残渣を沈殿させることが精製に有利である。   When purifying IDO from IDO-producing microorganisms, IDO can be purified using the enzyme-solubilized solution of the starting material, but if undisrupted or undissolved residue remains, re-centrifuge the lysate and remove the residue. Precipitation is advantageous for purification.

通常の酵素を精製するために通常に使用される方法の全てをIDOの精製に使用できる。それらの例としては、硫酸アンモニウム沈殿、ゲルろ過クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、疎水相互作用クロマトグラフィー、ヒドロキシアパタイトクロマトグラフィーがある。結果として、より高い比活性を有するIDO含有画分が得られる。   All of the methods commonly used to purify common enzymes can be used for IDO purification. Examples thereof are ammonium sulfate precipitation, gel filtration chromatography, ion exchange chromatography, hydrophobic interaction chromatography, hydroxyapatite chromatography. As a result, an IDO-containing fraction having a higher specific activity is obtained.

(ii)組換えDNA技術を用いる製造法
次に、組換えDNA技術を用いるIDOの製造法について説明する。組換えDNA技術を用いて、酵素や生理学的活性物質などの有用なタンパク質を製造する数多くの既知例がある。組換えDNA技術の使用は、天然には痕跡量しか存在しない有用タンパク質の大量生産を可能にする。
(ii) Manufacturing Method Using Recombinant DNA Technology Next, an IDO manufacturing method using the recombinant DNA technology will be described. There are numerous known examples of producing useful proteins such as enzymes and physiologically active substances using recombinant DNA technology. The use of recombinant DNA technology allows for the mass production of useful proteins that are only naturally present in trace amounts.

図11は、本発明のIDOを製造する方法のフローチャートである。
最初に、本発明のIDOをコードするDNAを調製する(ステップS1)。
FIG. 11 is a flowchart of a method for manufacturing the IDO of the present invention.
First, DNA encoding the IDO of the present invention is prepared (step S1).

次に、調製したDNAをベクターDNAと連結し、組換えDNAを作成し(ステップS2)、組換えDNAにより細胞を形質転換して形質転換体を作成する(ステップS3)。続いて、形質転換体を培地で培養し、IDOを、培地、細胞、又はその両方に生成、蓄積させる(ステップS4)。   Next, the prepared DNA is ligated with vector DNA to produce recombinant DNA (step S2), and a transformant is produced by transforming cells with the recombinant DNA (step S3). Subsequently, the transformant is cultured in a medium, and IDO is generated and accumulated in the medium, cells, or both (step S4).

その後、方法はステップS5に進み、酵素を回収、精製することにより精製IDOが製造される。   Thereafter, the method proceeds to step S5, and purified IDO is produced by recovering and purifying the enzyme.

目的の(2S,3R,4S)-4HILは、ステップS5で製造された精製IDO又はステップS4でIDOが蓄積した培地、細胞もしくは両方を用いて、水酸化反応で大量に製造できる(ステップS6)。   The target (2S, 3R, 4S) -4HIL can be produced in a large amount by hydroxylation using the purified IDO produced in step S5 or the medium, cells or both accumulated IDO in step S4 (step S6). .

ベクターDNAと連結したDNAは、本発明のIDOを発現させ得る。
ここで、ベクターDNAに連結したIDO遺伝子の例としては、先に[I]で記載したDNAが含まれる。
DNA linked to vector DNA can express the IDO of the present invention.
Here, examples of the IDO gene linked to the vector DNA include the DNA described in [I] above.

組換えDNA技術を用いる大規模タンパク質製造の場合、細菌細胞、Actinomyces細胞、酵素細胞、真菌細胞、植物細胞、及び動物細胞などの細胞が、形質転換される宿主細胞として使用できる。 宿主−ベクター系が開発されている細菌細胞の例には、Escherichia 種、Pseudomonas種、Corynebacterium種、Arthrobacter種、Aspergillus種及びBacillus種がある。好ましくは、Escherichia coli又はCorynebacterium glutamicumが使用される。形質転換E. coliを用いるL-イソロイシンジオキシゲナーゼの製造法を以下に説明する。以下のE. coliに関する方法は、Corynebacterium glutamicumや Bacillus細菌に適用できる。   For large scale protein production using recombinant DNA technology, cells such as bacterial cells, Actinomyces cells, enzyme cells, fungal cells, plant cells, and animal cells can be used as host cells to be transformed. Examples of bacterial cells for which host-vector systems have been developed include Escherichia species, Pseudomonas species, Corynebacterium species, Arthrobacter species, Aspergillus species, and Bacillus species. Preferably, Escherichia coli or Corynebacterium glutamicum is used. A method for producing L-isoleucine dioxygenase using transformed E. coli will be described below. The following E. coli methods can be applied to Corynebacterium glutamicum and Bacillus bacteria.

E. coliによる異種タンパク質生産に通常に使用されるプロモーターをIDOをコードする
DNAを発現させるプロモーターとして使用できる。それらの例には、T7プロモーター、trpプロモーター、lacプロモーター、tacプロモーター及びPLプロモーターがある。
Encodes IDO, a commonly used promoter for heterologous protein production by E. coli
It can be used as a promoter for expressing DNA. Examples thereof are T7 promoter, trp promoter, lac promoter, tac promoter and PL promoter.

IDOを、融合タンパク質封入体の形態で製造する場合には、他のタンパク質、好ましくは親水性ペプチドをコードする遺伝子をIDO遺伝子の上流又は下流に連結し融合タンパク質遺伝子とする。他のタンパク質をコードする遺伝子は、蓄積する融合タンパク質の量を増加させたり、変性及び再生工程後の融合タンパク質の溶解性を増大させたり遺伝子でよい。それらの例としては、T7遺伝子10、β−ガラクトシダーゼ、デヒドロフォーレートレダクターゼ遺伝子、インターフェロンγ遺伝子、インターロイキン2遺伝子及びプロキモシン遺伝子がある。   When IDO is produced in the form of a fusion protein inclusion body, a gene encoding another protein, preferably a hydrophilic peptide, is linked upstream or downstream of the IDO gene to form a fusion protein gene. The gene encoding another protein may be a gene that increases the amount of accumulated fusion protein or increases the solubility of the fusion protein after the denaturation and regeneration steps. Examples thereof are T7 gene 10, β-galactosidase, dehydroforate reductase gene, interferon γ gene, interleukin 2 gene and prochymosin gene.

これらの遺伝子を、IDOをコードする遺伝子と連結するときには、コドン読み取り枠を適合させる。遺伝子は、適切な制限酵素部位で連結してもよいし、適切な配列の合成DNAを用いてもよい。   When these genes are linked to the gene encoding IDO, the codon reading frame is adapted. The gene may be linked at an appropriate restriction enzyme site, or synthetic DNA having an appropriate sequence may be used.

製造量を増加させるために、融合タンパク質遺伝子の下流にターミネーターの形態で転写終結配列を組み合わせることが好ましい。このようなターミネーターの例には、T7ターミネーター、fdファージターミネーター、T4ターミネーター、テトラサイクリン耐性遺伝子ターミネーター及びE. coli trpA遺伝子ターミネーターがある。   In order to increase the production amount, it is preferable to combine a transcription termination sequence in the form of a terminator downstream of the fusion protein gene. Examples of such terminators include T7 terminator, fd phage terminator, T4 terminator, tetracycline resistance gene terminator and E. coli trpA gene terminator.

IDO又はIDOと他のタンパク質との融合タンパク質をコードする遺伝子をE. coliに導入するのに用いるベクターとしてはマルチコピーベクターが好ましい。このようなものの例としては、pUCプラスミド、pBR322プラスミド、それらの誘導体などのCol E1由来複製開始点を有するプラスミドがある。ここで、「誘導体」とは、塩基の置換、欠失、挿入、付加又は逆位により改変を受けたプラスミドを意味する。ここでの改変には、変異原物質やUV照射を用いる変異誘発処理や、自然突然変異、ランダム変異により生じる改変を含む。   A multicopy vector is preferable as a vector used for introducing a gene encoding IDO or a fusion protein of IDO and another protein into E. coli. Examples of such include plasmids having a Col E1-derived origin of replication such as pUC plasmids, pBR322 plasmids, and derivatives thereof. Here, the “derivative” means a plasmid modified by base substitution, deletion, insertion, addition or inversion. Modifications here include mutagenesis using mutagens and UV radiation, natural mutations, and random mutations.

ベクターは、形質転換体を選択するために、アンピシリン耐性遺伝子などのマーカーを有することが好ましい。このようなプラスミドの例には、市販の強力なプロモーターを有する発現ベクター(例えば、pUC (Takara), pPROK (Clontech)及びpKK233-2 (Clontech))がある。   In order to select a transformant, the vector preferably has a marker such as an ampicillin resistance gene. Examples of such plasmids include commercially available expression vectors with strong promoters (eg, pUC (Takara), pPROK (Clontech) and pKK233-2 (Clontech)).

組換えDNAは、プロモーター、IDO又はIDOと他のタンパク質の融合タンパク質をコードする遺伝子、及び、ターミネーターをこの順に連結したDNAフラグメントをベクターDNAと連結することによって得ることができる。   Recombinant DNA can be obtained by ligating a DNA fragment in which a promoter, a gene encoding IDO or a fusion protein of IDO and another protein, and a terminator are ligated in this order with vector DNA.

E. coliを組換えDNAで形質転換し、次いで培養する場合、IDO又はIDOと他のタンパク質との融合タンパク質が発現し生成する。異種遺伝子の発現に通常に使用される株を形質転換の宿主として使用でき、E. coli JM109 (DE3)株及びE. coli JM109株が特に好ましい。形質転換方法及び形質転換体を選択する方法は、例えば、Molecular Cloning, 3rd edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press (2001)に記載されている。   When E. coli is transformed with recombinant DNA and then cultured, IDO or a fusion protein of IDO and another protein is expressed and produced. Strains commonly used for the expression of heterologous genes can be used as transformation hosts, with E. coli JM109 (DE3) and E. coli JM109 strains being particularly preferred. Transformation methods and methods for selecting transformants are described, for example, in Molecular Cloning, 3rd edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press (2001).

融合タンパク質の発現の場合、IDOを、IDOに存在しない配列を認識配列とする、血液凝固因子Xaやカリクレインなどの制限的プロテアーゼで切り出してもよい。   In the case of expression of a fusion protein, IDO may be excised with a restrictive protease such as blood coagulation factor Xa or kallikrein using a sequence that does not exist in IDO as a recognition sequence.

E. coliの培養に通常に用いられる培地を生産培地に用いることができる。このようなものの例としては、M9-カザミノ酸培地、LB培地がある。さらに、培養及び生産誘導の条件は、用いるベクターのマーカー及びプロモーターの種類、並びに、用いる宿主微生物の種類に応じて適切に選択すればよい。   A medium usually used for culturing E. coli can be used as a production medium. Examples of such are M9-casamino acid medium and LB medium. Furthermore, the conditions for culture and production induction may be appropriately selected according to the type of marker and promoter used in the vector and the type of host microorganism used.

以下の方法は、IDO又はIDOと他のタンパク質との融合タンパク質を回収するために使用できる。IDO又はその融合タンパク質が微生物細胞内で可溶の場合には、微生物細胞を回収し、回収した細胞を破砕又は溶解した後の粗酵素溶液の形態で使用できる。さらに、IDO又はその融合タンパク質は、必要に応じて、沈殿、ろ過、カラムクロマトグラフィー、その他の通常の技術により精製した後に使用することもできる。この場合、精製方法は、IDO又はその融合タンパク質に対する抗体を用いるものであってもよい。   The following method can be used to recover IDO or fusion proteins of IDO and other proteins. When IDO or a fusion protein thereof is soluble in microbial cells, the microbial cells can be recovered and used in the form of a crude enzyme solution after the recovered cells are crushed or lysed. Furthermore, IDO or a fusion protein thereof can be used after purification by precipitation, filtration, column chromatography, or other conventional techniques, if necessary. In this case, the purification method may use an antibody against IDO or a fusion protein thereof.

タンパク質封入体が形成される場合には、変性剤により可溶化する。細菌細胞タンパク質と共に可溶化してもよいが、その後の精製の手順を考慮すると、封入体を取り出し、次いで可溶化することが好ましい。従来技術で既知の方法が細菌細胞から封入体を回収するために使用できる。例えば、封入体を、細菌細胞を破砕し、次いで遠心分離することにより回収できる。タンパク質封入体を可溶化する変性剤の例としては、グアニジン塩酸(例えば 6 M, pH 5-8)及び尿素(例えば 8 M)がある。   When a protein inclusion body is formed, it is solubilized with a denaturing agent. Although it may be solubilized together with the bacterial cell protein, it is preferable to take out the inclusion body and then solubilize it in consideration of the subsequent purification procedure. Methods known in the prior art can be used to recover inclusion bodies from bacterial cells. For example, inclusion bodies can be recovered by disrupting bacterial cells and then centrifuging. Examples of denaturing agents that solubilize protein inclusion bodies include guanidine hydrochloride (eg 6 M, pH 5-8) and urea (eg 8 M).

タンパク質封入体は、透析などの処理によりこれらの変性剤を除くことにより活性タンパク質として再生させることができる。Tris-HCl緩衝液やリン酸緩衝液などの透析溶液を透析に使用でき、濃度は、20 mM〜0.5 M、pHは、5〜8でよい。   Protein inclusion bodies can be regenerated as active proteins by removing these denaturing agents by treatment such as dialysis. A dialysis solution such as Tris-HCl buffer or phosphate buffer can be used for dialysis, and the concentration may be 20 mM to 0.5 M, and the pH may be 5 to 8.

再生工程におけるタンパク質濃度は、約500μg/ml以下に保持することが好ましい。再生したIDOが自己架橋するのを防ぐために、透析温度は5℃以下が好ましい。さらに活性は、上述の透析に加えて、希釈や限外ろ過のような変性剤を除く他の方法によって回復すると予測できる。   The protein concentration in the regeneration step is preferably maintained at about 500 μg / ml or less. In order to prevent the regenerated IDO from self-crosslinking, the dialysis temperature is preferably 5 ° C. or lower. Furthermore, the activity can be expected to be restored by other methods in addition to the dialysis described above, excluding denaturing agents such as dilution and ultrafiltration.

IDO遺伝子が、Bacillus属に属する細菌由来である場合、好ましい態様の一つでは、IDOを、Escherichia, Pseudomonas, Corynebacterium, Arthrobacter, Aspergillus又はBacillus属の細菌を宿主として用いて発現させ生産することができる。   When the IDO gene is derived from a bacterium belonging to the genus Bacillus, in one preferred embodiment, IDO can be expressed and produced using Escherichia, Pseudomonas, Corynebacterium, Arthrobacter, Aspergillus or Bacillus bacterium as a host. .

遺伝子のコピー数は、遺伝子をマルチコピーベクターに挿入し、ベクターを微生物に導入することによって増加させることができる。使用できるベクターには、pMW118, pBR322, pUC19, pBluescript KS+, pACYC177, pACYC184, pAYC32, pMW119, pET22bなどのE. coliプラスミド、pHY300PLK, pGK12, pLF14, pLF22などのE. coli-B. subtilisシャトルベクター、l1059, lBF101, M13mp9, Mu phage (特開平2-109985)などのファージベクター、及び、Mu, Tn10, Tn5などのトランスポゾン(Berg, D.E. and Berg, C.M., Bio/Technol., 1, 417 (1983))がある。また、プラスミドを用いる相同組換えにより遺伝子を染色体に組み込むことにより遺伝子のコピー数を増加させることができる。この場合の宿主細胞及び発現系の例には、Shaw P. C. et al. (J Gen Micobiol. 134 (1988) p.903-911)によるArthrobacter nicotinovoransでの組換え発現法の報告、Morikawa, M. et al. (Appl Microbiol Biotechnol., 42 (1994), p.300-303)によるArthrobacter sp.での組換え発現法の報告がある。また、コリネ型細菌のために開発された発現系がArthrobacter種にも使用できるといういくつかの報告がある(Sandu C. et al.)。しかし、宿主細胞として使用されるBacillus種細菌及びBacillus IDO用に使用される発現系はこれらのものに限定されない。   The copy number of a gene can be increased by inserting the gene into a multicopy vector and introducing the vector into a microorganism. Usable vectors include E. coli plasmids such as pMW118, pBR322, pUC19, pBluescript KS +, pACYC177, pACYC184, pAYC32, pMW119, pET22b, E. coli-B.subtilis shuttle vectors such as pHY300PLK, pGK12, pLF14, pLF22, Phage vectors such as l1059, lBF101, M13mp9, Mu phage (JP-A-2-109985) and transposons such as Mu, Tn10, Tn5 (Berg, DE and Berg, CM, Bio / Technol., 1, 417 (1983) ) Moreover, the number of copies of a gene can be increased by integrating the gene into the chromosome by homologous recombination using a plasmid. Examples of host cells and expression systems in this case include reports of recombinant expression methods in Arthrobacter nicotinovorans by Shaw PC et al. (J Gen Micobiol. 134 (1988) p. 903-911), Morikawa, M. et al. al. (Appl Microbiol Biotechnol., 42 (1994), p.300-303) has reported a recombinant expression method in Arthrobacter sp. There are also several reports that expression systems developed for coryneform bacteria can also be used for Arthrobacter species (Sandu C. et al.). However, the expression system used for Bacillus species bacteria and Bacillus IDO used as host cells is not limited to these.

