JP6350519B2

JP6350519B2 - 改変グリシン酸化酵素

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Inventors: 優哉小玉; 亘星野; 一敏高橋; 萌美伊藤
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Description

本発明は、改変グリシン酸化酵素、およびそれを用いるグリシンの分析方法などに関する。

アミノ酸は生体の構成要素として非常に重要であり、幾つかのアミノ酸が健康状態の指標となり得ることが知られている。例えば血漿中のグリシン濃度は、肥満との関連が示唆されている（非特許文献１）。また、グリシンは種々の食品中に天然に含まれる他、例えば食品添加物としても用いられている。従って、生体研究、健康栄養、医療、食品製造など広範な分野において、アミノ酸、特にグリシンの測定は重要な意義を有する。

グリシンを含むアミノ酸の測定方法としては、アミノ酸アナライザー、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）やＬＣ−ＭＳなどの機器を用いた方法が広く用いられているが、これらの機器は大型で高価であり、機器の維持とオペレーションに専門知識と習熟を必要とするため、導入、維持、利用に高額のコストを必要とする。また、原理上、各検体をシーケンシャルに分析する必要があるため、多検体を分析する際には長時間を必要とする。これらの問題を解決する手段として、例えば特定のアミノ酸に対する特定の反応を触媒する酵素を用いたアミノ酸の分析法が挙げられ、幾つかのアミノ酸については測定用キットが販売されている。また、酵素を利用して電気化学的または光学的に特定のアミノ酸を測定するバイオセンサーも実現されている（例えば、特許文献１、非特許文献２〜４）。

グリシンに作用する酵素としては、グリシン酸化酵素が知られている（例えば、非特許文献５）。

国際公開第２００５／０７５９７０号

Ｐ．Ｆｅｌｉｇ，Ｅ．Ｍａｒｌｉｓｓ，Ｇ．Ｆ．ＣａｈｉｌｌＪｒ．（１９６９）Ｎ．Ｅｎｇｌ．Ｊ．Ｍｅｄ．２８１，８１１−８１６．Ａ．Ｇｕｅｒｒｉｅｒｉ，Ｔ．Ｒ．Ｉ．Ｃａｔａｌｄｉ，Ｒ．Ｃｉｒｉｅｌｌｏ．（２００７）Ｓｅｎｓ．ＡｃｔｕａｔｏｒｓＢＣｈｅｍ．１２６，４２４−４３０. Ｈ．Ｏｌｓｃｈｅｗｓｋｉ，Ａ．Ｅｒｌｅｎｋｏｔｔｅｒ，Ｃ．Ｚａｂｏｒｏｓｃｈ，Ｇ．−Ｃ．Ｃｈｅｍｎｉｔｉｕｓ．（２０００）ＥｎｚｙｍｅＭｉｃｒｏｂ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．２６，５３７−５４３. Ｈ．Ｅｎｄｏ，Ｙ．Ｈａｙａｓｈｉ，Ｙ．Ｋｉｔａｎｉ，Ｈ．Ｒｅｎ，Ｔ．Ｈａｙａｓｈｉ，Ｙ．Ｎａｇａｓｈｉｍａ．（２００８）Ａｎａｌ．Ｂｉｏａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．３９１，１２５５−１２６１. Ｌ．Ｃａｌｄｉｎｅｌｌｉ，Ｍ．Ｐｅｄｏｔｔｉ，Ｌ．Ｍｏｔｔｅｒａｎ，Ｇ．Ｍｏｌｌａ，Ｌ．Ｐｏｌｌｅｇｉｏｎｉ（２００９）Ｂｉｏｃｈｉｍｉｅ９１，１４９９−１５０８．Ｓ．Ｅ．Ｃａｒｐｅｎｔｅｒ，Ｄ．Ｊ．Ｍｅｒｋｌｅｒ（２００３）Ａｎａｌ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．３２３，２４２−２４６．

前述の酵素を用いたアミノ酸測定では、アミノ酸の測定に関連する酵素の特性（例、酵素の活性、安定性、基質特異性）が優れることが望ましい。特に活性に関しては、例えば血中アミノ酸のように検体中の検出対象の濃度が低い場合、基質濃度が低い条件下において活性が高いことが求められる。グリシン含有検体の分析にはグリシン酸化酵素の利用が有望であるが、これまでに性質が知られているグリシン酸化酵素は、活性および安定性が低い（例えば、非特許文献６）点が課題であった。また、基質特異性については多種類のアミノ酸に関して調査がなされていなかった。以上のように、グリシンの測定に関し実用に供することが可能な酵素がなく、従って実用的な、酵素を用いたグリシン測定法、測定用キット、測定用バイオセンサーが実現されていなかった。

