JP5781325B2 - Method for producing 16α-hydroxylated steroid compound - Google Patents

Method for producing 16α-hydroxylated steroid compound Download PDF

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Description

本発明は、酵素を用いる16α位が水酸化されたステロイド化合物の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a steroid compound in which the 16α-position is hydroxylated using an enzyme.

シトクロムP450 (以下、「P450」という)は、全ての真核生物と、大腸菌などの一部の原核生物を除くすべての生物種に広く保存されている。P450は、現在までに12,456のP450遺伝子が確認されている酵素最大のスーパーファミリーである(非特許文献1)。P450は、1958年にMartin KlingenbergとDavid Garfinkelによって、それぞれラットとブタの肝臓ミクロソーム分画からシトクロム様の一酸化炭素結合スペクトルを示す色素タンパク質として発見された (非特許文献2および3)。その後、1962年に大村と佐藤らは、この肝臓ミクロソーム分画から色素を可溶化すると、420 nm付近に吸収極大を示すシトクロムb5とは異なる新しいシトクロムが得られたと報告した。また、この報告の中で、一酸化炭素結合型をP-450、結合していない状態をP-420と命名した(非特許文献4)。しかしながら、翌年の1963年、Estabrookらのグループは、シトクロムと考えられた上記の色素タンパク質が、17-HydroxyprogesteroneのC21の水酸化反応を行うことを発見した(非特許文献5)。その結果、P450は一酸素原子を基質に添加するモノオキシゲナーゼであることが判明した。だが、すでに“シトクロム”という呼称が一般化していたことから、現在でもシトクロムP450(通常、P450またはCYPと省略して呼ばれる)と呼称されている。その後、大村らのグループによりP450による酸素の活性化機構が提示され、モノオキシゲナーゼとしてのP450の研究が始まった(非特許文献6)。 Cytochrome P450 (hereinafter referred to as “P450”) is widely conserved in all eukaryotes and all species except some prokaryotes such as E. coli. P450 is the largest superfamily of enzymes in which 12,456 P450 genes have been identified so far (Non-patent Document 1). P450 was discovered in 1958 by Martin Klingenberg and David Garfinkel as a chromoprotein showing a cytochrome-like carbon monoxide binding spectrum from rat and porcine liver microsomal fractions (Non-patent Documents 2 and 3). Later, in 1962, Omura and Sato et al. Reported that when the pigment was solubilized from the liver microsome fraction, a new cytochrome different from cytochrome b 5 showing an absorption maximum near 420 nm was obtained. In this report, the carbon monoxide bond type was named P-450, and the unbonded state was named P-420 (Non-patent Document 4). However, in 1963, the following year, the group of Estabrook et al. Discovered that the above-mentioned chromoprotein considered to be cytochrome performs hydroxylation of C21 of 17-Hydroxyprogesterone (Non-patent Document 5). As a result, P450 was found to be a monooxygenase that adds a single oxygen atom to the substrate. However, since the name "cytochrome" has already been generalized, it is still called cytochrome P450 (usually abbreviated as P450 or CYP). Thereafter, the mechanism of oxygen activation by P450 was presented by the group of Omura et al., And research on P450 as a monooxygenase began (Non-Patent Document 6).

P450は真核生物では500前後、原核生物では400前後のアミノ酸残基から構成される。P450は活性中心にプロトヘムを1分子保有するヘムタンパク質である事から真核、原核生物共に赤色を呈する。P450の細胞内局在は、真核生物、原核生物で異なっており、前者は膜画分、後者は細胞質画分に局在する。全てのP450の立体構造は、一辺が約60 Å、厚さは約30 Åの共通したプリズム型を保持している。一次構造には、数カ所の共通した領域があり、中でも、カルボキシル末端から約50〜60アミノ酸残基手前に存在するPhe-X-X-Gly-X-Arg/His-X-Cys-X-Gly(それぞれ配列番号12および13)というヘム結合領域のアミノ酸配列は、全てのP450に保存される配列であり、ゲノム情報からP450遺伝子を同定する際に利用される。これらの共通性から、P450は、同一の祖先に由来すると考えられている(非特許文献7)。P450の分類は、触媒機能が二次代謝物、ステロイドホルモンの生合成、異物代謝、炭化水素の資化など基質、触媒反応ともに多岐に及ぶことから機能ではなく、アミノ酸配列の類似度に基づいて分類される。分類の方法は、シトクロムP450を示すCYPを接頭辞に付け、その後にファミリー番号、サブファミリー番号、遺伝子番号の順に分類する。原則的に、アミノ酸配列が40%以上一致する場合は同一ファミリー、55%以上一致する場合には、同一サブファミリーに分類される。遺伝子番号は発見順に付与される。そして、命名された新規のP450は、順次Dr. Nelsonのホームページに掲載される (http://drnelson.uthsc.edu/CytochromeP450.html)。このようにP450は、アミノ酸配列の相同性によりファミリー、サブファミリーに分類されるが、同一サブファミリーに分類されるP450でも、同じ基質特異性を有することは少ない。このことは、同一サブファミリーに分類されるアミノ酸配列の相同性の基準が55%と低いことから容易に予想され、このような分類だけでは、P450の基質やP450の変換産物を予測することは困難である。 P450 is composed of about 500 amino acid residues in eukaryotes and about 400 amino acids in prokaryotes. Since P450 is a heme protein having one protoheme molecule at the active center, both eukaryotic and prokaryotic organisms exhibit a red color. The intracellular localization of P450 is different in eukaryotes and prokaryotes, with the former localized in the membrane fraction and the latter in the cytoplasmic fraction. All the three-dimensional structures of P450 hold a common prism shape with a side of about 60 mm and a thickness of about 30 mm. The primary structure has several common regions, including Phe-XX-Gly-X-Arg / His-X-Cys-X-Gly (each about 50-60 amino acid residues before the carboxyl terminus). The amino acid sequence of the heme-binding region of SEQ ID NOs: 12 and 13) is a sequence conserved in all P450s, and is used for identifying the P450 gene from genomic information. From these commonality, P450 is considered to be derived from the same ancestor (Non-patent Document 7). The classification of P450 is based on the similarity of the amino acid sequence, not the function, because the catalytic function is diverse in terms of the substrate and catalytic reactions such as secondary metabolites, biosynthesis of steroid hormones, foreign body metabolism, and hydrocarbon utilization. being classified. As a classification method, CYP indicating cytochrome P450 is added to the prefix, followed by classification in the order of family number, subfamily number, and gene number. In principle, when the amino acid sequences match 40% or more, they are classified into the same family, and when they match 55% or more, they are classified into the same subfamily. Gene numbers are assigned in the order of discovery. Named new P450s will be posted on Dr. Nelson's website (http://drnelson.uthsc.edu/CytochromeP450.html). Thus, P450s are classified into families and subfamilies based on amino acid sequence homology, but P450s that are classified into the same subfamily rarely have the same substrate specificity. This is easily predicted because the homology criterion for amino acid sequences classified into the same subfamily is as low as 55%, and it is not possible to predict P450 substrates or P450 conversion products with such classification alone. Have difficulty.

P450は、炭化水素や芳香族化合物のように、化学的に非常に安定な化合物のC-H結合の水酸化反応を触媒する。しかしながら、P450の触媒反応は水酸化反応だけではない。現在判明しているP450の触媒反応は、水酸化のほかに、エポキシ化、O-脱メチル化、スルホキシド化、酸化的アリル転移(非特許文献8)、酸化的Baeyer-Villiger反応(非特許文献9)等の様々な反応を触媒する(非特許文献9)。さらに、基質となる化合物の大きさは、2-ブロモフェノール (Mr 173)のような低分子から、シクロスポリン(Cyclosporin)A (Mr 1202)の様に非常に大きな化合物まで触媒可能であり、基質適応性の広さが特徴的である。 P450 catalyzes the hydroxylation of CH bonds of chemically very stable compounds such as hydrocarbons and aromatic compounds. However, the catalytic reaction of P450 is not limited to the hydroxylation reaction. Catalytic reactions of P450 currently known include epoxidation, O-demethylation, sulfoxidation, oxidative allyl transfer (Non-Patent Document 8), and oxidative Baeyer-Villiger reaction (Non-Patent Document) in addition to hydroxylation. It catalyzes various reactions such as 9) (Non-patent Document 9). Furthermore, the size of the compound as a substrate can be catalyzed from small molecules such as 2-bromophenol (M r 173) to very large compounds such as Cyclosporin A (M r 1202), The wide range of substrate adaptability is characteristic.

P450がモノオキシゲナーゼとして機能するには、通常、NAD(P)H由来の電子をP450に伝達する電子伝達タンパク質を必要とする。放線菌を始めとする細菌由来のP450は通常、フェレドキシンレダクターゼ(ferredoxin reductase;FADを補酵素とする)とフェレドキシン(ferredoxin;Fe-S小タンパク質)(この2つのタンパク質を総称して、電子伝達タンパク質、またはレドックス(redox;酸化還元)パートナータンパク質と呼ばれている。)を必要とする(非特許文献10)。P450の機能解析を実施する場合においても、電子伝達タンパク質を必要とするが、P450はこれらの電子伝達タンパク質との相性が厳しく、しかもP450自体が失活しやすい不安定酵素であることから、せっかく新しいP450遺伝子を取得しても、その機能を発現させることは困難であることが多かった。 In order for P450 to function as a monooxygenase, an electron transfer protein that normally transfers electrons derived from NAD (P) H to P450 is required. P450 derived from bacteria such as actinomycetes is usually ferredoxin reductase (ferredoxin reductase) and ferredoxin (Fe-S small protein) (collectively these two proteins are electron transfer proteins) Or a redox partner protein) (Non-patent Document 10). Even when conducting functional analysis of P450, electron transfer proteins are required, but because P450 has a strict compatibility with these electron transfer proteins and P450 itself is an unstable enzyme, Even when a new P450 gene was obtained, it was often difficult to express its function.

P450の触媒機能の解析は、前述の通り複雑な反応系が必要であり、機能解析が困難な場合が多い(非特許文献11)。この対応策として、P450(特に真核生物由来のP450)の機能解析研究では、パン酵母(Saccharomyces cerevisiae)の機能発現系が広く利用されている。パン酵母の機能発現系は、酵母に元々存在するNADPH-P450還元酵素(電子伝達タンパク質に相当する)を利用して、基質触媒反応試験を実施する。酵母のP450還元酵素は、真核生物のミクロソームに存在するP450(class IIに属するP450と言われる)(非特許文献11)との適応性が比較的高いため、電子伝達タンパク質の検討を行わずに結果を得られる場合が多い。しかしながら、酵母機能発現系にはいくつかの問題点が存在する。一つ目の問題点は、パン酵母はCYP51、CYP56、およびCYP61の3種類のP450を保有しており、これらのP450による影響を考慮する必要がある。そのため、異種生物のP450遺伝子を導入し、機能発現解析を実施する場合、その影響の有無を検証する必要がある。二つ目の問題点は、原核生物由来のP450や真核生物のミトコンドリアで機能するP450 (class Iに属するP450と言われる)(非特許文献11)と酵母に存在するNADPH-P450還元酵素との相性の問題がある。酵母のNADPH-P450還元酵素は、class IIに属するP450への適応性は高いが、class Iに属するP450との相性には問題がある場合が多い。 The analysis of the catalytic function of P450 requires a complicated reaction system as described above, and the functional analysis is often difficult (Non-patent Document 11). As a countermeasure, functional expression systems for baker's yeast ( Saccharomyces cerevisiae ) are widely used in functional analysis studies of P450 (especially P450 derived from eukaryotes). The functional expression system of baker's yeast performs a substrate catalytic reaction test using NADPH-P450 reductase (which corresponds to an electron transfer protein) originally present in yeast. Yeast P450 reductase has a relatively high adaptability to P450 (referred to as P450 belonging to class II) present in eukaryotic microsomes (Non-patent Document 11), so electron transfer proteins are not examined. In many cases, results can be obtained. However, there are some problems in the yeast function expression system. The first problem is that baker's yeast possesses three types of P450s, CYP51, CYP56, and CYP61, and it is necessary to consider the effects of these P450s. Therefore, when introducing a P450 gene of a heterologous organism and conducting functional expression analysis, it is necessary to verify the presence or absence of the effect. The second problem is that P450 derived from prokaryotes and P450 functioning in eukaryotic mitochondria (referred to as P450 belonging to class I) (Non-patent Document 11) and NADPH-P450 reductase present in yeast. There is a compatibility problem. Although yeast NADPH-P450 reductase is highly adaptable to P450 belonging to class II, there are many problems with compatibility with P450 belonging to class I.

対して、大腸菌(Escherichia coli)を用いたP450遺伝子の機能発現系の場合、形質転換等の遺伝子操作が簡便であることに加え、P450を保有しないことから大腸菌機能解析系の利点は多い。ただし、大腸菌機能解析系は、P450への電子伝達タンパク質の選択が問題となる。大腸菌はP450を保有しないことから、通常はP450に対応する電子伝達タンパク質もまた保有しない。そのため、細菌に多く見られるNAD(P)H‐鉄硫黄タンパク質還元酵素(フェレドキシンレダクターゼ)と鉄硫黄タンパク質(フェレドキシン)からなる電子伝達タンパク質の代用となる汎用性の高い電子伝達タンパク質が求められていた(非特許文献11)。 On the other hand, in the case of a functional expression system of the P450 gene using Escherichia coli , there are many advantages of the E. coli functional analysis system because it does not have P450 in addition to simple genetic manipulation such as transformation. However, the E. coli function analysis system has a problem in selecting an electron transfer protein to P450. Since E. coli does not possess P450, it usually does not also possess an electron transfer protein corresponding to P450. Therefore, a highly versatile electron transfer protein that can substitute for an electron transfer protein consisting of NAD (P) H-iron sulfur protein reductase (ferredoxin reductase) and iron sulfur protein (ferredoxin), which is often found in bacteria, has been demanded. (Non-Patent Document 11).

ロドコッカス(Rhodococcus)属 NCIMB 9784株に由来するP450RhF(CYP116)は、フェレドキシンレダクターゼ(FMNを補酵素とする)とフェレドキシン(Fe-S小タンパク質)からなる還元酵素末端(reductase domain、還元酵素ペプチド、電子伝達タンパク質部分;C末側)がリンカー配列を介してP450本体タンパク質(N末側)と連結した融合型タンパク質であり、一般的なP450とは異なる珍しい構造を持つことが、エジンバラ大学のグループによって発見された(非特許文献12)。野舘らは、このP450RhFのリンカー配列を含む還元酵素ドメインを基に、機能解析対象であるP450遺伝子のクローニング部位としてNdeI部位およびEcoRI部位を付与した大腸菌機能発現ベクターpREDを作製した(特許文献1および非特許文献13)。なお、pREDのベースベクターには、T7lacプロモーター(以下T7プロモーターと呼ぶ)により導入遺伝子の発現制御を行うpET21a(Novagen社製)が使用された。pREDベクターの構造を図1に示す。pREDベクターの利用により、いくつかの細菌由来のP450遺伝子(P450cam(CYP101)、P450Bzo(CYP203)、P450balk(CYP153)、CYP110E1)を大腸菌で人工の融合型タンパク質として発現させ、モノオキシゲナーゼとしての機能を発現できることが示された(特許文献1、特許文献2、特許文献3、非特許文献13および非特許文献14)。この大腸菌機能発現系の最大の利点は、今まで機能発現が困難であった細菌由来のP450を汎用的に、且つ効率良く発現できることである。そのため、異種生物由来のP450の機能解析に適していると考えられた。 P450RhF (CYP116) derived from Rhodococcus genus NCIMB 9784 is a reductase domain (reductase domain, reductase peptide, electron) consisting of ferredoxin reductase (FMN as coenzyme) and ferredoxin (Fe-S small protein) It is a fusion protein in which the transfer protein part (C-terminal side) is linked to the P450 body protein (N-terminal side) via a linker sequence, and it has a rare structure different from general P450. (Non-Patent Document 12). Based on the reductase domain containing the linker sequence of P450RhF, Nozaki et al. Produced an E. coli functional expression vector pRED with an Nde I site and an EcoR I site as the cloning site for the P450 gene to be analyzed (patent) Document 1 and Non-Patent Document 13). As a pRED base vector, pET21a (manufactured by Novagen), which controls the expression of a transgene with a T7 lac promoter (hereinafter referred to as T7 promoter), was used. The structure of the pRED vector is shown in FIG. By using the pRED vector, P450 genes derived from several bacteria (P450cam (CYP101), P450Bzo (CYP203), P450balk (CYP153), CYP110E1)) are expressed as artificial fusion proteins in E. coli and function as monooxygenases. It was shown that it can be expressed (Patent Literature 1, Patent Literature 2, Patent Literature 3, Non-Patent Literature 13 and Non-Patent Literature 14). The greatest advantage of this E. coli functional expression system is that P450 derived from bacteria, whose functional expression has been difficult until now, can be expressed universally and efficiently. Therefore, it was considered suitable for functional analysis of P450 derived from different organisms.

現在、ストレプトマイセス属は5種のゲノムの解読が終了しており、そのゲノム配列情報が公開されている(ストレプトマイセス・エバーメチルス(Streptomyces avermitilis);http://www.ls.kitasato-u.ac.jp/、 ストレプトマイセス・グリセウス (Streptomyces griseus); http://streptomyces.nih.go.jp/griseus/、 ストレプトマイセス・セリカラー A3(2))(Streptomyces coelicolor A3(2));http://www.sanger.ac.uk/resources/downloads/bacteria/streptomyces-coelicolor.html、 ストレプトマイセス・スカビエ(Streptomyces scabiei);http://www.sanger.ac.uk/resources/downloads/bacteria/streptomyces-scabies.html、 ストレプトマイセス・ビンチェンジェンシス (Streptomyces bingchenggensis BCW-1); http://gib.genes.nig.ac.jp/single/main.php?spid=Sbin_BCW1)。抗生物質を始めとする多様な二次代謝物を生産するストレプトマイセス属は、一般的なバクテリアと比較して多くのP450遺伝子を保有する(15分子種〜34分子種)。公開されたゲノム情報から22ファミリー、92分子種のP450遺伝子配列が確認された。例えば、CYP154ファミリーは、上記のゲノム解析が終了した5種全てに保存されており、それぞれ1〜3分子種保存されている。 At present, the genome of the Streptomyces genus has been decoded and its genome sequence information has been released ( Streptomyces avermitilis ); http: //www.ls.kitasato-u .ac.jp /, Streptomyces griseus ; http://streptomyces.nih.go.jp/griseus/, Streptomyces coelicolor A3 (2)) ( Streptomyces coelicolor A3 (2)); http://www.sanger.ac.uk/resources/downloads/bacteria/streptomyces-coelicolor.html, Streptomyces scabiei ; http://www.sanger.ac.uk/resources/downloads/ bacteria / streptomyces-scabies.html, Streptomyces bingchenggensis BCW-1; http://gib.genes.nig.ac.jp/single/main.php?spid=Sbin_BCW1). The genus Streptomyces, which produces various secondary metabolites including antibiotics, has more P450 genes (15 to 34 molecular species) than general bacteria. From the published genome information, 22 families and 92 molecular species of P450 gene sequences were confirmed. For example, the CYP154 family is stored in all five species for which the above-described genome analysis has been completed, and is stored in one to three molecular species.

ストレプトマイセス属由来のP450の基質化合物は、二次代謝物の生合成クラスターに含まれる分子種を除き、ほとんど不明である。   The substrate compound of P450 derived from the genus Streptomyces is almost unknown except for the molecular species contained in the biosynthetic cluster of secondary metabolites.

CYP154ファミリーは、ストレプトマイセス属を中心に広く保存されている。これまでに2分子種の三次元立体構造が明らかにされたが、ストレプトマイセス属由来のCYP154の触媒反応は不明である(非特許文献15および16)。ただし、ノカルディア ファルシニカ IFM 10152株(Nocardia farcinica)由来のCYP154がテストステロンの16α位に水酸基を導入する事が以前に報告されている(非特許文献17)が、テストステロンの基質濃度が0.1 mMと低い中で変換率は50%程度と低く、変換物の生産レベルには至っていないと言える。また、サーモビフィーダ フスカ(Thermobifida fusca)由来のCYP154H1の機能解析研究では、エチルベンゼン、n-プロピルベンゼン、スチレン、インドール、チオアニソールを始めとするスフィドなどを基質とした変換例が報告されている(非特許文献18)。 The CYP154 family is widely conserved, mainly in the genus Streptomyces. So far, the three-dimensional structure of two molecular species has been clarified, but the catalytic reaction of CYP154 derived from the genus Streptomyces is unknown (Non-patent Documents 15 and 16). However, it has been previously reported that CYP154 derived from Nocardia Farcinica IFM strain 10152 ( Nocardia farcinica ) introduces a hydroxyl group at the 16α position of testosterone (Non-patent Document 17), but the substrate concentration of testosterone is as low as 0.1 mM. Among them, the conversion rate is as low as about 50%, and it can be said that the production level of the conversion product has not been reached. In addition, in the functional analysis of CYP154H1 derived from Thermobifida fusca , conversion examples using ethylbenzene, n-propylbenzene, styrene, indole, thioanisole and other sfides as substrates are reported ( Non-patent document 18).

上述したように、P450ファミリー群は基質適応性 (基質特異性)が極めて広く、触媒反応が多岐に及ぶために基質の同定が難しく、ゲノム上にP450の遺伝子が確認されても機能の推定に至る例は少ない。そのため、これまでのP450の研究は、代謝物解析の研究が進み、基質の推定が比較的容易であるヒトをはじめとする動物、あるいは同様に代謝物解析が積極的に実施されている植物由来のP450を中心に研究が行われてきた。一方、細菌に由来するP450は、ゲノム解析の進展から多くのP450遺伝子配列が確認されているが、代謝物解析情報が非常に少ないことを一因として機能解析研究例が動植物のP450に比べて極端に少ない。機能解析に成功した細菌由来P450の一例として、放線菌由来のP450は、ペニシリン(penicillin)、エリスロマイシン(Erythromycin)、エバーメクチン(Avermectin)等の抗生物質の生合成に関与しているものが挙げられる。また、樟脳、シネオール(cineol)、テルピネオール(terpineol)等のテルペン類を炭素源として利用する細菌では、P450がこれらの資化に重要な役割を担っている。このように、細菌由来のP450の中には有機化学合成では合成困難な化合物への代謝に関与するP450の分子種が多数存在することが予想されており、新規の触媒機能を有するP450の同定や、その触媒反応の解明および産業への利用が望まれている。 As mentioned above, the P450 family group has a very wide substrate adaptability (substrate specificity), and the catalytic reaction is so diverse that it is difficult to identify the substrate. Even if the P450 gene is confirmed on the genome, the function can be estimated. There are few examples. Therefore, the research of P450 so far has been progressed in metabolite analysis, and it is derived from animals such as humans whose metabolism is relatively easy to estimate, or plants where metabolite analysis is also actively conducted. Research has been conducted mainly on P450. On the other hand, many P450 gene sequences have been confirmed for bacterial-derived P450s due to the progress of genome analysis, but functional analysis research examples are compared to P450s for animals and plants, partly because there is very little information on metabolite analysis. Extremely few. As an example of bacteria-derived P450 that has been successfully analyzed for its function, actinomycete-derived P450 includes those involved in biosynthesis of antibiotics such as penicillin, erythromycin, and vermectin. Moreover, in bacteria using terpenes such as camphor, cineol and terpineol as a carbon source, P450 plays an important role in assimilation of these. Thus, it is expected that there are many P450 molecular species involved in metabolism to compounds that are difficult to synthesize using organic chemical synthesis in P450 derived from bacteria, and identification of P450 having a novel catalytic function In addition, elucidation of the catalytic reaction and utilization in industry are desired.

ステロイドは、シクロペンタヒドロフェナントレンを基本骨格とし、その一部あるいはすべての炭素が水素化されている化合物である。ステロイド化合物は、通常は10位と13位の炭素にメチル基を有し、また、様々な位置の炭素に水酸基、オキソ基、アルキル基などの様々な置換基が結合している多様な化合物群である。ステロイド化合物は、ほとんどの生物の生体内でメバロン酸経路にて生合成されたスクワレンが様々な環化酵素により様々なステロイド骨格が形成され、さらにP450を始めとする酵素によって多段階で修飾されることにより多様なステロイド化合物が生合成される。ステロイド化合物は、中性脂質、タンパク質、および糖類と共に細胞膜の重要な構成成分となっているほか、胆汁に含まれる胆汁酸や、性ホルモン、糖質コルチノイド、鉱質コルチノイドなど生体維持に重要なステロイドホルモンや昆虫の変態ホルモンとして、生体に幅広く利用されている。例えば、プロゲストゲンやエストゲンの誘導体は避妊薬として広く使用され、テストステロンは成長促進剤として使用されている。アンチアンドロゲンは前立腺ガンの治療薬として使用されている。コルチゾン、コルチゾル、プレドニゾロンおよびプレドニゾン並びにこれらの誘導体は、皮膚疾患、リューマチ、アレルギー疾患および腎臓病などの治療薬として使用されている。さらに、ステロイド化合物のD環の16α位が水酸化されたステロイド化合物の中には、様々な機能や用途があることが知られている。例えば、16α−ヒドロキシ−デヒドロエピアンドロステロンは、胎児中のみに存在する副腎皮質ステロイドホルモンで、胎盤エストリオールの基になる重要な前駆物質であり、16α−ヒドロキシ−デヒドロエピアンドロステロンを測定することにより胎児副腎−肝臓系機能の指標とすることのできる有用な化合物である。エストロンの16α位が水酸化されたエストリオールは、妊娠後期に胎盤より多量に分泌され、エストロン・エストラジオールの子宮興奮作用を抑制し、胎児−胎盤機能に対し、生理的に重要な意義を持ち、特に尿中エストリオール値は、胎児、胎盤、母体系機能の指標として、臨床上最もよく測定されている。16α−ヒドロキシ−Δ4−アンドロステン−3,17−ジオンおよび16α−テストステロンは、アンドロゲン作用を有する。さらに、16α−ヒドロキシプロゲステロンは、アロプレグナン−3,6,20−トリオンやプレグナン−3,11,20−トリオンの合成原料として有用である。16α−ヒドロキシ−11−デオキシコルチコステロンは、Δ4−アンドロステン−3,16−ジオンの合成原料として有用である。   Steroids are compounds in which cyclopentahydrophenanthrene is the basic skeleton and some or all of the carbons are hydrogenated. Steroidal compounds usually have methyl groups at the 10th and 13th carbons, and various compound groups in which various substituents such as hydroxyl groups, oxo groups, and alkyl groups are bonded to carbons at various positions. It is. In steroid compounds, squalene biosynthesized via the mevalonate pathway in most living organisms forms various steroid skeletons by various cyclases, and is modified in multiple steps by enzymes such as P450. As a result, various steroid compounds are biosynthesized. Steroid compounds are important components of cell membranes along with neutral lipids, proteins, and saccharides. In addition, bile acids contained in bile, steroids important for biological maintenance such as sex hormones, glucocortinoids, and mineral cortinoids. It is widely used in living organisms as hormones and insect transformation hormones. For example, progestogens and estrogen derivatives are widely used as contraceptives, and testosterone is used as a growth promoter. Antiandrogens are used as a treatment for prostate cancer. Cortisone, cortisol, prednisolone and prednisone and their derivatives are used as therapeutic agents for skin diseases, rheumatism, allergic diseases and kidney diseases. Furthermore, it is known that steroid compounds in which the 16α-position of the D ring of the steroid compound is hydroxylated have various functions and uses. For example, 16α-hydroxy-dehydroepiandrosterone is a corticosteroid hormone that exists only in the fetus and is an important precursor underlying placental estriol, and it measures 16α-hydroxy-dehydroepiandrosterone. It is a useful compound that can be used as an indicator of fetal adrenal-liver system function. Estrone, which is hydroxylated at the 16α position of estrone, is secreted in a large amount from the placenta in the late stage of pregnancy, suppresses the uterine excitatory action of estrone and estradiol, and has physiologically significant significance for fetal-placental function, In particular, urinary estriol levels are best measured clinically as indicators of fetal, placental, and maternal system function. 16α-hydroxy-Δ4-androstene-3,17-dione and 16α-testosterone have androgenic action. Furthermore, 16α-hydroxyprogesterone is useful as a raw material for the synthesis of allopregnan-3,6,20-trione and pregnane-3,11,20-trione. 16α-hydroxy-11-deoxycorticosterone is useful as a raw material for the synthesis of Δ4-androstene-3,16-dione.