[II](2S,3R,4S)-4-ヒドロキシ-L-イソロイシンの製造法
本発明の、一般式(I)で表わされる(2S,3R,4S)-4-ヒドロキシ-L-イソロイシン ((2S,3R,4S)-4HIL)の製造法は、下記の反応で示される、(2S,3R,4S)-4HIL を生成するL-イソロイシンの直接的酵素水酸化の一工程反応を含む。
[II] Process for Producing (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine represented by the general formula (I) of the present invention (( The production method of 2S, 3R, 4S) -4HIL) includes a one-step reaction of direct enzymatic hydroxylation of L-isoleucine to produce (2S, 3R, 4S) -4HIL, which is shown in the following reaction.

上記反応は、酸素原子の一つの受容分子としてL-イソロイシン、他の酸素原子の受容分子としてα−ケトグルタル酸、二つの酸素原子の供与体として一つの酸素分子、及び、反応を触媒するIDOの存在下で行われる。   The above reaction consists of L-isoleucine as one acceptor molecule of oxygen atoms, α-ketoglutarate as the acceptor molecule of other oxygen atoms, one oxygen molecule as a donor of two oxygen atoms, and IDO that catalyzes the reaction. Done in the presence.

本発明において、「酵素水酸化」は、IDO酵素により行われる水酸化反応を意味する。特に細菌IDOが好ましい。   In the present invention, “enzymatic hydroxylation” means a hydroxylation reaction performed by an IDO enzyme. Bacterial IDO is particularly preferred.

反応を触媒するIDOは特に限定されず、α−ケトグルタル酸及び酸素の存在下でL-イソロイシンの水酸化反応を触媒できるタンパク質である限り、使用可能である。   The IDO that catalyzes the reaction is not particularly limited, and any protein that can catalyze the hydroxylation reaction of L-isoleucine in the presence of α-ketoglutaric acid and oxygen can be used.

このようなIDOの好ましい例は、IDOについて記載したセクション[1]で説明したIDOである。本発明の方法において、上述の(2S,3R,4S)-4HILを生産する反応を触媒する上記IDOを含む限り、細菌(培養物、培養細胞、処理細胞を含む)、精製酵素、粗酵素などの任意の形態でIDOを使用できる。IDOの源として細菌を用いる場合、(1) Bacillus属に属する微生物などの天然にIDOを産生する細菌、及び(2)セクション[1]に記載したような組換えDNAで形質転換した組換え微生物の両方を、該微生物を培養することによりIDOを蓄積させるために使用できる。   A preferred example of such an IDO is the IDO described in section [1] describing IDO. In the method of the present invention, bacteria (including cultures, cultured cells, treated cells), purified enzymes, crude enzymes, etc., as long as the IDO that catalyzes the reaction for producing the above (2S, 3R, 4S) -4HIL is included You can use IDO in any form. When using bacteria as the source of IDO, (1) bacteria that naturally produce IDO such as microorganisms belonging to the genus Bacillus, and (2) recombinant microorganisms transformed with recombinant DNA as described in section [1] Both can be used to accumulate IDO by culturing the microorganism.

IDOの性質決定に用いたタンパク質配列は、L-イソロイシンジオキシゲナーゼに分類される(配列番号2、配列番号8、表1)。   The protein sequence used for IDO characterization is classified as L-isoleucine dioxygenase (SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 8, Table 1).

本発明のL-イソロイシンジオキシゲナーゼは、下記の性質により定義されるタンパク質も含む。
(A)L-イソロイシンの水酸化により(2S,3R,4S)-4-ヒドロキシ-L-イソロイシンを生成する反応を触媒する活性を有する。
(B)前記活性が二価カチオンFe2+に依存する。
(C)SDS-PAGEにより測定した分子量が約29±2.0 kDaである。
The L-isoleucine dioxygenase of the present invention includes proteins defined by the following properties.
(A) It has an activity of catalyzing a reaction for producing (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine by hydroxylation of L-isoleucine.
(B) The activity depends on the divalent cation Fe 2+ .
(C) The molecular weight measured by SDS-PAGE is about 29 ± 2.0 kDa.

例えば、IDOを生産する細菌又は組換えDNAにより形質転換された細菌細胞を用いる(2S,3R,4S)-4HILの製造工程において、培養中に、直接、基質を培養培地に加えてもよいし、培養物から分離した菌体又は洗浄菌体の形態で用いてもよい。さらに、破砕又は溶解した菌体処理物を、直接に用いてもよいし、菌体処理物からIDOを回収して、粗酵素溶液として用いてもよいし、酵素を精製した後に用いてもよい。すなわち、IDOを有する画分の形態である限り、本発明の(2S,3R,4S)-4HILの製造法に用いることができる。   For example, in the production process of (2S, 3R, 4S) -4HIL using bacteria producing IDO or bacterial cells transformed with recombinant DNA, the substrate may be added directly to the culture medium during the culture. The cells may be used in the form of cells isolated from the culture or washed cells. Furthermore, the disrupted or dissolved microbial cell treated product may be used directly, or IDO may be recovered from the treated microbial cell product and used as a crude enzyme solution, or may be used after purifying the enzyme. . That is, as long as it is in the form of a fraction having IDO, it can be used in the method for producing (2S, 3R, 4S) -4HIL of the present invention.

IDOを用いる水酸化反応を実施するために、L-イソロイシン、α−ケトグルタル酸、反応を触媒するタンパク質又はIDO含有組成物を含む反応液を20〜50℃の適切な温度に調整し、pHを5〜12に維持して、30分から5日、静置、振盪又は撹拌する。   In order to carry out the hydroxylation reaction using IDO, the reaction solution containing L-isoleucine, α-ketoglutaric acid, protein that catalyzes the reaction or IDO-containing composition is adjusted to an appropriate temperature of 20 to 50 ° C., and the pH is adjusted. Maintain 5-12 and stand, shake or stir for 30 minutes to 5 days.

反応速度を、Fe2+などの二価カチオンを反応液に加えることで改善することもできる。
これらの二価カチオンを反応液に加えた場合、反応を妨げない限り、塩も使用できる。好ましくは、FeSO4などが使用できる。これらの二価カチオンの濃度は、当業者が行う単純な予備試験で決めることができる。これらの二価カチオンは、0.01 mM 〜50 mM、好ましくは0.1 mM〜25 mMの範囲で加えることができる。
The reaction rate can also be improved by adding a divalent cation such as Fe 2+ to the reaction solution.
When these divalent cations are added to the reaction solution, salts can be used as long as they do not interfere with the reaction. Preferably, FeSO 4 or the like can be used. The concentration of these divalent cations can be determined by simple preliminary tests performed by those skilled in the art. These divalent cations can be added in the range of 0.01 mM to 50 mM, preferably 0.1 mM to 25 mM.

培養中、培養容量の規則的な撹拌の結果として、酸素は、空気から反応に供給される。   During culture, oxygen is supplied to the reaction from air as a result of regular agitation of the culture volume.

反応液で生成した一般式(I)の(2S,3R,4S)-4HILは、既知の技術により分離又は精製でき、あるいは、IDOを発現する組換え微生物を用いて反応を行う場合には特に、そのまま使用してもよい。   The (2S, 3R, 4S) -4HIL of the general formula (I) produced in the reaction solution can be separated or purified by known techniques, or particularly when the reaction is performed using a recombinant microorganism expressing IDO. It may be used as it is.

分離及び精製法の例としては、(2S,3R,4S)-4HILをイオン交換樹脂に接触させ、塩基性アミノ酸を吸着させ、次いで溶出及び結晶化する方法、及び、溶出により得られる産物を脱色し、活性炭でろ過し、結晶化して、(2S,3R,4S)-4HILを得る方法がある。   Examples of separation and purification methods include contacting (2S, 3R, 4S) -4HIL with an ion exchange resin to adsorb basic amino acids, followed by elution and crystallization, and decolorizing the product obtained by elution. There is a method of obtaining (2S, 3R, 4S) -4HIL by filtering with activated carbon and crystallizing.

他の微生物に由来する非解明遺伝子を、既知のIDO遺伝子との相同性に基づき同定し、これらの遺伝子によりコードされるタンパク質の活性を評価することにより同定できる。   Unexplained genes derived from other microorganisms can be identified based on homology with known IDO genes and evaluated by evaluating the activity of the proteins encoded by these genes.

二つのアミノ酸配列の間の相同性は、周知の方法、例えば、スコア、同一性及び類似性の3つのパラメーターを計算するコンピュータープログラムBLAST 2.0を用いて決定できる。   Homology between two amino acid sequences can be determined using well-known methods, for example, the computer program BLAST 2.0 which calculates three parameters: score, identity and similarity.

従って、Bacillus thuringiensis 2-e-2株及びBacillus thuringiensis (serovar israelensis; ATCC 35646)株由来の、全長IDOをコードするDNA断片を、既知断片のアミノ酸及び塩基配列に基づき調製したプライマーを用いるPCR(ポリメラーゼ連鎖反応、White, T.J. et al., Trends Genet., 5, 185 (1989)参照)により得ることができる。他の微生物由来のIDOをコードするDNA断片を同様にして得ることができる。   Therefore, PCR (polymerase) using primers prepared from DNA fragments encoding full-length IDOs derived from Bacillus thuringiensis 2-e-2 and Bacillus thuringiensis (serovar israelensis; ATCC 35646) strains based on the amino acid and base sequences of known fragments. Chain reaction, White, TJ et al., Trends Genet., 5, 185 (1989)). DNA fragments encoding IDOs derived from other microorganisms can be obtained in the same manner.

細菌株間でDNA配列に相違があり得るため、使用される、上述のIDOをコードする断片は、配列番号1、7、12、16、20、図18又は表1に示される塩基配列に限定されず、配列番号1、7、12、16、20、図18又は表1に示した塩基配列に類似した塩基配列も含まれる。従って、上記の遺伝子によりコードされるタンパク質変異体は、配列番号2、8、13、17、21、図18又は表1に示されるアミノ酸配列に対し、タンパク質の、前記反応を触媒する能力が維持される限り、80%以上、好ましくは90%以上、最も好ましくは95%以上の類似性を有し得る。   Since the DNA sequence may differ between bacterial strains, the above-mentioned fragments encoding IDO are limited to the nucleotide sequences shown in SEQ ID NOs: 1, 7, 12, 16, 20, FIG. 18 or Table 1. In addition, base sequences similar to those shown in SEQ ID NOs: 1, 7, 12, 16, 20, FIG. 18 or Table 1 are also included. Therefore, the protein mutant encoded by the above gene maintains the ability of the protein to catalyze the above reaction with respect to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, 8, 13, 17, 21, FIG. 18 or Table 1. As long as it is possible, it may have a similarity of 80% or more, preferably 90% or more, most preferably 95% or more.

さらに、上記DNA断片は、配列番号1、7、12、16、20、図18又は表1に示した塩基配列に塩基配列又はこれらの塩基配列に基づき調製されたプローブにストリンジェントな条件でハイブリダイズし得る変異体により示され得る。ここで、「ストリンジェントな条件」は、[1](1)IDOをコードするDNAのセクションに記載したのと同様である。   Further, the above DNA fragment is hybridized under stringent conditions to the nucleotide sequence shown in SEQ ID NOs: 1, 7, 12, 16, 20, FIG. 18 or Table 1 or to a probe prepared based on these nucleotide sequences. It can be shown by a variant that can soy. Here, “stringent conditions” are the same as those described in the section [1] (1) DNA encoding IDO.

本発明で使用される菌体処理物の形態としては、乾燥菌体、凍結乾燥菌体、界面活性剤又は有機溶剤処理物、酵素処理物、超音波処理物、機械的摩砕物、溶媒処理物、菌体のタンパク質分画、菌体の固定化物、菌体加工物があげられる。   The form of the treated microbial cell used in the present invention is a dried microbial cell, lyophilized microbial cell, surfactant or organic solvent treated product, enzyme treated product, ultrasonic treated product, mechanically ground product, solvent treated product. , Protein fractions of bacterial cells, immobilized bacterial cells, and processed bacterial cells.

IDOは、上述のように分離して調製し、反応液に添加してもよい。IDOをコードするDNAを発現する細菌(宿主細胞)は、それらの活性を有する宿主細胞で発現できる形態でIDOをコードするDNAを機能的に含む発現ベクターのトランスフェクションにより調製できる。さらに、IDOをコードする遺伝子の発現を増加することによりIDOの活性が増大した宿主細胞が好ましくは用いられる。   IDO may be prepared separately as described above and added to the reaction solution. Bacteria (host cells) that express DNA encoding IDO can be prepared by transfection of an expression vector functionally containing DNA encoding IDO in a form that can be expressed in a host cell having these activities. Furthermore, a host cell in which the activity of IDO is increased by increasing the expression of a gene encoding IDO is preferably used.

「遺伝子の発現を増加する」という語句は、遺伝子の発現が非改変菌株、例えば野生型菌株より高いことを意味する。そのような改変の例は、細胞1個当たりの発現された遺伝子のコピー数を増加させること、遺伝子の発現レベルを増加させることなどを含む。発現された遺伝子のコピー数の量は、例えば、染色体のDNAの制限後、遺伝子配列に基づいた
プローブを用いたサザンブロッティング、蛍光in situハイブリッド法(FISH)等で測定する。遺伝子発現のレベルは、ノーザンブロッティング、定量的RT-PCRなどを含む様々な既知の方法で測定することができる。遺伝子によってコードされたタンパク質の量は、SDS-PAGE後イムノブロッティング法検定(ウェスタンブロッティング分析)等を含む既知の方法で測定することができる。
The phrase “increasing gene expression” means that the gene expression is higher than an unmodified strain, eg, a wild-type strain. Examples of such modifications include increasing the number of copies of the expressed gene per cell, increasing the level of gene expression, and the like. The amount of the copy number of the expressed gene is measured by, for example, Southern blotting using a probe based on the gene sequence, fluorescence in situ hybrid method (FISH) or the like after restriction of chromosomal DNA. The level of gene expression can be measured by various known methods including Northern blotting, quantitative RT-PCR and the like. The amount of the protein encoded by the gene can be measured by a known method including immunoblotting method assay (Western blotting analysis) after SDS-PAGE.

「タンパク質をコードするDNAによる細菌の形質転換」とは、細菌にDNAを例えば、従来の方法で導入することを意味する。このDNAの形質転換は、本発明のタンパク質をコードする遺伝子の発現の増加をもたらし、細菌の細胞中のタンパク質の活性を増強することになる。形質転換の方法は、従来報告されたすべての既知の方法を含む。例えば、細胞のDNAに対する浸透性を増加させるために塩化カルシウムで受容体細胞を処理する方法がエシェリヒア・コリK-12株について報告されており、使用できる。(Mandel, M. and Higa, A., J. Mol. Biol., 53, 159 (1970)).   “Transformation of bacteria with DNA encoding a protein” means introduction of DNA into bacteria by, for example, a conventional method. This transformation of DNA results in increased expression of the gene encoding the protein of the present invention and enhances the activity of the protein in bacterial cells. Methods of transformation include all known methods previously reported. For example, a method of treating receptor cells with calcium chloride to increase the permeability of the cells to DNA has been reported for and used for Escherichia coli K-12. (Mandel, M. and Higa, A., J. Mol. Biol., 53, 159 (1970)).

遺伝子発現を増強する方法は遺伝子コピー数を増加させることを含む。本発明の細菌中で機能できるベクターへ遺伝子を導入すれば、遺伝子のコピー数が増加する。そのような目的のために、好ましくは多コピーベクターが使用できる。多コピーベクターは、pBR322、pMW119、pUC19、pET22b等が例示される。   Methods for enhancing gene expression include increasing gene copy number. If a gene is introduced into a vector that can function in the bacterium of the present invention, the copy number of the gene increases. For such purposes, preferably a multicopy vector can be used. Examples of the multicopy vector include pBR322, pMW119, pUC19, pET22b and the like.

遺伝子発現の増強は、例えば相同的組み換え、または、Mu組込みなどにより細菌の染色体へ、遺伝子の多数のコピーを導入することでも達成できる。例えば、Mu組込み1回の実行で、細菌の染色体中に遺伝子のコピーが3個まで導入できる。   Enhancement of gene expression can also be achieved by introducing multiple copies of the gene into the bacterial chromosome, for example by homologous recombination or Mu integration. For example, a single Mu integration can introduce up to three copies of a gene into the bacterial chromosome.

遺伝子のコピー数を増加させることは、細菌の染色体のDNAへ遺伝子の多数のコピーを導入することによっても達成できる。細菌の染色体へ遺伝子の多数のコピーを導入するためには、多数のコピーが存在する配列を染色体のDNA中の標的として使用して、相同的組み換えを実行する。染色体のDNAに多数のコピーを持つ配列は、反復DNAまたは転位因子の末端にある逆方向反復を含むが、これらに制限されない。さらに、米国特許番号5,595,889に開示のように、トランスポゾンに遺伝子を組み入れて、それを染色体のDNAへ遺伝子の多数のコピーを導入するよう転移させることも可能である。   Increasing the copy number of a gene can also be achieved by introducing multiple copies of the gene into the DNA of the bacterial chromosome. In order to introduce multiple copies of a gene into the bacterial chromosome, homologous recombination is carried out using sequences in which multiple copies are present as targets in the chromosomal DNA. Sequences with multiple copies in chromosomal DNA include, but are not limited to, repetitive DNA or inverted repeats at the end of transposable elements. Further, as disclosed in US Pat. No. 5,595,889, it is possible to incorporate a gene into a transposon and transfer it to introduce multiple copies of the gene into chromosomal DNA.