本発明者らは、鋭意検討した結果、グリシンの測定に関連する特性を改善した酵素を用いることにより、グリシン濃度を測定すればよいことを着想し、そして、このような特性が改善されたグリシン酸化酵素を開発することに成功し、もって本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、以下のとおりである。
〔１〕以下：
（ａ）グリシンに対するグリシン酸化酵素の活性；
（ｂ）グリシン酸化酵素の熱安定性；および
（ｃ）グリシンに対するグリシン酸化酵素の基質特異性；
からなる群より選ばれる、グリシンの測定に関連するグリシン酸化酵素の１以上の特性を改善するようにその少なくとも１つのアミノ酸残基を変異させた、改変酵素。
〔２〕変異が、グリシン酸化酵素のアミノ酸配列における（ａ）ＴＴＳモチーフ中の第１のスレオニンの置換、（ｂ）ＴＴＳモチーフ中のセリンの置換、（ｃ）ＨＣＹモチーフ中のシステインの置換、（ｄ）ＬＲＰモチーフ中のロイシンの置換、（ｅ）ＧＭＬモチーフ中のメチオニンの置換、（ｆ）ＳＧモチーフ中のセリンの置換、および（ｇ）ＰＧＴモチーフ中のグリシンの置換からなる群より選ばれる１以上の置換である、〔１〕の改変酵素。
〔３〕ＴＴＳモチーフ中の第１のスレオニンが、アラニン、セリン、システイン、またはグリシンに置換されている、〔２〕の改変酵素。
〔４〕ＴＴＳモチーフ中のセリンが、リジンに置換されている、〔２〕または〔３〕の改変酵素。
〔５〕ＨＣＹモチーフ中のシステインが、アラニン、アスパラギン酸、グリシン、ヒスチジン、アスパラギン、トリプトファン、チロシン、またはセリンに置換されている、〔２〕〜〔４〕のいずれかの改変酵素。
〔６〕ＬＲＰモチーフ中のロイシンが、イソロイシン、バリン、システイン、スレオニン、またはプロリンに置換されている、〔２〕〜〔５〕のいずれかの改変酵素。
〔７〕ＧＭＬモチーフ中のメチオニンが、イソロイシンに置換されている、〔２〕〜〔６〕のいずれかの改変酵素。
〔８〕ＳＧモチーフ中のセリンが、アルギニンに置換されている、〔２〕〜〔７〕のいずれかの改変酵素。
〔９〕ＰＧＴモチーフ中のグリシンが、チロシン、またはグルタミンに置換されている、〔２〕〜〔８〕のいずれかの改変酵素。
〔１０〕グリシン酸化酵素がバチルス属に由来する、〔１〕〜〔９〕のいずれかの改変酵素。
〔１１〕以下（１）あるいは（２）のタンパク質である、〔１〕〜〔１０〕のいずれかの改変酵素：
（１）配列番号２のアミノ酸配列において、ＴＴＳモチーフ中の第１のスレオニン、ＴＴＳモチーフ中のセリン、ＨＣＹモチーフ中のシステイン、ＬＲＰモチーフ中のロイシン、ＧＭＬモチーフ中のメチオニン、ＳＧモチーフ中のセリン、およびＰＧＴモチーフ中のグリシンからなる群より選ばれる１以上のアミノ酸残基が、下記（ｉ）〜（ｖｉｉ）に示されるアミノ酸残基に置換されたアミノ酸配列を含む、タンパク質：
（ｉ）ＴＴＳモチーフ中の第１のスレオニンの置換
アラニン、セリン、システイン、またはグリシン；
（ｉｉ）ＴＴＳモチーフ中のセリンの置換
リジン；
（ｉｉｉ）ＨＣＹモチーフ中のシステインの置換
アラニン、アスパラギン酸、グリシン、ヒスチジン、アスパラギン、トリプトファン、チロシン、またはセリン；
（ｉｖ）ＬＲＰモチーフ中のロイシンの置換
イソロイシン、バリン、システイン、スレオニン、またはプロリン
（ｖ）ＧＭＬモチーフ中のメチオニンの置換
イソロイシン；
（ｖｉ）ＳＧモチーフ中のセリンの置換
アルギニン；
（ｖｉｉ）ＰＧＴモチーフ中のグリシンの置換
チロシン、またはグルタミン。
（２）配列番号２のアミノ酸配列におけるＴＴＳモチーフ中の第１のスレオニン、ＴＴＳモチーフ中のセリン、ＨＣＹモチーフ中のシステイン、ＬＲＰモチーフ中のロイシン、ＧＭＬモチーフ中のメチオニン、ＳＧモチーフ中のセリン、およびＰＧＴモチーフ中のグリシンからなる群より選ばれる１以上のアミノ酸残基が、上記（ｉ）〜（ｖｉｉ）に示されるアミノ酸残基に置換されたアミノ酸配列において、１または数個のアミノ酸残基の追加変異を有するアミノ酸配列を含み、かつ、下記（ａ）〜（ｃ）からなる群より選ばれる１以上の特性が改善されている、タンパク質：
（ａ）グリシンに対するグリシン酸化酵素の活性；
（ｂ）グリシン酸化酵素の熱安定性；および
（ｃ）グリシンに対するグリシン酸化酵素の基質特異性。
〔１２〕〔１〕〜〔１１〕のいずれかの改変酵素を用いて被検試料中に含まれるグリシンを測定することを含む、グリシンの分析方法。
〔１３〕グリシンの測定が、〔１〕〜〔１１〕のいずれかの改変酵素に加えて、４−アミノアンチピリンおよびフェノール、ならびにペルオキシダーゼを用いて行われる、〔１２〕の方法。
〔１４〕〔１〕〜〔１１〕のいずれかの改変酵素を用いてグリシンからグリオキシル酸を生成することを含む、グリオキシル酸の製造方法。
〔１５〕〔１〕〜〔１１〕のいずれかの改変酵素をコードするポリヌクレオチド。
〔１６〕〔１５〕のポリヌクレオチドを含む発現ベクター。
〔１７〕〔１６〕の発現ベクターを含む形質転換体。
〔１８〕グリシンの測定に関連するグリシン酸化酵素の特性を改善するようにその少なくとも１つのアミノ酸残基を変異させた改変酵素を、〔１７〕の形質転換体を用いて生成することを含む、改変酵素の製造方法。
〔１９〕〔１〕〜〔１１〕のいずれかの改変酵素を含む、グリシン分析用キット。
〔２０〕反応用緩衝液または緩衝塩、過酸化水素検出試薬、アンモニア検出試薬およびグリオキシル酸検出試薬の少なくとも一つをさらに含む、〔１９〕のグリシン分析用キット。
〔２１〕（ａ）デバイス、および（ｂ）〔１〕〜〔１１〕のいずれかの改変酵素を含む、グリシン分析用検出系。
〔２２〕（ｃ）反応用緩衝液または緩衝塩、過酸化水素検出試薬、アンモニア検出試薬およびグリオキシル酸検出試薬の少なくとも一つをさらに含み、かつデバイスがマイクロ流路チップである、〔２１〕のグリシン分析用検出系。
〔２１〕（ａ）検出用電極、および（ｂ）検出用電極に固定または配置された、〔１〕〜〔１１〕のいずれかの改変酵素を含む、グリシン分析用酵素センサー。