このように、16α位が水酸化されたステロイド化合物には、臨床検査や代謝物測定における標準品、創薬におけるシード・リード化合物の創生、合成中間体などの様々な有用な用途がある。しかしながら、16α位が水酸化されたステロイド化合物の構造は、多様で、且つ複雑であるが故に、化学合成では多工程を要し、合成が困難であることが多い。このため、16α位が水酸化されたステロイド化合物の簡便で効率の良い製造方法の開発が望まれていた。   Thus, steroid compounds hydroxylated at the 16α position have various useful applications such as standard products for clinical examination and metabolite measurement, creation of seed / lead compounds in drug discovery, and synthetic intermediates. However, the structure of steroid compounds hydroxylated at the 16α position is diverse and complicated, and therefore chemical synthesis requires many steps and is often difficult to synthesize. For this reason, development of a simple and efficient method for producing a steroid compound hydroxylated at the 16α position has been desired.

国際公開WO2006/051729号公報International Publication WO2006 / 051729 特開2009−5687号公報JP 2009-5687 A 特開2010−220609号公報JP 2010-220609 A

David R. Nelson Progress in tracing the evolutionary paths of cytochrome P450. Biochimica et Biophysica Acta 1814: 14-18 (2011)David R. Nelson Progress in tracing the evolutionary paths of cytochrome P450. Biochimica et Biophysica Acta 1814: 14-18 (2011) Klingenberg, M. Pigments of Rat Liver Microsomes. Arch. Biochem. Biophys. 75: 376-386 (1958)Klingenberg, M. Pigments of Rat Liver Microsomes. Arch. Biochem. Biophys. 75: 376-386 (1958) Garfinkel, David. Studies on pig liver Microsomes. I. enzymic and pigment composition of different microsomal fraction. Arch. Biochem. Biophys. 77: 493-509 (1958)Garfinkel, David. Studies on pig liver Microsomes. I. enzymic and pigment composition of different microsomal fraction. Arch. Biochem. Biophys. 77: 493-509 (1958) Omura, T. and Sato, R. A new cytochrome in liver Microsomes. J. Biol. Chem. 237: 1375-1376 (1962)Omura, T. and Sato, R. A new cytochrome in liver Microsomes. J. Biol. Chem. 237: 1375-1376 (1962) Estabrook, R.W., Cooper, D.Y. and Rosenthal, O. The light reversible carbon monoxide inhibition of the steroid C21-hydroxylase system of the adrenal cortex. Biochem. Z. 338: 741-755 (1963)Estabrook, R.W., Cooper, D.Y. and Rosenthal, O. The light reversible carbon monoxide inhibition of the steroid C21-hydroxylase system of the adrenal cortex. Biochem. Z. 338: 741-755 (1963) Omura, T., Sato, R., Cooper, D.Y., Rosenthal, O. and Estabrook, R.W. Function of cytochrome P-450 of Microsomes. Fed. Proc. 24: 1181-1189 (1965)Omura, T., Sato, R., Cooper, D.Y., Rosenthal, O. and Estabrook, R.W.Function of cytochrome P-450 of Microsomes. Fed. Proc. 24: 1181-1189 (1965) Degtyarenko, K.N., Archakov, A.I. Molecular evolution of P450 superfamily and P450-containing monooxygenase systems. FEBS. Lett. 332: 1-8 (1993)Degtyarenko, K.N., Archakov, A.I.Molecular evolution of P450 superfamily and P450-containing monooxygenase systems.FEBS. Lett. 332: 1-8 (1993) Sawada, Y., Kinoshita, K., Akashi, T., Aoki, T. and Ayabe, S. Key amino acid residues require for aryl migration catalysed by the cytochrome P450 2-hydroxyisoflavanone synthase. Plant J. 31: 555-564 (2002)Sawada, Y., Kinoshita, K., Akashi, T., Aoki, T. and Ayabe, S. Key amino acid residues require for aryl migration catalysed by the cytochrome P450 2-hydroxyisoflavanone synthase.Plant J. 31: 555-564 (2002) Kim, T.W., Hwang, J.Y., Kim, Y.S., Joo, S.H., Chang, S.C., Lee, J.S., Takatsuto, S. and Kim, S.K. Arabidopsis CYP85A2, a cytochrome P450, Mediates the Baeyer-Villiger oxidation of castasterone to brassinolide in brassinosteroid biosynthesis. Plant Cell 17: 2397-2412 (2005)Kim, TW, Hwang, JY, Kim, YS, Joo, SH, Chang, SC, Lee, JS, Takatsuto, S. and Kim, SK Arabidopsis CYP85A2, a cytochrome P450, Mediates the Baeyer-Villiger oxidation of castasterone to brassinolide in brassinosteroid biosynthesis. Plant Cell 17: 2397-2412 (2005) Isin, E.M. Guengerich, F.P. Complex reactions catalyzed by cytochrome P450 enzymes. Biochim. Biophys, Acta. 1770: 314-329 (2007)Isin, E.M.Gugerich, F.P.Complex reactions catalyzed by cytochrome P450 enzymes.Biochim. Biophys, Acta. 1770: 314-329 (2007) F. Hannemann et al, Cytochrome P450 systems--biological variations of electron transport chains. Biochim. Biophys. Acta, 1770: 330-344 (2007)F. Hannemann et al, Cytochrome P450 systems--biological variations of electron transport chains. Biochim. Biophys. Acta, 1770: 330-344 (2007) G. A. Roberts et al, Identification of a New Class of Cytochrome P450 from a Rhodococcus sp. J. Bacteriol. 184: 3898-3908 (2002)G. A. Roberts et al, Identification of a New Class of Cytochrome P450 from a Rhodococcus sp. J. Bacteriol. 184: 3898-3908 (2002) M. Nodate et al, Functional expression system for cytochrome P450 genes using the reductase domain of self-sufficient P450RhF from Rhodococcus sp. NCIMB 9784. Appl. Microbiol. Biotechnol., 71: 455-462 (2006)M. Nodate et al, Functional expression system for cytochrome P450 genes using the reductase domain of self-sufficient P450RhF from Rhodococcus sp.NCIMB 9784.Appl.Microbiol.Biotechnol., 71: 455-462 (2006) T. Otomatsu et al, Bioconversion of aromatic compounds by Escherichia coli that expresses cytochrome P450 CYP153A13a gene isolated from an alkane-assimilating marine bacterium Alcanivorax borkumensis. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, 66: 234-240 (2010)T. Otomatsu et al, Bioconversion of aromatic compounds by Escherichia coli that expresses cytochrome P450 CYP153A13a gene isolated from an alkane-assimilating marine bacterium Alcanivorax borkumensis. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, 66: 234-240 (2010) Rarissa m, podust et al, Comparison of the 1.85 Å structure of CYP154A1 from Streptomyces coelicolor A3(2) with the closely related CYP154C1 and CYPs from antibiotic biosynthetic pathways. Protein Science., 13: 255-268 (2004)Rarissa m, podust et al, Comparison of the 1.85 Å structure of CYP154A1 from Streptomyces coelicolor A3 (2) with the closely related CYP154C1 and CYPs from antibiotic biosynthetic pathways.Protein Science., 13: 255-268 (2004) Rarissa m, podust et al, The 1.92-Å structure of Streptomyces coelicolor A3(2) CYP154C1. The Journal of Biological Chemistry., 278(14): 12214-12221 (2003)Rarissa m, podust et al, The 1.92-Å structure of Streptomyces coelicolor A3 (2) CYP154C1. The Journal of Biological Chemistry., 278 (14): 12214-12221 (2003) H. Agematu et al, Hydroxylation of Testosterone by Bacterial Cytochromes P450 Using the Escherichia coli Expression System. Biosci. Biotechnol. Biochem., 70(1): 307-311 (2006)H. Agematu et al, Hydroxylation of Testosterone by Bacterial Cytochromes P450 Using the Escherichia coli Expression System. Biosci. Biotechnol. Biochem., 70 (1): 307-311 (2006) Anett Schallmey et al, Characterization of cytochrome P450 monooxygenase CYP154H1 from the thermophilic soil bacterium Thermobifida fusca. Appl. Microbiol. Biotechnol., 89: 1475-1485 (2011)Anett Schallmey et al, Characterization of cytochrome P450 monooxygenase CYP154H1 from the thermophilic soil bacterium Thermobifida fusca. Appl. Microbiol. Biotechnol., 89: 1475-1485 (2011)

本発明は、シトクロムP450のファミリー154(CYP154)に属するタンパク質、またはCYP154に属するタンパク質を合成させた大腸菌等の生きた細胞を用いて効率良く、置換基を有するステロイド化合物のD環16α位に位置選択的、かつ立体選択的に水酸基を導入する方法を提供することを主な課題とする。   The present invention is an efficient use of a protein belonging to cytochrome P450 family 154 (CYP154) or a living cell such as Escherichia coli synthesized with a protein belonging to CYP154, which is located at the D ring 16α position of a steroid compound having a substituent. The main object is to provide a method for introducing a hydroxyl group selectively and stereoselectively.

発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究を行い、細菌由来のP450のバイオコンバージョン技術への応用を目的として、新規の触媒機能を有するP450の探索を後述するように行った。
研究を行う対象として、すでにゲノム情報が公開されている、放線菌 ストレプトマイセス グリセウス (Streptomyces griseus) NBRC 13350株由来の 27個のP450遺伝子を取得した。そして、これらのP450遺伝子の機能解析を、pREDベクター(図1、特許文献1、非特許文献13および非特許文献14)を用いて行った。
The inventors conducted intensive research to solve the above-mentioned problems, and conducted a search for P450 having a novel catalytic function as described below for the purpose of applying P450 derived from bacteria to bioconversion technology.
27 P450 genes derived from the Streptomyces griseus NBRC 13350 strain, whose genome information has already been made public, were obtained as subjects for research. And the functional analysis of these P450 genes was performed using the pRED vector (FIG. 1, patent document 1, nonpatent literature 13 and nonpatent literature 14).

pREDベクターは、上述したように、ロドコッカス属NCIMB 9784株が保有するP450RhF(非特許文献12)が、一般的なP450とは異なる構造(NAD(P)H-鉄イオウタンパク質還元酵素 (フェレドキシンレダクターゼ)領域と鉄イオウタンパク質 (フェレドキシン)領域とからなるP450還元酵素末端 (C末端側)が、リンカー配列を介してP450タンパク質と一本のポリペプチド鎖として融合している構造)を有することに着目して作製された。そして、pREDベクターは、T7プロモーターにより導入遺伝子の発現制御行うpET21a (Novagen社製)を元に、P450RhFのリンカー配列を含む還元酵素末端とP450遺伝子のクローニング部位としてNdeIとEcoRI部位を付与した異種由来P450の大腸菌用機能発現ベクター(図1)である。このpREDベクターに異種細菌由来のいくつかのP450遺伝子を連結し、大腸菌で機能解析することにより、既に該ベクターの汎用性が確認されている(特許文献1、特許文献2、特許文献3、非特許文献13および非特許文献14)。 As described above, the pRED vector has a structure in which P450RhF (Non-patent Document 12) possessed by Rhodococcus sp. NCIMB 9784 is different from general P450 (NAD (P) H-iron sulfur protein reductase (ferredoxin reductase)) The P450 reductase end (C-terminal side) consisting of the region and the iron sulfur protein (ferredoxin) region has a structure in which it is fused with the P450 protein as a single polypeptide chain via a linker sequence) Was made. Based on pET21a (manufactured by Novagen) that controls the expression of the transgene by the T7 promoter, the pRED vector was given a reductase end containing the P450RhF linker sequence and an Nde I and Eco RI site as the cloning site for the P450 gene. It is a functional expression vector for E. coli of heterologous P450 (FIG. 1). By linking several P450 genes derived from different bacteria to this pRED vector and analyzing the function in E. coli, the versatility of the vector has already been confirmed (Patent Document 1, Patent Document 2, Patent Document 3, Non-Patent Document Patent Document 13 and Non-Patent Document 14).

その結果、新規の触媒機能を有するP450の探索過程において、CYP154に属するP450(CYP154)、例えば配列番号1で表されるアミノ酸配列からなるポリペプチド(SGR 1085 (CYP154))を用いると、置換基を有する種々のステロイド化合物のD環16α位に位置・立体選択的に水酸基を導入できることを見出した。その産物には、16α-ヒドロキシ-4-プレグネン-3, 11, 20-トリオン、16α-ヒドロキシアドレノステロンのように新規化合物も含まれていた。ステロイド化合物を生合成しない放線菌由来のP450がこのような触媒反応を担うというのは、全く予想外の知見であった。   As a result, when a P450 belonging to CYP154 (CYP154), for example, a polypeptide consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 (SGR 1085 (CYP154)) is used in the process of searching for P450 having a novel catalytic function, It was found that a hydroxyl group can be introduced in a position-stereoselective manner at the D ring 16α position of various steroidal compounds having benzene. The product also contained new compounds such as 16α-hydroxy-4-pregnene-3, 11, 20-trione, 16α-hydroxyadrenosterone. It was a completely unexpected finding that P450 derived from actinomycetes that do not biosynthesize steroid compounds is responsible for such catalytic reactions.

すなわち本発明者らは、以下の知見を得た。
(i) CYP154に属するタンパク質またはこれを含む人工の融合型タンパク質をモノオキシゲナーゼとして機能させ、置換基を有するステロイド化合物に作用させることにより、このステロイド化合物のD環16α位に位置選択的、かつ立体選択的に水酸基を効率的に導入できる。
(ii) 上記の反応は、例えば、CYP154に属するタンパク質またはこれを含む融合型タンパク質と、必要に応じて(特に前者の場合)CYP154に属するタンパク質に電子を伝達するタンパク質(電子伝達タンパク質;レドックスパートナータンパク質)とを共に発現する組換えベクターを導入した形質転換体をステロイド化合物に作用させることにより行うことができるが、従来のpREDベクターにCYP154に属するタンパク質をコードする遺伝子を挿入した組換えベクターで大腸菌(エシェリキア・コリ)を形質転換した形質転換体を用いれば、水酸基導入反応が進行し易い。
(iii) 上記の反応は、CYP154に属するタンパク質またはこれを含む融合型タンパク質を発現する大腸菌等の生きた細胞を用いて行うことができるので、高価なNADPHまたはNADHの添加が不要で、また、反応の際に酵素を精製して使用する必要がなく、しかも反応後は遠心分離等により菌体を容易に除去することができることから、生成物の精製も容易である。このため、目的化合物を酵素法で安価で簡便に、しかも大量に製造することができる。
That is, the present inventors have obtained the following knowledge.
(I) By making a protein belonging to CYP154 or an artificial fusion protein containing the same function as a monooxygenase and acting on a steroid compound having a substituent, the steroid compound is regioselectively and stereotactically located at the D ring 16α position. A hydroxyl group can be selectively introduced efficiently.
(ii) For example, the above reaction may be carried out by using a protein belonging to CYP154 or a fusion protein containing the protein and a protein (electron transfer protein; redox partner) that transmits electrons to the protein belonging to CYP154 as necessary (particularly in the former case). A recombinant vector in which a gene encoding a protein belonging to CYP154 is inserted into a conventional pRED vector. If a transformant obtained by transforming Escherichia coli (Escherichia coli) is used, the hydroxyl group introduction reaction is likely to proceed.
(Iii) The above reaction can be performed using living cells such as E. coli that express a protein belonging to CYP154 or a fusion protein containing the same, so that it is not necessary to add expensive NADPH or NADH. It is not necessary to purify and use the enzyme during the reaction, and after the reaction, the cells can be easily removed by centrifugation or the like, so that the product can be easily purified. For this reason, the target compound can be produced inexpensively, easily and in large quantities by an enzymatic method.

本発明は上記知見に基づき完成されたものであり、以下の各項の新規なステロイド化合物の効率の良い製造方法を提供する。
項1. シトクロムP450のファミリー154(CYP154)に属するタンパク質またはこれを含む融合型タンパク質をモノオキシゲナーゼとして機能させ、置換基を有するステロイド化合物に作用させてステロイド骨格のD環16α位に水酸基を導入することを特徴とする16α位が水酸化されたステロイド化合物の製造方法。
項2. CYP154に属するタンパク質またはこれを含む融合型タンパク質をコードする遺伝子を導入した形質転換体と、置換基を有するステロイド化合物とを共存させることにより、CYP154に属するタンパク質またはこれを含む融合型タンパク質を、該置換基を有するステロイド化合物に作用させる項1に記載の製造方法。
項3. 置換基を有するステロイド化合物が、下記一般式(1)
The present invention has been completed based on the above findings, and provides an efficient method for producing the novel steroid compounds of the following items.
Item 1. A feature is that a protein belonging to the cytochrome P450 family 154 (CYP154) or a fusion protein containing the protein functions as a monooxygenase and acts on a steroid compound having a substituent to introduce a hydroxyl group into the D ring 16α position of the steroid skeleton. A method for producing a steroid compound in which the 16α-position is hydroxylated.
Item 2. By coexisting a transformant introduced with a gene encoding a protein belonging to CYP154 or a fusion protein containing the same and a steroid compound having a substituent, the protein belonging to CYP154 or a fusion protein containing the same is obtained. Item 2. The production method according to Item 1, which acts on a steroid compound having a substituent.
Item 3. A steroid compound having a substituent is represented by the following general formula (1):

(上記式中、R1〜R6、−A−A’−、および−B−B’−B’’−は、以下の(A)または(B)である;
(A)R1は、水酸基、オキソ基またはアセトキシ基であり、
R2は、水素、水酸基、アセトキシ基またはオキソ基であり、
R3は、水酸基、アセチル基、ヒドロキシメチルカルボニル基、アセトキシメチルカルボニル基、2-ヒドロキシエチル基、1,2−ジヒドロキシエチル基またはヒドロキシメチルカルボニル基であり、
R4は、水素またはメチル基であり、
−A−A’−は、−CH2−CH2−または−CH=CH−であり、
−B−B’−B’’−は、−CH2−CH−CH2−、−CH2−C=CH−、−CH=C−CH2−または−CH=C−CHF−であり、
Rは、水素、メチル基、ヒドロキシメチル基、またはホルミル基であり、
Rは、メチル基、ヒドロキシメチル基、またはホルミル基である、または、
(B)R3およびR4が一緒になってオキソ基であり、
R1は、水酸基、オキソ基またはアセトキシ基であり、
R2は、水素、水酸基またはオキソ基であり、
−A−A’−は、−CH2−CH2−または−CH=CH−であり、
−B−B’−B’’−は、−CH2−CH−CH2−、−CH2−C=CH−、−CH=C−CH2−または−CH=C−CHF−であり、
Rは、水素、メチル基、ヒドロキシメチル基、またはホルミル基であり、
Rは、メチル基、ヒドロキシメチル基、またはホルミル基である)で表されるステロイド化合物であることを特徴とする項1または2に記載の製造方法。
項4. CYP154に属するタンパク質が以下の(a)または(b)である項1〜3のいずれかに記載の製造方法。
(a)配列番号1のアミノ酸配列からなるポリペプチド
(b)配列番号1のアミノ酸配列において、1もしくは複数個のアミノ酸配列が欠失、置換または付加されたアミノ酸配列からなり、かつシトクロムP450モノオキシゲナーゼとして機能するポリペプチド
項5. 融合型タンパク質が、CYP154に属するタンパク質と電子伝達タンパク質との融合型タンパク質である、項1〜4のいずれかに記載の製造方法。
項6. 融合型タンパク質が、CYP154に属するタンパク質と、電子伝達タンパク質であるロドコッカス属NCIMB 9784株由来のシトクロムP450モノオキシゲナーゼP450RhFに含まれる還元酵素ペプチドまたはそれと同等の機能を有する還元酵素ペプチドとの融合型タンパク質である、項1〜5のいずれかに記載の製造方法。
項7. 電子伝達タンパク質が以下の(c)または(d)のポリペプチドである項5または6に記載の製造方法。
(c) 配列番号2記載のアミノ酸配列からなるポリペプチド
(d) 配列番号2記載のアミノ酸配列において、1もしくは複数個のアミノ酸が付加、欠失または置換されたアミノ酸配列からなり、かつ還元酵素活性を有するポリペプチド
項8. 形質転換体が、CYP154に属するタンパク質をコードする以下の(e)〜(g)のいずれかのDNAの3’末端側に、リンカーを介して、還元酵素ペプチドをコードする以下の(h)〜(j)のいずれかのDNAを連結した融合型タンパク質をコードする遺伝子を、大腸菌ベクターに挿入した組換えプラスミドを大腸菌に導入してなるものである項2〜7のいずれかに記載の製造方法。
(e) 配列番号3の塩基配列からなるDNA
(f) 配列番号3のDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつシトクロムP450モノオキシゲナーゼとして機能するポリペプチドをコードするDNA
(g) 配列番号1のアミノ酸配列において、1もしくは複数個のアミノ酸配列が欠失、置換または付加されたアミノ酸配列からなり、かつシトクロムP450モノオキシゲナーゼとして機能するポリペプチドをコードするDNA
(h) 配列番号4の塩基配列からなるDNA
(i) 配列番号4のDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ還元酵素活性を有するポリペプチドをコードするDNA
(j) 配列番号2記載のアミノ酸配列において、1もしくは複数個のアミノ酸が付加、欠失または置換されたアミノ酸配列からなり、かつ還元酵素活性を有するポリペプチドをコードするDNA
本明細書中、シトクロムP450のファミリー154(CYP154)に属するタンパク質を、CYP154に属するタンパク質という。
(In the above formula, R 1 to R 6 , -A-A'-, and -B-B'-B ''-are the following (A) or (B);
(A) R 1 is a hydroxyl group, an oxo group or an acetoxy group,
R 2 is hydrogen, a hydroxyl group, an acetoxy group or an oxo group,
R 3 is a hydroxyl group, acetyl group, hydroxymethylcarbonyl group, acetoxymethylcarbonyl group, 2-hydroxyethyl group, 1,2-dihydroxyethyl group or hydroxymethylcarbonyl group,
R 4 is hydrogen or a methyl group,
-A-A'is, -CH 2 -CH 2 - or a -CH = CH-,
-B-B'-B '' - is, -CH 2 -CH-CH 2 - , - CH 2 -C = CH -, - CH = C-CH 2 - or -CH = a C-CHF-,
R 5 is hydrogen, a methyl group, a hydroxymethyl group, or a formyl group,
R 6 is a methyl group, a hydroxymethyl group, or a formyl group, or
(B) R 3 and R 4 together are an oxo group,
R 1 is a hydroxyl group, an oxo group or an acetoxy group,
R 2 is hydrogen, a hydroxyl group or an oxo group,
-A-A'is, -CH 2 -CH 2 - or a -CH = CH-,
-B-B'-B '' - is, -CH 2 -CH-CH 2 - , - CH 2 -C = CH -, - CH = C-CH 2 - or -CH = a C-CHF-,
R 5 is hydrogen, a methyl group, a hydroxymethyl group, or a formyl group,
Item 3. The production method according to Item 1 or 2, wherein R 6 is a steroid compound represented by a methyl group, a hydroxymethyl group, or a formyl group.
Item 4. Item 4. The production method according to any one of Items 1 to 3, wherein the protein belonging to CYP154 is the following (a) or (b):
(A) a polypeptide comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 (b) an amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, wherein one or a plurality of amino acid sequences are deleted, substituted or added, and a cytochrome P450 monooxygenase A polypeptide that functions as Item 5. The production method according to any one of Items 1 to 4, wherein the fusion protein is a fusion protein of a protein belonging to CYP154 and an electron transfer protein.
Item 6. The fusion protein is a fusion protein of a protein belonging to CYP154 and a reductase peptide contained in cytochrome P450 monooxygenase P450RhF derived from Rhodococcus NCIMB 9784, which is an electron transfer protein, or a reductase peptide having an equivalent function. The manufacturing method in any one of claim | item 1 -5.
Item 7. Item 7. The production method according to Item 5 or 6, wherein the electron transfer protein is the following polypeptide (c) or (d).
(c) a polypeptide comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2
(d) a polypeptide comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are added, deleted or substituted in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2 and having reductase activity; The following (h) to (5) encode a reductase peptide via a linker on the 3 ′ end side of any one of the following DNAs (e) to (g) encoding a protein belonging to CYP154: Item 8. The production method according to any one of Items 2 to 7, wherein the gene encoding the fusion protein linked to any of the DNAs of (j) is introduced into E. coli by a recombinant plasmid inserted into an E. coli vector. .
(e) DNA consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3
(f) DNA encoding a polypeptide that hybridizes with a DNA comprising a nucleotide sequence complementary to the DNA of SEQ ID NO: 3 under stringent conditions and functions as a cytochrome P450 monooxygenase
(g) DNA encoding a polypeptide consisting of an amino acid sequence in which one or more amino acid sequences are deleted, substituted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 and which functions as cytochrome P450 monooxygenase
(h) DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 4
(i) a DNA that hybridizes with a DNA comprising a nucleotide sequence complementary to the DNA of SEQ ID NO: 4 under a stringent condition and encodes a polypeptide having a reductase activity
(j) a DNA encoding a polypeptide consisting of an amino acid sequence in which one or more amino acids are added, deleted or substituted in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2 and having a reductase activity
In the present specification, a protein belonging to cytochrome P450 family 154 (CYP154) is referred to as a protein belonging to CYP154.