遺伝子発現を増強することは、本発明のDNAを強力なプロモーターの制御下におくことによっても達成できる。例えば、Ptac プロモーター、lacプロモーター、trpプロモーター、trcプロモーター、λファージのPRまたはPLプロモーターはすべて有効なプロモーターであることが知られている。強力なプロモーターは遺伝子コピーの増加と組み合わせて使用できる。 Enhancing gene expression can also be achieved by placing the DNA of the present invention under the control of a strong promoter. For example, P tac promoter, lac promoter, trp promoter, it is known that trc promoter, P R or P L promoters of λ phage are all effective promoters. Strong promoters can be used in combination with increased gene copies.

あるいは、プロモーターの効果は、例えば、プロモーターの下流に位置する遺伝子の転写レベルを増加するよう、プロモーターに変異を導入して増強できる。更に、リボソーム結合部位(RBS)と開始コドン間のスペーサ中のいくつかのヌクレオチド、特に開始コドンのすぐ上流配列の置換がmRNA翻訳能力に深く影響することが知られている。例えば、開始コドンに先行する3箇のヌクレオチドの性質によって発現レベルに20倍の範囲があることが見出されている(Gold ら, Annu. Rev. Microbiol., 35, 365-403, 1981; Hui ら., EMBO J., 3, 623-629, 1984)。以前に、rhtA23変異は、ATG開始コドンに対して−1の位置でGをAに置換することであると報告されている(1997 Annual Meeting of the American Society for Biochemistry and Molecular Biologyと共催の第17回 International Congress of Biochemistry and Molecular Biology San Francisco, California August 24-29, 1997, 抄録番号 457).   Alternatively, the effect of the promoter can be enhanced by introducing a mutation into the promoter, for example, so as to increase the transcription level of the gene located downstream of the promoter. Furthermore, it is known that substitution of several nucleotides in the spacer between the ribosome binding site (RBS) and the start codon, particularly the sequence immediately upstream of the start codon, has a profound effect on mRNA translational ability. For example, it has been found that expression levels range 20-fold due to the nature of the three nucleotides preceding the start codon (Gold et al., Annu. Rev. Microbiol., 35, 365-403, 1981; Hui Et al., EMBO J., 3, 623-629, 1984). Previously, the rhtA23 mutation was reported to replace G with A at position -1 relative to the ATG start codon (17th co-organized with 1997 Annual Meeting of the American Society for Biochemistry and Molecular Biology). Times International Congress of Biochemistry and Molecular Biology San Francisco, California August 24-29, 1997, abstract 457).

さらに、細菌の染色体上の遺伝子のプロモーター領域にヌクレオチド置換を導入するこ
とも可能であって、これによりプロモーター機能がより強められる。発現制御配列の変更は、例えば、国際公開WO 00/18935 および特開平1-215280号に開示されているように温度敏感なプラスミドを使用して行う遺伝子置換と同様に実行可能である。
Furthermore, it is also possible to introduce nucleotide substitutions into the promoter region of the gene on the bacterial chromosome, which further enhances the promoter function. The expression control sequence can be changed, for example, in the same manner as gene replacement using a temperature-sensitive plasmid as disclosed in International Publication WO 00/18935 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-215280.

プラスミドDNAの調製方法は、DNAの消化と連結、形質転換、プライマーとしてオリゴヌクレオチドの選択など、または、当業者に既知の他の方法を含むが、これらに限定されない。これらの方法は、例えばSambrook, J., Fritsch, E..F., and Maniatis, T., "Molecular Cloning A Laboratory Manual, Third Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press (2001)に記載されている。   Plasmid DNA preparation methods include, but are not limited to, DNA digestion and ligation, transformation, selection of oligonucleotides as primers, or other methods known to those skilled in the art. These methods are described, for example, in Sambrook, J., Fritsch, E..F., And Maniatis, T., “Molecular Cloning A Laboratory Manual, Third Edition”, Cold Spring Harbor Laboratory Press (2001).

以下に実施例を挙げ、本発明をさらに詳しく説明する。なお本発明は、この実施例により何ら限定されない。   The following examples further illustrate the present invention. In addition, this invention is not limited at all by this Example.

[実施例1]L-Ile水酸化酵素を有する株のスクリーニング
<1>4-ヒドロキシイソロイシン生産株のスクリーニングとブロスの解析
L-イソロイシンを基質に、4-ヒドロキシイソロイシン生成能を有する微生物のスクリーニングを実施した。可溶性澱粉0.4%(w/v)、酵母エキス 0.4%、麦芽エキス 1%、L-イソロイシン 0.2%を水に溶解後、pH7〜7.5に調整した培地に土壌菌を植菌した。28℃で2日間、振とう培養した後、遠心上清のアミノ酸分析により、4−ヒドロキシイソロイシンの分析を行った。
[Example 1] Screening of strains having L-Ile hydroxylase <1> Screening of 4-hydroxyisoleucine producing strain and analysis of broth
Screening for microorganisms capable of producing 4-hydroxyisoleucine was performed using L-isoleucine as a substrate. Soluble starch 0.4% (w / v), yeast extract 0.4%, malt extract 1%, L-isoleucine 0.2% was dissolved in water, and then soil bacteria were added to the medium adjusted to pH 7-7.5. Inoculated. After shaking culture at 28 ° C. for 2 days, 4-hydroxyisoleucine was analyzed by amino acid analysis of the centrifugal supernatant.

アミノ酸分析条件
4−ヒドロキシイソロイシンの検出はウォーターズ AccQ・TagTMメソッドを用いた。定法に従って適切な濃度に希釈した反応液5μl中のアミノ酸を誘導体化し、HPLCにて分析することで4−ヒドロキシイソロイシン生成量を測定した。その結果、菌株の一つ(2-e-2株)に4−ヒドロキシイソロイシンと同じリテンションタイムの物質を生成する活性が見出された。16SrDNAの解析から、2-e-2株はBacillus thuringiensisと同定された。そこで、他のバチルス属に関してもスクリーニングしたところ、Bacillus licheniformis(AKU223株、IAM11054株)、Bacillus sphaericus(AKU227株、NBRC3526株)、Bacillus thuringiensis(AKU238株、NBRC3958株)にも同様の活性が見出された。
Amino acid analysis conditions 4-hydroxyisoleucine was detected using the Waters AccQ • Tag method. An amino acid in 5 μl of a reaction solution diluted to an appropriate concentration according to a conventional method was derivatized and analyzed by HPLC to determine the amount of 4-hydroxyisoleucine produced. As a result, one of the strains (2-e-2 strain) was found to have the activity of producing a substance having the same retention time as 4-hydroxyisoleucine. From the analysis of 16S rDNA, the 2-e-2 strain was identified as Bacillus thuringiensis. Therefore, when other Bacillus genera were screened, the same activity was found in Bacillus licheniformis (AKU223 strain, IAM11054 strain), Bacillus sphaericus (AKU227 strain, NBRC3526 strain), and Bacillus thuringiensis (AKU238 strain, NBRC3958 strain). It was.

生成物の同定
上記スクリーニングで取得されたバチルス属菌株がL−イソロイシンを基質に生成する物質の同定を実施した。まず、生成物の分子量をMSにより分析したところ、145であり、4−ヒドロキシイソロイシンよりも、2小さい値であった。また高分解能質量分析装置(Q-TofMS)による精密質量測定で組成式を推定したところ、C6H11NO3で4−ヒドロキシイソロイシンよりも水素原子が2少ないことが判明した。以上の結果より、上記バチルス属菌株で生成されている物質は、2−アミノ−3−ケト−4−メチルペンタン酸(AMKP)の可能性が示唆された。バチルス属細菌によるAMKP生産の報告[非特許文献5]に記載の実験方法に従ってAMKPを合成・精製し、また、上記バチルス菌培養培地中より生成物を非特許文献5のAMKP精製法に従って精製し、NMR分析を実施したところ、両者は同じケミカルシフトを示した。
Identification of Product A substance that produces the Bacillus strain obtained in the above screening using L-isoleucine as a substrate was identified. First, when the molecular weight of the product was analyzed by MS, it was 145, which was 2 smaller than 4-hydroxyisoleucine. Moreover, when the composition formula was estimated by accurate mass measurement using a high-resolution mass spectrometer (Q-TofMS), it was found that C 6 H 11 NO 3 contained 2 fewer hydrogen atoms than 4-hydroxyisoleucine. From the above results, it was suggested that the substance produced by the aforementioned Bacillus strain may be 2-amino-3-keto-4-methylpentanoic acid (AMKP). AMKP was synthesized and purified according to the experimental method described in the report of AMKP production by bacteria belonging to the genus Bacillus [Non-Patent Document 5], and the product was purified from the above-mentioned culture medium of Bacillus bacteria according to the AMKP purification method of Non-Patent Document 5. When NMR analysis was performed, both showed the same chemical shift.

以上より、今回見出されたバチルス菌はAMKPを産生している事が明らかとなった。なお、2-e-2株によるAMKP産生量は1〜2mM程度である。一方、非特許文献5に記載のバチルス菌のAMKP産生推定量は0.04mMと記載されており、2-e-2株のAMKP高生産活性が確認された。   From the above, it was clarified that the Bacillus found this time produced AMKP. The amount of AMKP produced by the 2-e-2 strain is about 1 to 2 mM. On the other hand, the estimated amount of AMKP production of Bacillus described in Non-Patent Document 5 is 0.04 mM, confirming the high AMKP production activity of the 2-e-2 strain.

<2>AMKPとHILの分離分析法確立
2-e-2株等ののバチルス菌にAMKP生産活性が見出されたため、AMKPと4−ヒドロキシイソロイシンの分離分析法を確立する必要があることが判明した。そこで鋭意検討の結果、ウォーターズ AccQ・TagTMメソッドを改変することでAMKPと4−ヒドロキシイソロイシンの分離分析法を確立した。具体的条件として、カラムをXBridge C18 5mm, 2.1 x 150mm (Waters)に、溶離液BをMeOH、溶離液流速を0.3ml/minに変更した。溶離液の勾配は下表に示す。
<2> Establishment of separation analysis method for AMKP and HIL
Since AMKP production activity was found in Bacillus bacteria such as the 2-e-2 strain, it was found that it was necessary to establish a method for separating and analyzing AMKP and 4-hydroxyisoleucine. As a result of extensive studies, a method for separating and analyzing AMKP and 4-hydroxyisoleucine was established by modifying the Waters AccQ • Tag method. As specific conditions, the column was changed to XBridge C18 5 mm, 2.1 × 150 mm (Waters), the eluent B was changed to MeOH, and the eluent flow rate was changed to 0.3 ml / min. The gradient of the eluent is shown in the table below.

上記条件で、培地中AMKPは11.0minあたりに、4-ヒドロキシイソロイシンは11.9minあたりに溶出され、分離可能となった。   Under the above conditions, AMKP in the medium was eluted per 11.0 min and 4-hydroxyisoleucine was eluted per 11.9 min, making it separable.

<3>培養時の補因子添加によるAMKPの生成量変化
AMKP生成活性の機構として、水酸化による分子状酸素の取り込みの可能性を考えた。そこで2-e-2株培養時に、モノオキシゲナーゼの補因子NAD(P)Hを、あるいはジオキシゲナーゼの補因子Fe2+、2-オキソグルタル酸、アスコルビン酸を添加した場合のAMKP生成活性を解析した。
<3> Change in AMKP production by adding cofactors during culture
We considered the possibility of uptake of molecular oxygen by hydroxylation as a mechanism of AMKP production activity. Therefore, we analyzed AMKP production activity when monooxygenase cofactor NAD (P) H or dioxygenase cofactor Fe 2+ , 2-oxoglutarate and ascorbic acid were added during culture of 2-e-2 strain. .

先のスクリーニングに用いた培地での培養をコントロールとし、10mM NADP、10mM NADPHを添加した群、Fe2+を添加した群、並びに、Fe2+、2−オキソグルタル酸及びアスコルビン酸を添加した群でAMKP生産活性を比較した。培養温度は30℃で、培養時間は22時間とした。培養上清のAMKP濃度を測定した。結果を表3に示す。 In the group added with 10 mM NADP, 10 mM NADPH, the group added with Fe 2+ , and the group added with Fe 2+ , 2-oxoglutaric acid and ascorbic acid, using the culture in the medium used for the previous screening as a control. AMKP production activity was compared. The culture temperature was 30 ° C., and the culture time was 22 hours. The AMKP concentration of the culture supernatant was measured. The results are shown in Table 3.

AMKP生成にはその生成過程にジオキシゲナーゼが関与している可能性が示唆された。   This suggests that dioxygenase may be involved in AMKP production.

<4>2-e-2株ブロスの経時的変化
AMKP生産培地(可溶性澱粉0.4%(w/v)、酵母エキス 0.4%、麦芽エキス 1%、L-イソロイシン 0.2%、グルコース 0.5%、アスコルビン酸 1mM、2−オキソグルタル酸 1mM、CaCl2 1mM、MgSO4 1mM、pH7〜7.5)を3Lの坂口フラスコに張り込み、2-e-2株を23℃にて振とう培養した。培養開始後、0、6、8、10、12、14、16、18、20時間後に培養液をサンプリングし、培養液の4−ヒドロキシイソロイシンとAMKPを上記<2>記載の方法にて定量した。また濁度(OD660)を測定した。
<4> Time course of 2-e-2 strain broth
AMKP production medium (soluble starch 0.4% (w / v), yeast extract 0.4%, malt extract 1%, L-isoleucine 0.2%, glucose 0.5%, ascorbic acid 1 mM, 2-oxoglutaric acid 1 mM, CaCl 2 1 mM, MgSO 4 1 mM, pH 7 to 7.5) was placed in a 3 L Sakaguchi flask, and the 2-e-2 strain was cultured with shaking at 23 ° C. The culture solution was sampled after 0, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 hours after the start of the culture, and 4-hydroxyisoleucine and AMKP in the culture solution were quantified by the method described in <2> above. . Turbidity (OD 660 ) was also measured.

図1に4−ヒドロキシイソロイシン(HIL)とAMKPの濃度を、図2に培養液の濁度を示す。4−ヒドロキシイソロイシンとAMKPの総和は対数増殖期に増加し、その後はプラトーに達した。また、プラトーに達した後、4−ヒドロキシイソロイシンは斬減し、AMKPは斬増した。   FIG. 1 shows the concentrations of 4-hydroxyisoleucine (HIL) and AMKP, and FIG. 2 shows the turbidity of the culture solution. The sum of 4-hydroxyisoleucine and AMKP increased during the logarithmic growth phase and then reached a plateau. Also, after reaching a plateau, 4-hydroxyisoleucine was reduced and AMKP was increased.

上記の各培養時間での培養液200μlから2-e-2株菌体を取得し、生理食塩水で洗浄した後、100μlのジオキシゲナーゼ反応液(10mM Ile、1mM Fe2+、10mM 2−オキソグルタル酸、10mM アスコルビン酸、50mM リン酸カリウムバッファー(pH7.0))に懸濁させ、30℃、1時間振とうさせながら反応し、その上清中の4−ヒドロキシイソロイシンとAMKP生成量を測定した。その結果、図3に示すとおり微量であるが対数増殖期の細胞を用いた場合のみ、4−ヒドロキシイソロイシンとAMKPの生成が確認できた。 After obtaining 2-e-2 strain cells from 200 μl of the culture solution at each of the above culture times, washing with physiological saline, 100 μl of dioxygenase reaction solution (10 mM Ile, 1 mM Fe 2+ , 10 mM 2-oxoglutar) Acid, suspended in 10 mM ascorbic acid, 50 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0)), reacted while shaking at 30 ° C. for 1 hour, and the amount of 4-hydroxyisoleucine and AMKP produced in the supernatant was measured. . As a result, production of 4-hydroxyisoleucine and AMKP could be confirmed only when cells in a trace amount but logarithmic growth phase were used as shown in FIG.

<5>2−e−2株細胞破砕液によるHIL生成
AMKP生産培地にてOD660=3.2まで培養後、集菌洗浄した2-e-2株菌体を乳鉢で破砕した後、懸濁用緩衝液(50mM HEPES pH7.0、10% グリセロール、complete mini (Roche))で懸濁し、タンパク質濃度が10 mg/ml程度の懸濁液(破砕液)、並びに懸濁液の遠心沈殿物を得た。遠心沈殿物は最終的に破砕液と同じ容量の生理食塩水で懸濁した。これらを等量の2×ジオキシゲナーゼ反応液(10mM Ile、2mM Fe2+、10mM 2−オキソグルタル酸、10mM アスコルビン酸、100mM HEPES(pH7.0))と混合し、30℃で1時間反応させた。同様に、破砕液調製に使用した休止菌体を洗浄後、培養ブロスの10倍濃度に生理食塩水で懸濁し、等量の2×ジオキシゲナーゼ反応液と混合し反応させた。各サンプルのAMKPと4−ヒドロキシイソロイシン生成量を図4に示す。
<5> HIL production by 2-e-2 cell disruption solution
After culturing to OD 660 = 3.2 in AMKP production medium, the harvested and washed 2-e-2 strain cells are crushed in a mortar, and then a suspension buffer (50 mM HEPES pH 7.0, 10% glycerol, complete mini (Roche)) to obtain a suspension (crushed liquid) having a protein concentration of about 10 mg / ml, and a centrifugal precipitate of the suspension. The centrifugal precipitate was finally suspended in the same volume of physiological saline as the crushed liquid. These were mixed with an equal amount of 2 × dioxygenase reaction solution (10 mM Ile, 2 mM Fe 2+ , 10 mM 2-oxoglutaric acid, 10 mM ascorbic acid, 100 mM HEPES (pH 7.0)) and reacted at 30 ° C. for 1 hour. . Similarly, the resting cells used for the preparation of the disrupted solution were washed, suspended in physiological saline at a concentration 10 times that of the culture broth, and mixed and reacted with an equal amount of 2 × dioxygenase reaction solution. The amount of AMKP and 4-hydroxyisoleucine produced for each sample is shown in FIG.