本発明の改変酵素は、グリシンに対する活性が向上しているため、グリシンの迅速かつ高感度な測定、および／またはグリオキシル酸の製造に有用である。本発明の改変酵素はまた、水溶液中での熱安定性に優れることから、安定性に優れる。したがって、本発明の改変酵素は、特に液状試薬として有用である。本発明の改変酵素はさらに、グリシンに対する基質特異性に優れるので、グリシンを特異的に測定することができる。本発明の分析方法は、例えば、生体研究、健康栄養、医療、食品製造など広範な分野において有用である。

図１は、グリシンに対する野生型グリシン酸化酵素の基質特異性を示す図である。（１）Ｇｌｙ：１ｍＭＧｌｙ；（２）２５ｍｉｘ：標準アミノ酸２０種類、シスチン、タウリン、シトルリン、オルニチンおよびα−アミノ酪酸をそれぞれ１ｍＭ含有する混合液；（３）２５ｍｉｘ−Ｇｌｙ：（２）の２５種類の混合液からＧｌｙを除いたもの（以下同様）。図２は、グリシンに対する変異型グリシン酸化酵素（Ｔ４２Ａ／Ｃ２４５Ｓ／Ｌ３０１Ｖ）の基質特異性を示す図である。図３は、グリシンに対する変異型グリシン酸化酵素（Ｔ４２Ａ／Ｃ２４５Ｓ／Ｌ３０１Ｖ／Ｇ３０４Ｑ）の基質特異性を示す図である。図４は、変異型グリシン酸化酵素（Ｔ４２Ａ／Ｃ２４５Ｓ／Ｌ３０１Ｖ）を用いてエンドポイント法で得られた吸光度と、反応系中のＧｌｙ濃度との関係を示す図である。図５は、変異型グリシン酸化酵素（Ｔ４２Ａ／Ｃ２４５Ｓ／Ｌ３０１Ｖ／Ｇ３０４Ｑ）を用いてエンドポイント法で得られた吸光度と、反応系中のＧｌｙ濃度との関係を示す図である。