化学合成によりステロイド化合物のD環16α位に位置選択的、かつ立体選択的に水酸基を導入する場合、多工程反応、すなわち保護基の導入や脱離反応などを要する場合があり、高温高圧の過酷な条件、高価または危険な試薬、廃液処理などを要する場合もある。また、多工程でのカラムクロマト精製、副産物の生成に起因する問題がある。この点、本発明の方法は酵素を用いた反応であるため、安価な市販原料を用いて、1工程で、特異的に反応を進めることができる。さらに、CYP154に属するタンパク質を生産する大腸菌等の生きた細胞を用いて反応を行うことができるので、高価なNADPHまたはNADHの添加や酵素を精製する必要もなく簡便で、変換産物の大量製造も容易であるという優れた利点がある。また、酵素により反応を行うことから、温和な条件で反応を行うことができ、環境に悪影響を与える試薬を使用する必要がない、たいへん環境にやさしい製造方法である。   When a hydroxyl group is introduced regioselectively and stereoselectively into the D ring 16α position of a steroid compound by chemical synthesis, a multi-step reaction, that is, introduction of a protecting group or elimination reaction may be required. Conditions, expensive or dangerous reagents, waste liquid treatment, etc. may be required. In addition, there are problems caused by column chromatography purification and by-product generation in multiple steps. In this respect, since the method of the present invention is a reaction using an enzyme, the reaction can be advanced specifically in one step using an inexpensive commercially available raw material. In addition, the reaction can be carried out using living cells such as E. coli that produce proteins belonging to CYP154, so there is no need to add expensive NADPH or NADH or to purify the enzyme. There is an excellent advantage of being easy. In addition, since the reaction is performed with an enzyme, the reaction can be performed under mild conditions, and it is a very environmentally friendly production method that does not require the use of a reagent that adversely affects the environment.

従って、本発明によれば、代謝物解析や医薬品として有用であるステロイド化合物を、温和な条件下で簡便に、しかも効率よく大量に製造することができる。   Therefore, according to the present invention, steroid compounds useful as metabolite analyzes and pharmaceuticals can be produced easily and efficiently in large quantities under mild conditions.

図1は、P450機能発現ベクターpREDの構造を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the structure of a P450 function expression vector pRED. 図2は、ストレプトマイセス グリセウス (Streptomyces griseus) NBRC 13350株由来のP450の系統樹を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a phylogenetic tree of P450 derived from Streptomyces griseus NBRC 13350 strain. 図3は、放線菌由来CYP154ファミリーの系統樹を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a phylogenetic tree of the actinomycete-derived CYP154 family. 図4は、pHSG396プラスミドベクターに挿入した塩基配列を示す図である。FIG. 4 shows the nucleotide sequence inserted into the pHSG396 plasmid vector.

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の16α位が水酸化されたステロイド化合物の製造方法は、シトクロムP450の1ファミリーであるCYP154に属するタンパク質またはこれを含む融合型タンパク質をモノオキシゲナーゼとして機能させ、置換基を有するステロイド化合物原料(基質)に作用させて、置換基を有するステロイド化合物の酸化物を製造する方法である。より具体的には、本発明の16α位が水酸化されたステロイド化合物の製造方法においては、シトクロムP450のファミリー154(CYP154)に属するタンパク質またはこれを含む融合型タンパク質をモノオキシゲナーゼとして機能させ、置換基を有するステロイド化合物に作用させてステロイド骨格のD環16α位に水酸基を導入する。これにより、16α位が水酸化されたステロイド化合物を製造する。本発明の製造方法における原料(基質)には、種々の置換基を有するステロイド化合物を用いることができる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
According to the method for producing a steroid compound hydroxylated at the 16α position of the present invention, a protein belonging to CYP154, which is one family of cytochrome P450, or a fusion protein containing the same is made to function as a monooxygenase, and a steroid compound raw material having a substituent ( This is a method for producing an oxide of a steroid compound having a substituent by acting on a substrate. More specifically, in the method for producing a steroid compound hydroxylated at the 16α position according to the present invention, a protein belonging to the family 154 of cytochrome P450 (CYP154) or a fusion protein containing the same is functioned as a monooxygenase and substituted. A hydroxyl group is introduced into the 16α position of the D ring of the steroid skeleton by acting on a steroid compound having a group. In this way, a steroid compound in which the 16α position is hydroxylated is produced. As the raw material (substrate) in the production method of the present invention, steroid compounds having various substituents can be used.

置換基を有するステロイド化合物
本発明の製造方法において原料として用いられる置換基を有するステロイド化合物は特に限定されないが、ステロイド骨格(シクロペンタヒドロフェナントレン骨格)の16位に置換基を有さないものが好ましい。
Steroid compound having a substituent The steroid compound having a substituent used as a raw material in the production method of the present invention is not particularly limited, but preferably has no substituent at the 16-position of the steroid skeleton (cyclopentahydrophenanthrene skeleton). .

本発明の製造方法の原料(基質)には、例えば、下記一般式(1)で示される置換基を有するステロイド化合物が好適に用いられる。   For the raw material (substrate) of the production method of the present invention, for example, a steroid compound having a substituent represented by the following general formula (1) is suitably used.

上記一般式(1)中、R1〜R6、−A−A’−、および−B−B’−B’’−は、以下の(A)または(B)である。
(A)R1は、水酸基、オキソ基またはアセトキシ基であり、
R2は、水素、水酸基、アセトキシ基またはオキソ基であり、
R3は、水酸基、アセチル基、ヒドロキシメチルカルボニル基、アセトキシメチルカルボニル基、2-ヒドロキシエチル基、1,2−ジヒドロキシエチル基またはヒドロキシメチルカルボニル基であり、
R4は、水素またはメチル基であり、
−A−A’−は、−CH2−CH2−または−CH=CH−であり、
−B−B’−B’’−は、−CH2−CH−CH2−、−CH2−C=CH−、−CH=C−CH2−または−CH=C−CHF−であり、
Rは、水素、メチル基、ヒドロキシメチル基、またはホルミル基であり、
Rは、メチル基、ヒドロキシメチル基、またはホルミル基である。
In the general formula (1), R 1 to R 6 , -A-A'-, and -BB'-B ''-are the following (A) or (B).
(A) R 1 is a hydroxyl group, an oxo group or an acetoxy group,
R 2 is hydrogen, a hydroxyl group, an acetoxy group or an oxo group,
R 3 is a hydroxyl group, acetyl group, hydroxymethylcarbonyl group, acetoxymethylcarbonyl group, 2-hydroxyethyl group, 1,2-dihydroxyethyl group or hydroxymethylcarbonyl group,
R 4 is hydrogen or a methyl group,
-A-A'is, -CH 2 -CH 2 - or a -CH = CH-,
-B-B'-B '' - is, -CH 2 -CH-CH 2 - , - CH 2 -C = CH -, - CH = C-CH 2 - or -CH = a C-CHF-,
R 5 is hydrogen, a methyl group, a hydroxymethyl group, or a formyl group,
R 6 is a methyl group, a hydroxymethyl group, or a formyl group.

(B)R3およびR4が一緒になってオキソ基であり、
R1は、水酸基、オキソ基またはアセトキシ基であり、
R2は、水素、水酸基またはオキソ基であり、
−A−A’−は、−CH2−CH2−または−CH=CH−であり、
−B−B’−B’’−は、−CH2−CH−CH2−、−CH2−C=CH−、−CH=C−CH2−または−CH=C−CHF−であり、
Rは、水素、メチル基、ヒドロキシメチル基、またはホルミル基であり、
Rは、メチル基、ヒドロキシメチル基、またはホルミル基である。
(B) R 3 and R 4 together are an oxo group,
R 1 is a hydroxyl group, an oxo group or an acetoxy group,
R 2 is hydrogen, a hydroxyl group or an oxo group,
-A-A'is, -CH 2 -CH 2 - or a -CH = CH-,
-B-B'-B '' - is, -CH 2 -CH-CH 2 - , - CH 2 -C = CH -, - CH = C-CH 2 - or -CH = a C-CHF-,
R 5 is hydrogen, a methyl group, a hydroxymethyl group, or a formyl group,
R 6 is a methyl group, a hydroxymethyl group, or a formyl group.

中でも、本発明における置換基を有するステロイド化合物として、上記一般式(1)において、R1〜R6、−A−A’−、および−B−B’−B’’−が、上記(A)の場合、R1〜R6、−A−A’−、および−B−B’−B’’−は、それぞれ以下であることが好ましい。
R1は、水酸基、またはオキソ基であることが好ましい。R2は、水素、水酸基、またはオキソ基であることが好ましい。R3は、水酸基、アセチル基、ヒドロキシメチルカルボニル基、アセトキシメチルカルボニル基、またはヒドロキシメチルカルボニル基であることが好ましい。R4は、水素、またはメチル基であることが好ましい。R5は、メチル基であることが好ましい。R6は、メチル基であることが好ましい。−A−A’−は、−CH2-CH2−、または−CH=CH−であることが好ましい。−B−B’−B’’−は、−CH2−CH−CH2−、−CH2−C=CH−、または−CH=C−CH2−であることが好ましい。
Among them, as the steroid compound having a substituent in the present invention, in the general formula (1), R 1 to R 6 , -AA ′, and —BB′-B ″ — ), R 1 to R 6 , -A-A'-, and -B-B'-B ''-are each preferably the following.
R 1 is preferably a hydroxyl group or an oxo group. R 2 is preferably hydrogen, a hydroxyl group, or an oxo group. R 3 is preferably a hydroxyl group, an acetyl group, a hydroxymethylcarbonyl group, an acetoxymethylcarbonyl group, or a hydroxymethylcarbonyl group. R 4 is preferably hydrogen or a methyl group. R 5 is preferably a methyl group. R 6 is preferably a methyl group. —A—A′— is preferably —CH 2 —CH 2 — or —CH═CH—. -B-B'-B '' - is, -CH 2 -CH-CH 2 - , - CH 2 -C = CH-, or -CH = C-CH 2 - is preferably.

上記一般式(I)において、R1〜R2、R5〜R6、−A−A’−、および−B−B’−B’’−が、上記(B)の場合、R1〜R2、R5〜R6、−A−A’−、および−B−B’−B’’−は、それぞれ以下であることが好ましい。
R1は、水酸基、またはオキソ基であることが好ましい。R2は、水素、またはオキソ基であることが好ましい。R5は、メチル基であることが好ましい。R6は、メチル基であることが好ましい。−A−A’−は、−CH2-CH2−、または−CH=CH−であることが好ましい。−B−B’−B’’−は、−CH2−CH−CH2−、−CH2−C=CH−、または−CH=C−CH2−であることが好ましい。
In the general formula (I), when R 1 to R 2 , R 5 to R 6 , -A-A'-, and -B-B'-B ''-are the above (B), R 1- R 2 , R 5 to R 6 , -A-A'-, and -BB'-B ''-are each preferably as follows.
R 1 is preferably a hydroxyl group or an oxo group. R 2 is preferably hydrogen or an oxo group. R 5 is preferably a methyl group. R 6 is preferably a methyl group. —A—A′— is preferably —CH 2 —CH 2 — or —CH═CH—. -B-B'-B '' - is, -CH 2 -CH-CH 2 - , - CH 2 -C = CH-, or -CH = C-CH 2 - is preferably.

本発明の製造方法において、原料(基質)となる上記一般式(I)で表される置換基を有するステロイド化合物は、例えば、1,4-アンドロスタジエン-3,17-ジオン (1,4-Androstadiene-3,17-dione)、11-デヒドロコルチコステロン(11-Dehydrocorticosterone)、11α-ヒドロキシプロゲステロン(11α-Hydroxyprogesterone)、 11α-ヒドロキシプロゲステロンアセテート(11α-Hydroxyprogesterone acetate)、11β,21-ジヒドロキシ-3,20-オキソ-5β-プレグナン-18-アール(11β,21-Dihydroxy-3,20-oxo-5β-pregnan-18-al)、11β,21-ジヒドロキシ-5β-プレグナン-3,20-ジオン (11β,21-Dihydroxy-5β-pregnane-3,20-dione)、11β-ヒドロキシアンドロステ-4-エン-3,17-ジオン (11β-Hydroxyandrost-4-ene-3,17-dione)、11β-ヒドロキシプロゲステロン (11β-Hydroxyprogesterone)、17α-メチルアンドロスタン-17β-オール-3-オン (17α-Methylandrostan-17β-ol-3-one)、18-ヒドロキシコルチコステロン(18-Hydroxycorticosterone)、19-ヒドロキシアンドロステ-4-エン-3,17-ジオン(19-Hydroxyandrost-4-ene-3,17-dione)、19-ヒドロキシテストステロン (19-Hydroxytestosterone)、19-ノルテストステロン (19-Nortestosterone)、19-オキソアンドロステ-4-エン-3,17-ジオン (19-Oxoandrost-4-ene-3,17-dione)、19-オキソテストステロン (19-Oxotestosterone)、1-デヒドロ-17α-メチルテストステロン(1-Dehydro-17α-methyltestosterone)、20α-ヒドロキシ-4-プレグネン-3-オン (20α-Hydroxy-4-pregnen-3-one)、21-ヒドロキシ-5β-プレグナン-3,11,20-トリオン (21-Hydroxy-5β-pregnane-3,11,20-trione)、21-ヒドロキシプレグネノロン (21-Hydroxypregnenolone)、3α,11β,21-トリヒドロキシ-20-オキソ-5β-プレグナン-18-アール (3α,11β,21-Trihydroxy-20-oxo-5β-pregnan-18-al)、3α,20α,21-トリヒドロキシ-5β-プレグナン-11-オン(3α,20α,21-Trihydroxy-5β-pregnane-11-one)、3α,21-ジヒドロキシ-5β-プレグナン-11,20-ジオン (3α,21-Dihydroxy-5β-pregnane-11,20-dione)、3α-ヒドロキシ-5α-プレグナン-20-オン (3α-Hydroxy-5α-pregnan-20-one)、3α-ヒドロキシ-5β-アンドロスタン-17-オン (3α-Hydroxy-5β-androstan-17-one)、3α-ヒドロキシ-5β-プレグナン-20-オン (3α-Hydroxy-5β-pregnane-20-one)、3β,17β-ジヒドロキシ-5-アンドロステン (3β,17β-Dihydroxy-5-androstene)、4-プレグネン-3,11,20-トリオン (4-Pregnane-3,11,20-trione)、5α-アンドロスタン-3,17-ジオン (5α-Androstane-3,17-dione)、5α-ジヒドロデオキシコルチコステロン (5α-Dihydrodeoxycorticosterone)、5α-プレグナン-20α-オール-3-オン (5α-Pregnan-20α-ol-3-one)、5α-プレグナン-3,20-ジオン (5α-Pregnane-3,20-dione)、5α-プレグナン-3α,20α-ジオール (5α-Pregnane-3α,20α-diol)、5β-アンドロスタン-3,17-ジオン (5β-Androstane-3,17-dione)、5β-ジヒドロテストステロン (5β-Dihydrotestosterone)、5β-プレグナン-3,20-ジオン (5β-Pregnane-3,20-dione)、5β-プレグナン-3α,20α-ジオール (5β-Pregnane-3α,20α-diol)、6α-フルオロテストステロン (6α-Fluorotestosterone)、アドレノステロン (Adrenosterone)、アルドステロン (Aldosterone)、アンドロスタン-3α,17β-ジオール (Androstan-3α,17β-diol)、アンドロステロン (Androsterone)、コルチコステロン(Corticosterone)、コルチコステロン 21-アセテート (Corticosterone 21-acetate)、デヒドロエピアンドロステロン (Dehydroepiandrosterone)、デヒドロエピアンドロステロンアセテート (Dehydroepiandrosterone acetate)、デオキシコルチコステロン (Deoxycorticosterone)、デオキシコルチコステロンアセテート (Deoxycorticosterone acetate)、ジヒドロテストステロン (Dihydrotestosterone)、メチルアンドロステンジオール (Methylandrostenediol)、メチルテストステロン(Methyltestosterone)、プレグナンジオール (Pregnanediol)、プレグネノロン(Pregnenolone)、プレグネノロンアセテート (Pregnenolone acetate)、プロゲステロン (Progesterone)、スタノロン (Stanolone)、テストステロン (Testosterone)、テトラヒドロコルチコステロン (Tetrahydrocorticosterone)、Δ4-アンドロステン-3,17-ジオン (Δ4-Androstene-3,17-dione) 等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。   In the production method of the present invention, the steroid compound having a substituent represented by the above general formula (I) as a raw material (substrate) is, for example, 1,4-androstadiene-3,17-dione (1,4 -Androstadiene-3,17-dione), 11-Dehydrocorticosterone, 11α-Hydroxyprogesterone, 11α-Hydroxyprogesterone acetate, 11β, 21-dihydroxy- 3,20-oxo-5β-pregnan-18-al (11β, 21-Dihydroxy-3,20-oxo-5β-pregnan-18-al), 11β, 21-dihydroxy-5β-pregnan-3,20-dione (11β, 21-Dihydroxy-5β-pregnane-3,20-dione), 11β-hydroxyandroste-4-ene-3,17-dione (11β-Hydroxyandrost-4-ene-3,17-dione), 11β -Hydroxyprogesterone (11β-Hydroxyprogesterone), 17α-Methylandrostan-17β-ol-3-one (17α-Methylandrostan-17β-ol-3-one), 18-Hydroxyprogesterone 18-Hydroxycorticosterone, 19-Hydroxyandrost-4-ene-3,17-dione, 19-Hydroxytestosterone, 19-Nortestosterone, 19-Oxoandrost-4-ene-3,17-dione, 19-Oxotestosterone 1-Dehydro-17α-methyltestosterone, 20α-Hydroxy-4-pregnen-3-one, 21-Hydroxy-5β- Pregnane-3,11,20-trione (21-Hydroxy-5β-pregnane-3,11,20-trione), 21-hydroxypregnenolone (21-Hydroxypregnenolone), 3α, 11β, 21-trihydroxy-20-oxo- 5β-pregnan-18-al (3α, 11β, 21-Trihydroxy-20-oxo-5β-pregnan-18-al), 3α, 20α, 21-trihydroxy-5β-pregnan-11-one (3α, 20α, 21-Trihydroxy-5β-pregnane-11 -one), 3α, 21-dihydroxy-5β-pregnane-11,20-dione (3α, 21-Dihydroxy-5β-pregnane-11,20-dione), 3α-hydroxy-5α-pregnane-20-one (3α -Hydroxy-5α-pregnan-20-one), 3α-hydroxy-5β-androstan-17-one (3α-Hydroxy-5β-androstan-17-one), 3α-hydroxy-5β-pregnan-20-one ( 3α-Hydroxy-5β-pregnane-20-one), 3β, 17β-dihydroxy-5-androstene, 4-pregnene-3,11,20-trione (4-Pregnane -3,11,20-trione), 5α-Androstane-3,17-dione (5α-Androstane-3,17-dione), 5α-Dihydrodeoxycorticosterone, 5α-pregnane-20α -All-3-one (5α-Pregnan-20α-ol-3-one), 5α-Pregnane-3,20-dione (5α-Pregnane-3,20-dione), 5α-Pregnane-3α, 20α-diol (5α-Pregnane-3α, 20α-diol), 5β-Androstane-3,17-dione (5β-Androstane-3,17-dione), 5β-Dihydrotes Sterone (5β-Dihydrotestosterone), 5β-Pregnane-3,20-dione (5β-Pregnane-3,20-dione), 5β-Pregnane-3α, 20α-diol (5β-Pregnane-3α, 20α-diol), 6α -Fluorotestosterone (6α-Fluorotestosterone), Adrenosterone (Adrenosterone), Aldosterone (Aldosterone), Androstane-3α, 17β-diol (Androstan-3α, 17β-diol), Androsterone (Androsterone), Corticosterone (Corticosterone) ), Corticosterone 21-acetate, Dehydroepiandrosterone, Dehydroepiandrosterone acetate, Deoxycorticosterone, Deoxycorticosterone acetate , Dihydrotestosterone, methylandrostenediol, methyl Stosterone (Methyltestosterone), Pregnanediol, Pregnenolone, Pregnenolone acetate, Progesterone, Stanolone, Testosterone, Tetrahydrocorticosterone-Δ4- Examples include, but are not limited to, 3,17-dione (Δ4-Androstene-3,17-dione) and the like.

本発明の製造方法おいて、基質(原料化合物)となる置換基を有するステロイド化合物は、市販のものを利用しても良いし、従来から知られ、常用されている方法により製造して用いてもよい。   In the production method of the present invention, a commercially available steroid compound having a substituent serving as a substrate (raw material compound) may be used, or produced and used by a conventionally known and commonly used method. Also good.

本発明の製造方法においては、上記置換基を有するステロイド化合物のステロイド骨格D環の16α位に位置選択的、かつ立体選択的に水酸基を導入する。
置換基を有するステロイド化合物のステロイド骨格D環の16α位に水酸基を導入するとは、ステロイド化合物を構成するD環の16α位の炭素原子に直接水酸基を導入することを意味する。
In the production method of the present invention, a hydroxyl group is regioselectively and stereoselectively introduced into the 16α-position of the steroid skeleton D ring of the steroid compound having the above substituent.
The introduction of a hydroxyl group at the 16α position of the steroid skeleton D ring of the steroid compound having a substituent means that a hydroxyl group is directly introduced into the carbon atom at the 16α position of the D ring constituting the steroid compound.

バイオコンバージョン反応
本発明の製造方法におけるバイオコンバージョン反応(以下、「反応」と略称することがある。)は、適当な溶液または溶媒中で、基質(原料化合物)とCYP154に属するタンパク質(以下、「CYP154タンパク質」と略称することがある。)またはこれを含む融合型タンパク質を、必要に応じてレドックス(redox;酸化還元)パートナータンパク質(電子伝達タンパク質)と共に反応させることにより行うことが好ましい。電子伝達タンパク質としては、フェレドキシンレダクターゼおよびフェレドキシンが好ましい。CYP154タンパク質は、生物材料から単離して用いることもできる。単離したCYP154タンパク質としては、菌体のような生物材料の破砕物、抽出物、精製物などが挙げられる。単離したCYP154は適当な担体に固定化されたものであってもよい。この場合、酸化反応を触媒する電子伝達タンパク質であるフェレドキシンレダクターゼおよびフェレドキシンを、反応系に共存させることが好ましい。なお、CYP154タンパク質と、P450RhF(ロドコッカス属NCIMB 9784株由来のシトクロムP450モノオキシゲナーゼ)の還元酵素末端のような電子伝達タンパク質とが融合したタンパク質(融合型タンパク質)を基質と反応させる場合は、別途フェレドキシンレダクターゼやフェレドキシンと共存させる必要は無い。CYP154タンパク質と電子伝達タンパク質とを共に反応させることにより、CYP154タンパク質はモノオキシゲナーゼとしてより効率よく機能する。
Bioconversion reaction in the production method of the bioconversion reaction present invention (hereinafter sometimes abbreviated as "reaction".) Is a suitable solution or solvent, substrate (starting compound) with a protein belonging to the CYP154 (hereinafter, " It may be abbreviated as “CYP154 protein”.) Or a fusion protein containing the protein may be reacted with a redox (redox) partner protein (electron transfer protein) as necessary. As the electron transfer protein, ferredoxin reductase and ferredoxin are preferable. CYP154 protein can also be used after being isolated from a biological material. Examples of the isolated CYP154 protein include crushed materials, extracts, and purified products of biological materials such as bacterial cells. The isolated CYP154 may be immobilized on a suitable carrier. In this case, it is preferable that ferredoxin reductase and ferredoxin, which are electron transfer proteins that catalyze an oxidation reaction, coexist in the reaction system. When a protein (fused protein) in which CYP154 protein is fused with an electron transfer protein such as the reductase end of P450RhF (cytochrome P450 monooxygenase derived from Rhodococcus genus NCIMB 9784) is reacted with a substrate separately, ferredoxin It is not necessary to coexist with reductase or ferredoxin. By reacting the CYP154 protein and the electron transfer protein together, the CYP154 protein functions more efficiently as a monooxygenase.

また、P450ファミリータンパク質は不安定な酵素であるため、本発明における反応は、反応液中で、CYP154タンパク質を生産する細胞と基質とを接触ないしは共存させることにより行うことが好ましい。この反応は、CYP154タンパク質を生産する細胞の培養液中に基質を添加することにより行ってもよく、例えば緩衝液中でCYP154タンパク質を生産する細胞と基質とを共存させることにより行ってもよい。例えば、緩衝液(バッファー)中で、CYP154タンパク質を生産する細胞を、基質である置換基を有するステロイド化合物の存在下で攪拌または振とうすることにより16α位が水酸化されたステロイド化合物を効率よく製造することできる。   In addition, since P450 family proteins are unstable enzymes, the reaction in the present invention is preferably carried out by contacting or coexisting a CYP154 protein-producing cell and a substrate in the reaction solution. This reaction may be performed by adding a substrate to the culture medium of cells that produce CYP154 protein, for example, by allowing cells that produce CYP154 protein and the substrate to coexist in a buffer solution. For example, by stirring or shaking a cell producing CYP154 protein in a buffer solution (buffer) in the presence of a steroid compound having a substituent as a substrate, a steroid compound hydroxylated at the 16α position can be efficiently obtained. Can be manufactured.

CYP154タンパク質、およびこれを生産する細胞については、後に詳述する。
以下、CYP154タンパク質を生産する細胞を用いた方法について説明する。なお、以下では例としてCYP154タンパク質を生産する細胞を用いた方法を説明するが、CYP154タンパク質を含む融合型タンパク質を生産する細胞を用いる場合も、同様である。
反応は、回分反応や流加(半回分)反応などのバッチ方式;灌流反応などの連続反応方式のいずれでも行い得る。基質は一括、または連続的に添加し得る。
The CYP154 protein and the cells that produce it will be described in detail later.
Hereinafter, a method using cells that produce CYP154 protein will be described. In the following, a method using cells that produce CYP154 protein will be described as an example, but the same applies to the case of using cells that produce a fusion protein containing CYP154 protein.
The reaction can be carried out either by a batch system such as a batch reaction or a fed-batch (semi-batch) reaction; The substrate can be added in one batch or continuously.

反応条件は用いる細胞(CYP154タンパク質を生産する微生物等の細胞)、および基質(原料化合物)の種類によって適宜設定すればよいが、例えば、回分反応の場合は、反応液中の基質濃度は約0.1〜10mMが好ましく、約0.5〜3mMがより好ましい。反応液には、例えば、通常微生物の培養に使用される炭素源、窒素源、ミネラル源等を含む通常の液体培地、または緩衝液等を好適に用いることができる。好ましくは、リン酸バッファーなどの緩衝液を用いる。また、予め通常の培地等で培養したCYP154タンパク質を生産する微生物を用いて、緩衝液で反応を行うことが好ましい。緩衝液は、本発明の効果を奏することになる限り特に限定されず、リン酸バッファー、トリスバッファー等を使用することができる。また、非水溶性かつ液体の基質の場合は、CYP154タンパク質を生産する細胞を含む反応液に、基質を重層することができる。反応液のpHは約5〜9が好ましく、約6〜8がより好ましい。また、反応は、通常、約20〜40℃、好ましくは約20〜30℃で行えばよい。反応時間は、通常約12〜48時間行えばよい。反応中は、反応液を適宜撹拌又は振とうすることが好ましい。流加(半回分)反応や連続反応の場合は、回分反応の条件に準じて条件を設定すればよい。上記範囲であれば、基質から16α位が水酸化された目的物への変換率が高く、かつ精製が容易となる。生成した16α位が水酸化されたステロイド化合物は、通常、反応液中に蓄積する。   The reaction conditions may be appropriately set according to the type of cells used (cells such as microorganisms producing CYP154 protein) and the substrate (raw compound). For example, in the case of batch reaction, the substrate concentration in the reaction solution is about 0. 1 to 10 mM is preferred, and about 0.5 to 3 mM is more preferred. As the reaction solution, for example, a normal liquid medium containing a carbon source, a nitrogen source, a mineral source or the like usually used for culturing microorganisms, or a buffer solution can be suitably used. Preferably, a buffer solution such as a phosphate buffer is used. In addition, it is preferable to carry out the reaction in a buffer solution using a microorganism that produces CYP154 protein previously cultured in a normal medium or the like. The buffer solution is not particularly limited as long as the effects of the present invention are exhibited, and a phosphate buffer, a Tris buffer, or the like can be used. In the case of a water-insoluble and liquid substrate, the substrate can be overlaid on a reaction solution containing cells that produce CYP154 protein. The pH of the reaction solution is preferably about 5-9, more preferably about 6-8. In addition, the reaction is usually performed at about 20 to 40 ° C, preferably about 20 to 30 ° C. The reaction time is usually about 12 to 48 hours. During the reaction, the reaction solution is preferably stirred or shaken appropriately. In the case of fed-batch (semi-batch) reaction or continuous reaction, the conditions may be set according to the batch reaction conditions. Within the above range, the conversion rate from the substrate to the target product hydroxylated at the 16α position is high, and purification becomes easy. The produced steroid compound hydroxylated at the 16α position usually accumulates in the reaction solution.