破砕液を用いる事でIleを基質にした4−ヒドロキシイソロイシンの生成活性が明確に確認できた。   By using the crushed liquid, the production activity of 4-hydroxyisoleucine using Ile as a substrate could be clearly confirmed.

<6>2−e−2株細胞破砕液酵素の補因子の影響
対数増殖期の2-e-2株細胞破砕液を用いて、Ileの水酸化による4−ヒドロキシイソロイシン生成反応時の補因子の影響を検討した。上記<5>記載の方法にて調製した対数増殖期2-e-2株細胞破砕液(lysate)を最終濃度が5mM Ileと5mM 各種補因子を含有した50mM
HEPES (pH7)反応液にて反応させ、4−ヒドロキシイソロイシン生成量を測定した。表4に示すとおり、4−ヒドロキシイソロイシン生成にFe2+(Fe)と2−オキソグルタル酸(a-KG)が必須であり、更にアスコルビン酸(Asc.)を添加することで4−ヒドロキシイソロイシン生成量は最大となった。よってイソロイシン水酸化による4−ヒドロキシイソロイシン生成にはジオキシゲナーゼが関与している可能性が強く示唆された。
<6> Effect of Cofactor of 2-e-2 Strain Cell Breakdown Enzyme Cofactor during 4-hydroxyisoleucine production reaction by hydroxylation of Ile using 2-e-2 strain cell lysate in logarithmic growth phase The effect of was examined. Logarithmic growth phase 2-e-2 cell disruption solution (lysate) prepared by the method described in <5> above has a final concentration of 50 mM containing 5 mM Ile and 5 mM various cofactors.
The reaction was carried out in a HEPES (pH 7) reaction solution, and the amount of 4-hydroxyisoleucine produced was measured. As shown in Table 4, Fe 2+ (Fe) and 2-oxoglutaric acid (a-KG) are essential for 4-hydroxyisoleucine production, and 4-hydroxyisoleucine production is achieved by adding ascorbic acid (Asc.). The amount became the maximum. Therefore, it was strongly suggested that dioxygenase might be involved in the production of 4-hydroxyisoleucine by isoleucine hydroxylation.

<7>2-e-2株破砕液生成物の立体配置
4−ヒドロキシイソロイシンには3ヵ所の不斉炭素があり、8種類のジアステレオマー、4対のエナンチオマーが存在する。具体的にはエナンチオマーは(2S,3S,4S)と(2R,3R,4R){以降HIL1とも記載する}、(2S,3S,4R)と(2R,3R,4S){以降HIL2とも記載する}、(2S,3R,4R)と(2R,3S,4S){以降HIL3とも記載する}、(2S,3R,4S)と(2R,3S,4R){以降HIL4とも記載する}の4対であり、Fenugreekなどに存在する天然型HILは(2S,3R,4S)である。本発明において、基質は(2S,3S)イソロイシンを使用しているため、水酸化反応で生成する4−ヒドロキシイソロイシンは(2S,3R,4S)あるいは、(2S,3R,4R)のいずれかとなる。そこで、2-e-2株にて生成する4−ヒドロキシイソロイシンの立体配置を決定することとした。
<7> Configuration of 2-e-2 strain lysate product 4-Hydroxyisoleucine has three asymmetric carbons, 8 diastereomers and 4 pairs of enantiomers. Specifically, the enantiomers are (2S, 3S, 4S) and (2R, 3R, 4R) {hereinafter also referred to as HIL1}, (2S, 3S, 4R) and (2R, 3R, 4S) {hereinafter also referred to as HIL2. }, (2S, 3R, 4R) and (2R, 3S, 4S) {hereinafter also referred to as HIL3}, (2S, 3R, 4S) and (2R, 3S, 4R) {hereinafter also referred to as HIL4} The natural HIL present in Fenugreek and the like is (2S, 3R, 4S). In the present invention, since (2S, 3S) isoleucine is used as the substrate, 4-hydroxyisoleucine produced by the hydroxylation reaction is either (2S, 3R, 4S) or (2S, 3R, 4R). . Therefore, it was decided to determine the configuration of 4-hydroxyisoleucine produced in the 2-e-2 strain.

各種エナンチオマー対として、(2R,3R,4R):HIL1と(2S,3R,4R):HIL3をTetrahedron 47(32), 6469-6482, (1991)に従って、(2R,3R,4S):HIL2と(2S,3R,4S):HIL4をEur. J. Org. Chem. 834-839, (2002)に従って取得した。化学合成法にて取得したHIL1〜4を、上記<2>の4−ヒドロキシイソロイシン、ANKP同時分析条件で分析したところ、リテンションタイムは表5の通りであった。   As various enantiomeric pairs, (2R, 3R, 4R): HIL1 and (2S, 3R, 4R): HIL3 according to Tetrahedron 47 (32), 6469-6482, (1991), (2R, 3R, 4S): HIL2 and (2S, 3R, 4S): HIL4 was obtained according to Eur. J. Org. Chem. 834-839, (2002). When HIL1 to 4 obtained by the chemical synthesis method were analyzed under the above-mentioned <2> 4-hydroxyisoleucine and ANKP simultaneous analysis conditions, the retention times were as shown in Table 5.

上記<6>にて調製した4−ヒドロキシイソロイシン含有サンプルを分析したところ、リテンションタイムは11.99minであり、HIL4のスタンダードの4−ヒドロキシイソロイシンと混合して分析したところ、ピークは完全に一致した。よって、(2S,3S)イソロイシンを基質とした場合、生成する可能性のあるHIL3、HIL4のうち、本酵素により生成する4−ヒドロキシイソロイシンはHIL4となり、天然型4−ヒドロキシイソロイシンであることが示された。   When the 4-hydroxyisoleucine-containing sample prepared in the above <6> was analyzed, the retention time was 11.99 min. When analyzed by mixing with 4-hydroxyisoleucine, a standard of HIL4, the peaks were completely consistent. Therefore, when (2S, 3S) isoleucine is used as a substrate, among the possible HIL3 and HIL4, 4-hydroxyisoleucine produced by this enzyme is HIL4, indicating that it is a natural 4-hydroxyisoleucine. It was done.

<8>2-e-2株破砕液酵素の至適pH
上記<5>に記載の方法に従って、OD660=7の2-e-2株菌体より調製した細胞破砕液を用いて、4−ヒドロキシイソロイシン生成活性のpH依存性を評価した。ジオキシゲナーゼ反応液組成は5mM Ile、5mM Fe2+、5mM 2−オキソグルタル酸、5mM アスコルビン酸、100mM GTAであり、反応後に反応液のpHを測定した。反応温度は30℃とした。生成した4−ヒドロキシイソロイシンは<2>の方法で分析した。最大生成量を示したpHのHIL量を100%とし、それに対する相対活性比率で各pHの反応性を図5に示す。pHがpH5〜8において活性が確認できた。
<8> Optimum pH of 2-e-2 strain disruption enzyme
According to the method described in <5> above, the pH dependence of 4-hydroxyisoleucine production activity was evaluated using a cell disruption solution prepared from 2-e-2 strain cells having an OD 660 = 7. The composition of the dioxygenase reaction solution was 5 mM Ile, 5 mM Fe 2+ , 5 mM 2-oxoglutarate, 5 mM ascorbic acid, 100 mM GTA, and the pH of the reaction solution was measured after the reaction. The reaction temperature was 30 ° C. The produced 4-hydroxyisoleucine was analyzed by the method <2>. The reactivity of each pH is shown in FIG. 5 in terms of the relative activity ratio with respect to the HIL amount at the pH showing the maximum production amount as 100%. Activity was confirmed at pH 5-8.

<9>2-e-2株破砕液酵素の至適温度
上記<5>に記載の方法に従って、OD660=7の2-e-2株菌体より調製した細胞破砕液を用いて、4−ヒドロキシイソロイシン生成活性の温度依存性を評価した。ジオキシゲナーゼ反応液組成は5mM Ile、5mM Fe2+、5mM 2−オキソグルタル酸、5mM アスコルビン酸、100mM GTA (pH6)で反応温度は15〜50℃とした。生成した4−ヒドロキシイソロイシンは<2>の方法で分析した。最大生成量を示したpHの4−ヒドロキシイソロイシン量を100%とし、それに対する相対活性比率で各温度の反応性を図6に示す。至適温度は45℃以下であった。
<9> Optimum temperature of 2-e-2 strain disruption enzyme According to the method described in <5> above, using a cell disruption solution prepared from 2-e-2 strain of OD 660 = 7, 4 -The temperature dependence of hydroxyisoleucine production activity was evaluated. The composition of the dioxygenase reaction solution was 5 mM Ile, 5 mM Fe 2+ , 5 mM 2-oxoglutaric acid, 5 mM ascorbic acid, 100 mM GTA (pH 6), and the reaction temperature was 15 to 50 ° C. The produced 4-hydroxyisoleucine was analyzed by the method <2>. FIG. 6 shows the reactivity at each temperature in terms of the relative activity ratio with respect to the amount of 4-hydroxyisoleucine at the pH showing the maximum production amount as 100%. The optimum temperature was 45 ° C or lower.

<10>2-e-2株破砕液酵素の温度安定性
上記<5>に記載の方法に従って、OD660=7の2-e-2株菌体より調製した細胞破砕液を用いて、4−ヒドロキシイソロイシン生成活性の温度安定性を評価した。破砕液を0〜50℃で1hrインキュベーションした後、Ile水酸化活性を測定した。基質反応液組成は5mM Ile、5mM Fe2+、5mM 2−オキソグルタル酸、5mM アスコルビン酸、100mM Hepes (pH7)で反応温度は30℃とした。生成した4−ヒドロキシイソロイシンは実施例2の方法で分析した。最大生成量を示した温度の4−ヒドロキシイソロイシン量を100%とし、それに対する相対活性比率で各温度の温度安定性を図7に示す。50℃以上で酵素は失活した。
<10> Temperature stability of 2-e-2 strain disruption enzyme According to the method described in <5> above, using a cell disruption solution prepared from 2-e-2 strain cells with OD 660 = 7, 4 -The temperature stability of hydroxyisoleucine producing activity was evaluated. The crushing solution was incubated at 0 to 50 ° C. for 1 hr, and then Ile hydroxylation activity was measured. The composition of the substrate reaction solution was 5 mM Ile, 5 mM Fe 2+ , 5 mM 2-oxoglutaric acid, 5 mM ascorbic acid, 100 mM Hepes (pH 7), and the reaction temperature was 30 ° C. The produced 4-hydroxyisoleucine was analyzed by the method of Example 2. The amount of 4-hydroxyisoleucine at the temperature showing the maximum production amount is defined as 100%, and the temperature stability at each temperature is shown in FIG. The enzyme was inactivated above 50 ° C.

<11>2-e-2株破砕液酵素の基質反応特性
上記<5>に記載の方法に従って、OD660=7の2-e-2株菌体より調製した細胞破砕液を用
いて、各種アミノ酸に対する反応特性を評価した。破砕液と基質溶液と混合後、30℃、1時間反応させ、TLCやアミノ酸分析によって新たな物質の生成を評価した。基質反応液組成は5mM アミノ酸、5mM Fe2+、5mM 2−オキソグルタル酸、5mM アスコルビン酸、100mM Hepes (pH7)で、アミノ酸としてL-イソロイシンに加えてL-ロイシン、L-バリン、L-グルタミン酸、L-リジンを個別に評価した。生成した4−ヒドロキシイソロイシンは実施例1の方法で分析した。結果を表6に示す。L-イソロイシン以外のアミノ酸に対しては、新たな物質の生成は確認できなかった。よって、本酵素はイソロイシン特異的なジオキシゲナーゼであると示唆された。
<11> Substrate reaction characteristics of 2-e-2 strain disruption enzyme In accordance with the method described in <5> above, various cell disruptions prepared from 2-e-2 strain cells with an OD 660 of 7 were used. Reaction characteristics for amino acids were evaluated. After mixing the crushed solution and the substrate solution, the mixture was reacted at 30 ° C. for 1 hour, and the production of a new substance was evaluated by TLC or amino acid analysis. The composition of the substrate reaction solution is 5 mM amino acid, 5 mM Fe 2+ , 5 mM 2-oxoglutaric acid, 5 mM ascorbic acid, 100 mM Hepes (pH 7). As amino acids, L-leucine, L-valine, L-glutamic acid, L-lysine was evaluated individually. The produced 4-hydroxyisoleucine was analyzed by the method of Example 1. The results are shown in Table 6. For amino acids other than L-isoleucine, the formation of new substances could not be confirmed. Therefore, it was suggested that this enzyme is an isoleucine-specific dioxygenase.

<12>2-e-2株破砕液酵素の阻害剤の影響
上記<5>に記載の方法に従って、OD660=7の2-e-2株菌体より調製した細胞破砕液を用いて、4−ヒドロキシイソロイシン生成活性に対する阻害剤の影響を検討した。上記<5>に記載の方法に従って、OD660=7の2-e-2株菌体より調製した細胞破砕液を用いた。ジオキシゲナーゼ反応液組成は5mM Ile、5mM Fe2+、5mM 2−オキソグルタル酸、5mM アスコルビン酸、100mM Hepes (pH6)で反応温度は30℃、反応時間は1時間とした。反応時に、10 mMの阻害剤(EDTA, Cu2+, Zn2+)を個別に添加した場合の4−ヒドロキシイソロイシン生成量を測定した。4−ヒドロキシイソロイシンは上記<2>の方法で分析した。イソロイシン水酸化活性は阻害剤により活性が消失した。
<12> Effect of inhibitor of 2-e-2 strain disruption enzyme According to the method described in <5> above, using a cell disruption solution prepared from 2-e-2 strain cells having an OD 660 = 7, The effect of inhibitors on 4-hydroxyisoleucine production activity was examined. According to the method described in <5> above, a cell disruption solution prepared from 2-e-2 strain cells having OD 660 = 7 was used. The composition of the dioxygenase reaction solution was 5 mM Ile, 5 mM Fe 2+ , 5 mM 2-oxoglutaric acid, 5 mM ascorbic acid, 100 mM Hepes (pH 6), the reaction temperature was 30 ° C., and the reaction time was 1 hour. During the reaction, the amount of 4-hydroxyisoleucine produced when 10 mM inhibitor (EDTA, Cu 2+ , Zn 2+ ) was added individually was measured. 4-Hydroxyisoleucine was analyzed by the above method <2>. Isoleucine hydroxylation activity was lost by the inhibitor.

[実施例2] L-Ile水酸化酵素の単離と精製
(1)無細胞抽出液の調製
2-e-2を合計2LのAMKP生産培地にてOD660=6.0まで培養後、生理食塩水で菌体を洗浄した。菌体は細胞膜処理液(10 mg/ml Lysing enzyme(SIGMA), 5 mg/ml Cellulase "ONOZUKA" R-10(Yakult), Yatalase(Takara Bio), 1 mg/ml Lysozyme (SIGMA)を0.2 M NaH2PO4,
0.6 M KCl (pH5.5)に溶解)に懸濁後、30℃、1 hrインキュベーションした。インキュベーションした菌体を生理食塩水で洗浄した後、緩衝液A(50mM HEPES pH7.0, 10% グリセロール, 2 mM DTT, 1 mM EDTA, complete (Roche))に懸濁し、氷冷下、超音波破砕機(Branson)にて菌体を破砕した。この処理液を4℃、18,500×g、60分間遠心分離し、上清を取得した。これ以降の単離・精製操作は全て4℃あるいは氷冷下にて実施した。
[Example 2] Isolation and purification of L-Ile hydroxylase (1) Preparation of cell-free extract
2-e-2 was cultured in a total of 2 L of AMKP production medium until OD 660 = 6.0, and the cells were washed with physiological saline. Cell bodies were treated with cell membrane treatment solution (10 mg / ml Lysing enzyme (SIGMA), 5 mg / ml Cellulase "ONOZUKA" R-10 (Yakult), Yatalase (Takara Bio), 1 mg / ml Lysozyme (SIGMA) 0.2 M NaH 2 PO 4 ,
Suspended in 0.6 M KCl (pH 5.5)) and incubated at 30 ° C. for 1 hr. The incubated cells were washed with physiological saline, suspended in buffer A (50 mM HEPES pH 7.0, 10% glycerol, 2 mM DTT, 1 mM EDTA, complete (Roche)), and subjected to ultrasound under ice cooling. The cells were crushed with a crusher (Branson). This treatment solution was centrifuged at 4 ° C., 18,500 × g for 60 minutes to obtain a supernatant. All subsequent isolation and purification operations were carried out at 4 ° C. or under ice cooling.

(2)陰イオン交換クロマトグラフィー
前工程で得た上清を0.45μmのフィルターで濾過した後、予め緩衝液Aで平衡化しておいたDEAE(16mm×100mm:GEヘルスケアバイオサイエンス)に供した。カラムを緩衝液Aで洗浄後、緩衝液B(50mM HEPES pH7.0, 10% グリセロール, 2 mM DTT,
1 mM EDTA, 0.5 M NaCl, complete (Roche))にて食塩の直線濃度勾配を用いて溶出した
(2) Anion exchange chromatography The supernatant obtained in the previous step was filtered through a 0.45 μm filter and then subjected to DEAE (16 mm × 100 mm: GE Healthcare Bioscience) that had been equilibrated with buffer A in advance. did. After washing the column with buffer A, buffer B (50 mM HEPES pH 7.0, 10% glycerol, 2 mM DTT,
The solution was eluted with 1 mM EDTA, 0.5 M NaCl, complete (Roche) using a linear concentration gradient of sodium chloride.