本発明は、改変酵素を提供する。本発明の改変酵素は、グリシンの測定に関連するグリシン酸化酵素の特性を改善するようにその少なくとも１つのアミノ酸残基を変異させたものであり得る。

アミノ酸残基の変異としては、例えば、置換、欠失、付加および挿入が挙げられるが、置換が好ましい。

変異されるアミノ酸残基は、天然のＬ−α−アミノ酸である、Ｌ−アラニン（Ａ）、Ｌ−アスパラギン（Ｎ）、Ｌ−システイン（Ｃ）、Ｌ−グルタミン（Ｑ）、Ｌ−イソロイシン（Ｉ）、Ｌ−ロイシン（Ｌ）、Ｌ−メチオニン（Ｍ）、Ｌ−フェニルアラニン（Ｆ）、Ｌ−プロリン（Ｐ）、Ｌ−セリン（Ｓ）、Ｌ−スレオニン（Ｔ）、Ｌ−トリプトファン（Ｗ）、Ｌ−チロシン（Ｙ）、Ｌ−バリン（Ｖ）、Ｌ−アスパラギン酸（Ｄ）、Ｌ−グルタミン酸（Ｅ）、Ｌ−アルギニン（Ｒ）、Ｌ−ヒスチジン（Ｈ）、またはＬ−リジン（Ｋ）、あるいはグリシン（Ｇ）である。変異が置換、付加または挿入である場合、置換、付加または挿入されるアミノ酸残基は、上述した変異されるアミノ酸残基と同様である。以下、アミノ酸の表記について、Ｌおよびαを省略することがある。

グリシン酸化酵素（ｇｌｙｏｘｉｄａｓｅ：ＧｌｙＯＸと表記することがある）は、以下の反応を触媒する酸化還元酵素である（ＥＣ１．４．３．１９）。
グリシン＋Ｈ_２Ｏ＋Ｏ_２ → グリオキシル酸＋ＮＨ_３＋Ｈ_２Ｏ_２

本発明の改変酵素が由来するグリシン酸化酵素としては、例えば、任意の生物（例、細菌、放線菌および真菌等の微生物、ならびに昆虫、魚類、動物、および植物）に由来する酵素を用いることができ、例えば、バチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）属に属する微生物、およびこの近縁属に属する生物に由来する酵素が挙げられる。バチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）属の近縁属としては、例えば、ゲオバチルス（Ｇｅｏｂａｃｉｌｌｕｓ）属、パエニバチルス（Ｐａｅｎｉｂａｃｉｌｌｕｓ）属、オセアノバチルス（Ｏｃｅａｎｏｂａｃｉｌｌｕｓ）属が挙げられる。バチルス属のこれらの近縁属は、バチルス属と同様に、バシラス科（Ｂａｃｉｌｌａｃｅａｅ）に属する。

バチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）属およびその近縁属に属する微生物としては、例えば、バチルス・アエロフィラス（Ｂａｃｉｌｌｕｓａｅｒｏｐｈｉｌｕｓ）、バチルス・セレウス（Ｂａｃｉｌｌｕｓｃｅｒｅｕｓ）、バチルス・マカウエンシス（Ｂａｃｉｌｌｕｓｍａｃａｕｅｎｓｉｓ）、バチルス・プミルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓｐｕｍｉｌｕｓ）、バチルス・サブチリス（Ｂａｃｉｌｌｕｓｓｕｂｔｉｌｉｓ）、バチルス・スフェリカス（Ｂａｃｉｌｌｕｓｓｐｈａｅｒｉｃｕｓ）、バチルス・セレウス（Ｂａｃｉｌｌｕｓｃｅｒｅｕｓ）、バチルス・リチェニフォルミス（Ｂａｃｉｌｌｕｓｌｉｃｈｅｎｉｆｏｒｍｉｓ）、バチルス・エスピー（Ｂａｃｉｌｌｕｓｓｐ．）、ゲオバチルス・ステアロサーモフィラス（Ｇｅｏｂａｃｉｌｌｕｓｓｔｅａｒｏｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）、ゲオバチルス・カウストフィラス（Ｇｅｏｂａｃｉｌｌｕｓｋａｕｓｔｏｐｈｉｌｕｓ）などが挙げられる。