例えば、CYP154タンパク質を生産する微生物として、後述する大腸菌に上記遺伝子を導入してなる形質転換体を用いる場合、基質存在下での反応は、好気条件下で行うことが好ましい。   For example, when a transformant obtained by introducing the above gene into Escherichia coli described later is used as a microorganism that produces CYP154 protein, the reaction in the presence of the substrate is preferably performed under aerobic conditions.

反応生成物(変換産物)
バイオコンンバージョン反応で生じた16α位に水酸基を有するステロイド化合物は、常法により精製され得る。例えば、必要に応じ遠心分離、濾過等の処理を施して菌体等の懸濁物を除去し、次いで一般的な抽出溶剤、例えば酢酸エチル、クロロホルム、メタノール等の有機溶剤で抽出する。次いで、有機溶剤を減圧下で除去し、そして減圧蒸留、クロマトグラフィー、イオン交換樹脂、または吸着性樹脂等の処理を行うことにより精製され得る。
Reaction product (conversion product)
The steroid compound having a hydroxyl group at the 16α position generated by the bioconversion reaction can be purified by a conventional method. For example, if necessary, a treatment such as centrifugation or filtration is performed to remove suspensions such as bacterial cells, and then extraction is performed with a common extraction solvent, for example, an organic solvent such as ethyl acetate, chloroform, or methanol. The organic solvent can then be removed under reduced pressure and purified by treatment with vacuum distillation, chromatography, ion exchange resin, adsorbent resin or the like.

シトクロムP450のファミリー154(CYP154)に属するタンパク質またはこれを含む融合型タンパク質
本発明におけるシトクロムP450のファミリー154(CYP154)に属するタンパク質は、モノオキシゲナーゼ活性を有するタンパク質である。好ましくは、本発明におけるCYP154に属するタンパク質は、ステロイド骨格のD環16α位に選択的に一酸素原子を添加するモノオキシゲナーゼ活性を有するタンパク質である。
前記CYP154に属するタンパク質としては、例えば、ストレプトマイセス(Streptomyces) 属、ノカルディア(Nocardia)属、サーモビフィーダ(Thermobifida)属、ノカルディオプシス(Nocardiopsis)属等に属する細菌が生産するCYP154タンパク質が挙げられる。
A protein belonging to the cytochrome P450 family 154 (CYP154) or a fusion protein containing the same The protein belonging to the cytochrome P450 family 154 (CYP154) in the present invention is a protein having monooxygenase activity. Preferably, the protein belonging to CYP154 in the present invention is a protein having monooxygenase activity in which a monooxygen atom is selectively added to the D ring 16α position of the steroid skeleton.
Examples of the protein belonging to CYP154 include CYP154 protein produced by bacteria belonging to the genus Streptomyces , Nocardia , Thermobifida , Nocardiopsis, and the like. Can be mentioned.

具体的には、例えば、ストレプトマイセス グリセウス (Streptomyces griseus) NBRC 13350株由来のCYP154(CYP154; DNA配列は、NCBIにおいて、アクセッション番号AP009493で登録されている;CYP154 のアミノ酸配列を、配列番号1に示す)、ノカルディア フランシニカ(Nocardia farcinica)IFM 10152株由来のCYP154H(DNA配列は、NCBIにおいて、アクセッション番号AP006618で登録されている)、ストレプトマイセス ロゼオスポラス(Streptomyces roseosporus)NRRL 15998株由来のCYP154H (DNA配列は、NCBIにおいて、アクセッション番号ZP_04697453で登録されている)等が好適に使用される。 Specifically, for example, CYP154 derived from Streptomyces griseus NBRC 13350 (CYP154; DNA sequence is registered under NCBI under accession number AP009493; the amino acid sequence of CYP154 is represented by SEQ ID NO: 1 CYP154H derived from Nocardia farcinica IFM 10152 (DNA sequence is registered in NCBI under accession number AP006618), CYP154H derived from Streptomyces roseosporus NRRL 15998 (The DNA sequence is registered with the accession number ZP_04697453 in NCBI) and the like are preferably used.

中でも、本発明におけるCYP154タンパク質としては、(a)配列番号1のアミノ酸配列からなるポリペプチドが好ましい。また、(b)配列番号1のアミノ酸配列において1もしくは複数個(複数個とは、例えば約2〜20個、好ましくは約2〜10個、より好ましくは約2〜7個、さらに好ましくは約2〜5個、特に好ましくは約2〜3個、最も好ましくは約2個、以下同様である。)のアミノ酸配列が欠失、置換または付加されたアミノ酸配列からなり、かつシトクロムP450モノオキシゲナーゼとして機能するポリペプチドも好ましく使用できる。   Among these, as the CYP154 protein in the present invention, (a) a polypeptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is preferable. In addition, (b) one or more amino acids in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 (the plurality is, for example, about 2 to 20, preferably about 2 to 10, more preferably about 2 to 7, more preferably about 2-5, particularly preferably about 2-3, most preferably about 2, and so on.) The amino acid sequence is deleted, substituted or added, and as cytochrome P450 monooxygenase A functional polypeptide can also be preferably used.

配列番号1のポリペプチドは、ストレプトマイセス グリセウス (Streptomyces griseus) NBRC 13350株由来のCYP154であり、ストレプトマイセス グリセウス (Streptomyces griseus) NBRC 13350株の培養物から単離することができる。また、配列番号1に基づき化学合成することもできる。 The polypeptide of SEQ ID NO: 1 is a CYP154 derived from Streptomyces griseus (Streptomyces griseus) NBRC 13350 strain can be isolated from cultures of Streptomyces griseus (Streptomyces griseus) NBRC 13350 strain. Alternatively, it can be chemically synthesized based on SEQ ID NO: 1.

(a)のポリペプチドに基づき(b)のポリペプチドを得る方法について述べれば、生物学的機能を喪失しない改変は、例えば、得られるタンパク質の構造保持の観点から、極性、電荷、可溶性、親水性/疎水性等の点で、置換前のアミノ酸と類似した性質を有するアミノ酸に置換することができる。例えば、グリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、プロリンは非極性アミノ酸に分類され;セリン、トレオニン、システイン、メチオニン、アスパラギン、グルタミンは極性アミノ酸に分類され;フェニルアラニン、チロシン、トリプトファンは芳香族側鎖を有するアミノ酸に分類され;リジン、アルギニン、ヒスチジンは塩基性アミノ酸に分類され;アスパラギン酸、グルタミン酸は酸性アミノ酸に分類される。従って、同じ群のアミノ酸から選択して置換することができる。   Regarding the method for obtaining the polypeptide of (b) based on the polypeptide of (a), modifications that do not lose the biological function include, for example, polarity, charge, solubility, hydrophilicity from the viewpoint of maintaining the structure of the resulting protein. The amino acid can be substituted with an amino acid having properties similar to those of the amino acid before substitution in terms of property / hydrophobicity. For example, glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, and proline are classified as nonpolar amino acids; serine, threonine, cysteine, methionine, asparagine, and glutamine are classified as polar amino acids; phenylalanine, tyrosine, and tryptophan are aromatic side chains. Lysine, arginine and histidine are classified as basic amino acids; aspartic acid and glutamic acid are classified as acidic amino acids. Accordingly, substitution can be made by selecting from the same group of amino acids.

モノオキシゲナーゼ活性は、酸素分子を還元して1分子の水を作るとともに、残りの酸素原子を様々な低分子有機化合物に導入して、酸化生成物に変換する反応を触媒する活性を意味する。   Monooxygenase activity means the activity of reducing oxygen molecules to make one molecule of water and catalyzing the reaction of introducing the remaining oxygen atoms into various low-molecular organic compounds to convert them into oxidation products.

本明細書中、シトクロムP450として機能するポリペプチドとは、該ポリペプチドに溶液中で還元状態で一酸化炭素を通気すると吸収スペクトルが変化し450 nmに極大をもつ差スペクトル(CO差スペクトル)が現れることを意味する。また、本発明におけるシトクロムP450モノオキシゲナーゼとして機能するポリペプチドとは、好ましくはステロイド骨格のD環16α位に選択的に一酸素原子を添加するモノオキシゲナーゼ活性を有するものであるが、より好ましくは、該ポリペプチドと共に後述する電子伝達タンパク質が存在する場合に、ステロイド骨格のD環16α位に一酸素原子を添加するモノオキシゲナーゼ活性を発揮するものである。   In the present specification, a polypeptide that functions as cytochrome P450 means that a difference spectrum (CO difference spectrum) having a maximum at 450 nm changes when absorption of carbon monoxide is reduced in solution in a solution and carbon monoxide is passed through the polypeptide. Means to appear. In addition, the polypeptide that functions as a cytochrome P450 monooxygenase in the present invention preferably has a monooxygenase activity of selectively adding a single oxygen atom to the D ring 16α position of the steroid skeleton, more preferably, When the electron transfer protein described later is present together with the polypeptide, it exhibits a monooxygenase activity of adding a monooxygen atom to the D ring 16α position of the steroid skeleton.

また、CYP154タンパク質を含む融合型タンパク質としては、例えば、CYP154タンパク質と電子伝達タンパク質(レドックス(redox;酸化還元)パートナータンパク質)との融合型タンパク質や分泌シグナルとの融合型タンパク質が挙げられるが、CYP154タンパク質と電子伝達タンパク質との融合型タンパク質が好ましい。このようなタンパク質として、代表的には、CYP154タンパク質と、シトクロムP450モノオキシゲナーゼに含まれる還元酵素ペプチド(電子伝達タンパク質)またはそれと同等の還元酵素活性を有するペプチドとの融合型タンパク質が挙げられる。この融合型タンパク質は、具体的には、CYP154タンパク質と、フェレドキシンレダクターゼおよびフェレドキシンの機能を有する還元酵素ペプチドとの融合型タンパク質が好ましい。シトクロムP450モノオキシゲナーゼに含まれる還元酵素ペプチドと同等の還元酵素活性を有するとは、該還元酵素ペプチドが有する還元酵素活性と機能的に同等の活性を有することを意味する。   Examples of the fusion protein containing CYP154 protein include a fusion protein of CYP154 protein and an electron transfer protein (redox (redox) partner protein) and a fusion protein with a secretion signal. A fusion protein of a protein and an electron transfer protein is preferred. A typical example of such a protein is a fusion protein of CYP154 protein and a reductase peptide (electron transfer protein) contained in cytochrome P450 monooxygenase or a peptide having a reductase activity equivalent thereto. Specifically, the fusion protein is preferably a fusion protein of CYP154 protein and ferredoxin reductase and a reductase peptide having the function of ferredoxin. Having a reductase activity equivalent to the reductase peptide contained in cytochrome P450 monooxygenase means having a functionally equivalent activity to the reductase activity of the reductase peptide.

中でも、電子伝達タンパク質として、ロドコッカス属NCIMB 9784株由来のシトクロムP450モノオキシゲナーゼP450RhFに含まれる還元酵素ペプチド(ドメイン)またはそれと同等の還元酵素活性を有するペプチドがより好ましい。
すなわちCYP154タンパク質を含む融合型タンパク質としては、CYP154タンパク質と、電子伝達タンパク質であるロドコッカス属NCIMB 9784株由来のシトクロムP450モノオキシゲナーゼP450RhFに含まれる還元酵素ペプチド(ドメイン)またはそれと同等の還元酵素活性を有するペプチドとの融合型タンパク質が好ましい。ロドコッカス属NCIMB 9784株由来のシトクロムP450モノオキシゲナーゼP450RhFに含まれる還元酵素ペプチド(ドメイン)は、(c)配列番号2のアミノ酸配列からなるポリペプチドである。本発明においては、また、ロドコッカス属NCIMB 9784株由来のシトクロムP450モノオキシゲナーゼP450RhFに含まれる還元酵素ペプチドと同等の還元酵素活性を有するペプチドとして、(d)配列番号2記載のアミノ酸配列において、1もしくは複数個のアミノ酸が付加、欠失または置換されたアミノ酸配列からなり、かつ還元酵素活性を有するポリペプチドも好ましく用いることができる。ポリペプチドが還元酵素活性を有することは、基質が知られた既知のP450と該ポリペプチドの融合型タンパク質を作り、実際に反応生成物が生じるかどうかを確かめることで確認することができる。
Among them, as the electron transfer protein, a reductase peptide (domain) contained in cytochrome P450 monooxygenase P450RhF derived from Rhodococcus NCIMB 9784 strain or a peptide having reductase activity equivalent thereto is more preferable.
That is, the fusion protein containing CYP154 protein has reductase peptide (domain) contained in CYP154 protein and cytochrome P450 monooxygenase P450RhF derived from Rhodococcus NCIMB 9784, which is an electron transfer protein, or equivalent reductase activity. A fusion protein with a peptide is preferred. The reductase peptide (domain) contained in cytochrome P450 monooxygenase P450RhF derived from Rhodococcus sp. NCIMB 9784 is a polypeptide consisting of (c) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. In the present invention, the peptide having reductase activity equivalent to the reductase peptide contained in the cytochrome P450 monooxygenase P450RhF derived from Rhodococcus NCIMB 9784 is (1) in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2, A polypeptide having an amino acid sequence in which a plurality of amino acids are added, deleted or substituted and having reductase activity can also be preferably used. Whether a polypeptide has reductase activity can be confirmed by preparing a fusion protein of the polypeptide with a known P450 having a known substrate and confirming whether or not a reaction product is actually produced.

配列番号2のポリペプチドは、ロドコッカス属NCIMB 9784株の培養物から単離することにより得られる。また、化学合成によっても得られる。例えば、(c)のポリペプチドの生物活性を保持しつつ配列を改変して(d)のポリペプチドを得る方法は、前述した(a)のポリペプチドに基づき(b)のポリペプチドを得る方法と同様である。   The polypeptide of SEQ ID NO: 2 is obtained by isolation from a culture of Rhodococcus NCIMB 9784 strain. It can also be obtained by chemical synthesis. For example, the method of obtaining the polypeptide of (d) by modifying the sequence while retaining the biological activity of the polypeptide of (c) is the method of obtaining the polypeptide of (b) based on the polypeptide of (a) described above. It is the same.

CYP154タンパク質と還元酵素ペプチドとの間には、リンカーペプチドを介在させることができる。通常は、CYP154タンパク質のC末端側にリンカーペプチドを介して還元酵素ペプチドが結合していればよい。リンカーペプチドの長さは、CYP154タンパク質と還元酵素ペプチドとで効率良く反応を進める上で、約6〜60アミノ酸とすることが好ましく、より好ましくは14〜40アミノ酸前後とする。リンカーペプチドの配列は、特に限定されないが、例えば、VLHRHQPVTIGEPAAR(配列番号5)等が好ましい。   A linker peptide can be interposed between the CYP154 protein and the reductase peptide. Usually, a reductase peptide may be bound to the C-terminal side of the CYP154 protein via a linker peptide. The length of the linker peptide is preferably about 6 to 60 amino acids, and more preferably about 14 to 40 amino acids, in order to efficiently proceed the reaction between the CYP154 protein and the reductase peptide. The sequence of the linker peptide is not particularly limited, but for example, VLHRHQPVTIGEPAAR (SEQ ID NO: 5) and the like are preferable.

これらのモノオキシゲナーゼCYP154に属するタンパク質またはこれを含む融合型タンパク質は、自然界に存在する微生物等から抽出しても良いし、アミノ酸配列に基づき化学合成してもよい。前記融合型タンパク質は、通常、遺伝子工学的手法により人工的に作製される。また、後述する本発明の形質転換体から単離、精製しても良い。精製方法も特に限定されるものではなく、公知の方法で大腸菌の形質転換体等から抽出液を調製し、この抽出液を公知の方法、例えばカラム等を用いて精製すればよい。   These proteins belonging to the monooxygenase CYP154 or a fusion protein containing the protein may be extracted from microorganisms or the like existing in nature, or may be chemically synthesized based on the amino acid sequence. The fusion protein is usually artificially produced by a genetic engineering technique. Moreover, you may isolate and refine | purify from the transformant of this invention mentioned later. The purification method is not particularly limited, and an extract is prepared from a transformant of Escherichia coli by a known method, and the extract may be purified using a known method such as a column.

組換えベクター
CYP154タンパク質またはそれを含む融合型タンパク質を生産する細胞は、これらをコードするDNAを含む組換えベクターで宿主を形質転換して得られる形質転換体であることが好ましい。すなわち本発明においては、CYP154に属するタンパク質またはこれを含む融合型タンパク質をコードする遺伝子を導入した形質転換体と置換基を有するステロイド化合物とを共存させることにより、CYP154に属するタンパク質またはこれを含む融合型タンパク質を、該置換基を有するステロイド化合物に作用させることが好ましい。このようにCYP154タンパク質を高発現する形質転換体を用いることにより、効率よく反応を行うことができる。
Recombinant vector
The cell producing the CYP154 protein or a fusion protein containing the same is preferably a transformant obtained by transforming a host with a recombinant vector containing a DNA encoding them. That is, in the present invention, a protein that belongs to CYP154 or a fusion containing the same, by coexisting a transformant introduced with a gene encoding a protein belonging to CYP154 or a fusion protein containing the same and a steroid compound having a substituent. It is preferable that a type protein acts on a steroid compound having the substituent. Thus, by using a transformant that highly expresses CYP154 protein, the reaction can be carried out efficiently.

上記組換えベクターは、適当なベクターDNAに、本発明におけるモノオキシゲナーゼ活性を有するCYP154に属するタンパク質またはこれを含む融合型タンパク質をコードするDNAを公知の遺伝子工学的手法を用いて連結することにより得ることができる。ベクターとしては、宿主中で複製可能なもので、宿主中で目的タンパク質を発現できるものであれば特に限定されず、公知のベクターを宿主に応じて広い範囲から選択することができる。例えば、ファージ、ファージミドベクター、プラスミドベクター等が挙げられる。プラスミドDNAとしては、大腸菌(エシェリキア・コリ)由来のプラスミド、枯草菌由来のプラスミド、酵母由来のプラスミドなどが挙げられ、ファージDNAとしてはλファージ等が挙げられる。さらに、レトロウイルス、ワクシニアウイルスなどの動物ウイルス、バキュロウイルス、トガウイルスなどの昆虫ウイルスベクターを用いることもできる。   The above recombinant vector is obtained by ligating DNA encoding a protein belonging to CYP154 having monooxygenase activity in the present invention or a fusion protein containing the same using a known genetic engineering technique. be able to. The vector is not particularly limited as long as it can be replicated in the host and can express the target protein in the host, and a known vector can be selected from a wide range depending on the host. For example, a phage, a phagemid vector, a plasmid vector, etc. are mentioned. Examples of plasmid DNA include plasmids derived from Escherichia coli (Escherichia coli), plasmids derived from Bacillus subtilis, and plasmids derived from yeast. Phage DNA includes λ phage and the like. Furthermore, animal viruses such as retroviruses and vaccinia viruses, and insect virus vectors such as baculoviruses and togaviruses can also be used.

細菌細胞は生育が容易で反応を行い易いため、細菌由来のベクターが好ましく、大腸菌由来のベクターがより好ましい。大腸菌由来のベクターとしては、pUC系ベクター、pTTQベクターやpETベクターが好ましい。中でも、pETベクターが好ましい   Since bacterial cells are easy to grow and react easily, bacterial-derived vectors are preferred, and Escherichia coli-derived vectors are more preferred. As the vector derived from E. coli, a pUC vector, a pTTQ vector, and a pET vector are preferable. Of these, the pET vector is preferable.

形質転換体においてCYP154に属するタンパク質またはこれを含む融合型タンパク質を高発現させるためには、プロモーターおよび翻訳シグナルの選択が重要である。プロモーターは、宿主中で機能できるものであればよいが、例えば、lacプロモーター、lacUV5プロモーター、trpプロモーター、tacプロモーター、T7プロモーターなどが挙げられる。中でも、lacプロモーターやT7プロモーターを用いることにより、CYP154タンパク質を高発現させることができる。より好ましくは、T7プロモーターを用いる。翻訳シグナルも宿主中で機能できるものであればいずれを用いてもよいが、例えば、pUC系ベクター(LacZ)の翻訳シグナル、pET系ベクターの翻訳シグナルなどが挙げられる。中でも、CYP154タンパク質を高発現させることができる点で、pET系ベクターの翻訳シグナルが好ましい。   In order to highly express a protein belonging to CYP154 or a fusion protein containing the same in a transformant, selection of a promoter and a translation signal is important. The promoter is not particularly limited as long as it can function in the host, and examples thereof include lac promoter, lacUV5 promoter, trp promoter, tac promoter, T7 promoter and the like. Among them, CYP154 protein can be highly expressed by using lac promoter or T7 promoter. More preferably, the T7 promoter is used. Any translation signal may be used as long as it can function in the host, and examples thereof include a translation signal of a pUC vector (LacZ) and a translation signal of a pET vector. Among them, the translation signal of the pET vector is preferable in that CYP154 protein can be highly expressed.

組換えベクターで最も好ましいのは、例えば、モノオキシゲナーゼ活性を有するCYP154タンパク質に属するタンパク質をコードするDNAの3’末端に、リンカーを介して、ロドコッカス属NCIMB 9784株由来のシトクロムP450モノオキシゲナーゼP450RhFの還元酵素ペプチド(ドメイン)またはこれと同等の機能を有する還元酵素ペプチドをコードするDNAを連結した融合型タンパク質発現カセットを、T7プロモーターとpET系ベクターのシグナルとを利用するようにpET系ベクターに挿入したCYP154遺伝子機能発現用プラスミドである。   The most preferable recombinant vector is, for example, reduction of cytochrome P450 monooxygenase P450RhF derived from Rhodococcus NCIMB 9784 via a linker at the 3 ′ end of DNA encoding a protein belonging to CYP154 protein having monooxygenase activity. A fusion protein expression cassette ligated with DNA encoding an enzyme peptide (domain) or a reductase peptide having the same function was inserted into a pET vector so as to use the T7 promoter and the signal of the pET vector. This is a plasmid for expressing CYP154 gene function.

CYP154に属するタンパク質をコードするDNAとしては、(e)配列番号3の塩基配列からなるDNA、(f)配列番号3の塩基配列からなるDNA(配列番号3のDNA)と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつシトクロムP450モノオキシゲナーゼとして機能するポリペプチドをコードするDNA、(g)配列番号1のアミノ酸配列において、1もしくは複数個のアミノ酸配列が欠失、置換または付加されたアミノ酸配列からなり、かつシトクロムP450モノオキシゲナーゼとして機能するポリペプチドをコードするDNA等が好ましい。また、ロドコッカス属NCIMB 9784株由来のシトクロムP450モノオキシゲナーゼP450RhFの還元酵素ペプチド(ドメイン)またはこれと同等の機能を有する還元酵素ペプチドをコードするDNAとしては、(h)配列番号4の塩基配列からなるDNA、(i)配列番号4の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつ還元酵素活性を有するタンパク質をコードするDNA、(j)配列番号2記載のアミノ酸配列において、1もしくは複数個のアミノ酸が付加、欠失または置換されたアミノ酸配列からなり、かつ還元酵素活性を有するポリペプチドをコードするDNA等が好ましい。
配列番号3の塩基配列は、配列番号1のポリペプチドをコードするDNA配列であり、配列番号4の塩基配列は、配列番号2のポリペプチドをコードするDNA配列である。
DNA encoding a protein belonging to CYP154 includes (e) DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 3 and (f) DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 3 (DNA of SEQ ID NO: 3) complementary to the base sequence. DNA encoding a polypeptide that functions as a cytochrome P450 monooxygenase, and (g) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 has one or more amino acid sequences deleted or substituted Alternatively, a DNA encoding a polypeptide consisting of an added amino acid sequence and functioning as a cytochrome P450 monooxygenase is preferred. The DNA encoding the reductase peptide (domain) of cytochrome P450 monooxygenase P450RhF derived from Rhodococcus sp. NCIMB 9784 or a reductase peptide having a function equivalent to this (h) consists of the base sequence of SEQ ID NO: 4. DNA, (i) DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 4 and encodes a protein having reductase activity, (j) SEQ ID NO: In the amino acid sequence described in 2, DNA or the like that encodes a polypeptide having an amino acid sequence in which one or a plurality of amino acids are added, deleted or substituted and having reductase activity is preferable.
The base sequence of SEQ ID NO: 3 is a DNA sequence encoding the polypeptide of SEQ ID NO: 1, and the base sequence of SEQ ID NO: 4 is a DNA sequence encoding the polypeptide of SEQ ID NO: 2.

配列番号3の塩基配列からなるDNAは、例えば、ストレプトマイセス グリセウス (Streptomyces griseus) NBRC 13350株のゲノムDNAライブラリーから、配列番号3に基づき設計したプローブを用いたハイブリダイゼーションや、配列番号3に基づき設計したプライマーを用いて、ストレプトマイセス グリセウス (Streptomyces griseus) NBRC 13350株のゲノムDNAを鋳型としたPCRなどにより得ることが出来る。また、化学合成によっても得られる。配列番号4の塩基配列からなるDNAは、例えばロドコッカス属細菌のゲノムDNAまたはそのライブラリーを用いて、配列番号3のDNAの場合と同様にして得ることができる。また化学合成することもできる。また、(e)のDNAの改変により(f)または(g)の遺伝子を得る方法、および(h)のDNAの改変により(i)または(j)の遺伝子を得る方法としては、例えば、(e)または(h)のDNA配列を基に化学合成する方法、(e)または(h)のDNAにγ-線を照射する方法、(e)または(h)のDNAを鋳型として用いたエラープローンPCRを行なう方法等の一般的な方法が挙げられる。 DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 3 is, for example, hybridized using a probe designed based on SEQ ID NO: 3 from the genomic DNA library of Streptomyces griseus NBRC 13350 strain, The primers designed based on the above can be obtained by PCR or the like using the genomic DNA of Streptomyces griseus NBRC 13350 strain as a template. It can also be obtained by chemical synthesis. The DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 4 can be obtained in the same manner as the DNA of SEQ ID NO: 3 using, for example, genomic DNA of Rhodococcus bacteria or a library thereof. It can also be chemically synthesized. Examples of the method of obtaining the gene (f) or (g) by modifying the DNA of (e) and the method of obtaining the gene of (i) or (j) by modifying the DNA of (h) include: Method of chemical synthesis based on DNA sequence of e) or (h), method of irradiating γ-ray to DNA of (e) or (h), error using DNA of (e) or (h) as template General methods such as a method for performing prone PCR can be mentioned.