(3)活性画分の検出
各フラクションはIle水酸化活性反応液(最終濃度が100 mM Hepes (pH6.0), 5 mM L-Ile, 5mM Fe2+, 5mM 2−オキソグルタル酸, 5mM アスコルビン酸)を用いて30℃、30分間反応させた。100℃にて酵素失活した後、先述のAMKP, HIL分離測定法にて4−ヒドロキシイソロイシン量を定量した。これ以降の分析の4−ヒドロキシイソロイシンとは天然型4−ヒドロキシイソロイシンと同じリテンションタイムを有する異性体のみを示す。なお、1分間当たり1nmolのHILを生成する酵素活性を1Uとした。
(3) Detection of active fractions Each fraction consists of an Ile hydroxylation reaction solution (final concentration 100 mM Hepes (pH 6.0), 5 mM L-Ile, 5 mM Fe 2+ , 5 mM 2-oxoglutaric acid, 5 mM ascorbic acid). For 30 minutes at 30 ° C. After enzyme inactivation at 100 ° C., the amount of 4-hydroxyisoleucine was quantified by the AMKP and HIL separation measurement method described above. In the subsequent analysis, 4-hydroxyisoleucine indicates only an isomer having the same retention time as that of natural 4-hydroxyisoleucine. In addition, the enzyme activity which produces | generates 1 nmol HIL per minute was set to 1U.

(4)陽イオン交換クロマトグラフィー
前工程で得た活性画分をdesalting column(GEヘルスケアバイオサイエンス)にて緩衝液C(50mM MES pH5.2、10% グリセロール、2 mM DTT, 1 mM EDTA, complete (Roche))に置換した。本置換液を、予め緩衝液Cで平衡化しておいたmonoS(10mm×100mm:GEヘルスケアバイオサイエンス)に供した。カラムを緩衝液Cで洗浄後、緩衝液D(50mM MES pH5.2、10% グリセロール、2 mM DTT, 1 mM EDTA, 0.5 M NaCl, complete
(Roche))にて食塩の直線濃度勾配を用いて溶出し、各フラクションのIle水酸化活性を測定した。
(4) Cation exchange chromatography The active fraction obtained in the previous step was subjected to desalting column (GE Healthcare Bioscience) with buffer C (50 mM MES pH 5.2, 10% glycerol, 2 mM DTT, 1 mM EDTA, complete (Roche)). This replacement solution was subjected to monoS (10 mm × 100 mm: GE Healthcare Bioscience) that had been equilibrated with buffer C in advance. After washing the column with buffer C, buffer D (50 mM MES pH 5.2, 10% glycerol, 2 mM DTT, 1 mM EDTA, 0.5 M NaCl, complete
(Roche)) was eluted with a linear concentration gradient of sodium chloride, and the Ile hydroxylation activity of each fraction was measured.

(5)硫酸アンモニウム沈殿
前工程で得た可溶性画分に2 M硫酸アンモニウムを添加溶解した。十分に攪拌した後、遠心分離にて可溶性画分と沈殿画分に分画し、沈殿画分は緩衝液Aにて溶解した。各画分のIle水酸化活性を測定したところ、沈殿画分に活性が検出された。
(5) Ammonium sulfate precipitation 2 M ammonium sulfate was added and dissolved in the soluble fraction obtained in the previous step. After sufficiently stirring, the mixture was fractionated into a soluble fraction and a precipitated fraction by centrifugation, and the precipitated fraction was dissolved in buffer A. When the Ile hydroxylation activity of each fraction was measured, the activity was detected in the precipitate fraction.

(6)サイズ排除クロマトグラフィー
前工程で得た活性画分を、予め緩衝液Aで平衡化しておいたSuperdex 75(10mm×300mm:GEヘルスケアバイオサイエンス)に供した。緩衝液Aにて溶出し、各画分のIle水酸化活性を測定した。
(6) Size Exclusion Chromatography The active fraction obtained in the previous step was subjected to Superdex 75 (10 mm × 300 mm: GE Healthcare Bioscience) previously equilibrated with buffer A. Elution was performed with buffer A, and the Ile hydroxylation activity of each fraction was measured.

(7)疎水性相互作用クロマトグラフィー
前工程で得た活性画分を緩衝液E(50mM MES pH6.5、10% グリセロール、2mM DTT,
1mM EDTA, 1M 硫酸アンモニウム, complete (Roche))に置換した。緩衝液置換サンプルは、予め緩衝液Eで平衡化しておいたResource PHE(1ml:GEヘルスケアバイオサイエンス)に供した。カラムを緩衝液Eで洗浄後、Ile水酸化活性酵素を含む画分を緩衝液F(50mM MES pH6.5、10% グリセロール, 2 mM DTT, 1 mM EDTA, complete (Roche))を用いて硫酸アンモニウムの逆直線濃度勾配を用いて溶出した。
(7) Hydrophobic interaction chromatography The active fraction obtained in the previous step was subjected to buffer E (50 mM MES pH 6.5, 10% glycerol, 2 mM DTT,
1 mM EDTA, 1 M ammonium sulfate, complete (Roche)). The buffer replacement sample was subjected to Resource PHE (1 ml: GE Healthcare Bioscience) that had been equilibrated with buffer E in advance. After washing the column with buffer E, the fraction containing Ile hydroxylase was added to ammonium sulfate using buffer F (50 mM MES pH 6.5, 10% glycerol, 2 mM DTT, 1 mM EDTA, complete (Roche)). The elution was performed using an inverse linear concentration gradient.

L-Ile水酸化酵素の単離、精製の概要を表7にまとめた。   Table 7 summarizes the isolation and purification of L-Ile hydroxylase.

[実施例3]l-Ile水酸化酵素の性質決定
<1>電気泳動による分析
実施例2で得られた精製標品を、ドデシル硫酸ナトリウム−ポリアクリルアミド電気泳動法(第一化学薬品製ポリアクリルアミドゲルPAGミニ 「第一」 15/25 (13well)、及びバイオラッド社製分子量スタンダード Prestained SDS-PAGE standards, Low Range)によって分析した。その結果、本酵素は分子量約31,000±20,000のほぼ均一なサブユニットからなることが明らかとなった。
[Example 3] Determination of properties of l-Ile hydroxylase <1> Analysis by electrophoresis The purified sample obtained in Example 2 was subjected to sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide electrophoresis (polyacrylamide manufactured by Daiichi Chemicals). The analysis was performed by gel PAG mini “Daiichi” 15/25 (13 well) and Biorad molecular weight standard (Prestained SDS-PAGE standards, Low Range). As a result, it was revealed that this enzyme consists of almost uniform subunits having a molecular weight of about 31,000 ± 20,000.

<2>補因子の添加効果
精製酵素を用いて、Ileの水酸化による4−ヒドロキシイソロイシン生成反応時の補因子の影響を検討した。実施例2記載の方法にて調製したL-Ile水酸化酵素を最終濃度が5mM L-Ileと5mMの各種補因子を含有した100mM HEPES (pH6)反応液にて反応させ、4−ヒドロキシイソロイシン生成量を測定した。表8に示すとおり、4−ヒドロキシイソロイシン生成にFe2+と2−オキソグルタル酸が必須であり、更にアスコルビン酸を添加することで4−ヒドロキシイソロイシン生成量は最大となった。よってL-イソロイシン水酸化による4−ヒドロキシイソロイシン生成にはジオキシゲナーゼが関与している可能性が強く示唆され、破砕液を用いた検討結果と同じであった。
<2> Effect of addition of cofactor Using purified enzyme, the influence of cofactor during 4-hydroxyisoleucine production reaction by hydroxylation of Ile was examined. L-Ile hydroxylase prepared by the method described in Example 2 was reacted in a 100 mM HEPES (pH 6) reaction solution containing 5 mM L-Ile and 5 mM of various cofactors to produce 4-hydroxyisoleucine. The amount was measured. As shown in Table 8, Fe 2+ and 2-oxoglutaric acid were essential for 4-hydroxyisoleucine production, and the amount of 4-hydroxyisoleucine produced was maximized by adding ascorbic acid. Therefore, the possibility that dioxygenase is involved in the production of 4-hydroxyisoleucine by L-isoleucine hydroxylation was strongly suggested, which was the same as the result of the examination using the crushed liquid.

<3>至適pH
実施例2記載の方法に従って調製したL-Ile水酸化酵素を用いて、4−ヒドロキシイソロイシン生成活性のpH依存性を評価した。酵素反応液組成は5mM L-Ile、5mM Fe2+、5mM 2−オキソグルタル酸、5mM アスコルビン酸、200mM GTA (pH3〜12)とした。反応温度は30℃とした。最大生成量を示したpHの4−ヒドロキシイソロイシン量を100%とし、それに対する相対活性比率で各pHの反応性を図8に示す。pHがpH4〜8において活性が確認でき、pH5〜8において高い活性が確認できた。
<3> Optimum pH
Using L-Ile hydroxylase prepared according to the method described in Example 2, the pH dependency of 4-hydroxyisoleucine production activity was evaluated. The composition of the enzyme reaction solution was 5 mM L-Ile, 5 mM Fe 2+ , 5 mM 2-oxoglutaric acid, 5 mM ascorbic acid, 200 mM GTA (pH 3 to 12). The reaction temperature was 30 ° C. The amount of 4-hydroxyisoleucine at the pH showing the maximum production amount is defined as 100%, and the reactivity at each pH is shown in FIG. The activity was confirmed at pH 4 to 8, and high activity was confirmed at pH 5 to 8.

<4>至適温度
実施例2記載の方法に従って調製したL-Ile水酸化酵素を用いて、4−ヒドロキシイソロイシン生成活性の至適温度を評価した。酵素反応液組成は5mM Ile、5mM Fe2+、5mM 2−オキソグルタル酸、5mM アスコルビン酸、100 mM Hepes (pH6)とした。最大生成量を示した温度の4−ヒドロキシイソロイシン量を100%とし、それに対する相対活性比率で各温度での反応性を図9に示す。0℃〜40℃の温度帯で高い活性が確認できた。
<4> Optimum temperature Using L-Ile hydroxylase prepared according to the method described in Example 2, the optimum temperature of 4-hydroxyisoleucine production activity was evaluated. The composition of the enzyme reaction solution was 5 mM Ile, 5 mM Fe 2+ , 5 mM 2-oxoglutaric acid, 5 mM ascorbic acid, 100 mM Hepes (pH 6). The reactivity at each temperature is shown in FIG. 9 in terms of relative activity ratio with respect to the amount of 4-hydroxyisoleucine at the temperature showing the maximum production amount as 100%. High activity was confirmed in the temperature range of 0 ° C to 40 ° C.

<5>温度安定性
実施例2記載の方法に従って調製したL-Ile水酸化酵素を用いて、4−ヒドロキシイソロイシン生成活性の温度安定性を評価した。pH7.0の酵素液を0〜70℃で1hrインキュベーションした後、Ile水酸化活性を測定した。酵素反応液組成は5mM Ile、5mM Fe2+、5mM
2−オキソグルタル酸、5mM アスコルビン酸、100 mM Hepes (pH6)で反応温度は30℃とした。最大生成量を示した保存温度の4−ヒドロキシイソロイシン量を100%とし、それに対する相対活性比率で各温度の温度安定性を図10に示す。60℃以上で酵素は失活した。
<5> Temperature stability Using the L-Ile hydroxylase prepared according to the method described in Example 2, the temperature stability of 4-hydroxyisoleucine production activity was evaluated. After incubating the pH 7.0 enzyme solution at 0 to 70 ° C. for 1 hr, Ile hydroxylation activity was measured. The composition of the enzyme reaction solution is 5 mM Ile, 5 mM Fe 2+ , 5 mM
The reaction temperature was 30 ° C. with 2-oxoglutaric acid, 5 mM ascorbic acid, 100 mM Hepes (pH 6). The amount of 4-hydroxyisoleucine at the storage temperature showing the maximum production amount is defined as 100%, and the temperature stability at each temperature is shown in FIG. The enzyme was inactivated above 60 ° C.

<6>基質反応特性
実施例2記載の方法に従って調製したL-Ile水酸化酵素を用いて、各種アミノ酸に対する反応特性を評価した。酵素液と反応液とを混合後、30℃、1時間反応させ、HPLC分析によって新たな物質の生成を評価した。酵素反応液組成は5mM アミノ酸、5mM Fe2+、5mM 2−オキソグルタル酸、5mM アスコルビン酸、100mM Hepes (pH6)で、アミノ酸としてL-イソロイシンに加えてD-イソロイシン、L-ロイシン、L-バリン、L-グルタミン酸、L-リジンを個別に評価した。生成した4−ヒドロキシイソロイシンは実施例1の方法で分析した。結果を表9に示す。破砕液を用いた検討結果と同様に、L-イソロイシン以外のアミノ酸に対しては、新たな物質の生成は確認できなかった。よって、本酵素は細胞破砕液を用いて検討した結果と同様に、L-イソロイシン特異的なジオキシゲナーゼで天然型HILを生成する活性を有すると示唆された。
<6> Substrate reaction characteristics Using L-Ile hydroxylase prepared according to the method described in Example 2, reaction characteristics against various amino acids were evaluated. After mixing the enzyme solution and the reaction solution, they were reacted at 30 ° C. for 1 hour, and the production of new substances was evaluated by HPLC analysis. The composition of the enzyme reaction solution is 5 mM amino acid, 5 mM Fe 2+ , 5 mM 2-oxoglutaric acid, 5 mM ascorbic acid, 100 mM Hepes (pH 6). In addition to L-isoleucine, D-isoleucine, L-leucine, L-valine L-glutamic acid and L-lysine were evaluated individually. The produced 4-hydroxyisoleucine was analyzed by the method of Example 1. The results are shown in Table 9. Similar to the results of the examination using the crushed liquid, the production of new substances could not be confirmed for amino acids other than L-isoleucine. Therefore, it was suggested that this enzyme has an activity to produce natural HIL with a dioxygenase specific to L-isoleucine, similar to the results examined using the cell lysate.

<7>阻害剤の影響
実施例2記載の方法に従って調製したL-Ile水酸化酵素を用いて、4−ヒドロキシイソロイシン生成活性に対する阻害剤の影響を検討した。酵素反応液組成は5mM Ile、5mM Fe2+、5mM 2−オキソグルタル酸、5mM アスコルビン酸、100mM Hepes (pH6)で反応温度は30℃、反応時間は1時間とした。反応時に、10 mMの阻害剤(EDTA, Cu2+, Zn2+)を個別に添加した場合の4−ヒドロキシイソロイシン生成量を測定した。阻害剤を添加しない場合の4−ヒドロキシイソロイシン生成活性を100%とし、その生成量に対する相対活性を表10に示した。イソロイシン水酸化活性は阻害剤により活性が消失した。
<7> Influence of inhibitor Using the L-Ile hydroxylase prepared according to the method described in Example 2, the influence of the inhibitor on 4-hydroxyisoleucine production activity was examined. The composition of the enzyme reaction solution was 5 mM Ile, 5 mM Fe 2+ , 5 mM 2-oxoglutaric acid, 5 mM ascorbic acid, 100 mM Hepes (pH 6), the reaction temperature was 30 ° C., and the reaction time was 1 hour. During the reaction, the amount of 4-hydroxyisoleucine produced when 10 mM inhibitor (EDTA, Cu 2+ , Zn 2+ ) was added individually was measured. The 4-hydroxyisoleucine production | generation activity when not adding an inhibitor was made into 100%, and the relative activity with respect to the production amount was shown in Table 10. Isoleucine hydroxylation activity was lost by the inhibitor.

<8>N末端アミノ酸配列
実施例2記載の方法に従って調製したL-Ile水酸化酵素を実施例3の方法に従って電気泳動した後、PVDF膜(バイオラッド社製 sequi-BlotTM PVDF membrane)に転写し、島津製作所社製プロテインシーケンサーPPSQ-10に供した。上記方法にて取得した酵素のN末端配列として、以下の結果を得た。
<8> N-terminal amino acid sequence L-Ile hydroxylase prepared according to the method described in Example 2 was electrophoresed according to the method of Example 3, and then transferred to a PVDF membrane (Sequi-Blot PVDF membrane manufactured by Bio-Rad). Then, it was subjected to a protein sequencer PPSQ-10 manufactured by Shimadzu Corporation. The following results were obtained as the N-terminal sequence of the enzyme obtained by the above method.

1 LysMetSerGlyPheSerIleGluGluLys 10
11 ValHisGluPheGluSerLysGlyPheLeu 20
(配列番号5)
1 LysMetSerGlyPheSerIleGluGluLys 10
11 ValHisGluPheGluSerLysGlyPheLeu 20
(SEQ ID NO: 5)

[実施例4]Bacillus thuringiensis (2-e-2) 株由来IDOの精製
本発明の発明者らにより準備された環境微生物のスクリーニングにより、α−ケトグルタル酸依存L−イソロイシンジオキシゲナーゼ活性を有する独自の微生物が見出された。これは、Bacillus thuringiensisと同定され、Bacillus thuringiensis 2-e-2 (FERM BP-10688)として保存された。
[Example 4] Purification of IDO derived from Bacillus thuringiensis (2-e-2) strain According to the screening of environmental microorganisms prepared by the inventors of the present invention, an original having an α-ketoglutarate-dependent L-isoleucine dioxygenase activity Microorganisms were found. This was identified as Bacillus thuringiensis and stored as Bacillus thuringiensis 2-e-2 (FERM BP-10688).