CYP154タンパク質をコードする上記(e)〜(g)のいずれかのDNAの3’末端側に、リンカーを介して、還元酵素ペプチドをコードする上記(h)〜(j)のいずれかのDNAを連結した融合型タンパク質発現カセットを、T7プロモーターとpET系ベクターの翻訳シグナルを利用するようにpET系ベクターに挿入した組換えベクターは、本発明における好ましい実施態様の1つである。   The DNA of any one of (h) to (j) that encodes the reductase peptide is linked to the 3 ′ end of any of the DNAs of (e) to (g) that encode the CYP154 protein via a linker. A recombinant vector in which the linked fusion protein expression cassette is inserted into the pET vector so as to utilize the translation signal of the T7 promoter and the pET vector is one of the preferred embodiments of the present invention.

本発明において、あるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAは、例えばMolecular Cloning: A Laboratory Manual (Sambrookら編、コールド・スプリング・ハーバー・ラボラトリー・プレス、コールド・スプリング・ハーバー、ニューヨーク、1989年)に記載の方法等によって得ることができる。本発明において「ストリンジェント」な条件としては、6×SSC (standard saline citrate; 1×SSC=0.15 M NaCl, 0.015 M Sodium citrate)、0.5% SDSおよび50% ホルムアミドの溶液中において42℃で一夜加温した後、0.1×SSC、0.5% SDSの溶液中において68℃で30分間洗浄した場合にそのポリヌクレオチドから脱離しない条件が挙げられる。より好ましい「ストリンジェントな条件」とは、好ましくは約90%以上、さらに好ましくは約95%以上、特に好ましくは約98%以上の相同性が配列間に存在するときにハイブリダイゼーションが起こることを意味する。このような「ストリンジェントな条件」については、上記Molecular Cloning、特に11.45節”Conditions for Hybridization of Oligonucleotide Probes”に記載されており、ここに記載の条件を使用し得る。   In the present invention, a DNA that hybridizes with a certain DNA under stringent conditions is, for example, Molecular Cloning: A Laboratory Manual (edited by Sambrook et al., Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York, 1989). Year). In the present invention, “stringent” conditions include 6 × SSC (standard saline citrate; 1 × SSC = 0.15 M NaCl, 0.015 M Sodium citrate), 0.5% SDS and 50% formamide in a solution at 42 ° C. overnight. An example of the condition is that it is not detached from the polynucleotide when it is washed in a solution of 0.1 × SSC, 0.5% SDS at 68 ° C. for 30 minutes after warming. More preferable `` stringent conditions '' preferably means that hybridization occurs when homology of about 90% or more, more preferably about 95% or more, particularly preferably about 98% or more exists between sequences. means. Such “stringent conditions” are described in the above-mentioned Molecular Cloning, particularly in Section 11.45 “Conditions for Hybridization of Oligonucleotide Probes”, and the conditions described herein can be used.

なお、本発明において、あるDNA、例えば、配列番号3の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNAは、配列番号3の塩基配列からなるDNAの塩基配列と約90%以上の配列相同性を有することが好ましく、約95%以上の配列相同性を有することがより好ましく、約98%以上の配列相同性を有することが特に好ましい。   In the present invention, a DNA that hybridizes under stringent conditions with a certain DNA, for example, a DNA consisting of a base sequence complementary to the base sequence of SEQ ID NO: 3, is a DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 3. It has preferably about 90% or more sequence homology, more preferably about 95% or more sequence homology, and particularly preferably about 98% or more sequence homology.

形質転換体
本発明における形質転換体は、CYP154タンパク質と、電子伝達タンパク質との融合型タンパク質をコードする遺伝子を導入したものであることが好ましい。形質転換体は、CYP154タンパク質をコードする上記(e)〜(g)のいずれかのDNAの3’末端側に、リンカーを介して、還元酵素ペプチドをコードする上記(h)〜(j)のいずれかのDNAを連結した融合型タンパク質をコードする遺伝子を、上述したベクターに挿入した組換えプラスミドを宿主に導入してなるものであることがより好ましい。CYP154タンパク質をコードする遺伝子は、より好ましくは上記(e)の遺伝子である。還元酵素ペプチドをコードする遺伝子は、より好ましくは上記(h)の遺伝子である。また、好ましい態様においては、CYP154に属するタンパク質をコードする上記(e)〜(g)のいずれかのDNAの3’末端側に、リンカーを介して、還元酵素ペプチドをコードする上記(h)〜(j)のいずれかのDNAを連結した融合型タンパク質をコードする遺伝子を、大腸菌ベクターに挿入した組換えプラスミドを大腸菌に導入してなる形質転換体を用いる。
組換えプラスミドとしては、上記(e)〜(g)のいずれかのDNAの3’末端側に、リンカーを介して、還元酵素ペプチドをコードする上記(h)〜(j)のいずれかのDNAを連結した融合型タンパク質発現カセットを、T7プロモーターとpET系ベクターの翻訳シグナルを利用するようにpET系ベクターに挿入した組換えベクターが特に好ましい。
Transformant The transformant in the present invention is preferably one into which a gene encoding a fusion protein of CYP154 protein and electron transfer protein is introduced. The transformant is one of the above (h) to (j) encoding a reductase peptide via a linker on the 3 ′ end side of any one of the DNAs (e) to (g) encoding the CYP154 protein. It is more preferable to introduce a recombinant plasmid obtained by inserting a gene encoding a fusion protein linked with any DNA into the above-described vector into a host. The gene encoding CYP154 protein is more preferably the gene of (e) above. More preferably, the gene encoding the reductase peptide is the gene of (h) above. Further, in a preferred embodiment, the above (h) to (3) encoding a reductase peptide via a linker on the 3 ′ end side of any one of the DNAs (e) to (g) encoding a protein belonging to CYP154. A transformant obtained by introducing into E. coli a recombinant plasmid in which a gene encoding a fusion protein linked with any of the DNAs of (j) is inserted into an E. coli vector is used.
As a recombinant plasmid, the DNA of any one of the above (h) to (j) encoding a reductase peptide via a linker on the 3 ′ end side of any one of the above DNAs (e) to (g) Particularly preferred is a recombinant vector in which a fusion protein expression cassette linked to is inserted into a pET vector so as to utilize the translation signal of the T7 promoter and the pET vector.

上記形質転換体は、上記の組換えベクターを宿主中に導入することにより得ることができる。組換えベクターの導入方法としては、特に限定されないが、細菌に導入する方法であれば、例えば、カルシウムイオンを用いる方法(Cohen et a1.: Proc. Nat1. Acad. Sci., USA, 69, 2110, 1972)、エレクトロポレーション法等が挙げられる。また、酵母へ導入する方法であれば、例えば、エレクトロポレーション法(Becker,D.M. et a1.: Methods Enzymo1., 194,182, 1990)、スフェロプラスト法(Hinnen, A. et a1.: Proc. Nat1. Acad. Sci., USA, 75, 1929, 1978)、酢酸リチウム法(Itoh, H.: J .Bacterio1.,153, 163, 983)等が挙げられる。また、動物細胞へ導入する方法であれば、例えばエレクトロポレーション法、リン酸カルシウム法、リポフェクション法等が、また、昆虫細胞へ導入する方法であれば、例えば、リン酸カルシウム法、リポフェクション法、エレクトロポレーション法などが用いられる。   The transformant can be obtained by introducing the above recombinant vector into a host. The method for introducing the recombinant vector is not particularly limited, and any method using calcium ions can be used as long as the method is introduced into bacteria (Cohen et a1 .: Proc. Nat1. Acad. Sci., USA, 69, 2110). , 1972), electroporation method and the like. Examples of the method for introduction into yeast include the electroporation method (Becker, DM et al .: Methods Enzymo1., 194, 182, 1990), and the spheroplast method (Hinnen, A. et al .: Proc. Nat1). Acad. Sci., USA, 75, 1929, 1978), lithium acetate method (Itoh, H .: J. Bacterio 1, 153, 163, 983) and the like. Moreover, if it is a method to introduce into animal cells, for example, electroporation method, calcium phosphate method, lipofection method, etc. If it is a method to introduce into insect cells, for example, calcium phosphate method, lipofection method, electroporation method Etc. are used.

宿主はベクターに合わせて選択すればよい。動物、酵母等の真核細胞でも、放線菌、真正細菌(eubacteria)等の原核細胞でもよいが、生育が簡単で早く変換反応を行い易い点で、真正細菌細胞が好ましい。真正細菌細胞としては、例えば、大腸菌 (エシェリキア・コリ;Escherichia coli)などのエシェリキア属、バチルス・ズブチリス (Bacillus subtilis)等のバチルス属、シュードモナス・プチダ (Pseudomonas putida)等のシュードモナス属に属する細菌などが挙げられるが、中でも、大腸菌が好ましい。 The host may be selected according to the vector. Eukaryotic cells such as animals and yeasts, or prokaryotic cells such as actinomycetes and eubacteria may be used, but eubacterial cells are preferred because they are easy to grow and easily undergo a conversion reaction. Examples of eubacterial cells include bacteria belonging to the genus Escherichia such as Escherichia coli , Bacillus subtilis such as Bacillus subtilis , and Pseudomonas putida such as Pseudomonas putida. Among them, Escherichia coli is preferable.

得られた形質転換体と、基質である置換基を有するステロイド化合物とを、上述したように反応液中に共存させることにより、該形質転換体が生産するCYP154に属するタンパク質またはこれを含む融合型タンパク質が該置換基を有するステロイド化合物に作用し、目的物である16α位が水酸化されたステロイド化合物を製造することができる。   A protein belonging to CYP154 produced by the transformant or a fusion type containing the same produced by allowing the obtained transformant and a steroid compound having a substituent as a substrate to coexist in the reaction solution as described above. A protein acts on a steroid compound having the substituent, and a target steroid compound in which the 16α-position is hydroxylated can be produced.

一例として、大腸菌に上記遺伝子を導入してなる形質転換体であれば、例えば、まず好気条件で該大腸菌形質転換体を培養して菌体濃度を高めることが好ましい。好気条件で培養することにより、短時間で高微生物濃度まで培養することができる。培養するための手段としては公知の方法が用いられる。次いで基質である置換基を有するステロイド化合物と、該大腸菌形質転換体とを共存させて、緩衝液中等で反応を行うことが好ましい。
該大腸菌形質転換体において、導入した遺伝子の誘導発現を行う場合には、通常、菌体濃度を高めた後、IPTG等を添加して誘導発現を行うことが好ましい。また、大腸菌を宿主として、ヘムタンパク質であるP450、具体的にはCYP154に属するタンパク質またはこれを含む融合型タンパク質を誘導発現する場合には、5−アミノレブリン酸(5-Aminolevulinic Acid)および塩化鉄(II)(FeCl2)、硫酸鉄(II)(FeSO4)、硫酸アンモニウム鉄(Fe(NH4)2(SO4)2)などの2価の鉄の塩を各々終濃度10〜300 mM程度にて培地又は反応液に添加することが好ましい。誘導発現は、基質存在下での培養と同時に行ってもよい。
As an example, in the case of a transformant obtained by introducing the above gene into Escherichia coli, for example, it is preferable to first culture the Escherichia coli transformant under aerobic conditions to increase the cell concentration. By culturing under aerobic conditions, it is possible to cultivate to a high microorganism concentration in a short time. A known method is used as a means for culturing. Next, it is preferable to carry out the reaction in a buffer solution or the like in the presence of the steroid compound having a substituent as a substrate and the E. coli transformant.
In the case of performing inducible expression of the introduced gene in the Escherichia coli transformant, it is usually preferable to perform inducible expression by adding IPTG or the like after increasing the cell concentration. In addition, when E. coli is used as a host to induce and express heme protein P450, specifically a protein belonging to CYP154 or a fusion protein containing this, 5-aminolevulinic acid and iron chloride ( II) Divalent iron salts such as (FeCl 2 ), iron sulfate (II) (FeSO 4 ), and ammonium iron sulfate (Fe (NH 4 ) 2 (SO 4 ) 2 ) are each brought to a final concentration of about 10 to 300 mM. It is preferable to add to the culture medium or reaction solution. Inducible expression may be carried out simultaneously with the culture in the presence of the substrate.

以下に、実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be described in detail below based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

[実施例1]
(1)ストレプトマイセス属由来P450の系統樹解析
ゲノム配列情報が公開されている5種のストレプトマイセス属 Streptomyces avermitilis (http://www.ls.kitasato-u.ac.jp/)、 Streptomyces griseus (http://streptomyces.nih.go.jp/griseus/)、 Streptomyces coelicolor A3(2) (http://www.sanger.ac.uk/resources/downloads/bacteria/streptomyces-coelicolor.html、Streptomyces scabiei (http://www.sanger.ac.uk/resources/downloads/bacteria/streptomyces-scabies.html、 Streptomyces bingchenggensis BCW-1 (http://gib.genes.nig.ac.jp/single/main.php?spid=Sbin_BCW1)のゲノムに存在するP450遺伝子のアミノ酸配列情報を検索および収集した。得られたアミノ酸配列情報について、Blast (http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)を使用して相同性検索し、それぞれのCYP154をサブファミリーに分類した。
[Example 1]
(1) Phylogenetic analysis of P450 derived from Streptomyces Genus Streptomyces avermitilis (http://www.ls.kitasato-u.ac.jp/), Streptomyces griseus (http://streptomyces.nih.go.jp/griseus/), Streptomyces coelicolor A3 (2) (http://www.sanger.ac.uk/resources/downloads/bacteria/streptomyces-coelicolor.html, Streptomyces scabiei (http://www.sanger.ac.uk/resources/downloads/bacteria/streptomyces-scabies.html, Streptomyces bingchenggensis BCW-1 (http://gib.genes.nig.ac.jp/single/main. We searched and collected amino acid sequence information of P450 gene in the genome of php? spid = Sbin_BCW1) Blast ( http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi ) To classify each CYP154 into subfamilies.

表1に系統解析結果を示す。表1から、例えば、Streptomyces griseus IFO13350は、3種のCYP154を有する。表1に示した結果から、CYP154ファミリー群はストレプトマイセス属において主要な分子種として広く分布していることが判明した。 Table 1 shows the results of system analysis. From Table 1, for example, Streptomyces griseus IFO13350 has three CYP154. From the results shown in Table 1, it was found that the CYP154 family group is widely distributed as the main molecular species in the genus Streptomyces.

(2)CYP154の系統学的位置
P450 Engineering Database (http://www.cyped.uni-stuttgart.de/)から公開されている以下の細菌のゲノムに存在するCYP154のアミノ酸配列情報を検索および収集した。得られたアミノ酸配列情報について、Blast (http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)を使用して相同性検索した。
(2) Phylogenetic position of CYP154
The amino acid sequence information of CYP154 present in the following bacterial genomes published from P450 Engineering Database (http://www.cyped.uni-stuttgart.de/) was searched and collected. The obtained amino acid sequence information was subjected to homology search using Blast (http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi).

Streptomyces griseus NBRC13350
Streptomyces albus J1074
Streptomyces roseosporus NPRL 15998
Streptomyces flavogriseus ATCC 33331
Streptomyces sp. Mg1
Streptomyces ghanaensis ATCC 14672
Streptomyces griseoflavus Tu4000
Streptomyces sp. e14
Streptomyces coelicolor A3(2)
Streptomyces lividans TK24
Streptomyces ambofaciens ATCC 23877
Streptomyces avermitilis MA-4680
Nocardia farcinica IFM 10152
Streptomyces hygroscopicus ATCC 53653
Nocardiopsis dassonvillei DSM 43111
Thermobifida fusca YX
Catenulispora acidiphila DMS 44928
Streptomyces clavuligerus ATCC 27064
Streptomyces violaceusniger Tu 4113
Streptomyces hygroscopicus ATCC 53653
Streptomyces bingchenggensis BCW-1
Streptomyces flaveolus FJ 809786
Thermomonospora curvata DSM 43183
Streptomyces ghanaensis ATCC 14672
Frankia sp. EUN1f
Streptomyces viridochromogenes DSM 40736
Streptomyces scabiei 87.22
Streptomyces pristinaespiralis ATCC25486
Streptomyces fradiae AF 145049
Streptomyces rishinensis EU 147298
Streptomyces rochei pSLA2-L
Streptomyces tsukubaensis GU 067679
Streptomyces peucetius ATCC 27952
Streptomyces roseum DSM 43021
Salinispora tropica CNB-440
Salinispora arenicola CNS-205
Streptomyces griseus NBRC13350
Streptomyces albus J1074
Streptomyces roseosporus NPRL 15998
Streptomyces flavogriseus ATCC 33331
Streptomyces sp. Mg1
Streptomyces ghanaensis ATCC 14672
Streptomyces griseoflavus Tu4000
Streptomyces sp. E14
Streptomyces coelicolor A3 (2)
Streptomyces lividans TK24
Streptomyces ambofaciens ATCC 23877
Streptomyces avermitilis MA-4680
Nocardia farcinica IFM 10152
Streptomyces hygroscopicus ATCC 53653
Nocardiopsis dassonvillei DSM 43111
Thermobifida fusca YX
Catenulispora acidiphila DMS 44928
Streptomyces clavuligerus ATCC 27064
Streptomyces violaceusniger Tu 4113
Streptomyces hygroscopicus ATCC 53653
Streptomyces bingchenggensis BCW-1
Streptomyces flaveolus FJ 809786
Thermomonospora curvata DSM 43183
Streptomyces ghanaensis ATCC 14672
Frankia sp. EUN1f
Streptomyces viridochromogenes DSM 40736
Streptomyces scabiei 87.22
Streptomyces pristinaespiralis ATCC25486
Streptomyces fradiae AF 145049
Streptomyces rishinensis EU 147298
Streptomyces rochei pSLA2-L
Streptomyces tsukubaensis GU 067679
Streptomyces peucetius ATCC 27952
Streptomyces roseum DSM 43021
Salinispora tropica CNB-440
Salinispora arenicola CNS-205

図2および図3に系統解析結果を示す。図2および図3中の数値は、CYP154の相同性を表す。図2および図3に示した結果から、CYP154ファミリー群はストレプトマイセス属を中心に広く分布していることが判明した。   2 and 3 show the system analysis results. 2 and 3 represent the homology of CYP154. From the results shown in FIGS. 2 and 3, it was found that the CYP154 family group is widely distributed mainly in the genus Streptomyces.

[実施例2]
ストレプトマイセス グリセウス NBRC 13350株由来のCYP154遺伝子の大腸菌での機能発現用プラスミドの作製
次に、ストレプトマイセス グリセウス NBRC 13350株由来のCYP154遺伝子の機能発現用プラスミドpRED-CYP154の作製を行った。
本発明者らは、上記でも述べたように大腸菌でのP450遺伝子の機能発現系を構築した(特許文献1および非特許文献13)。本研究で機能解析を実施するストレプトマイセス グリセウス NBRC 13350株由来のCYP154遺伝子の機能発現解析に、このpREDベクターを利用した。
[Example 2]
Preparation of plasmid for functional expression of CYP154 gene derived from Streptomyces griseus NBRC 13350 strain in E. coli Next, plasmid pRED-CYP154 for functional expression of CYP154 gene derived from Streptomyces griseus NBRC 13350 strain was prepared.
As described above, the present inventors constructed a functional expression system of the P450 gene in Escherichia coli (Patent Document 1 and Non-Patent Document 13). This pRED vector was used for the functional expression analysis of the CYP154 gene derived from Streptomyces griseus NBRC 13350, which performs functional analysis in this study.

(1) ストレプトマイセス グリセウス NBRC 13350株由来のCYP154遺伝子の塩基配列確認用プラスドの作製とPCR増幅したCYP154遺伝子の塩基配列の確認
塩基配列の確認の為に、α相補性を利用した青白選抜が可能である大腸菌用プラスミドベクターpHSG396(クロラムフェニコール耐性;TaKaRa Bio 社製)を材料として用いた。その後のP450遺伝子のサブクローニング操作が容易となるように、マルチクローニング部位を新たに付与し、汎用性を高めたpHSG396NMSベクターを構築した。その後、このpHSG396NMSに、ストレプトマイセス グリセウス NBRC 13350株のゲノムからPCR法により増幅したCYP154遺伝子(終止コドンは除いている)を挿入し、pHSG396NMS-CYP154プラスミドを作製し、CYP154遺伝子の塩基配列の確認を行った。pHSG396NMSに連結(挿入)したCYP154遺伝子の塩基配列は、配列番号3で示される塩基配列から終始コドン(TAG)を除去したもの(1,251 bp)である。また、開始コドンのGTGを大腸菌で利用されやすい開始コドンであるATGへ改変した。
(1) Streptomyces Griseus NBRC 13350-derived plastid for CYP154 gene base sequence confirmation and PCR-amplified CYP154 gene base sequence confirmation To confirm the base sequence, blue-and-white selection using α complementation was performed. A possible plasmid vector for Escherichia coli, pHSG396 (chloramphenicol resistance; manufactured by TaKaRa Bio) was used as a material. In order to facilitate subsequent subcloning of the P450 gene, a multi-cloning site was newly added to construct a pHSG396NMS vector with improved versatility. After that, the CYP154 gene amplified by PCR from the genome of Streptomyces griseus NBRC 13350 strain (excluding the stop codon) was inserted into this pHSG396NMS to prepare the pHSG396NMS-CYP154 plasmid and confirm the base sequence of the CYP154 gene Went. The base sequence of the CYP154 gene linked (inserted) to pHSG396NMS is the base sequence represented by SEQ ID NO: 3 with the termination codon (TAG) removed (1,251 bp). In addition, the start codon GTG was changed to ATG, which is an easy start codon in E. coli.

1) P450遺伝子の塩基配列確認用プラスミドpHSG396NMSプラスミドベクターの作製
pHSG396プラスミドベクター(TakaraBio社製)をHindIIIとHincIIとで二重消化した後、アガロース電気泳動をかけてDNA断片をゲルから切り出し、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN社製)を用いてゲル抽出を行った(2,218 bp)。次にHindIII-NdeI-NotI-MfeI(MunI)-SpeI-HincII部位を持つようにデザインした合成DNAを二重鎖になるようにアニーリングしたもの(0.5 μg)(配列は図4に示す)をHindIII-HincII切断したpHSG396ベクター(0.2 μg)と混合し、Ligation high溶液(東洋紡社製)と1:1の量比で混合し、16℃、45分間のライゲーション反応を行い、合成二本鎖DNAをpHSG396ベクターに連結した。その後、氷水中で大腸菌コンピテントセル(ECOS Competent E. coli DH5α(ニッポンジーン社製))にライゲーション反応液を1/10量混合し、5分間氷水中で放置した後、42℃、45秒間処理することで形質転換した。次に、SOC培地 (2% トリプトン、0.5% yeast extract、10 mM NaCl、2.5 mM KCl、10 mM MgCl2、10 mM MgSO4、20 mM グルコース)を菌体溶液の2倍量加え、37℃、30分間インキュベートした。その後、30 μg/mlのクロラムフェニコールを含み、30 μlの100 mM IPTG(イソプロピル−β−チオガラクトピラノシド)と30 μlの20%のX-Gal(5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリル−β−D−ガラクトピラノシド)-DMSO (Dimethyl sulfoxide)溶液を塗布したLB培地プレート (1% Bacto-tryptone、0.5% Bacto-yeast extract、1% NaCl、0.02% 5 N NaOH、1.5%アガロース)にインキュベートした菌体溶液を塗布し、37℃で16時間培養した。16時間の培養後、プラスミドを抽出するために、白色コロニーを採り、クロラムフェニコールを30 μg/ml含むLB培地 (1% Bacto-tryptone、0.5% Bacto-yeast extract、1% NaCl、0.02% 5 N NaOH)へ移植し、37℃で16時間、170 rpm (恒温振盪培養器)の条件下、振盪培養した。培養した形質転換大腸菌から、QIAprep Spin Miniprep Kit (QIAGEN社製)を用いてプラスミドの抽出を行った。抽出したプラスミドを、マルチクローニングサイトの外側の塩基配列から設計したプライマーを使用し、BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit (Applied Biosystems 社製)を用いてシークエンス反応に供した。シークエンス反応条件は、1 μlのReady reaction premix、3.5 μlの5×BigDye sequencing Buffer、プライマー (3.5 μlのフォワードプライマー:pHSG396NMS-Fo (1μmol/μl)もしくは、3.5 μlのリバースプライマー:pHSG396NMS-Rv (1 μmol/μl))、200 ngのプラスミドDNA、および滅菌蒸留水を20 μlとなるように混合し、シークエンス反応として96℃で1分間加熱した後、96℃で10秒間、50℃で5 秒間、および60℃で4分間を30サイクル行った。その後、model 3730 DNA analyzer (Applied Biosystems 社製)を使用して、インサートの塩基配列を確認し、P450遺伝子の塩基配列確認用プラスミドをpHSG396NMS (2,347 bp)とした。
1) Preparation of plasmid pHSG396NMS plasmid vector for P450 gene base sequence confirmation
After double digestion with pHSG396 plasmid vector (TakaraBio Inc.) and Hin dIII and Hin cII, over agarose electrophoresis to cut out a DNA fragment from the gel, the gel extracted using the QIAquick Gel Extraction Kit (QIAGEN Inc.) Performed (2,218 bp). Then Hin dIII- Nde I- Not I- Mfe I (Mun I) - Spe I- design synthetic DNA to have Hin cII sites which were annealed so that the duplex (0.5 μg) (sequence 4) is mixed with pHSG396 vector (0.2 μg) cleaved with Hin dIII- Hin cII, and mixed with Ligation high solution (manufactured by Toyobo) at a 1: 1 ratio, and ligation reaction at 16 ° C. for 45 minutes. The synthetic double-stranded DNA was ligated to the pHSG396 vector. Then, 1/10 volume of the ligation reaction solution is mixed in E. coli competent cells (ECOS Competent E. coli DH5α (Nippon Gene)) in ice water, left in ice water for 5 minutes, and then treated at 42 ° C for 45 seconds. And transformed. Next, an SOC medium (2% tryptone, 0.5% yeast extract, 10 mM NaCl, 2.5 mM KCl, 10 mM MgCl 2 , 10 mM MgSO 4 , 20 mM glucose) was added in an amount twice that of the bacterial cell solution, 37 ° C., Incubated for 30 minutes. Then 30 μg / ml chloramphenicol, 30 μl 100 mM IPTG (isopropyl-β-thiogalactopyranoside) and 30 μl 20% X-Gal (5-bromo-4-chloro- LB medium plate coated with 3-indolyl-β-D-galactopyranoside) -DMSO (Dimethyl sulfoxide) solution (1% Bacto-tryptone, 0.5% Bacto-yeast extract, 1% NaCl, 0.02% 5 N NaOH, The bacterial cell solution incubated in 1.5% agarose was applied and cultured at 37 ° C. for 16 hours. After 16 hours of culture, to extract the plasmid, white colonies were picked and LB medium containing 30 μg / ml chloramphenicol (1% Bacto-tryptone, 0.5% Bacto-yeast extract, 1% NaCl, 0.02% 5 N NaOH) and cultured under shaking at 37 ° C. for 16 hours under the condition of 170 rpm (constant temperature shaking incubator). Plasmids were extracted from the cultured transformed Escherichia coli using QIAprep Spin Miniprep Kit (manufactured by QIAGEN). The extracted plasmid was subjected to a sequencing reaction using a BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit (Applied Biosystems) using primers designed from the base sequence outside the multicloning site. Sequencing reaction conditions are 1 μl Ready reaction premix, 3.5 μl 5 × BigDye sequencing Buffer, primer (3.5 μl forward primer: pHSG396NMS-Fo (1 μmol / μl) or 3.5 μl reverse primer: pHSG396NMS-Rv (1 μmol / μl)), 200 ng of plasmid DNA and sterilized distilled water to 20 μl, and after heating at 96 ° C for 1 minute as a sequencing reaction, 96 ° C for 10 seconds, 50 ° C for 5 seconds, And 30 cycles of 4 minutes at 60 ° C. Thereafter, the model 3730 DNA analyzer (Applied Biosystems) was used to confirm the base sequence of the insert, and the P450 gene base sequence confirmation plasmid was designated as pHSG396NMS (2,347 bp).

<シークエンス用プライマーの塩基配列>
シークエンス確認に使用したプライマーの塩基配列は以下の通りである。
pHSG396NMS-Fo : 5’- AGTCACGACGTTGTA -3’(配列番号6)
pHSG396NMS-Rv : 5’- CAGGAAACAGCTATGAC -3’(配列番号7)
<Base sequence of sequencing primer>
The base sequences of the primers used for sequence confirmation are as follows.
pHSG396NMS-Fo: 5'- AGTCACGACGTTGTA -3 '(SEQ ID NO: 6)
pHSG396NMS-Rv: 5'-CAGGAAACAGCTATGAC-3 '(SEQ ID NO: 7)

<pHSG396挿入塩基配列>
前述のpHSG396に挿入したHindIII-NdeI-NotI-MfeI(MunI)-SpeI-HincIIの合成二本鎖DNAは、図4に示す通りである。構築したpHSG396NMSの塩基配列を、配列番号8に示す。なお、図4の上段に示される配列は、配列番号8の塩基配列中、1187番目〜1219番目に挿入されていた。
<PHSG396 insertion base sequence>
Aforementioned pHSG396 the inserted Hin dIII- Nde I- Not I- Mfe I (Mun I) - Spe I- synthetic double-stranded DNA of the Hin cII is as shown in FIG. The base sequence of the constructed pHSG396NMS is shown in SEQ ID NO: 8. The sequence shown in the upper part of FIG. 4 was inserted at the 1187th to 1219th positions in the base sequence of SEQ ID NO: 8.

2) ストレプトマイセス グリセウス NBRC 13350株由来のCYP154遺伝子の塩基配列確認用プラスミドpHSG396NMS-CYP154の作製
<ストレプトマイセス グリセウス NBRC 13350株のゲノムDNAの抽出>
ストレプトマイセス グリセウス NBRC 13350株菌体(約1 g)に300 μlのSTE Buffer(100 mM NaCl、10 mM Tris・HCl (pH8.0)、1 mM EDTA (pH8.0))を加え、懸濁後、4℃、15分間、8,000 rpm遠心分離し、上清を除いた。菌体を300 μlのSTE Bufferに再懸濁し、68℃、15分間のインキュベートにより、DNaseを失活させた。4℃、15分間、8,000 rpm遠心分離し、上清を除いた。菌体にリゾチームを終濃度5 mg/ml、および60 μlのRNase A (10 mg/ml)を加えた600 μlの溶菌 Buffer(50 mM グルコース、25 mM Tris・HCl (pH8.0)、10 mM EDTA (pH8.0))を加え、再懸濁し、37℃、30分間保温した。12 μlのProteinase K (20 mg/ml) (TaKaRa Bio 社製)を加え、混和後、さらに37℃で10分間保温した。6 mgのN-Lauroylsarcosine・Naを加え、混和後、37℃、16時間保温し、菌体を溶菌させた。600 μlのフェノール/クロロホルム(TE Buffer (10 mM Tris・HCl (pH8.0)、1 mM EDTA (pH8.0))飽和フェノール:(クロロホルム:イソアミルアルコール=24:1)=1:1)を加え、5分間混和後、10℃、15分間、9,000 rpm遠心分離した。上層を回収し、400 μlのフェノール/クロロホルムを加え、5分間混和後、10℃、15 分間、9,000 rpm遠心分離した。再度、上層を回収し、400 μlのフェノール/クロロホルムを加え、5分間混和後、10℃、15 分間、9,000 rpm遠心分離した。上層を回収し、1/10量の3 M酢酸ナトリウム、1/10量の125 mM EDTA、および3倍量の100%エタノールを加え、4℃、20分間、10,000 rpm遠心分離し、上清を除いた。70%エタノールを500 μl加え、4℃、10分間、10,000 rpm遠心分離し、上清をよく除いた。200 μlのTE Bufferを加え、沈殿したゲノムDNAを4℃で24時間溶解させた。
2) Construction of plasmid pHSG396NMS-CYP154 for nucleotide sequence confirmation of CYP154 gene derived from Streptomyces griseus NBRC 13350 <Extraction of genomic DNA of Streptomyces griseus NBRC 13350>
Streptomyces griseus NBRC strain 13350 (approx. 1 g) added with 300 μl STE Buffer (100 mM NaCl, 10 mM Tris · HCl (pH 8.0), 1 mM EDTA (pH 8.0)) and suspended Thereafter, the mixture was centrifuged at 8,000 rpm for 15 minutes at 4 ° C., and the supernatant was removed. The bacterial cells were resuspended in 300 μl of STE Buffer, and DNase was inactivated by incubation at 68 ° C. for 15 minutes. The supernatant was removed by centrifuging at 8,000 rpm for 15 minutes at 4 ° C. 600 μl of lysis buffer (50 mM glucose, 25 mM Tris · HCl (pH 8.0), 10 mM) containing lysozyme at a final concentration of 5 mg / ml and 60 μl RNase A (10 mg / ml) EDTA (pH 8.0)) was added, resuspended, and incubated at 37 ° C. for 30 minutes. 12 μl of Proteinase K (20 mg / ml) (TaKaRa Bio) was added, mixed, and further incubated at 37 ° C. for 10 minutes. 6 mg of N-Lauroylsarcosine · Na was added, and after mixing, the cells were incubated at 37 ° C. for 16 hours to lyse the cells. Add 600 μl of phenol / chloroform (TE Buffer (10 mM Tris · HCl (pH 8.0), 1 mM EDTA (pH 8.0)) saturated phenol: (chloroform: isoamyl alcohol = 24: 1) = 1: 1) The mixture was mixed for 5 minutes and then centrifuged at 9,000 rpm for 15 minutes at 10 ° C. The upper layer was recovered, 400 μl of phenol / chloroform was added, mixed for 5 minutes, and then centrifuged at 10 ° C. for 15 minutes at 9,000 rpm. The upper layer was collected again, 400 μl of phenol / chloroform was added, mixed for 5 minutes, and then centrifuged at 9,000 rpm for 15 minutes at 10 ° C. Collect the upper layer, add 1/10 volume of 3 M sodium acetate, 1/10 volume of 125 mM EDTA, and 3 volumes of 100% ethanol, and centrifuge at 4 ° C for 20 minutes at 10,000 rpm. Excluded. 500 μl of 70% ethanol was added, centrifuged at 10,000 rpm for 10 minutes at 4 ° C., and the supernatant was removed well. 200 μl of TE Buffer was added, and the precipitated genomic DNA was dissolved at 4 ° C. for 24 hours.

<pHSG396NMS-CYP154の作製>
pHSG396NMSプラスミドベクターを、制限酵素NdeIとEcoRIとで37℃、4時間、2重消化した。その後、1.5%アガロース電気泳動を行い、NdeIとEcoRIとで切断されたpHSG396NMSを切り出し、QIAquick Gel Extraction Kitを用いてゲル抽出を行った。このDNAをベクターDNAとした。
<Production of pHSG396NMS-CYP154>
The pHSG396NMS plasmid vector was double-digested with the restriction enzymes Nde I and Eco RI at 37 ° C. for 4 hours. Thereafter, 1.5% agarose electrophoresis was performed, pHSG396NMS cleaved with Nde I and Eco RI was excised, and gel extraction was performed using QIAquick Gel Extraction Kit. This DNA was used as vector DNA.

次に、PCR法を用いて、ストレプトマイセス グリセウス NBRC 13350株由来のCYP154遺伝子を増幅した。PCR増幅には、pHSG396NMSプラスミドベクターへの連結を行うためにCYP154遺伝子のN末端側にNde I配列、C末端側にEcoR I配列を付与するように設計したプライマーを使用した。また、後に述べるP450還元酵素とのキメラタンパク質としての発現のために、C末端側のプライマーは、終止コドンを除くように設計した。PCR増幅反応は、25 μlの2×PrimeSTAR MaxPremix (TaKaRa Bio 社製)、1 μlのフォワードプライマー: SGR1085_F (10 μmol/μl)、1 μlのリバースプライマー:SGR1085_R (10 μmol/μl)、0.5 μlのストレプトマイセス グリセウス NBRC 13350株ゲノムDNA (25 ng)、2.5 μlのDMSO(ジメチルスルホキシド)、および20 μlの滅菌蒸留水を混合し、PCR反応として98℃で2分間加熱した後、98℃で10秒間、55℃で10秒間、および72℃で15秒間を5サイクル行った。その後、98℃で10秒間、62℃で5秒間、および72℃で15秒間を30サイクル行い、CYP154遺伝子を増幅した。PCR増幅反応の終了後、反応液2 μlを用いて1.5%アガロース電気泳動を行い、CYP154遺伝子(1,266 bp)の大きさのPCR増幅産物が得られたことを確認した。CYP154遺伝子の増幅を確認後、MinElute PCR Purification Kit(QIAGEN社製)を用いてPCR増幅産物を精製した。精製したPCR増幅産物は、1.5%アガロース電気泳動を行い、CYP154遺伝子の大きさのバンドを切り出し、QIAquick Gel Extraction Kitを用いてゲル抽出を行った。抽出したPCR増幅産物を、制限酵素NdeIとEcoRIとで37℃、4時間、2重消化した。その後、1.5%アガロース電気泳動を行い、QIAquick Gel Extraction Kitを用いてゲル抽出を行った。このPCR増幅産物をインサートDNAとした。 Next, CYP154 gene derived from Streptomyces griseus NBRC 13350 strain was amplified using PCR. For PCR amplification, a primer designed to give an Nde I sequence to the N-terminal side of the CYP154 gene and an Eco RI sequence to the C-terminal side for ligation to the pHSG396NMS plasmid vector was used. In addition, for expression as a chimeric protein with P450 reductase described later, the C-terminal primer was designed to exclude the stop codon. PCR amplification reaction was performed using 25 μl 2 × PrimeSTAR MaxPremix (TaKaRa Bio), 1 μl forward primer: SGR1085_F (10 μmol / μl), 1 μl reverse primer: SGR1085_R (10 μmol / μl), 0.5 μl Streptomyces griseus NBRC 13350 genomic DNA (25 ng), 2.5 μl DMSO (dimethyl sulfoxide), and 20 μl sterile distilled water were mixed and heated at 98 ° C. for 2 minutes as a PCR reaction. Second, 5 cycles of 55 ° C. for 10 seconds and 72 ° C. for 15 seconds. Thereafter, 30 cycles of 98 ° C. for 10 seconds, 62 ° C. for 5 seconds, and 72 ° C. for 15 seconds were performed to amplify the CYP154 gene. After completion of the PCR amplification reaction, 1.5% agarose electrophoresis was performed using 2 μl of the reaction solution, and it was confirmed that a PCR amplification product having a size of CYP154 gene (1,266 bp) was obtained. After confirming the amplification of the CYP154 gene, the PCR amplification product was purified using MinElute PCR Purification Kit (QIAGEN). The purified PCR amplification product was subjected to 1.5% agarose electrophoresis, a band having a CYP154 gene size was excised, and gel extraction was performed using the QIAquick Gel Extraction Kit. The extracted PCR amplification product was subjected to double digestion with restriction enzymes Nde I and Eco RI at 37 ° C. for 4 hours. Thereafter, 1.5% agarose electrophoresis was performed, and gel extraction was performed using QIAquick Gel Extraction Kit. This PCR amplification product was used as insert DNA.

次いで、ベクターDNAとインサートDNAとをモル比で3:1の割合で混合し、Ligation Convenience Kit (ニッポンジーン社製)を等量加えて混合後、16℃、15分間ライゲーションした。氷水中で2.5 μlのライゲーション反応液を25 μlの大腸菌コンピテントセル (ECOS Competent E.coli DH5α)へ混合した。これを5分間氷水中で放置した後、42℃、45秒間処理することでコンピテントセルを形質転換した。その後、得られた形質転換体に25 μlのSOC培地を加え、37℃で、30分間放置した後、30 μg/mlのクロラムフェニコールを含み、30 μlの100 mM IPTGと30 μlの20%のX-Gal-DMSO溶液とを塗布したLBプレートに塗り広げた。その後、37℃、16時間培養し、コロニーを形成させた。次に、生じた白色コロニーを採り、コロニーダイレクトPCR法を用いて、プラスミドのインサートを確認した。コロニーダイレクトPCRは、0.125 μlのSpeedSTAR HS DNA polymelase (TaKaRa Bio 社製)、2.5 μlの10×Fast Buffer I (TaKaRa Bio 社製)、0.7 μlのフォワードプライマー:SGR1085_F (10 pmol/μl)、0.7 μlのリバースプライマー:SGR1085_R (10 pmol/μl)、1.25 μlのDMSO、2 μlのdNTP Mixture (2.5 mM each)、および17.725 μlの滅菌蒸留水のPCR反応溶液へコロニーを少量混合し、98℃で5秒間、64℃で10秒間、および72℃で10秒間のPCR反応を30サイクル繰り返した。反応後、PCR反応液の内、3 μlを1.5%アガロース電気泳動することで、インサートDNAが挿入されているコロニーを選び出した。インサートを確認したコロニーを、次に、30 μg/mlのクロラムフェニコールを含む10 mlのLB培地に植菌し、37℃で16時間、170 rpm (恒温振盪培養器)の条件下、振盪培養した。培養した形質転換大腸菌から、QIAprep Spin Miniprep Kitを用いてプラスミドの抽出を行った。抽出したプラスミドは、マルチクローニングサイトの外側の塩基配列から設計したプライマーを使用し、BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kitを用いてシークエンス反応を行い、インサートDNAの塩基配列を確認した。シークエンス条件は、CYP154遺伝子のGC含有量が高いことから、DMSOを反応液に5%添加し、pHSG396NMSの作製と同様にシークエンス反応を行った。なお、CYP154遺伝子の挿入が確認されたプラスミドをpHSG396NMS-CYP154とした。 Subsequently, the vector DNA and the insert DNA were mixed at a molar ratio of 3: 1, and an equal amount of Ligation Convenience Kit (manufactured by Nippon Gene) was added and mixed, and then ligated at 16 ° C. for 15 minutes. In ice water, 2.5 μl of the ligation reaction solution was mixed with 25 μl of E. coli competent cell (ECOS Competent E. coli DH5α). This was left in ice water for 5 minutes and then treated at 42 ° C. for 45 seconds to transform competent cells. Thereafter, 25 μl of SOC medium was added to the obtained transformant, and the mixture was allowed to stand at 37 ° C. for 30 minutes, and then contained 30 μg / ml chloramphenicol, 30 μl 100 mM IPTG and 30 μl 20 A LB plate coated with% X-Gal-DMSO solution was spread. Thereafter, the cells were cultured at 37 ° C. for 16 hours to form colonies. Next, the resulting white colonies were picked and plasmid inserts were confirmed using the colony direct PCR method. Colony direct PCR is performed using 0.125 μl SpeedSTAR HS DNA polymelase (TaKaRa Bio), 2.5 μl 10 × Fast Buffer I (TaKaRa Bio), 0.7 μl forward primer: SGR1085_F (10 pmol / μl), 0.7 μl Reverse primers: SGR1085_R (10 pmol / μl), 1.25 μl DMSO, 2 μl dNTP Mixture (2.5 mM each), and 17.725 μl of sterile distilled water in a PCR reaction solution. The PCR reaction for 30 seconds, 64 ° C. for 10 seconds, and 72 ° C. for 10 seconds was repeated 30 cycles. After the reaction, 3 μl of the PCR reaction solution was subjected to 1.5% agarose electrophoresis to select colonies into which the insert DNA had been inserted. The colonies with confirmed inserts are then inoculated into 10 ml of LB medium containing 30 μg / ml chloramphenicol and shaken under conditions of 170 rpm (constant temperature shaking incubator) at 37 ° C for 16 hours. Cultured. Plasmids were extracted from the cultured transformed E. coli using the QIAprep Spin Miniprep Kit. The extracted plasmid was subjected to a sequencing reaction using BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit using primers designed from the base sequence outside the multicloning site, and the base sequence of the insert DNA was confirmed. Since the GC content of the CYP154 gene is high, 5% DMSO was added to the reaction solution and the sequencing reaction was performed in the same manner as in the preparation of pHSG396NMS. The plasmid in which insertion of the CYP154 gene was confirmed was designated as pHSG396NMS-CYP154.

CYP154遺伝子のPCR増幅に使用したプライマーの塩基配列>
前述のプライマーの塩基配列は以下の通りである。
SGR1085_F: 5’-TACCATATGAACTGCCCGCACACTGC-3’(配列番号9)
SGR1085_R: 5’-TACGAATTCTCAGCCCAGGAGGACCG-3’(配列番号10)
CYP154のアミノ酸配列 (417アミノ酸)を、配列番号1に示す。
<Base sequence of primers used for PCR amplification of CYP154 gene>
The base sequences of the aforementioned primers are as follows.
SGR1085_F: 5'-TACCATATGAACTGCCCGCACACTGC-3 '(SEQ ID NO: 9)
SGR1085_R: 5'-TACGAATTCTCAGCCCAGGAGGACCG-3 '(SEQ ID NO: 10)
The amino acid sequence of CYP154 (417 amino acids) is shown in SEQ ID NO: 1.

(2) ストレプトマイセス グリセウス NBRC 13350株由来のCYP154遺伝子の機能発現用プラスミドpRED-CYP154の作製
pREDベクター(配列番号11)を制限酵素NdeIとEcoRIとで37℃、3時間、2重消化した。処理後は、0.8%アガロース電気泳動を行い、バンドを切り出し、QIAquick Gel Extraction Kitを用いてゲル抽出を行った。これを酵素機能発現用ベクターDNAとした。プラスミドpHSG396NMS-CYP154を制限酵素NdeIとEcoRIとで37℃、3時間、2重消化した。制限酵素処理後、0.8% アガロース電気泳動に供し、QIAquick Gel Extraction Kitを用いてゲル抽出を行った。これをインサートDNAとした。次いで、ベクターDNAとインサートDNAとをモル比で3:1の割合で混合し、Ligation Convenience Kitを等量加えて混合後、16℃、15分間ライゲーションした。氷水中で2.5 μlのライゲーション反応液を25 μlの大腸菌コンピテントセル (ECOS Competent E. coli DH5α)へ加え、5分間氷水中で放置した後、42℃、45秒間処理することで形質転換した。その後、SOC培地を25 μl加え、100 μg/mlのアンピシリンを含むLBプレートへ塗り広げた。これを、37℃、16時間培養し、コロニーを形成させた。次に、生じたコロニーを採り、コロニーダイレクトPCR法を用いて、プラスミドへのインサート配列の挿入を確認した。コロニーダイレクトPCRの条件は、生じたコロニーを0.125 μlのSpeedSTAR HS DNA polymelase、2.5 μlの10×Fast Buffer I、0.7 μlのフォワードプライマー:SGR1085_F (10 pmol/μl)、0.7 μlのリバースプライマー:SGR1085_R (10 pmol/μl)、1.25 μlのDMSO、2 μlのdNTP Mixture (2.5 mM each)、および17.725 μlの滅菌蒸留水に少量混合し、PCR反応として98℃で5秒間、64℃で10秒間、および72 ℃で10秒間を30サイクル行った。反応後、PCR反応液を3 μl、1.5%アガロース電気泳動することで、インサート配列の挿入を確認した。その後、プラスミドを抽出するために、インサートを確認したコロニーを100 μg/mlのアンピシリンを含む10 mlのLB培地に植菌し、37℃で16時間振盪培養した。培養した形質転換大腸菌は、QIAprep Spin Miniprep Kitを用いてプラスミドを抽出した。目的とするCYP154機能発現用プラスミド (CYP154-Redと命名)は、7,631 bpの大きさであり、インサートチェックの結果、挿入したCYP154遺伝子の1,251 bpの増幅を確認し、CYP154-Redの作製を確認した。
(2) Preparation of pRED-CYP154 plasmid for functional expression of CYP154 gene derived from Streptomyces griseus NBRC 13350
The pRED vector (SEQ ID NO: 11) was subjected to double digestion with restriction enzymes Nde I and Eco RI at 37 ° C. for 3 hours. After the treatment, 0.8% agarose electrophoresis was performed, the band was cut out, and gel extraction was performed using QIAquick Gel Extraction Kit. This was used as a vector DNA for enzyme function expression. The plasmid pHSG396NMS-CYP154 was double digested with the restriction enzymes Nde I and Eco RI at 37 ° C. for 3 hours. After restriction enzyme treatment, it was subjected to 0.8% agarose electrophoresis, and gel extraction was performed using QIAquick Gel Extraction Kit. This was used as insert DNA. Subsequently, the vector DNA and the insert DNA were mixed at a molar ratio of 3: 1, mixed with an equal amount of Ligation Convenience Kit, and then ligated at 16 ° C. for 15 minutes. In ice water, 2.5 μl of the ligation reaction solution was added to 25 μl of E. coli competent cells (ECOS Competent E. coli DH5α), left in ice water for 5 minutes, and then transformed by treatment at 42 ° C. for 45 seconds. Thereafter, 25 μl of SOC medium was added and spread on an LB plate containing 100 μg / ml ampicillin. This was cultured at 37 ° C. for 16 hours to form colonies. Next, the resulting colonies were picked, and insertion of the insert sequence into the plasmid was confirmed using the colony direct PCR method. The conditions for colony direct PCR were as follows: 0.125 μl SpeedSTAR HS DNA polymelase, 2.5 μl 10 × Fast Buffer I, 0.7 μl forward primer: SGR1085_F (10 pmol / μl), 0.7 μl reverse primer: SGR1085_R ( 10 pmol / μl), 1.25 μl DMSO, 2 μl dNTP Mixture (2.5 mM each), and 17.725 μl sterile distilled water, and mix as a PCR reaction at 98 ° C for 5 seconds, 64 ° C for 10 seconds, and 30 cycles of 10 seconds at 72 ° C were performed. After the reaction, 3 μl of the PCR reaction solution was subjected to 1.5% agarose electrophoresis to confirm insertion of the insert sequence. Thereafter, in order to extract the plasmid, the colonies whose inserts were confirmed were inoculated into 10 ml of LB medium containing 100 μg / ml ampicillin and cultured with shaking at 37 ° C. for 16 hours. Plasmids were extracted from the cultured transformed Escherichia coli using QIAprep Spin Miniprep Kit. The target CYP154 function expression plasmid (named CYP154-Red) is 7,631 bp in size. As a result of the insert check, 1,251 bp amplification of the inserted CYP154 gene was confirmed, confirming the production of CYP154-Red did.

[実施例3]
基質スクリーニング
ストレプトマイセス グリセウス NBRC 13350株由来のCYP154は、これまでに機能解析された例がなく、また、ストレプトマイセス属の代謝経路における機能も不明であった。そのため、基質のスクリーニングを行う必要があった。本発明者らは、効率的に基質スクリーニングしCYP154の触媒機能を見つけるために、スクリーニング用有機低分子化合物として種々の基質候補物質を含む96穴プレートを作製した。その中から変換される化合物を探索し、さらに、変換した基質化合物についてはその類似体の変換試験を実施することで、CYP154の触媒する反応、触媒可能な基質の同定を行った。
[Example 3]
Substrate screening CYP154 derived from Streptomyces griseus NBRC 13350 strain has not been analyzed for functions, and the function of Streptomyces in the metabolic pathway was unknown. Therefore, it was necessary to perform substrate screening. In order to efficiently perform substrate screening and find the catalytic function of CYP154, the present inventors made 96-well plates containing various substrate candidate substances as organic low-molecular compounds for screening. The compounds to be converted were searched for, and the converted substrate compounds were subjected to conversion tests of analogs thereof to identify the reaction catalyzed by CYP154 and the substrates capable of being catalyzed.

(1) BLR(DE3)株の大腸菌へのCYP154-Redの導入と導入遺伝子の機能発現の確認
基質スクリーニングの前に、実施例2で作製したCYP154-Redプラスミドを大腸菌BLR(DE3)で発現させ、これにコードされるCYP154とP450RhF還元酵素末端 (reductase domain)との融合型タンパク質 (以後CYP154-Redと呼ぶ)の活性型が作られるかどうかを確認した。以下にその詳細を示す。P450RhFは、ロドコッカス属NCIMB 9784株由来のシトクロムP450モノオキシゲナーゼである。
(1) Introduction of CYP154-Red into E. coli of BLR (DE3) strain and confirmation of functional expression of the transgene Before the substrate screening, the CYP154-Red plasmid prepared in Example 2 was expressed in E. coli BLR (DE3). Then, it was confirmed whether or not an active form of a fusion protein (hereinafter referred to as CYP154-Red) of CYP154 and P450RhF reductase domain encoded thereby was produced. The details are shown below. P450RhF is a cytochrome P450 monooxygenase derived from Rhodococcus NCIMB 9784.

0.5 μlのCYP154-Redのプラスミド (約200 ng/μl)を5 μlのBLR(DE3)大腸菌コンピテントセル(Novagen社製)に加え、氷水中で30分間放置した。その後、42℃、45 秒間加熱し、氷水中で3分間冷却し、25 μl のSOC培地を形質転換溶液に加えた。得られた形質転換体を含む培地を、100 μg/mlのカルベニシリンを含むLBプレートへ塗り広げた後、37℃、16 時間培養した。カルベニシリン(終濃度100 μg/ml)を含む2×YT培地5 mlを加えた50 ml試験管へ生じたコロニー各3個を移植し、37℃、4時間、300 rpm (レシプロ振盪培養器)の条件下、振盪培養し、前培養液とした。続いて、カルベニシリン(終濃度100 μg/ml)、5-Aminolevulinic Acid (5-ALA) (終濃度80 μg/ml)、Fe(NH4)2(SO4)2 (終濃度0.1 mM)を含む2×YT培地 50 mlを3本の500 mlバッフル付三角フラスコに調製し、前培養液を50 μl移植した。OD600が約0.8になるまで37℃、3時間、150 rpm(ロータリー培養器)の条件で培養した。その後、IPTG (終濃度0.05 mM)を加えて20℃、150 rpm(ロータリー培養器)の条件で21時間培養を続け、導入遺伝子を発現させ、本培養液とした。 0.5 μl of CYP154-Red plasmid (about 200 ng / μl) was added to 5 μl of BLR (DE3) E. coli competent cell (Novagen) and left in ice water for 30 minutes. Thereafter, the mixture was heated at 42 ° C. for 45 seconds, cooled in ice water for 3 minutes, and 25 μl of SOC medium was added to the transformation solution. The obtained medium containing the transformant was spread on an LB plate containing 100 μg / ml carbenicillin and then cultured at 37 ° C. for 16 hours. Three colonies each were transferred to a 50 ml tube containing 5 ml of 2 × YT medium containing carbenicillin (final concentration 100 μg / ml), and incubated at 37 ° C for 4 hours at 300 rpm (reciprocating shaker incubator). Under the conditions, shaking culture was performed to prepare a preculture solution. Subsequently, it contains carbenicillin (final concentration 100 μg / ml), 5-aminolevulinic acid (5-ALA) (final concentration 80 μg / ml), Fe (NH 4 ) 2 (SO 4 ) 2 (final concentration 0.1 mM) 50 ml of 2 × YT medium was prepared in three 500 ml baffled Erlenmeyer flasks, and 50 μl of the preculture was transplanted. The cells were cultured at 37 ° C. for 3 hours at 150 rpm (rotary incubator) until the OD 600 reached about 0.8. Thereafter, IPTG (final concentration 0.05 mM) was added, and the culture was continued for 21 hours under the conditions of 20 ° C. and 150 rpm (rotary incubator) to express the transgene to obtain a main culture solution.