1.1.培養条件
下記の培養培地を実験に用いた。
CM1 (トリプトン 10g/l; イーストエキストラクト 10 g/l; NaOHでpH 7.0に調整)
CM6 (トリプトン 10 g/l; イーストエキストラクト 40 g/l; NaOHでpH 7.0に調整)
1.1. Culture conditions The following culture media were used in the experiments.
CM1 (trypton 10 g / l; yeast extract 10 g / l; adjusted to pH 7.0 with NaOH)
CM6 (trypton 10 g / l; yeast extract 40 g / l; adjusted to pH 7.0 with NaOH)

1.2.接種物調製
Bacillus thuringiensis 2-e-2株を、90 mM KPi バッファー (90 mM KH2PO4 (KOHでpH
7に調製))を加えたCM1培地で一晩30℃において培養した。次いで、グリセロールを培養物に20%まで添加した。得られた細胞懸濁液を1.9 mlバイアルに分け、-使用時まで70℃で保存した。
1.2. Inoculum preparation
Bacillus thuringiensis 2-e-2 strain was diluted with 90 mM KPi buffer (90 mM KH 2 PO 4 (pH with KOH
The cells were cultured overnight at 30 ° C. in CM1 medium supplemented with 7). Glycerol was then added to the culture to 20%. The resulting cell suspension was divided into 1.9 ml vials and stored at 70 ° C. until use.

1.3.培養条件
Bacillus thuringiensis 2-e-2株の培養を、Marubischi ファーメンターを用いて行った。培養パラメーターは次の通りであった。開始培養容積600ml、撹拌800rev/min、空気1:1、1N NaOH/HClの供給によりpH 7.0に調製。1バイアル(1.9 ml)の凍結懸濁液(上記参照)を、600mlのCM6培地への接種に用いた。2-e-2株を、約7.5時間培養した。次いで、遠心により菌体を採取し、使用時まで-70℃で保存した。
1.3. Culture conditions
Bacillus thuringiensis 2-e-2 strain was cultured using a Marubischi fermenter. The culture parameters were as follows: Adjust to pH 7.0 by starting culture volume 600ml, stirring 800rev / min, air 1: 1, 1N NaOH / HCl supply. One vial (1.9 ml) of frozen suspension (see above) was used to inoculate 600 ml of CM6 medium. The 2-e-2 strain was cultured for about 7.5 hours. The cells were then collected by centrifugation and stored at -70 ° C until use.

1.4.IDO活性測定
Bacillus thuringiensis 2-e-2株の培養物25〜100mlから、菌体を遠心分離で採取し、2mlのバッファーA(50 mM MOPS, 10% グリセロール, 1 mM EDTA, 1 mM DTT, プロテアーゼインヒビター, pH 7.2)に再懸濁した。菌体をフレンチプレスセルを用いて破砕した(1000 Psiで3回)。反応液(50μl)は、50 mM HEPES pH 7.0; 5 mM Ile; 5 mM アスコルビン酸; 10 mM FeSO4; 5mM α-ケトグルタル酸及びタンパク質調製物の試料を含むものであった。反応は、34℃で40分、振盪しながら保温した。合成された4HILをTLC分析で検出した。薄層シリカゲルプレート(10x15 cm)に、反応液の試料(1~2μl)をスポットし、展開溶媒(2-プロパノール: アセトン: アンモニア: 水 =100:100: 25:16)で展開した。4HILをニンヒドリン試薬で検出した。HPLC分析は実施例4に記載されたように行った。
1.4. IDO activity measurement
Bacterial cells were collected from 25 to 100 ml of Bacillus thuringiensis 2-e-2 culture by centrifugation, and 2 ml of buffer A (50 mM MOPS, 10% glycerol, 1 mM EDTA, 1 mM DTT, protease inhibitor, pH 7.2). The cells were crushed using a French press cell (3 times at 1000 Psi). The reaction solution (50 μl) contained a sample of 50 mM HEPES pH 7.0; 5 mM Ile; 5 mM ascorbic acid; 10 mM FeSO 4 ; 5 mM α-ketoglutarate and protein preparation. The reaction was incubated at 34 ° C. for 40 minutes with shaking. The synthesized 4HIL was detected by TLC analysis. A sample (1-2 μl) of the reaction solution was spotted on a thin layer silica gel plate (10 × 15 cm) and developed with a developing solvent (2-propanol: acetone: ammonia: water = 100: 100: 25: 16). 4HIL was detected with ninhydrin reagent. HPLC analysis was performed as described in Example 4.

1.5.Bacillus thuringiensis 2-e-2株由来IDOの精製及び同定
全てのクロマトグラフィーの操作は、AKTAbasic100 システム(Amersham Pharmacia Biotech)を用いて行った。精製プロトコルは次の段階を含む。凍結細胞(62g生物体重量)を融解し、150mlのバッファーA[50 mM TRIZMA, 5% グリセロール, 1 mM EDTA, 1 mM DTT, プロテアーゼインヒビター, HClでpH 7に調整]に再懸濁した。
1.5. Purification and identification of IDO from Bacillus thuringiensis 2-e-2 strain All chromatographic operations were performed using the AKTAbasic100 system (Amersham Pharmacia Biotech). The purification protocol includes the following steps. Frozen cells (62 g organism weight) were thawed and resuspended in 150 ml buffer A [50 mM TRIZMA, 5% glycerol, 1 mM EDTA, 1 mM DTT, protease inhibitor, adjusted to pH 7 with HCl].

段階1. 菌体をフレンチプレスセル(max P = 1000 Psi)を2回通過させて破砕し、遠心し(14000 g, 4℃, 20 min)、細胞片を除いた。得られたタンパク質調製物をバッファーAで平衡化したDEAE樹脂150mlに加えた。最終懸濁液を4℃で約10分、ゆっくり振盪しながら保温した。次いで、吸着したタンパク質を有する樹脂をカラム(26X30 cm)に移し、2ステップ溶出を行った。最初に、カラムをバッファーA中50 mM NaClで洗浄し、次いで、IDO活性をバッファーA中250 mM NaClで溶出した。   Stage 1. The cells were disrupted by passing twice through a French press cell (max P = 1000 Psi), and centrifuged (14000 g, 4 ° C., 20 min) to remove cell debris. The resulting protein preparation was added to 150 ml of DEAE resin equilibrated with buffer A. The final suspension was incubated at 4 ° C. for about 10 minutes with gentle shaking. Subsequently, the resin having the adsorbed protein was transferred to a column (26 × 30 cm), and two-step elution was performed. First, the column was washed with 50 mM NaCl in buffer A, and then IDO activity was eluted with 250 mM NaCl in buffer A.

段階2. IDO活性を硫酸アンモニウム沈殿(1.9 M)で濃縮し、約3mlのバッファーB[50 mM TRIZMA, 5% グリセロール, 1 mM EDTA, 1 mM DTT, 100 mM NaCl, pH 7]に再懸濁した。   Stage 2. IDO activity was concentrated by ammonium sulfate precipitation (1.9 M) and resuspended in about 3 ml of buffer B [50 mM TRIZMA, 5% glycerol, 1 mM EDTA, 1 mM DTT, 100 mM NaCl, pH 7].

段階3. 段階2で得られた調製物の1.5mlを、バッファーBで平衡化したSuperdex 200 HR 10/30Aにアプライした。アイソクラティック溶出を、0.5 ml/minの流速で行った。活性画分を集めた。 Stage 3. 1.5 ml of the preparation obtained in step 2 was equilibrated with buffer B Superdex Applied to 200 HR 10 / 30A. Isocratic elution was performed at a flow rate of 0.5 ml / min. The active fraction was collected.

段階4. 段階3で得られたタンパク質調製物を、バッファーAで平衡化した1.6mlのSourse15Qカラムにアプライした。溶出は、バッファーB中の0-0.5 M NaClの直線グラディエント(10倍カラム容量)を用いて0.5 ml/minの流速で行った。各1mlの画分を回収し、活性画分を集めた。   Step 4. The protein preparation obtained in step 3 was applied to a 1.6 ml Source15Q column equilibrated with buffer A. Elution was performed using a linear gradient of 0-0.5 M NaCl in buffer B (10 column volume) at a flow rate of 0.5 ml / min. Each 1 ml fraction was collected and the active fraction was collected.

結果として、IDOは約120倍(表11参照)に精製された。最終タンパク質調製物のSDS-PAGEにより、主なバンドは1本のみであることが示された(全タンパク質の約70%、図12参照)。   As a result, IDO was purified about 120 times (see Table 11). SDS-PAGE of the final protein preparation showed only one major band (about 70% of total protein, see FIG. 12).

1.6.IDOの同定
SDS-PAGEから主なタンパク質を抽出し、重量分析により分析した。ゲルの処理、トリプシン分解、タンパク質抽出及び、飛行時間マトリックス支援レーザ脱離イオン化法による質量分析(MALDI-TOF)は、Govorun, V.M. et al, (The proteome comparative analysis
of Helicobacter pylori clinical isolates. Biochemistry (Mosc), 68, 1, 42-49 (2003))のプロトコルに従って行った。タンパク質は、Mascot software (Matrix Science, USA)のPeptide Fingerprintオプションを用いて、光分解ペプチド質量のセットにより同定された。分析されたタンパク質は、MS分析により、Bacillus thuringiensis (serovar israelensis; ATCC 35646) 株由来の推定RBTH_06809タンパク質と同定された(図13)。
1.6. IDO identification
Major proteins were extracted from SDS-PAGE and analyzed by gravimetric analysis. Gel processing, trypsin digestion, protein extraction, and mass spectrometry with time-of-flight matrix-assisted laser desorption ionization (MALDI-TOF) are described in Govorun, VM et al, (The proteome comparative analysis
of Helicobacter pylori clinical isolates. Biochemistry (Mosc), 68, 1, 42-49 (2003)). Proteins were identified by a set of photolytic peptide masses using the Peptide Fingerprint option of Mascot software (Matrix Science, USA). The analyzed protein was identified as a putative RBTH — 06809 protein from the Bacillus thuringiensis (serovar israelensis; ATCC 35646) strain by MS analysis (FIG. 13).

[実施例5]Bacillus thuringiensis 2-e-2株及びBacillus thuringiensis (serovar israelensis, ATCC 35646) 株由来のIDO遺伝子のクローニング
精製した試料をSDS(15-25%)ポリアクリルアミドゲルで電気泳動した。タンパク質のポリビニリデンジフルオリド膜への転写は、室温で1時間1 mA cm2で行った。CBBで染色後、IDOバンドを切り出し、プロテインシークエンサーPPSQ-10型 (島津製作所,日本)による自動Edman分解に付した。精製タンパク質のN-末端の最初の20アミノ酸が決定された。
[Example 5] Cloning of IDO gene derived from Bacillus thuringiensis 2-e-2 strain and Bacillus thuringiensis (serovar israelensis, ATCC 35646) strain The purified sample was electrophoresed on SDS (15-25%) polyacrylamide gel. Transfer of the protein to the polyvinylidene difluoride membrane was carried out at 1 mA cm 2 for 1 hour at room temperature. After staining with CBB, the IDO band was cut out and subjected to automatic Edman degradation using a protein sequencer PPSQ-10 (Shimadzu Corporation, Japan). The first 20 amino acids at the N-terminus of the purified protein were determined.

31-kDaポリペプチドのN-末端アミノ酸配列は、KMSGFSIEEKVHEFESKGFL (配列番号5)と決定された。BLAST検索により、このアミノ酸配列は、表1に示した、Bacillus thuringiensis (serovar israelensis) ATCC 35646由来のRBTH_06809及び、Bacillus cereus ATCC
14579 由来のBC1061の仮想タンパク質と高い相同性を示した。RBTH_06809のORFの配列分析及び精製タンパク質のN-末端アミノ酸の決定により、古典的SD配列が、ATG開始コドンの8bp上流に位置することから、可能性のある翻訳開始部位は一つのみであることが示された(図14)。しかし、精製タンパク質のLys(7)がN-末端アミノ酸である。N-末端プロセッシング(N-末端アミノ酸の切断)がIDO活性に必要と推測された。おそらく、この切断は、Bacillus sp.ではIDOと同時発現し、E. coliでは欠損している特異的プロテアーゼによるものである。従って、E. coliで成熟IDOを製造するためには特別な組換えプラスミドが構築された。
The N-terminal amino acid sequence of the 31-kDa polypeptide was determined as KMSGFSIEEKVHEFESKGFL (SEQ ID NO: 5). By BLAST search, this amino acid sequence was obtained from RBTH_06809 derived from Bacillus thuringiensis (serovar israelensis) ATCC 35646 and Bacillus cereus ATCC shown in Table 1.
High homology with the hypothetical protein of BC1061 from 14579. Since the classic SD sequence is located 8 bp upstream of the ATG start codon based on sequence analysis of the ORF of RBTH_06809 and determination of the N-terminal amino acid of the purified protein, there is only one possible translation start site. Was shown (FIG. 14). However, the purified protein Lys (7) is the N-terminal amino acid. N-terminal processing (cleavage of N-terminal amino acids) was speculated to be necessary for IDO activity. Presumably, this cleavage is due to a specific protease co-expressed with IDO in Bacillus sp. And missing in E. coli. Therefore, a special recombinant plasmid was constructed to produce mature IDO in E. coli.

2.1.細菌
Bacillus thuringiensis (serovar israelensis, ATCC 35646) 株は、Russian Collect
ion of Industrial Microorganisms (VKPM)から入手した(accession number B-197)。
2.1. Bacteria
The Bacillus thuringiensis (serovar israelensis, ATCC 35646) strain is a Russian Collect
Obtained from ion of Industrial Microorganisms (VKPM) (accession number B-197).

2.2.pMW119-IDO(Lys, 32)プラスミドの構築
pMW119-IDO(Lys, 32)を構築するために、以下の手順を行った。
Bacillus thuringiensis (serovar israelensis, ATCC 35646) 株染色体の0.8 kb DNA断片を、オリゴヌクレオチドSVS 170 (配列番号3)及びSVS 169 (配列番号4) をプライマーとして (詳細は図15参照)、精製染色体DNAをテンプレートとして用いて増幅した。次のPCRプロトコルを用いた。最初のサイクル:94℃30秒、4サイクル:94℃40秒、49℃30秒及び72℃40秒、35サイクル:94℃30秒、54℃30秒及び72℃30秒。得られたPCRフラグメントをBamHI及びSacIエンドヌクレアーゼで消化し、次いで、同じ制限酵素で予め処理したpMW119ベクターに連結した。
2.2. Construction of pMW119-IDO (Lys, 32) plasmid
In order to construct pMW119-IDO (Lys, 32), the following procedure was performed.
A 0.8 kb DNA fragment of Bacillus thuringiensis (serovar israelensis, ATCC 35646) strain chromosome, oligonucleotide SVS 170 (SEQ ID NO: 3) and SVS 169 (SEQ ID NO: 4) as primers (see Figure 15 for details), and purified chromosomal DNA Amplified using as a template. The following PCR protocol was used. First cycle: 94 ° C 30 seconds, 4 cycles: 94 ° C 40 seconds, 49 ° C 30 seconds and 72 ° C 40 seconds, 35 cycles: 94 ° C 30 seconds, 54 ° C 30 seconds and 72 ° C 30 seconds. The resulting PCR fragment was digested with BamHI and SacI endonucleases and then ligated into the pMW119 vector pretreated with the same restriction enzymes.

2.3.pMW119-IDO(Lys, 23)プラスミドの構築
Bacillus thuringiensis 2-e-2株染色体の0.8 kb DNA断片を、オリゴヌクレオチドSVS 170 (配列番号3)及びSVS 169 (配列番号4)をプライマーとして(詳細は図15参照)、精製染色体DNAをテンプレートとして用いて増幅した。次のPCRプロトコルを用いた。最初のサイクル:94℃30秒、4サイクル:94℃40秒、49℃30秒及び72℃40秒、35サイクル:94℃30秒、54℃30秒及び72℃30秒。得られたPCRフラグメントをBamHI及びSacIエンドヌクレアーゼで消化し、次いで、同じ制限酵素で予め処理したpMW119ベクターに連結した。
2.3. Construction of pMW119-IDO (Lys, 23) plasmid
A 0.8 kb DNA fragment of Bacillus thuringiensis 2-e-2 strain chromosome, using oligonucleotides SVS 170 (SEQ ID NO: 3) and SVS 169 (SEQ ID NO: 4) as primers (see FIG. 15 for details) and purified chromosomal DNA as a template Amplified. The following PCR protocol was used. First cycle: 94 ° C 30 seconds, 4 cycles: 94 ° C 40 seconds, 49 ° C 30 seconds and 72 ° C 40 seconds, 35 cycles: 94 ° C 30 seconds, 54 ° C 30 seconds and 72 ° C 30 seconds. The resulting PCR fragment was digested with BamHI and SacI endonucleases and then ligated into the pMW119 vector pretreated with the same restriction enzymes.

E. coli TG1株の細胞を、連結混合物で形質転換した。得られるクローンをX-gal/IPTG 寒天-プレート (ブルー/ホワイトテスト)で選択した。次いで、IDO活性を、選択したクローンの粗細胞破砕液で試験した。   Cells of the E. coli TG1 strain were transformed with the ligation mixture. The resulting clones were selected on X-gal / IPTG agar-plate (blue / white test). IDO activity was then tested with crude cell lysates of selected clones.

その結果、TG1 [pMW119-(Lys, 32)] 及びTG1 [pMW119-(Lys, 23)]の二つのクローンが選択された。対応するプラスミドを単離し、各プラスミドのクローンされたBamHI-SacI 断片の配列決定を行った(図16、図17参照)。   As a result, two clones of TG1 [pMW119- (Lys, 32)] and TG1 [pMW119- (Lys, 23)] were selected. Corresponding plasmids were isolated and the cloned BamHI-SacI fragment of each plasmid was sequenced (see FIGS. 16 and 17).