培養終了後、OD600を測定し、50 ml遠沈管に培養液を移し、5,000 rpm、4℃、20分間遠心分離した。培養上清を除去後、菌体湿重量を測定し、本培養液の1/5量のリン酸緩衝液(50 mMリン酸ナトリウム緩衝液、グリセロール (終濃度10%)、pH7.2)を菌体に加え、vortexで完全に菌体を再懸濁した。3本の15 mlファルコンチューブに再懸濁液を各サンプルにつき2 ml分注し、100 μlのBug Buster 10×Protein Extraction Reagent (Novagen 社製)、1 μlのBenzonase Nuclease (Novagen 社製)、およびLysozyme (終濃度200 μg/ml)を加え、室温で20分間、緩やかに回転混和して菌体を溶菌破砕した。15,000 rpm、4℃、20分間遠心分離し、上清の可溶性分画を回収した。回収した可溶性分画にジチオネイトを少量加え、氷水中で5分間インキュベートした後、半量1.5 mlエッペンチューブに移した。分光光度計を用いて吸収波長400 nmから500 nmまで0.5 nm間隔で一酸化炭素をバブリングしていない試料でブランクを測定した後、一酸化炭素をバブリングしたもう一方の試料の吸光スペクトルを測定した(n=3)。 After completion of the culture, OD 600 was measured, the culture solution was transferred to a 50 ml centrifuge tube, and centrifuged at 5,000 rpm, 4 ° C. for 20 minutes. After removing the culture supernatant, the wet cell weight is measured, and 1/5 volume of phosphate buffer (50 mM sodium phosphate buffer, glycerol (final concentration 10%), pH 7.2) is used. In addition to the cells, the cells were completely resuspended with vortex. Dispense 2 ml of each suspension into three 15 ml Falcon tubes, 100 μl Bug Buster 10 × Protein Extraction Reagent (Novagen), 1 μl Benzonase Nuclease (Novagen), and Lysozyme (final concentration 200 μg / ml) was added, and the cells were lysed and disrupted by gently rotating and mixing at room temperature for 20 minutes. Centrifugation was performed at 15,000 rpm and 4 ° C. for 20 minutes, and the soluble fraction of the supernatant was recovered. A small amount of dithionate was added to the collected soluble fraction, and the mixture was incubated in ice water for 5 minutes, and then transferred to a half-volume 1.5 ml Eppendorf tube. Using a spectrophotometer, the blank was measured with a sample that was not bubbled with carbon monoxide at intervals of 0.5 nm from the absorption wavelength of 400 nm to 500 nm, and then the absorption spectrum of the other sample that was bubbled with carbon monoxide was measured. (N = 3).

3本の本培養液のOD600と菌体湿重量は、1本目がOD600=3.09、菌体湿重量=446.8 mg、2本目がOD600=3.03、菌体湿重量=446.1 mg、そして3本目はOD600=3.04、菌体湿重量=448.2 mgであった。CO差スペクトルの測定の結果、3サンプル共にヘムドメインにCOが結合すると確認されるP450に特有の約450 nmのソーレー帯が検出されたことから、活性型のCYP154融合型タンパク質が発現していることが確認された。また、Omura とSatoの方法(T. Omura and R. Sato, The carbon monoxide-binding pigment of liver microsomes. I. Evidence for its hemoprotein nature. J. Biol. Chem. 239: 2370-2378, 1964)に基づいてCO差スペクトルから算出した本培養液中のP450(CYP154)の濃度は、1本目が474.3 μg/L、2本目は651.1 μg/L、そして3本目は447.9 μg/Lであった。本培養液1 L中に約524.4 μgの活性型のCYP154融合型タンパク質が発現していることが判明した。 The OD 600 and the wet cell weight of the three main cultures were OD 600 = 3.09 for the first, wet cell weight = 446.8 mg, the second for OD 600 = 3.03, wet cell weight = 446.1 mg, and 3 This time, OD 600 = 3.04, wet cell weight = 448.2 mg. As a result of measuring the CO difference spectrum, an active CYP154 fusion protein was expressed because the P450 450, which was confirmed to bind CO to the heme domain, was detected in all three samples. It was confirmed. Also based on the method of Omura and Sato (T. Omura and R. Sato, The carbon monoxide-binding pigment of liver microsomes. I. Evidence for its hemoprotein nature. J. Biol. Chem. 239: 2370-2378, 1964). The concentration of P450 (CYP154) in the main broth calculated from the CO difference spectrum was 474.3 μg / L for the first, 651.1 μg / L for the second, and 447.9 μg / L for the third. It was found that about 524.4 μg of active CYP154 fusion protein was expressed in 1 L of the main culture.

(2) CYP154-Redを保持する大腸菌BLR(DE3)によるバイオコンバージョンの方法
基質スクリーニングにおいては、プラスミドCYP154-Redを導入した大腸菌BLR(DE3)株の懸濁液を、独自のスクリーニング用化合物基質が入ったプレートに加えて反応させ、その後、反応液から変換産物を抽出し、HPLC (高速液体クロマトグラフィー;High Performance Liquid Chromatography)-PDA (PhotoDiode Array Detector)分析を行うことにより基質全体のバイオコンバージョンのプロフィールを調べた。以下にその詳細を示す。
(2) Bioconversion method using Escherichia coli BLR (DE3) retaining CYP154-Red In substrate screening, a suspension of E. coli BLR (DE3) strain introduced with plasmid CYP154-Red is used as a unique compound substrate for screening. In addition, the reaction product is added to the plate, and then the conversion product is extracted from the reaction solution, followed by HPLC (High Performance Liquid Chromatography) -PDA (PhotoDiode Array Detector) analysis for bioconversion of the entire substrate. I checked my profile. The details are shown below.

(a) BLR(DE3)株の大腸菌へのCYP154-Redの導入
0.5 μlのCYP154-Redのプラスミド (約200 ng/μl)を5 μlの大腸菌BLR(DE3) 株コンピテントセルに加え、氷水中で30分間放置した。その後、42℃、45 秒間加熱し、氷水中で3分間冷却し、25 μl のSOC培地を形質転換溶液に加えた。得られた形質転換体を含む培地を、100 μg/mlのカルベニシリンを含むLBプレートへ塗り広げた後、37℃、16 時間培養した。100 μg/mlのカルベニシリン(終濃度100 μg/ml)を含む2×YT培地5 mlを加えた50 ml試験管へ生じたコロニー各3個を移植し、37℃、4時間、300 rpm (レシプロ振盪培養器)の条件下、振盪培養し、前培養液とした。続いて、カルベニシリン (終濃度100 μg/ml)、5-Aminolevulinic Acid (5-ALA) (終濃度80 μg/ml)、Fe(NH4)2(SO4)2 (終濃度0.1 mM)を含む2×YT培地 50 mlを2本の500 mlバッフル付三角フラスコに調製し、前培養液を50 μl移植した。OD600が約0.8になるまで37℃、3時間、150 rpm (ロータリー培養器)の条件で培養した。その後、およびIPTG (終濃度0.05 mM)を加えて20℃、150 rpm (ロータリー培養器)の条件で21時間培養を続け、導入遺伝子を発現させ、本培養液とした。
(a) Introduction of CYP154-Red into E. coli of BLR (DE3) strain
0.5 μl of CYP154-Red plasmid (about 200 ng / μl) was added to 5 μl of E. coli BLR (DE3) strain competent cells and left in ice water for 30 minutes. Thereafter, the mixture was heated at 42 ° C. for 45 seconds, cooled in ice water for 3 minutes, and 25 μl of SOC medium was added to the transformation solution. The obtained medium containing the transformant was spread on an LB plate containing 100 μg / ml carbenicillin and then cultured at 37 ° C. for 16 hours. Three colonies each were transferred to a 50 ml test tube containing 5 ml of 2 × YT medium containing 100 μg / ml carbenicillin (final concentration 100 μg / ml), and 37 rpm, 4 hours, 300 rpm (reciprocating The mixture was shaken under the conditions of a shaking incubator to prepare a preculture solution. Subsequently, it contains carbenicillin (final concentration 100 μg / ml), 5-aminolevulinic acid (5-ALA) (final concentration 80 μg / ml), Fe (NH 4 ) 2 (SO 4 ) 2 (final concentration 0.1 mM) 50 ml of 2 × YT medium was prepared in two 500 ml baffled Erlenmeyer flasks, and 50 μl of the preculture was transplanted. The cells were cultured at 37 ° C. for 3 hours at 150 rpm (rotary incubator) until the OD 600 reached about 0.8. Thereafter, and IPTG (final concentration 0.05 mM) was added, and the culture was continued for 21 hours under the conditions of 20 ° C. and 150 rpm (rotary incubator) to express the transgene, and used as the main culture solution.

(b) 基質変換試験(バイオコンバージョン反応)
培養終了後、OD600を測定し、50 ml遠沈管に培養液を移し、5,000 rpm、4℃、20分間遠心分離した。培養上清を除去後、菌体湿重量を測定し、本培養液の1/5量のリン酸緩衝液(50 mMリン酸ナトリウム緩衝液、グリセロール (終濃度10%)、pH7.2)を菌体に加え、vortexで完全に菌体を再懸濁した。次に、96穴ディープウェルプレート (PP-MASTER BLOCK 2ML、128,0/85 MM 96WELL STERIL、Greiner bio-one社製)の各ウェルに5 μlの様々な100 mMの基質候補物質-DMSO溶液をそれぞれ加え、細胞懸濁液を各500 μl分注した。その後、シーリングマット (Flexible Sealing Mat for 2.2 ml Deep Well Plate、IWAKI社製)あるいはCO2透過シート(BREATHseal、Greiner bio-one社製)でウェルを密閉し、25℃、24時間、1,500 rpm(商品名MS 3 basic、IKA社製)の条件で変換試験を実施した。
(b) Substrate conversion test (bioconversion reaction)
After completion of the culture, OD 600 was measured, the culture solution was transferred to a 50 ml centrifuge tube, and centrifuged at 5,000 rpm, 4 ° C. for 20 minutes. After removing the culture supernatant, the wet cell weight is measured, and 1/5 volume of phosphate buffer (50 mM sodium phosphate buffer, glycerol (final concentration 10%), pH 7.2) is used. In addition to the cells, the cells were completely resuspended with vortex. Next, add 5 μl of various 100 mM substrate candidate-DMSO solutions to each well of a 96-well deep well plate (PP-MASTER BLOCK 2ML, 128,0 / 85 MM 96WELL STERIL, Greiner bio-one). Each was added, and 500 μl of each cell suspension was dispensed. Then, seal the well with a sealing mat (Flexible Sealing Mat for 2.2 ml Deep Well Plate, manufactured by IWAKI) or a CO 2 permeable sheet (BREATHseal, manufactured by Greiner bio-one), and at 1,500 rpm (product) The conversion test was conducted under the conditions of the name MS 3 basic (manufactured by IKA).

(c) 変換産物のHPLC-PDA分析
変換試験終了後、各ウェルの溶液を、飽和食塩水を200 μlと、酢酸エチルを500 μl加えた2.0 mlエッペンチューブへ全量ピペットアウトした。10分間vortexした後、15,000 rpm、25℃、15分間遠心分離を行い、酢酸エチル層を回収した。水層に再び酢酸エチルを500 μl加え、10分間vortexした後、15,000 rpm、25℃、15分間遠心分離を行い、酢酸エチル層を回収した。合併した酢酸エチル層は、減圧下濃縮した後、酢酸エチル200 μlに再溶解してHPLC分析試料とした。HPLC分析条件は以下の通りに実施した。
(c) HPLC-PDA analysis of conversion product After completion of the conversion test, the solution in each well was pipetted out into a 2.0 ml Eppendorf tube containing 200 μl of saturated saline and 500 μl of ethyl acetate. After vortexing for 10 minutes, the mixture was centrifuged at 15,000 rpm, 25 ° C. for 15 minutes to recover the ethyl acetate layer. After adding 500 μl of ethyl acetate again to the aqueous layer and vortexing for 10 minutes, the mixture was centrifuged at 15,000 rpm, 25 ° C. for 15 minutes to recover the ethyl acetate layer. The combined ethyl acetate layer was concentrated under reduced pressure, and then redissolved in 200 μl of ethyl acetate to prepare an HPLC analysis sample. HPLC analysis conditions were as follows.

HPLCシステム:Waters e2695 Separation Module (waters社製)
検出器:Waters2998 Photodiode array detector (PDA) 検出器 (waters社製)
カラム:Waters Xterra MS C18 5μm I.D.4.6 mm×100 mm (waters社製)
移動相:0-3 min: 5% CH3CN/H2O (0.1% TFA)
3-38 min: 5% CH3CN/H2O (0.1% TFA)
→100% CH3CN/H2O (0.1% TFA) (リニアグラジエント)
38-43 min: 100% CH3CN/H2O (0.1% TFA)
カラム温度:35℃
サンプル温度:20℃
流速:1 ml/min
検出波長域:PDA (200-450 nm)
分析試料:10 μl
変換率は、λmaxで抽出した基質、および変換産物各々のピーク面積値から、生成物と基質との合計面積に占める生成物の面積の割合として算出した。
HPLC system: Waters e2695 Separation Module (manufactured by waters)
Detector: Waters2998 Photodiode array detector (PDA) detector (manufactured by waters)
Column: Waters Xterra MS C18 5μm ID4.6 mm x 100 mm (made by waters)
Mobile phase: 0-3 min: 5% CH 3 CN / H 2 O (0.1% TFA)
3-38 min: 5% CH 3 CN / H 2 O (0.1% TFA)
→ 100% CH 3 CN / H 2 O (0.1% TFA) (Linear gradient)
38-43 min: 100% CH 3 CN / H 2 O (0.1% TFA)
Column temperature: 35 ° C
Sample temperature: 20 ℃
Flow rate: 1 ml / min
Detection wavelength range: PDA (200-450 nm)
Analytical sample: 10 μl
The conversion rate was calculated as the ratio of the area of the product to the total area of the product and the substrate from the peak area value of each of the substrate extracted by λmax and the conversion product.

(3) CYP154-Redを保持する大腸菌BLR(DE3)によるバイオコンバージョン結果
HPLC-PDA分析の結果、1,4-アンドロスタジエン-3,17-ジオン (1,4-Androstadiene-3,17-dione)、11α-ヒドロキシプロゲステロン(11α-Hydroxyprogesterone)、1-デヒドロ-17α-メチルテストステロン(1-Dehydro-17α-methyltestosterone)、4-プレグネン-3,11,20-トリオン (4-Pregnane-3,11,20-trione)、アドレノステロン (Adrenosterone)、コルチコステロン(Corticosterone)、デヒドロエピアンドロステロン (Dehydroepiandrosterone)、デオキシコルチコステロン (Deoxycorticosterone)、メチルテストステロン(Methyltestosterone)、プレグネノロン(Pregnenolone)、プロゲステロン (Progesterone)、テストステロン (Testosterone)およびΔ4-アンドロステン-3,17-ジオン (Δ4-Androstene-3,17-dione)等の置換基を有するステロイド化合物についてバイオコンバージョン反応が進行することが明らかになった。バイオコンバージョン結果を表2に示す。一方、サーモビフィーダ フスカ(Thermobifida fusca)由来のCYP154H1が変換することができると報告されている(非特許文献18)エチルベンゼン (Ethylbenzene)、ノルマルプロピルベンゼン (n-Propylbenzene)、チオアニソール (Thioanisole)およびインドール (Indole)を用いてバイオコンバージョン反応を行ったが、反応は全く進行しなかった。この際、エチルベンゼン (Ethylbenzene)およびノルマルプロピルベンゼン (n-Propylbenzene)を用いた実験ではガスクロマトグラフィーを用いて検出をおこなった。
(3) Results of bioconversion using E. coli BLR (DE3) carrying CYP154-Red
As a result of HPLC-PDA analysis, 1,4-androstadiene-3,17-dione (1,4-Androstadiene-3,17-dione), 11α-hydroxyprogesterone (11α-Hydroxyprogesterone), 1-dehydro-17α- Methyltestosterone (1-Dehydro-17α-methyltestosterone), 4-Pregnane-3,11,20-trione (4-Pregnane-3,11,20-trione), Adrenosterone (Adrenosterone), Corticosterone (Corticosterone) , Dehydroepiandrosterone, deoxycorticosterone, methyltestosterone, pregnenolone, progesterone, testosterone and Δ4-androstene-3,17-dione (Δ4) It was revealed that the bioconversion reaction proceeds for steroidal compounds with substituents such as -Androstene-3,17-dione). The bioconversion results are shown in Table 2. On the other hand, it is reported that CYP154H1 derived from Thermobifida fusca can be converted (Non-patent Document 18) Ethylbenzene, n-Propylbenzene, thioanisole and Thioanisole. A bioconversion reaction was performed using Indole, but the reaction did not proceed at all. At this time, in the experiment using ethylbenzene (Ethylbenzene) and normal propylbenzene (n-Propylbenzene), detection was performed using gas chromatography.

[実施例4]
変換産物の構造解析
実施例3の基質スクリーニングにおいて変換が認められた一部の基質について、スケールアップした基質変換試験を行い、得られた変換産物について、MS (Mass Spectrometry、質量分析法)およびNMR (Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy、核磁気共鳴分光法)による構造解析を実施した。
[Example 4]
Structure analysis of conversion product A part of the substrate that was found to be converted in the substrate screening of Example 3 was subjected to a scaled-up substrate conversion test. The resulting conversion product was analyzed by MS (Mass Spectrometry) and NMR. Structural analysis was performed by (Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy).

(1) スケールアップした基質変換試験(バイオコンバージョン反応)
CYP154-Redを導入した大腸菌BLR(DE3)株のコロニー3個をカルベニシリン (終濃度100 μg/ml)を含む2×YT培地5 mlを加えた50 mlガラス試験管に懸濁した。培養液はOD600が約0.8になるまで37℃、300 rpm、4 時間振盪培養 (レシプロ振盪培養器)し、前培養液とした。続いて、カルベニシリン (終濃度100μg/ml)、グリセロール (終濃度0.4%)、5-ALA (終濃度80 μg/ml)、Fe(NH4)2(SO4)2 (終濃度0.1 mM)を含むTB培地1 Lを加えた5 Lバッフル付三角フラスコを2本調製し、前培養液をそれぞれ1 ml移植した。OD600が約0.8になるまで37℃、150 rpmの条件で培養 (ロータリー培養器)した後、IPTG (終濃度0.05 mM)と10 μlの消泡剤SI (和光純薬工業社製)を加えて20℃、150 rpmで20時間培養を続け導入遺伝子を発現させた。培養終了後、500 ml遠沈管に培養液を移し、6,000 rpm、4℃、20分間遠心分離した。上清を除去後、400 mlのリン酸緩衝液(50 mMリン酸ナトリウム緩衝液、グリセロール (終濃度10%)、pH7.2)に菌体を再懸濁した。次に、菌体懸濁液を5 Lバッフル付三角フラスコに全量移し、DMSO溶解基質 (終濃度1 mM)を加え、変換試験液とした。変換試験液は、CO2透過シート(BREATHseal、Greiner bio-one社製)でフラスコの口をシールして25℃、48時間、150 rpmの条件下、変換試験を実施した。
(1) Scaled-up substrate conversion test (bioconversion reaction)
Three colonies of E. coli BLR (DE3) strain into which CYP154-Red was introduced were suspended in a 50 ml glass test tube to which 5 ml of 2 × YT medium containing carbenicillin (final concentration 100 μg / ml) was added. The culture solution was shaken at 37 ° C., 300 rpm for 4 hours until the OD 600 reached about 0.8 (reciprocating shake incubator), and used as a preculture solution. Carbenicillin (final concentration 100 μg / ml), glycerol (final concentration 0.4%), 5-ALA (final concentration 80 μg / ml), Fe (NH 4 ) 2 (SO 4 ) 2 (final concentration 0.1 mM) Two 5 L baffled Erlenmeyer flasks containing 1 L of TB medium were prepared, and 1 ml each of the preculture was transplanted. After culturing at 37 ° C and 150 rpm until the OD 600 reaches about 0.8 (rotary incubator), add IPTG (final concentration 0.05 mM) and 10 μl of antifoam SI (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) The culture was continued at 20 ° C. and 150 rpm for 20 hours to express the transgene. After completion of the culture, the culture solution was transferred to a 500 ml centrifuge tube and centrifuged at 6,000 rpm, 4 ° C. for 20 minutes. After removing the supernatant, the cells were resuspended in 400 ml phosphate buffer (50 mM sodium phosphate buffer, glycerol (final concentration 10%), pH 7.2). Next, the whole amount of the cell suspension was transferred to a 5 L baffled Erlenmeyer flask, and DMSO-dissolved substrate (final concentration 1 mM) was added to prepare a conversion test solution. The conversion test solution was subjected to a conversion test under conditions of 150 rpm at 25 ° C. for 48 hours with the mouth of the flask sealed with a CO 2 permeable sheet (BREATHseal, manufactured by Greiner bio-one).

(2) 変換産物の構造解析法
(a) 変換産物の精製
変換試験液に200 mlの飽和食塩水を加えた後、酢酸エチルを600 ml加え、次いで、回転子とスターラーを用いて室温で20分間撹拌抽出した。有機溶媒耐性の遠沈管へ移し8,000 rpm、30℃、20分間遠心分離した。酢酸エチル層を回収した後、水層に等量の酢酸エチルを加え、再度同様に抽出、遠心分離、酢酸エチル層の回収を実施した。回収した酢酸エチル層を合併し無水硫酸ナトリウムで脱水後、シリカゲルカラムクロマトグラフ(I.D. 10×200 mm、Silica Gel 60 (Merck 社製))に供した後、減圧下濃縮して粗体を得た。粗体を分取HPLCに供し、変換産物を分取した。目的物を含む分画を、減圧にてアセトニトリルを留去した液を氷冷後、遠心分離(0℃、3500 rpm、15 min)し、上清を除去した。さらに、残渣に蒸留水を加え、氷冷後、遠心分離(0℃、3500 rpm、15 min)し、上清を除去する操作を3回繰り返し、得られた残渣を凍結乾燥して精製産物とした。分取HPLCは以下の条件で実施した。
(2) Method for structural analysis of conversion products
(a) Purification of Conversion Product After adding 200 ml of saturated saline to the conversion test solution, 600 ml of ethyl acetate was added, and then extracted with stirring at room temperature for 20 minutes using a rotor and a stirrer. The tube was transferred to an organic solvent-resistant centrifuge tube and centrifuged at 8,000 rpm, 30 ° C. for 20 minutes. After recovering the ethyl acetate layer, an equal amount of ethyl acetate was added to the aqueous layer, and extraction, centrifugation, and recovery of the ethyl acetate layer were again performed in the same manner. The collected ethyl acetate layers were combined and dehydrated with anhydrous sodium sulfate, and then subjected to silica gel column chromatography (ID 10 × 200 mm, Silica Gel 60 (Merck)), and then concentrated under reduced pressure to obtain a crude product. . The crude product was subjected to preparative HPLC, and the conversion product was collected. The fraction containing the target product was subjected to ice-cooling of the liquid obtained by distilling off acetonitrile under reduced pressure, followed by centrifugation (0 ° C., 3500 rpm, 15 min), and the supernatant was removed. Furthermore, distilled water is added to the residue, ice-cooled, centrifuged (0 ° C, 3500 rpm, 15 min), and the operation of removing the supernatant is repeated 3 times. did. Preparative HPLC was performed under the following conditions.

HPLCシステム:Waters 600 Separation Module (waters社製)
検出器:Waters996 Photodiode array detector (PDA) 検出器 (waters社製)
カラム:DOCOSIL-B I.D 20 mm×250 mm (センシュウ科学社製)+ DOCOSIL-B I.D 10 mm×30 mm (センシュウ科学社製)
移動相:0-5 min: 27% CH3CN/H2O (0.1% TFA)
5-35 min: 27% CH3CN/H2O (0.1% TFA)
→73% CH3CN/H2O (0.1% TFA) (リニアグラジエント)
36-50 min: 100% CH3CN/H2O (0.1% TFA)
カラム温度:室温
流速:5 ml/min
検出波長域:PDA (200-500 nm)
分析試料:150 μl
HPLC system: Waters 600 Separation Module (manufactured by waters)
Detector: Waters996 Photodiode array detector (PDA) detector (made by waters)
Column: DOCOSIL-B ID 20 mm x 250 mm (made by Senshu Kagaku) + DOCOSIL-B ID 10 mm x 30 mm (made by Senshu Kagaku)
Mobile phase: 0-5 min: 27% CH 3 CN / H 2 O (0.1% TFA)
5-35 min: 27% CH 3 CN / H 2 O (0.1% TFA)
→ 73% CH 3 CN / H 2 O (0.1% TFA) (Linear gradient)
36-50 min: 100% CH 3 CN / H 2 O (0.1% TFA)
Column temperature: Room temperature Flow rate: 5 ml / min
Detection wavelength range: PDA (200-500 nm)
Analytical sample: 150 μl

(b) 変換産物MSおよびNMRによる構造の同定
精製産物の構造はLC-ESI-TOF-MS (JMS-T100LC JEOL)およびNMR (500 MHz、JNM-A500 JEOLまたは500 MHz、INOVA-500AS Varian)分析により取得したスペクトルデータを解析し同定を行った。
(b) Structure identification by conversion product MS and NMR The structure of the purified product was analyzed by LC-ESI-TOF-MS (JMS-T100LC JEOL) and NMR (500 MHz, JNM-A500 JEOL or 500 MHz, INOVA-500AS Varian) The spectrum data obtained by the above was analyzed and identified.