決定されたDNA配列の分析により、クローンされた遺伝子と、既知のRBTH_06809 ORFとの不一致が明らかになった(図18、図19)。さらに、pMW119プラスミド上のIDO(Lys,
23)の調節領域の点変異が決定され(図15C)、リーダーペプチド(1)のTAAストップコドンの消失、及び、ATG開始コドンとオーバーラップする、TGAストップコドンまでの翻訳の延長(リーダーペプチド(2))が生じていた(図15A、C)。さらなる変異が、"-2"位置に検出され、CがAにより置換されていた(図15C)。
Analysis of the determined DNA sequence revealed inconsistencies between the cloned gene and the known RBTH — 06809 ORF (FIGS. 18 and 19). In addition, IDO (Lys,
23) is determined (FIG. 15C), the disappearance of the TAA stop codon of the leader peptide (1) and the extension of the translation to the TGA stop codon overlapping with the ATG start codon (leader peptide ( 2)) occurred (FIGS. 15A and 15C). An additional mutation was detected at position "-2" and C was replaced by A (Figure 15C).

2.4.TG1[pMW119-IDO(Lys, 23) 及びTG1[pMW119-IDO(Lys, 32)株の粗菌体破砕液のIDO活性測定
組換えE. coli株の粗菌体破砕液のIDO活性を調べるため、以下の手順を行った。5mlの培養物から菌体を4℃で遠心により採取し、0.5mlのバッファーA*(50 mM TRIZMA, 5%グリセロール, 1 mM EDTA, 1 mM DTT, HClによりpH 7に調整)に再懸濁し、超音波により4℃で破砕した。反応液(50μl)は、50 mM HEPES pH 7.0; 5 mM Ile; 0.5mM α-ケトグルタル酸; 5 mM アスコルビン酸; 5 mM FeSO4 及びタンパク質調製物の試料を含むものであった。反応は、34℃で1時間、振盪しながら保温した。合成された4HILを、実施例4に記載したようにTLC分析又はHPLC分析で検出した。結果を表12にまとめる。
2.4. Measurement of IDO activity of crude cell disruption fluids of TG1 [pMW119-IDO (Lys, 23) and TG1 [pMW119-IDO (Lys, 32) strains To examine the IDO activity of crude cell disruption fluids of recombinant E. coli strains The following procedure was performed. Cells are collected from 5 ml culture by centrifugation at 4 ° C and resuspended in 0.5 ml buffer A * (50 mM TRIZMA, 5% glycerol, 1 mM EDTA, 1 mM DTT, adjusted to pH 7 with HCl). Then, it was crushed at 4 ° C. by ultrasonic waves. The reaction solution (50 μl) contained 50 mM HEPES pH 7.0; 5 mM Ile; 0.5 mM α-ketoglutarate; 5 mM ascorbic acid; 5 mM FeSO 4 and a sample of protein preparation. The reaction was incubated at 34 ° C. for 1 hour with shaking. Synthesized 4HIL was detected by TLC analysis or HPLC analysis as described in Example 4. The results are summarized in Table 12.

[実施例6] IDO活性を用いるL-イソロイシンの4HILへの生物変換
E. coli TG1[pMW119-IDO(Lys, 23)] 及び TG1[pMW119-IDO(Lys, 32)]株の菌体を、アンピシリン(100 mg/l)を加えたLB培地で、光学密度A540=4〜5となるまで(約6時間)培養した。2 mlの培養液から菌体を遠心で採取した後、1 mlの溶液MI50(100 mM KH2PO4 (NaOHでpH 7に調整), NH4Cl 20 mM, MgSO4 2 mM, CaCl2 0.1 mM, アンピシリン 150 μg/ml, Ile 50 mM, 0.5mM α-ケトグルタル酸,グリセロール 1 %, イーストエキストラクト 0.005
g/l)に再懸濁した。
[Example 6] Bioconversion of L-isoleucine to 4HIL using IDO activity
Cells of E. coli TG1 [pMW119-IDO (Lys, 23)] and TG1 [pMW119-IDO (Lys, 32)] strains were cultured in LB medium supplemented with ampicillin (100 mg / l) with an optical density of A 540 The cells were cultured until = 4-5 (about 6 hours). Bacteria were collected from 2 ml culture solution by centrifugation, and then 1 ml solution MI50 (100 mM KH 2 PO 4 (pH adjusted to 7 with NaOH), NH 4 Cl 20 mM, MgSO 4 2 mM, CaCl 2 0.1 mM, ampicillin 150 μg / ml, Ile 50 mM, 0.5 mM α-ketoglutarate, glycerol 1%, yeast extract 0.005
g / l).

次いで、菌体を約12時間培養した。その後、4HILの濃度をTLC(HPLC)分析で調べた。得られたデータを表13にまとめる。表13から明らかなように、TG1[pMW119-IDO(Lys, 23)] は、TG1[pMW119-IDO(Lys, 32)]と比べて、より多くの4HILを蓄積した。   The cells were then cultured for about 12 hours. Thereafter, the concentration of 4HIL was examined by TLC (HPLC) analysis. The data obtained is summarized in Table 13. As is clear from Table 13, TG1 [pMW119-IDO (Lys, 23)] accumulated more 4HIL than TG1 [pMW119-IDO (Lys, 32)].

[実施例7] 蓄積した4-ヒドロキシ-L-イソロイシンのHPLC測定
HPCL分析:スペクトロフォトメーター1100シリーズを備えた高圧クロマトグラフ(Waters, USA)を用いた。選択した検出波長範囲:励起波長は250nmで、発光波長範囲は320〜560nmであった。accq-tag法による分離をカラムNova-PakTM C18 150 × 3.9 mm, 4μm (Waters, USA)を用いて +400℃で行った。試料の注入容量は5μlであった。アミノ酸誘導体の生成及びそれらの分離は、製造者Watersの推奨に従っておこなった(Liu, H. et al, J. Chromatogr. A, 828, 383-395 (1998); Waters accq-tag chemistry package. Instruction manual. Millipore Corporation, pp.1-9 (1993))。6-アミノキノリル-N-ヒドロキシスクシンイミジルカルバメートによるアミノ酸誘導体を得るために、キットAccq-Flu
orTM (Waters, USA)を用いた。accq-tag法による分析は、濃Accq-tag Eluent А(Waters,
USA)を用いて行った。全ての溶液は、Milli-Qを用いて調製し、標準溶液は+ 4 ℃で保存した。
[Example 7] HPLC measurement of accumulated 4-hydroxy-L-isoleucine
HPCL analysis: A high pressure chromatograph (Waters, USA) equipped with a spectrophotometer 1100 series was used. Selected detection wavelength range: excitation wavelength was 250 nm and emission wavelength range was 320-560 nm. Separation by the accq-tag method was performed at + 400 ° C. using a column Nova-Pak C18 150 × 3.9 mm, 4 μm (Waters, USA). The sample injection volume was 5 μl. Generation of amino acid derivatives and their separation were performed according to the recommendations of the manufacturer Waters (Liu, H. et al, J. Chromatogr. A, 828, 383-395 (1998); Waters accq-tag chemistry package. Instruction manual Millipore Corporation, pp.1-9 (1993)). To obtain amino acid derivatives with 6-aminoquinolyl-N-hydroxysuccinimidyl carbamate, kit Accq-Flu
or TM (Waters, USA) was used. The analysis using the accq-tag method is based on the concentrated Accq-tag Eluent А (Waters,
USA). All solutions were prepared using Milli-Q and standard solutions were stored at + 4 ° C.

[実施例8] Bacillus cereus ATCC14579、B.thuringiensis AKU238及びB. weihenstephanensis KBAB4由来ido遺伝子のクローニング
(1) 染色体DNAの調製
Bacillus cereus ATCC14579株、 B.thuringiensis AKU238株及びB. weihenstephanensis KBAB4株をそれぞれ5mlのLB培地を用いて28℃で一晩培養した(前培養)。この培養液1.5mlを種菌として、50mlのLB培地を用いて本培養を行った。対数増殖後期まで培養した後、培養液50mlを遠心分離操作(12000×g、4℃、15分間)に供し、集菌した。この菌体を用いて定法に従って染色体DNAを調製した。
[Example 8] Cloning of Baidolus cereus ATCC14579, B. thuringiensis AKU238 and B. weihenstephanensis KBAB4-derived ido genes
(1) Preparation of chromosomal DNA
Bacillus cereus ATCC14579 strain, B. thuringiensis AKU238 strain and B. weihenstephanensis KBAB4 strain were each cultured overnight at 28 ° C. using 5 ml of LB medium (preculture). The main culture was performed using 50 ml of LB medium using 1.5 ml of the culture as an inoculum. After culturing until the late stage of logarithmic growth, 50 ml of the culture solution was subjected to centrifugation (12000 × g, 4 ° C., 15 minutes) and collected. Using these cells, chromosomal DNA was prepared according to a conventional method.

(2) PCRによるido遺伝子の取得
B. cereus ATCC14579株について公開されているゲノム配列情報をもとに (GenBank accession No. AE016877)、以下のプライマーを合成した。
CATATGGAGGTTTTTATAATGACGTTTGTT (配列番号10)
CTCGAGTTTTGTCTCCTTATAAGAAAATGT (配列番号11)
(2) Acquisition of ido gene by PCR
Based on the genome sequence information disclosed for B. cereus ATCC14579 strain (GenBank accession No. AE016877), the following primers were synthesized.
CATATGGAGGTTTTTATAATGACGTTTGTT (SEQ ID NO: 10)
CTCGAGTTTTGTCTCCTTATAAGAAAATGT (SEQ ID NO: 11)

作製したプライマーを用いて、B. cereus ATCC14579株の染色体DNAを鋳型としてPCRによる増幅を行った。PCR反応は、PrimeSTAR(TaKaRa社製)を用いて行い、98℃10秒、52℃15秒及び72℃1分の条件で30サイクル行った。   Using the prepared primer, amplification by PCR was performed using the chromosomal DNA of B. cereus ATCC14579 strain as a template. PCR reaction was performed using PrimeSTAR (TaKaRa), and 30 cycles were performed under the conditions of 98 ° C. for 10 seconds, 52 ° C. for 15 seconds and 72 ° C. for 1 minute.

PCR産物をアガロースゲル電気泳動に供したところ、約750bpの断片の増幅が認められた。該DNA断片を回収し、制限酵素NdeI及びXhoIで処理した後に、同じ制限酵素で処理した発現ベクターpET21b(Novagene)にクローニングし、塩基配列を決定した。その結果、取得したDNA断片の相同性から、ido相同遺伝子が取得されたことが確認された(配列番号12及び13)。塩基配列レベルでの相同性はB.thuringiensis israelensis ATCC35646株由来のido遺伝子と比較して98%、B.thuringiensis 2-e-2株由来のido遺伝子と比較して98%であった。   When the PCR product was subjected to agarose gel electrophoresis, amplification of a fragment of about 750 bp was observed. The DNA fragment was recovered, treated with restriction enzymes NdeI and XhoI, then cloned into the expression vector pET21b (Novagene) treated with the same restriction enzymes, and the nucleotide sequence was determined. As a result, it was confirmed that the ido homologous gene was obtained from the homology of the obtained DNA fragment (SEQ ID NOs: 12 and 13). The homology at the nucleotide sequence level was 98% compared to the ido gene derived from the B. thuringiensis israelensis ATCC 35646 strain, and 98% compared to the ido gene derived from the B. thuringiensis 2-e-2 strain.

B.thuringiensis AKU238株については、B.thuringiensis 2-e-2株由来ido遺伝子クローニングに使用したプライマー(配列番号14及び15)を用いて、上記と同様にPCRにてido遺伝子をクローニングした(配列番号16及び17)。塩基配列レベルでの相同性はB.thuringiensis israelensis ATCC35646株由来のido遺伝子と比較して98%、B.thuringiensis 2-e-2株由来のido遺伝子と比較して98%であった。
CATATGAAAATGAGTGGCTTTAGCATAGAA (配列番号14)
CTCGAGTTTTGTCTCCTTATAAGAAAATGT (配列番号15)
For the B. thuringiensis AKU238 strain, the ido gene was cloned by PCR in the same manner as described above using the primers (SEQ ID NOs: 14 and 15) used for the ido gene cloning derived from the B. thuringiensis 2-e-2 strain (sequence) Numbers 16 and 17). The homology at the nucleotide sequence level was 98% compared to the ido gene derived from the B. thuringiensis israelensis ATCC 35646 strain, and 98% compared to the ido gene derived from the B. thuringiensis 2-e-2 strain.
CATATGAAAATGAGTGGCTTTAGCATAGAA (SEQ ID NO: 14)
CTCGAGTTTTGTCTCCTTATAAGAAAATGT (SEQ ID NO: 15)

B. weihenstephanensis KBAB4株については、B. weihenstephanensis KBAB4株について公開されているゲノム配列情報 (GenBank accession No. NZ_AAOY01000001)をもとに、以下のプライマーを合成した(配列番号18及び19)。上記と同様にPCRにてido遺伝子をクローニングした(配列番号20及び21)。塩基配列レベルでの相同性はB.thuringiensis israelensis ATCC35646株由来のido遺伝子と比較して78%、B.thuringiensis 2-e-2株由来のido遺伝子と比較して78%であった。
CATATGCTAACAACAGTTTCTAATAAGACA (配列番号18)
CTCGAGTTTTGGCTCCTTATAAGAAAACGT (配列番号19)
For the B. weihenstephanensis KBAB4 strain, the following primers were synthesized based on the genome sequence information (GenBank accession No. NZ_AAOY01000001) published for the B. weihenstephanensis KBAB4 strain (SEQ ID NOs: 18 and 19). The ido gene was cloned by PCR as in the above (SEQ ID NOs: 20 and 21). The homology at the nucleotide sequence level was 78% compared to the ido gene derived from the B. thuringiensis israelensis ATCC 35646 strain and 78% compared to the ido gene derived from the B. thuringiensis 2-e-2 strain.
CATATGCTAACAACAGTTTCTAATAAGACA (SEQ ID NO: 18)
CTCGAGTTTTGGCTCCTTATAAGAAAACGT (SEQ ID NO: 19)

[実施例9] E. coliでのido遺伝子の発現とIleからのHIL生産
(1) E. coliでのido遺伝子の発現
実施例8で構築したB. cereus ATCC14579株、B.thuringiensis AKU238株、又は、B. weihenstephanensis KBAB4由来ido発現プラスミドをE.coli Rosetta2 (DE3)に導入し、形質転換体を50μg/ml アンピシリンを含むLB培地で一昼夜37℃で振盪培養した(前培養)。前培養液を50 mlのLB培地に1%シードし、37℃にて本培養を行った。培養開始約2時間後に終濃度1mMとなるようにIPTGを添加し、さらに3時間培養を行った。培養終了後、集菌、洗浄を行い、1 mlの20mM Tris−HCl (pH7.6)に懸濁し、ソニケーター(INSONATOR 201M・KUBOTA製)を用いて菌体を破砕した。破砕液を15000 rpmで10分間遠心分離した上清を粗酵素液とした。
[Example 9] Expression of ido gene in E. coli and HIL production from Ile (1) Expression of ido gene in E. coli B. cereus ATCC14579 strain, B. thuringiensis AKU238 strain constructed in Example 8, Alternatively, the B. weihenstephanensis KBAB4-derived ido expression plasmid was introduced into E. coli Rosetta2 (DE3), and the transformant was cultured overnight at 37 ° C. in an LB medium containing 50 μg / ml ampicillin (preculture). The preculture was seeded at 1% in 50 ml of LB medium, and main culture was performed at 37 ° C. About 2 hours after the start of culture, IPTG was added to a final concentration of 1 mM, and the culture was further continued for 3 hours. After completion of the culture, the cells were collected and washed, suspended in 1 ml of 20 mM Tris-HCl (pH 7.6), and the cells were crushed using a sonicator (manufactured by INSONATOR 201M / KUBOTA). The supernatant obtained by centrifuging the disrupted solution at 15000 rpm for 10 minutes was used as a crude enzyme solution.

(2)粗酵素液を用いたIleからのHIL生産
(1)で調製した粗酵素液を用いて、IleからのHILへの変換活性を測定した。反応液組成は以下に示す通りで、28℃で振とう(300 rpm)させながら3時間反応後、HPLCにて生成したHILを定量した。定量結果を表14に示す。
(2) HIL production from Ile using crude enzyme solution Using the crude enzyme solution prepared in (1), the conversion activity from Ile to HIL was measured. The composition of the reaction solution was as shown below. After reacting for 3 hours while shaking at 300C (300 rpm), HIL produced by HPLC was quantified. Table 14 shows the quantitative results.

その結果、B. cereus ATCC14579、B. thuringiensis AKU238又はB. weihenstephanensis KBAB4株由来ido発現株を用いた場合も、明らかにHILの生成が認められ、これらの遺伝子がHIL生産に使用できることが確認された。   As a result, even when B. cereus ATCC14579, B. thuringiensis AKU238 or B. weihenstephanensis KBAB4 strain-derived ido expression strain was used, generation of HIL was clearly observed, and it was confirmed that these genes could be used for HIL production. .