(3) 変換産物の同定結果
(a)プロゲステロン(Progesterone)
(3) Conversion product identification results
(a) Progesterone

基質のプロゲステロン (Progesterone)は、HPLCで保持時間24.2分に検出された。HPLC-PDA分析の結果、保持時間17.59分に29.1%の変換産物のピークが検出された。本化合物を分取HPLCにより精製し、化合物1 (67.1 mg)を得た。LC-ESI-TOF-MS分析で化合物1はm/z 329.21189に(M-H)-イオンピークを与えることから、その分子式をC21H30O3 (理論値 329.21167 C21H29O3)と決定した。さらに詳細なNMR解析[1H、13C、1H-1H COSY、gHMQC、gHMBC、NOESY]の結果、化合物1を16α−ヒドロキシプロゲステロン(16α-Hydroxyprogesterone)と同定した。化合物1(16α−ヒドロキシプロゲステロン)の構造式を以下に示す。 The substrate Progesterone was detected by HPLC at a retention time of 24.2 minutes. As a result of HPLC-PDA analysis, a peak of 29.1% conversion product was detected at a retention time of 17.59 minutes. This compound was purified by preparative HPLC to give Compound 1 (67.1 mg). Compound 1 LC-ESI-TOF-MS analysis for m / z 329.21189 (MH) - determined from giving ion peak, the molecular formula C 21 H 30 O 3 (the theoretical 329.21167 C 21 H 29 O 3) did. As a result of further detailed NMR analysis [ 1 H, 13 C, 1 H- 1 H COZY, gHMQC, gHMBC, NOESY], compound 1 was identified as 16α-hydroxyprogesterone (16α-Hydroxyprogesterone). The structural formula of Compound 1 (16α-hydroxyprogesterone) is shown below.

参考のために化合物1の1H、13C、1H-1H COSY、gHMQC、gHMBC、NOESYによる帰属データを表3に示す。 For reference, Table 3 shows the attribution data of Compound 1 by 1 H, 13 C, 1 H- 1 H COZY, gHMQC, gHMBC, and NOESY.

(b)1, 4-アンドロスタジエン-3, 17-ジオン(1,4-Androstadiene-3, 17-dione) (b) 1,4-Androstadiene-3, 17-dione

基質の1, 4-アンドロスタジエン-3, 17-ジオン(1, 4-Androstadiene-3, 17-dione)は、HPLCで保持時間18.8分に検出された。HPLC-PDA分析の結果、保持時間15.08分に78.4%の変換産物のピークが検出された。本化合物を分取HPLCにより精製し、化合物2 (38.0 mg)を得た。LC-ESI-TOF-MS分析で化合物2はm/z 229.16450に(M-H)-イオンピークを与えることから、その分子式をC19H24O3 (理論値 229.16472 C19H23O3)と決定した。さらに詳細なNMR解析[1H、13C、1H-1H gDQFCOSY、gHSQC、gHMBC、NOESY]の結果、化合物2を16α−ヒドロキシ−1, 4-アンドロスタジエン-3, 17-ジオン(16α-Hydroxy-1, 4-androstadiene-3,17-dione)と同定した。化合物2(16α−ヒドロキシ−1, 4-アンドロスタジエン-3, 17-ジオン)の構造式を以下に示す。 The substrate 1,4-androstadiene-3,17-dione was detected by HPLC at a retention time of 18.8 minutes. As a result of HPLC-PDA analysis, a peak of 78.4% conversion product was detected at a retention time of 15.08 minutes. This compound was purified by preparative HPLC to give Compound 2 (38.0 mg). Compound 2 with LC-ESI-TOF-MS analysis for m / z 229.16450 (MH) - determined from giving ion peak, the molecular formula C 19 H 24 O 3 (the theoretical 229.16472 C 19 H 23 O 3) did. As a result of further detailed NMR analysis [ 1 H, 13 C, 1 H- 1 H gDQFCOSY, gHSQC, gHMBC, NOESY], Compound 2 was converted to 16α-hydroxy-1,4-androstadiene-3, 17-dione (16α -Hydroxy-1, 4-androstadiene-3,17-dione). The structural formula of Compound 2 (16α-hydroxy-1,4-androstadiene-3,17-dione) is shown below.

参考のために化合物2の1H、13C、1H-1H gDQFCOSY、gHSQC、gHMBC、NOESYによる帰属データを表4に示す。 For reference, the assignment data of compound 2 by 1 H, 13 C, 1 H- 1 H gDQFCOSY, gHSQC, gHMBC, NOESY is shown in Table 4.

(c)Δ4-アンドロステン-3, 17-ジオン(Δ4-Androstene-3, 17-dione) (c) Δ4-Androstene-3, 17-dione

基質のΔ4-アンドロステン-3, 17-ジオン(Δ4-Androstene-3, 17-dione)はHPLCで保持時間20.3分に検出された。HPLC-PDA分析の結果、保持時間16.1分に45.9%の変換産物のピークが検出された。本化合物を分取HPLCにより精製し、化合物3 (40.2 mg)を得た。LC-ESI-TOF-MS分析で化合物3はm/z 301.18119に(M-H)-イオンピークを与えることから、その分子式をC19H26O3 (理論値 301.18037 C19H25O3)と決定した。さらに詳細なNMR解析[1H、13C、1H-1H gDQFCOSY、gHSQC、gHMBC、NOESY]の結果、化合物3を16α−ヒドロキシ−Δ4-アンドロステン-3, 17-ジオン(16α-Hydroxy-Δ4-androstene-3, 17-dione)と同定した。化合物3(16α−ヒドロキシ−Δ4-アンドロステン-3, 17-ジオン)の構造式を以下に示す。 The substrate Δ4-Androstene-3, 17-dione was detected by HPLC at a retention time of 20.3 minutes. As a result of HPLC-PDA analysis, a peak of 45.9% conversion product was detected at a retention time of 16.1 minutes. This compound was purified by preparative HPLC to give Compound 3 (40.2 mg). Compound LC-ESI-TOF-MS analysis 3 to m / z 301.18119 (MH) - determined from giving ion peak, the molecular formula C 19 H 26 O 3 (the theoretical 301.18037 C 19 H 25 O 3) did. As a result of further detailed NMR analysis [ 1 H, 13 C, 1 H- 1 H gDQFCOSY, gHSQC, gHMBC, NOESY], compound 3 was converted into 16α-hydroxy-Δ4-androstene-3, 17-dione (16α-Hydroxy- Δ4-androstene-3, 17-dione). The structural formula of Compound 3 (16α-hydroxy-Δ4-androstene-3,17-dione) is shown below.

参考のために化合物3の1H、13C、1H-1H gDQFCOSY、gHSQC、gHMBC、NOESYによる帰属データを表5に示す。 For reference, Table 5 shows the attribution data of Compound 3 by 1 H, 13 C, 1 H- 1 H gDQFCOSY, gHSQC, gHMBC, and NOESY.

(d)4-プレグネン-3, 11, 20-トリオン(4-Pregnene-3, 11, 20-trione) (d) 4-Pregnene-3, 11, 20-trione

基質の4-プレグネン-3, 11, 20-トリオン(4-Pregnene-3, 11, 20-trione)は、HPLCで保持時間19.7分に検出された。HPLC-PDA分析の結果、保持時間14.9分に32.8%の変換産物のピークが検出された。本化合物を分取HPLCにより精製し、化合物4(32.0 mg)を得た。LC-ESI-TOF-MS分析で化合物4はm/z 343.19125に(M-H)-イオンピークを与えることから、その分子式をC21H28O4 (理論値 343.19093 C21H27O4)と決定した。さらに詳細なNMR解析[1H、13C、1H-1H COSY、gHMQC、gHMBC、NOESY]の結果、化合物4を16α−ヒドロキシ−4-プレグネン-3, 11, 20-トリオン(16α-Hydroxy-4-pregnene-3, 11, 20-trione)と同定した。化合物4(16α−ヒドロキシ−4-プレグネン-3, 11, 20-トリオン)の構造式を以下に示す。化合物4はCASデータベース解析の結果、新規物質であることが分った。 The substrate 4-Pregnene-3, 11, 20-trione was detected by HPLC at a retention time of 19.7 minutes. As a result of HPLC-PDA analysis, a peak of 32.8% conversion product was detected at a retention time of 14.9 minutes. This compound was purified by preparative HPLC to give Compound 4 (32.0 mg). Compound LC-ESI-TOF-MS analysis 4 to m / z 343.19125 (MH) - determined from giving ion peak, the molecular formula C 21 H 28 O 4 and (theoretical 343.19093 C 21 H 27 O 4) did. As a result of further detailed NMR analysis [ 1 H, 13 C, 1 H- 1 H COZY, gHMQC, gHMBC, NOESY], compound 4 was converted to 16α-hydroxy-4-pregnene-3, 11, 20-trione (16α-Hydroxy -4-pregnene-3, 11, 20-trione). The structural formula of Compound 4 (16α-hydroxy-4-pregnene-3, 11, 20-trione) is shown below. As a result of CAS database analysis, Compound 4 was found to be a novel substance.

参考のために化合物4の1H、13C、1H-1H COSY、gHMQC、gHMBC、NOESYによる帰属データを表6に示す。 For reference, Table 6 shows the attribution data of Compound 4 by 1 H, 13 C, 1 H- 1 H COZY, gHMQC, gHMBC, and NOESY.

(e)テストステロン(Testosterone) (e) Testosterone

基質のテストステロン(Testosterone)は、HPLCで保持時間19.6分に検出された。HPLC-PDA分析の結果、保持時間14.8分に95.4%の変換産物のピークが検出された。本化合物を分取HPLCにより精製し、化合物5 (36.7 mg)を得た。LC-ESI-TOF-MS分析で化合物5はm/z 303.19684に(M-H)-イオンピークを与えることから、その分子式をC19H28O3 (理論値 303.19602 C19H278O3)と決定した。さらに詳細なNMR解析[1H、13C、1H-1H COSY、gHMQC、gHMBC、NOESY]の結果、化合物5を16α−ヒドロキシテストステロン(16α-Hydroxytestosterone)と同定した。化合物5(16α−ヒドロキシテストステロン)の構造式を以下に示す。 The substrate Testosterone was detected by HPLC at a retention time of 19.6 minutes. As a result of HPLC-PDA analysis, a peak of 95.4% conversion product was detected at a retention time of 14.8 minutes. This compound was purified by preparative HPLC to give Compound 5 (36.7 mg). Compound LC-ESI-TOF-MS analysis 5 to m / z 303.19684 (MH) - determined from giving ion peak, the molecular formula C 19 H 28 O 3 (the theoretical 303.19602 C 19 H 278 O 3) did. As a result of further detailed NMR analysis [ 1 H, 13 C, 1 H- 1 H COZY, gHMQC, gHMBC, NOESY], Compound 5 was identified as 16α-hydroxytestosterone. The structural formula of Compound 5 (16α-hydroxytestosterone) is shown below.

参考のために化合物5の1H、13C、1H-1H COSY、gHMQC、gHMBC、NOESYによる帰属データを表7に示す。 For reference, the assignment data of compound 5 by 1 H, 13 C, 1 H- 1 H COZY, gHMQC, gHMBC, NOESY is shown in Table 7.

(f)デオキシコルチコステロン(Deoxycorticosterone) (f) Deoxycorticosterone

基質のデオキシコルチコステロン(Deoxycorticosterone)は、HPLCで保持時間20.0分に検出された。HPLC-PDA分析の結果、保持時間15.2分に49.4%の変換産物のピークが検出された。本化合物を分取HPLCにより精製し、化合物6 (51.9 mg)を得た。LC-ESI-TOF-MS分析で化合物6はm/z 345.20544に(M-H)-イオンピークを与えることから、その分子式をC21H30O4 (理論値 345.20658 C21H29O4)と決定した。さらに詳細なNMR解析[1H、13C、1H-1H COSY、gHMQC、gHMBC、NOESY]の結果、化合物6を16α−ヒドロキシ−デオキシコルチコステロン(16α-Hydroxy-deoxycorticosterone)と同定した。化合物6(16α−ヒドロキシ−デオキシコルチコステロン)の構造式を以下に示す。 The substrate Deoxycorticosterone was detected by HPLC at a retention time of 20.0 minutes. As a result of HPLC-PDA analysis, a peak of 49.4% conversion product was detected at a retention time of 15.2 minutes. This compound was purified by preparative HPLC to give Compound 6 (51.9 mg). LC-ESI-TOF-MS analysis with compound 6 in the m / z 345.20544 (MH) - determined from giving ion peak, the molecular formula C 21 H 30 O 4 and (theoretical 345.20658 C 21 H 29 O 4) did. As a result of further detailed NMR analysis [ 1 H, 13 C, 1 H- 1 H COZY, gHMQC, gHMBC, NOESY], compound 6 was identified as 16α-hydroxy-deoxycorticosterone (16α-Hydroxy-deoxycorticosterone). The structural formula of Compound 6 (16α-hydroxy-deoxycorticosterone) is shown below.

参考のために化合物6の1H、13C、1H-1H COSY、gHMQC、gHMBC、NOESYによる帰属データを表8に示す。 For reference, the assignment data of compound 6 by 1 H, 13 C, 1 H- 1 H COZY, gHMQC, gHMBC, NOESY is shown in Table 8.

(g)デヒドロエピアンドロステロン(Dehydroepiandrosterone) (g) Dehydroepiandrosterone

基質のデヒドロエピアンドロステロン(Dehydroepiandrosterone)は、HPLCで保持時間20.6分に検出された。HPLC-PDA分析の結果、保持時間16.0分に14.1%の変換産物のピークが検出された。本化合物を分取HPLCにより精製し、化合物7 (38.0 mg)を得た。LC-ESI-TOF-MS分析で化合物7はm/z 303.19484に(M-H)-イオンピークを与えることから、その分子式をC19H28O3 (理論値 303.19602 C19H27O3)と決定した。さらに詳細なNMR解析[1H、13C、1H-1H COSY、gHMQC、gHMBC、NOESY]の結果、化合物7を16α−ヒドロキシ−デヒドロエピアンドロステロン(16α-Hydroxy-dehydroepiandrosterone)と同定した。化合物7(16α−ヒドロキシ−デヒドロエピアンドロステロン)の構造式を以下に示す。 The substrate Dehydroepiandrosterone was detected by HPLC at a retention time of 20.6 minutes. As a result of HPLC-PDA analysis, a peak of 14.1% conversion product was detected at a retention time of 16.0 minutes. This compound was purified by preparative HPLC to give Compound 7 (38.0 mg). LC-ESI-TOF-MS analysis with compound 7 in the m / z 303.19484 (MH) - determined from giving ion peak, the molecular formula C 19 H 28 O 3 (the theoretical 303.19602 C 19 H 27 O 3) did. As a result of further detailed NMR analysis [ 1 H, 13 C, 1 H- 1 H COZY, gHMQC, gHMBC, NOESY], Compound 7 was identified as 16α-hydroxy-dehydroepiandrosterone. The structural formula of Compound 7 (16α-hydroxy-dehydroepiandrosterone) is shown below.

参考のために化合物7の1H、13C、1H-1H COSY、gHMQC、gHMBC、NOESYによる帰属データを表9に示す。 For reference, Table 9 shows the attribution data of Compound 7 by 1 H, 13 C, 1 H- 1 H COZY, gHMQC, gHMBC, and NOESY.

(h) アドレノステロン (Adrenosterone) (h) Adrenosterone

基質のアドレノステロン(Adrenosterone)はHPLCで保持時間17.1分に検出された。HPLC-PDA分析の結果、保持時間13.8分に41.4%の変換産物のピークが検出された。本化合物を分取HPLCにより精製し、化合物8 (21.4 mg)を得た。LC-ESI-TOF-MS分析で化合物8はm/z 315.16045に(M-H)-イオンピークを与えることから、その分子式をC19H24O4 (理論値 315.15963 C19H24O3)と決定した。さらに詳細なNMR解析[1H、13C、1H-1H COSY、gHMQC、gHMBC、NOESY]の結果、化合物8を16α-ヒドロキシ-アドレノステロン(16α-Hydroxy- adrenosterone)と同定した。化合物8(16α-ヒドロキシ-アドレノステロン)の構造式を以下に示す。化合物8はCASデータベース解析の結果、新規化合物であることがわかった。 The substrate Adrenosterone was detected by HPLC at a retention time of 17.1 minutes. As a result of HPLC-PDA analysis, a peak of 41.4% conversion product was detected at a retention time of 13.8 minutes. This compound was purified by preparative HPLC to give Compound 8 (21.4 mg). Compound 8 LC-ESI-TOF-MS analysis for m / z 315.16045 (MH) - determined from giving ion peak, the molecular formula C 19 H 24 O 4 and (theoretical 315.15963 C 19 H 24 O 3) did. As a result of further detailed NMR analysis [ 1 H, 13 C, 1 H- 1 H COZY, gHMQC, gHMBC, NOESY], Compound 8 was identified as 16α-hydroxy-adrenosterone (16α-Hydroxy-adrenosterone). The structural formula of Compound 8 (16α-hydroxy-adrenosterone) is shown below. As a result of CAS database analysis, Compound 8 was found to be a novel compound.

参考のために化合物8の1H、13C、1H-1H COSY、gHMQC、gHMBC、NOESYによる帰属データを表10に示す。 For reference, the assignment data of compound 8 by 1 H, 13 C, 1 H- 1 H COZY, gHMQC, gHMBC, NOESY is shown in Table 10.

(4) CYP154の触媒機能の考察
基質スクリーニングの結果、ストレプトマイセス グリセウス (Streptomyces griseus) NBRC 13350株由来のCYP154は、様々な置換基を有するステロイド化合物のD環の16α位を位置選択的かつ立体選択的に水酸化する反応を触媒することが判明した。特に新規化合物である16α-ヒドロキシ-4-プレグネン-3, 11, 20-トリオン、16α-ヒドロキシアドレノステロンの例のように難化学合成化合物を合成するCYP154による触媒反応は、これまでの医薬品等の研究開発段階におけるシード・リード化合物のスクリーニング範疇にない化合物の合成を触媒出来る可能性が高く、触媒機能の応用性が期待される。
また、該CYP154の触媒能力は、例えば、1 mMのテストステロンを70%程度変換するので、ノカルディア ファルシニカ(Nocardia farcinica)IFM 10152株由来のCYP154が0.1 mMのテストステロンを50%程度変換した例(非特許文献17)と比べると、10倍以上も高い事が明らかになり、工業生産レベルでの利用が期待される。
(4) Consideration of the catalytic function of CYP154 As a result of substrate screening, CYP154 derived from Streptomyces griseus NBRC 13350 was regioselectively and stereotactically located at the 16α position of the D ring of steroid compounds having various substituents. It has been found to catalyze the reaction of selective hydroxylation. In particular, the catalytic reaction by CYP154, which synthesizes difficult chemical synthetic compounds such as 16α-hydroxy-4-pregnene-3, 11, 20-trione and 16α-hydroxyadrenosterone, which are novel compounds, The possibility of catalyzing the synthesis of compounds that are not in the category of screening for seed and lead compounds in the research and development stage is expected, and the applicability of the catalytic function is expected.
The catalytic ability of CYP154, for example, converts 1 mM testosterone by about 70%, so CYP154 derived from Nocardia farcinica IFM 10152 strain converted 0.1% testosterone by about 50% (non- Compared with Patent Document 17), it becomes clear that it is more than 10 times higher and is expected to be used at the industrial production level.

本発明の製造方法は、創薬におけるシード・リード化合物の創製、代謝物の調製、長い工程を要する製造プロセスの短縮、化学合成では合成が困難な化合物の合成などにおいて有用である。   The production method of the present invention is useful in the creation of seed-lead compounds in drug discovery, preparation of metabolites, shortening of production processes that require long steps, and synthesis of compounds that are difficult to synthesize by chemical synthesis.

Claims (6)

シトクロムP450のファミリー154(CYP154)に属するタンパク質を電子伝達タンパク質の共存下でモノオキシゲナーゼとして機能させ、またはCYP154に属するタンパク質と電子伝達タンパク質との融合型タンパク質をモノオキシゲナーゼとして機能させ、置換基を有するステロイド化合物に作用させてステロイド骨格のD環16α位に位置選択的、かつ立体選択的に水酸基を導入することを特徴とする16α位が水酸化されたステロイド化合物の製造方法であって、
前記CYP154に属するタンパク質が、
(a)配列番号1のアミノ酸配列からなるポリペプチド、または
(b)配列番号1のアミノ酸配列において、1〜10個のアミノ酸配列が欠失、置換または付加されたアミノ酸配列からなり、かつシトクロムP450モノオキシゲナーゼとして機能するポリペプチド
であり、
前記電子伝達タンパク質が、
(c)配列番号2記載のアミノ酸配列からなるポリペプチド
(d)配列番号2記載のアミノ酸配列において、1〜10個のアミノ酸が付加、欠失または置換されたアミノ酸配列からなり、かつ還元酵素活性を有するポリペプチド
である製造方法。
A protein belonging to family 154 (CYP154) of cytochrome P450 functions as a monooxygenase in the presence of an electron transfer protein, or a fusion protein of a protein belonging to CYP154 and an electron transfer protein functions as a monooxygenase and has a substituent. A method for producing a steroid compound hydroxylated at the 16α position , wherein the hydroxyl group is regioselectively and stereoselectively introduced into the D ring 16α position of the steroid skeleton by acting on the steroid compound ,
The protein belonging to CYP154 is
(A) a polypeptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, or
(B) a polypeptide comprising an amino acid sequence in which 1 to 10 amino acid sequences are deleted, substituted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 and functioning as a cytochrome P450 monooxygenase
And
The electron transfer protein is
(C) a polypeptide comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2
(D) a polypeptide comprising an amino acid sequence in which 1 to 10 amino acids are added, deleted or substituted in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2 and having reductase activity
The manufacturing method which is.
前記CYP154に属するタンパク質と電子伝達タンパク質との融合型タンパク質をコードする遺伝子を導入した形質転換体と、置換基を有するステロイド化合物とを共存させることにより、融合型タンパク質を、該置換基を有するステロイド化合物に作用させることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。 A transformant transformed with a gene encoding a fusion protein between the protein and the electron transfer protein belonging to the CYP154, by the coexistence of a steroid compound having a substituent group, the fusion proteins, having the substituent The method according to claim 1, wherein the method is applied to a steroid compound. 置換基を有するステロイド化合物が、下記一般式(1)
(上記式中、R1〜R6、−A−A’−、および−B−B’−B’’−は、以下の(A)または(B)である;
(A)R1は、水酸基、オキソ基またはアセトキシ基であり、
R2は、水素、水酸基、アセトキシ基またはオキソ基であり、
R3は、水酸基、アセチル基、ヒドロキシメチルカルボニル基、アセトキシメチルカルボニル基、2-ヒドロキシエチル基、1,2−ジヒドロキシエチル基またはヒドロキシメチルカルボニル基であり、
R4は、水素またはメチル基であり、
−A−A’−は、−CH2−CH2−または−CH=CH−であり、
−B−B’−B’’−は、−CH2−CH−CH2−、−CH2−C=CH−、−CH=C−CH2−または−CH=C−CHF−であり、
Rは、水素、メチル基、ヒドロキシメチル基、またはホルミル基であり、
Rは、メチル基、ヒドロキシメチル基、またはホルミル基である、または、
(B)R3およびR4が一緒になってオキソ基であり、
R1は、水酸基、オキソ基またはアセトキシ基であり、
R2は、水素、水酸基またはオキソ基であり、
−A−A’−は、−CH2−CH2−または−CH=CH−であり、
−B−B’−B’’−は、−CH2−CH−CH2−、−CH2−C=CH−、−CH=C−CH2−または−CH=C−CHF−であり、
Rは、水素、メチル基、ヒドロキシメチル基、またはホルミル基であり、
Rは、メチル基、ヒドロキシメチル基、またはホルミル基である)で表されるステロイド化合物であることを特徴とする請求項1または2に記載の製造方法。
A steroid compound having a substituent is represented by the following general formula (1):
(In the above formula, R 1 to R 6 , -A-A'-, and -B-B'-B ''-are the following (A) or (B);
(A) R 1 is a hydroxyl group, an oxo group or an acetoxy group,
R 2 is hydrogen, a hydroxyl group, an acetoxy group or an oxo group,
R 3 is a hydroxyl group, acetyl group, hydroxymethylcarbonyl group, acetoxymethylcarbonyl group, 2-hydroxyethyl group, 1,2-dihydroxyethyl group or hydroxymethylcarbonyl group,
R 4 is hydrogen or a methyl group,
-A-A'is, -CH 2 -CH 2 - or a -CH = CH-,
-B-B'-B '' - is, -CH 2 -CH-CH 2 - , - CH 2 -C = CH -, - CH = C-CH 2 - or -CH = a C-CHF-,
R 5 is hydrogen, a methyl group, a hydroxymethyl group, or a formyl group,
R 6 is a methyl group, a hydroxymethyl group, or a formyl group, or
(B) R 3 and R 4 together are an oxo group,
R 1 is a hydroxyl group, an oxo group or an acetoxy group,
R 2 is hydrogen, a hydroxyl group or an oxo group,
-A-A'is, -CH 2 -CH 2 - or a -CH = CH-,
-B-B'-B '' - is, -CH 2 -CH-CH 2 - , - CH 2 -C = CH -, - CH = C-CH 2 - or -CH = a C-CHF-,
R 5 is hydrogen, a methyl group, a hydroxymethyl group, or a formyl group,
The method according to claim 1 or 2, wherein R 6 is a steroid compound represented by a methyl group, a hydroxymethyl group, or a formyl group.
前記CYP154に属するタンパク質が、ストレプトマイセス グリセウス NBRC 13350株由来のCYP154である、請求項1〜3のいずれかに記載の製造方法。The production method according to any one of claims 1 to 3, wherein the protein belonging to CYP154 is CYP154 derived from Streptomyces griseus NBRC 13350 strain. 前記電子伝達タンパク質が、ロドコッカス属NCIMB 9784株由来のシトクロムP450モノオキシゲナーゼP450RhFに含まれる還元酵素ペプチドである、請求項1〜のいずれかに記載の製造方法。 The electron transfer protein is a reductase peptides contained in cytochrome P450 monooxygenase P450RhF from Rhodococcus NCIMB 9784 strain, The method according to any one of claims 1-4. 形質転換体が、前記CYP154に属するタンパク質をコードする以下の(e)または(f)のDNAの3’末端側に、リンカーを介して、前記還元酵素ペプチドをコードする以下の(h)または(i)のDNAを連結した融合型タンパク質をコードする遺伝子を、大腸菌ベクターに挿入した組換えプラスミドを大腸菌に導入してなるものである請求項2〜のいずれかに記載の製造方法。
(e)配列番号3の塩基配列からなるDNA
(f)配列番号3の塩基配列からなるDNAの塩基配列と95%以上の配列相同性を有し、かつシトクロムP450モノオキシゲナーゼとして機能するポリペプチドをコードするDNA
(h)配列番号4の塩基配列からなるDNA
(i)配列番号4の塩基配列からなるDNAの塩基配列と95%以上の配列相同性を有し、かつ還元酵素活性を有するポリペプチドをコードするDNA
Transformants, the 3 'end of the DNA of the following encoding a protein belonging to the CYP154 (e) or (f), via the linker, the following encoding reductase peptide (h) or ( The production method according to any one of claims 2 to 5 , wherein the recombinant plasmid obtained by inserting the gene encoding the fusion protein linked with the DNA of i) into an E. coli vector is introduced into E. coli.
(E) DNA consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3
(F) DNA encoding a polypeptide having a sequence homology of 95% or more with the DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 and functioning as a cytochrome P450 monooxygenase
(H) DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 4
(I) DNA encoding a polypeptide having a sequence homology of 95% or more with the base sequence of DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 4 and having reductase activity
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