配列の説明
1: B. thuringiensis 2-e-2株由来IDO遺伝子の塩基配列
2: B. thuringiensis 2-e-2株由来IDOのアミノ酸配列
3: プライマーsvs 170; IDO遺伝子増幅用
4: プライマーsvs 169; IDO遺伝子増幅用
5: B. thuringiensis 2-e-2株由来IDOのN-末端配列
6: Bacillus属におけるIDO保存配列
7: B. thuringiensis ATCC 35646株由来IDO遺伝子の塩基配列
8: B. thuringiensis ATCC 35646株由来IDOのアミノ酸配列
9: B. thuringiensis 2-e-2株の16S rDNA塩基配列
10: B. cereus ATCC 14579由来IDO遺伝子の増幅用プライマー
11: B. cereus ATCC 14579由来IDO遺伝子の増幅用プライマー
12: B. cereus ATCC 14579由来IDO遺伝子の塩基配列
13: B. cereus ATCC 14579由来IDOのアミノ酸配列
14: B. thuringiensis AKU238由来IDO遺伝子の増幅用プライマー
15: B. thuringiensis AKU238由来IDO遺伝子の増幅用プライマー
16: B. thuringiensis AKU238由来IDO遺伝子の塩基配列
17: B. thuringiensis AKU238由来IDOのアミノ酸配列
18: B. weihenstephanensis KBAB4由来IDO遺伝子の増幅用プライマー
19: IDO gene from B. weihenstephanensis KBAB4由来IDO遺伝子の増幅用プライマー
20: B. weihenstephanensis KBAB4由来IDO遺伝子の塩基配列
21: B. weihenstephanensis KBAB4由来IDOのアミノ酸配列
Array description
1: Base sequence of IDO gene from B. thuringiensis 2-e-2
2: Amino acid sequence of IDO from B. thuringiensis 2-e-2 strain
3: Primer svs 170; for IDO gene amplification
4: Primer svs 169; for IDO gene amplification
5: N-terminal sequence of IDO from B. thuringiensis 2-e-2 strain
6: IDO conserved sequence in the genus Bacillus
7: Base sequence of IDO gene from B. thuringiensis ATCC 35646
8: Amino acid sequence of IDO from B. thuringiensis ATCC 35646
9: 16S rDNA base sequence of B. thuringiensis 2-e-2 strain
10: Primer for amplification of IDO gene from B. cereus ATCC 14579
11: Primer for amplification of IDO gene from B. cereus ATCC 14579
12: Base sequence of IDO gene from B. cereus ATCC 14579
13: Amino acid sequence of IDO from B. cereus ATCC 14579
14: Primer for amplification of IDO gene from B. thuringiensis AKU238
15: Primer for amplification of IDO gene from B. thuringiensis AKU238
16: Base sequence of IDO gene from B. thuringiensis AKU238
17: Amino acid sequence of IDO from B. thuringiensis AKU238
18: Primer for amplification of IDO gene from B. weihenstephanensis KBAB4
19: IDO gene from B. weihenstephanensis KBAB4-derived IDO gene amplification primer
20: Base sequence of IDO gene from B. weihenstephanensis KBAB4
21: Amino acid sequence of IDO from B. weihenstephanensis KBAB4

本発明によれば、イソロイシンの直接水酸化反応により4−ヒドロキシイソロイシンを生成する反応を触媒する、微生物由来の酵素により4−ヒドロキシイソロイシンを製造する方法が提供される。本発明は医薬分野、食品分野において極めて有用である。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the method of manufacturing 4-hydroxyisoleucine with the enzyme derived from microorganisms which catalyzes reaction which produces | generates 4-hydroxyisoleucine by the direct hydroxylation reaction of isoleucine is provided. The present invention is extremely useful in the pharmaceutical field and food field.

本発明のL-イソロイシンジオキシゲナーゼは、L-イソロイシンの水酸化反応を触媒する新規なジオキシゲナーゼであり、好ましくは、インスリン分泌活性を有する医薬組成物の成分として有用な(2S,3R,4S)-4-ヒドロキシ-L-イソロイシンの合成に使用できる。   The L-isoleucine dioxygenase of the present invention is a novel dioxygenase that catalyzes the hydroxylation reaction of L-isoleucine, and is preferably useful as a component of a pharmaceutical composition having insulin secretion activity (2S, 3R, 4S) It can be used for the synthesis of -4-hydroxy-L-isoleucine.

2-e-2株培養時の4−ヒドロキシイソロイシンとAMKP生成量の経時的変化を示す。The time-dependent change of 4-hydroxyisoleucine and AMKP production amount at the time of culture of 2-e-2 strain is shown. 2-e-2株培養時の濁度変化を示す。Changes in turbidity during 2-e-2 strain culture are shown. 2-e-2株の休止菌体を用いた4−ヒドロキシイソロイシンとAMKPの生成活性を示す。It shows the production activity of 4-hydroxyisoleucine and AMKP using resting cells of 2-e-2 strain. 各種サンプルの4−ヒドロキシイソロイシン生成活性を示す。The 4-hydroxyisoleucine production activity of various samples is shown. 2-e-2株破砕液による4−ヒドロキシイソロイシン生成活性のpH依存性を示す。The pH dependency of 4-hydroxyisoleucine production activity by the 2-e-2 strain disruption liquid is shown. 2-e-2株破砕液による4−ヒドロキシイソロイシン生成活性の温度依存性を示す。The temperature dependence of 4-hydroxyisoleucine production activity by 2-e-2 stock | strain disruption liquid is shown. 2-e-2株破砕液による4−ヒドロキシイソロイシン生成活性の温度安定性を示す。The temperature stability of 4-hydroxyisoleucine production activity by 2-e-2 stock | strain disruption liquid is shown. 精製酵素による4−ヒドロキシイソロイシン生成活性のpH依存性を示す。The pH dependence of the 4-hydroxyisoleucine production activity by a purified enzyme is shown. 精製酵素による4−ヒドロキシイソロイシン生成活性の温度依存性を示す。The temperature dependence of the 4-hydroxyisoleucine production activity by a purified enzyme is shown. 精製酵素による4−ヒドロキシイソロイシン生成活性の温度安定性を示す。The temperature stability of the 4-hydroxyisoleucine production activity by a purified enzyme is shown. 本発明のIDOを製造する方法のフローチャートを示す。2 shows a flowchart of a method for manufacturing an IDO of the present invention. Bacillus thuringiensis 2-e-2株由来IDOの精製(写真)を示す。精製段階のタンパク質試料のSDS-PAGEを示す。レーン:1−示した分子量のマーカー;2−粗細胞破砕液;3−硫酸アンモニウム沈殿:4−SEC;5−AEC。The purification (photograph) of IDO derived from Bacillus thuringiensis 2-e-2 strain is shown. The SDS-PAGE of the protein sample in the purification stage is shown. Lane: 1-marker of molecular weight shown; 2-crude cell lysate; 3-ammonium sulfate precipitation: 4-SEC; 5-AEC. Bacillus thuringiensis 2-e-2株由来IDOのMS同定を示す。The MS identification of IDO derived from Bacillus thuringiensis 2-e-2 strain is shown. Bacillus thuringiensis (serovar israelensis, ATCC 35646) RBTH_06809 ORF の推定翻訳開始部を示す。Bacillus thuringiensis (serovar israelensis, ATCC 35646) RBTH_06809 The translation start part of ORF is shown. 組換えプラスミドpMW119-IDO(Lys, 32/23)の人工発現モジュールを示す。The artificial expression module of recombinant plasmid pMW119-IDO (Lys, 32/23) is shown. pMW119-IDO(Lys, 23)プラスミドの物理的地図、及び、IDO構造遺伝子を保持するクローンされたBamHI-SacI断片の決定された配列を示す。調節領域における自然点突然変異を灰色で示す。A physical map of the pMW119-IDO (Lys, 23) plasmid and the determined sequence of the cloned BamHI-SacI fragment carrying the IDO structural gene are shown. Natural point mutations in the regulatory region are shown in gray. pMW119-IDO(Lys, 32)プラスミドの物理的地図、及び、IDO構造遺伝子を保持するクローンされたBamHI-SacI断片の決定された配列を示す。A physical map of the pMW119-IDO (Lys, 32) plasmid and the determined sequence of the cloned BamHI-SacI fragment carrying the IDO structural gene are shown. IDO(Lys, 23), IDO(Lys, 32)及びRBTH_6809 (5'-端短縮)に相当する構造遺伝子のDNAアラインメントを示す。可変部位を灰色で示す。DNA alignment of structural genes corresponding to IDO (Lys, 23), IDO (Lys, 32) and RBTH — 6809 (5′-end shortened) is shown. Variable sites are shown in gray. IDO(Lys, 23), IDO(Lys, 32)及びRBTH_06890 ORFのタンパク質アライメントを示す。可変部位を灰色で示す。Protein alignment of IDO (Lys, 23), IDO (Lys, 32) and RBTH_06890 ORF is shown. Variable sites are shown in gray. Bacillus thuringienesis由来IDO、Bacillus cereus由来BC1061及びBacillus weihenstephanensis由来保存仮想タンパク質のタンパク質アライメントを示す。The protein alignment of conserved virtual protein derived from Bacillus thuringienesis-derived IDO, Bacillus cereus-derived BC1061 and Bacillus weihenstephanensis is shown.

Claims (15)

微生物由来の、イソロイシンから4−ヒドロキシイソロイシンを生成する水酸化酵素存在下でイソロイシン又はその塩を水酸化反応に供し、4−ヒドロキシイソロイシンを生成させる工程を含むことを特徴とする、4−ヒドロキシイソロイシン又はその塩の製造方法であって、
水酸化反応が、
(f) 配列番号2、8、13、17又は21のアミノ酸配列を有するタンパク質、
(g) 配列番号2、8、13、17又は21のアミノ酸配列において、1又は数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、付加又は逆位を含むアミノ酸配列を有し、L-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性を有するタンパク質、及び、
(h) 配列番号2、8、13、17又は21のアミノ酸配列に対し少なくとも90%の相同性を示すアミノ酸配列を有し、L-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性を有するタンパク質からなる群から選ばれる少なくとも1種のL-イソロイシンジオキシゲナーゼの存在下または当該L-イソロイシンジオキシゲナーゼを含む細菌の存在下で水性溶媒中で行われる、方法。
4-hydroxyisoleucine comprising a step of producing 4-hydroxyisoleucine by subjecting isoleucine or a salt thereof to a hydroxylation reaction in the presence of a hydroxylase that produces 4-hydroxyisoleucine from isoleucine derived from a microorganism Or a method of producing a salt thereof,
The hydroxylation reaction
(f) a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 8, 13, 17 or 21;
(g) L-isoleucine having an amino acid sequence comprising substitution, deletion, insertion, addition or inversion of one or several amino acid residues in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 8, 13, 17 or 21 A protein having dioxygenase activity, and
(h) at least one selected from the group consisting of proteins having an amino acid sequence showing at least 90% homology to the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 8, 13, 17 or 21 and having L-isoleucine dioxygenase activity The method is carried out in an aqueous solvent in the presence of a species of L-isoleucine dioxygenase or in the presence of a bacterium containing the L-isoleucine dioxygenase.
微生物がバチルス属に属する微生物である、請求項1記載の製造方法。 The production method according to claim 1, wherein the microorganism is a microorganism belonging to the genus Bacillus. バチルス属に属する微生物がBacillus thuringiensis、Bacillus licheniformis、及び、Bacillus sphaericusから選択される微生物である、請求項2に記載の製造方法。 The production method according to claim 2, wherein the microorganism belonging to the genus Bacillus is a microorganism selected from Bacillus thuringiensis, Bacillus licheniformis, and Bacillus sphaericus. 水酸化反応が、微生物の対数増殖期細胞から調製された破砕液の存在下で行われる請求項1〜のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 3 , wherein the hydroxylation reaction is performed in the presence of a disrupted solution prepared from cells in the logarithmic growth phase of microorganisms. L-イソロイシンを水酸化反応に供する、請求項1〜のいずれか1項に記載の製造方法。 Subjecting L- isoleucine hydroxylation reaction process according to any one of claims 1-4. 水酸化酵素が、ジオキシゲナーゼである、請求項1〜のいずれか1項に記載の製造方
法。
Hydroxylase is a dioxygenase, the production method according to any one of claims 1-5.
水酸化酵素が以下の性質を有する、請求項1〜のいずれか1項に記載の製造方法。
(a)補因子として、酸素、Fe2+、アスコルビン酸、及び、2−オキソグルタル酸を要求する。
(b)反応至適pHがpH5〜pH8。
(c)反応至適温度が45℃以下。
(d)50℃以上で失活する。
(e)EDTAやCu2+、Zn2+により阻害される。
The production method according to any one of claims 1 to 6 , wherein the hydroxylase has the following properties.
(A) Oxygen, Fe 2+ , ascorbic acid, and 2-oxoglutaric acid are required as cofactors.
(B) The optimum pH for the reaction is pH 5 to pH 8.
(C) The optimum reaction temperature is 45 ° C. or lower.
(D) Deactivates at 50 ° C. or higher.
(E) It is inhibited by EDTA, Cu 2+ and Zn 2+ .
(f) 配列番号2、8、13、17又は21のアミノ酸配列を有するタンパク質、
(g) 配列番号2、8、13、17又は21のアミノ酸配列において、1又は数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、付加又は逆位を含むアミノ酸配列を有し、L-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性を有するタンパク質、及び、
(h) 配列番号2、8、13、17又は21のアミノ酸配列に対し少なくとも90%の相同性を示すアミノ酸配列を有し、L-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性を有するタンパク質からなる群から選ばれる少なくとも1種のL-イソロイシンジオキシゲナーゼの存在下で水性溶媒中でL-イソロイシンを反応させ、生成した (2S,3R,4S)-4-ヒドロキシ-L-イソロイシンを単離することを含む(2S,3R,4S)-4-ヒドロキシ-L-イソロイシン又はその塩の製造方法。
(f) a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 8, 13, 17 or 21;
(g) L-isoleucine having an amino acid sequence comprising substitution, deletion, insertion, addition or inversion of one or several amino acid residues in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 8, 13, 17 or 21 A protein having dioxygenase activity, and
(h) at least one selected from the group consisting of proteins having an amino acid sequence showing at least 90% homology to the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 8, 13, 17 or 21 and having L-isoleucine dioxygenase activity Reacting L-isoleucine in an aqueous solvent in the presence of the species L-isoleucine dioxygenase and isolating the resulting (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine (2S, 3R , 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine or a salt thereof.
(f) 配列番号2、8、13、17又は21のアミノ酸配列を有するタンパク質、
(g) 配列番号2、8、13、17又は21のアミノ酸配列において、1又は数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、付加又は逆位を含むアミノ酸配列を有し、L-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性を有するタンパク質、及び、
(h) 配列番号2、8、13、17又は21のアミノ酸配列に対し少なくとも90%の相同性を示すアミノ酸配列を有し、L-イソロイシンジオキシゲナーゼ活性を有するタンパク質からなる群から選ばれるL-イソロイシンジオキシゲナーゼを含む細菌の存在下で水性溶媒中でL-イソロイシンを反応させ、生成した (2S,3R,4S)-4-ヒドロキシ-L-イソロイシンを単離することを含む(2S,3R,4S)-4-ヒドロキシ-L-イソロイシン又はその塩の製造方法。
(f) a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 8, 13, 17 or 21;
(g) L-isoleucine having an amino acid sequence comprising substitution, deletion, insertion, addition or inversion of one or several amino acid residues in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 8, 13, 17 or 21 A protein having dioxygenase activity, and
(h) L- selected from the group consisting of proteins having an amino acid sequence showing at least 90% homology to the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 8, 13, 17 or 21 and having L-isoleucine dioxygenase activity Reacting L-isoleucine in an aqueous solvent in the presence of bacteria containing isoleucine dioxygenase and isolating the resulting (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine (2S, 3R, 4S) A process for producing 4-hydroxy-L-isoleucine or a salt thereof.
前記細菌がL-イソロイシンジオキシゲナーゼの活性が増強されるように改変されている請求項に記載の方法。 The method according to claim 9 , wherein the bacterium is modified so that the activity of L-isoleucine dioxygenase is enhanced. L-イソロイシンジオキシゲナーゼの活性が、前記L-イソロイシンジオキシゲナーゼをコードする遺伝子の発現の増大により増強されている請求項10に記載の方法。 The method according to claim 10 , wherein the activity of L-isoleucine dioxygenase is enhanced by an increase in expression of a gene encoding the L-isoleucine dioxygenase. L-イソロイシンジオキシゲナーゼの活性が、前記L-イソロイシンジオキシゲナーゼをコードする遺伝子の発現調節配列の改変、又は、前記L-イソロイシンジオキシゲナーゼをコードする遺伝子のコピー数の増大により増強されている請求項11に記載の方法。 The activity of L-isoleucine dioxygenase is enhanced by modification of an expression regulatory sequence of a gene encoding the L-isoleucine dioxygenase or an increase in the copy number of the gene encoding the L-isoleucine dioxygenase. 11. The method according to 11 . 前記細菌が、Escherichia, Pseudomonas, Corynebacterium, Arthrobacter, Aspergillus又は Bacillus属に属する請求項9〜12のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 9 to 12 , wherein the bacterium belongs to the genus Escherichia, Pseudomonas, Corynebacterium, Arthrobacter, Aspergillus, or Bacillus. 前記細菌が、Escherichia coli, Arthrobacter simplex, Corynebacterium glutamicum, Arthrobactor globiformis, Arthrobactor sulfureus, Arthrobactor viscosus 又はBacillus subtilisに属する請求項13に記載の方法。 The method according to claim 13 , wherein the bacterium belongs to Escherichia coli, Arthrobacter simplex, Corynebacterium glutamicum, Arthrobactor globiformis, Arthrobactor sulfureus, Arthrobactor viscosus, or Bacillus subtilis. 前記細菌が、細菌培養物、細胞、細胞処理物又は細胞破砕液である請求項9〜14のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 9 to 14 , wherein the bacterium is a bacterial culture, a cell, a cell treatment product, or a cell lysate.
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