グリシン酸化酵素において変異が導入される位置は、好ましくは、グリシン酸化酵素の活性中心付近にあるアミノ酸残基である。バチルス・サブチリス由来のグリシン酸化酵素については、立体構造の解析結果が報告されている（例、ＰＤＢＩＤ：１ＮＧ３、１ＮＧ４、１ＲＹＩ、３ＩＦ９を参照）。当業者は、バチルス・サブチリス由来のグリシン酸化酵素のアミノ酸配列を他のグリシン酸化酵素のアミノ酸配列と整列（ａｌｉｇｎ）させることができるので、バチルス・サブチリス以外の生物に由来するグリシン酸化酵素についても、活性中心付近にあるアミノ酸残基を容易に特定することができる。

好ましい実施形態では、グリシンの測定に関連するグリシン酸化酵素の特性を改善する変異は、野生型グリシン酸化酵素のアミノ酸配列のＴＴＳモチーフ中の第１のスレオニン（Ｔ）の置換および／またはセリン（Ｓ）の置換である。ＴＴＳモチーフは、スレオニン（Ｔ）−スレオニン（Ｔ）−セリン（Ｓ）の連続した３つのアミノ酸残基から構成される。ＴＴＳモチーフのＣ末端のスレオニン残基を、第１のスレオニンということがあり、また、ＴＴＳモチーフの中央のスレオニン残基を、第２のスレオニンということがある。野生型グリシン酸化酵素のアミノ酸配列中のＴＴＳモチーフの位置は酵素の由来によって異なり得るが、当業者は、野生型グリシン酸化酵素のアミノ酸配列中のＴＴＳモチーフの位置を適宜決定できるため、置換されるべき第１のスレオニン（Ｔ）およびセリン（Ｓ）の位置を特定できる。通常、グリシン酸化酵素のアミノ酸配列において、ＴＴＳモチーフは４２〜４４位のアミノ酸領域内にあり、第１のスレオニン（Ｔ）は４２位にあり、セリン（Ｓ）は４４位にある（例、表１を参照）。

別の好ましい実施形態では、グリシンの測定に関連するグリシン酸化酵素の特性を改善する変異は、野生型グリシン酸化酵素のアミノ酸配列のＨＣＹモチーフ中のシステイン（Ｃ）の置換である。ＨＣＹモチーフは、ヒスチジン（Ｈ）−システイン（Ｃ）−チロシン（Ｙ）の連続した３つのアミノ酸残基から構成される。野生型グリシン酸化酵素のアミノ酸配列中のＨＣＹモチーフの位置は酵素の由来によって異なり得るが、当業者は、野生型グリシン酸化酵素のアミノ酸配列中のＨＣＹモチーフの位置を適宜決定できるため、置換されるべきシステイン（Ｃ）の位置を特定できる。通常、グリシン酸化酵素のアミノ酸配列において、ＨＣＹモチーフは２４４〜２５２位のアミノ酸領域内にあり、システイン（Ｃ）は２４５〜２５１位にある（例、表２を参照）。本発明の改変酵素は、グリシンの測定に関連するグリシン酸化酵素の特性を改善する変異として、ＨＣＹモチーフ中のシステイン（Ｃ）の置換に加えて、ＴＴＳモチーフ中の第１のスレオニン（Ｔ）の上記置換をさらに有していてもよい。

さらに別の好ましい実施形態では、グリシンの測定に関連するグリシン酸化酵素の特性を改善する変異は、野生型グリシン酸化酵素のアミノ酸配列のＬＲＰモチーフ中のロイシン（Ｌ）の置換である。ＬＲＰモチーフは、ロイシン（Ｌ）−アルギニン（Ｒ）−プロリン（Ｐ）の連続した３つのアミノ酸残基から構成される。野生型グリシン酸化酵素のアミノ酸配列中のＬＲＰモチーフの位置は酵素の由来によって異なり得るが、当業者は、野生型グリシン酸化酵素のアミノ酸配列中のＬＲＰモチーフの位置を適宜決定できるため、置換されるべきロイシン（Ｌ）の位置を特定できる。通常、グリシン酸化酵素のアミノ酸配列において、ＬＲＰモチーフは２９４〜３１６位のアミノ酸領域内にあり、ロイシン（Ｌ）は２９４〜３１４位にある（例、表３を参照）。本発明の改変酵素は、グリシンの測定に関連するグリシン酸化酵素の特性を改善する変異として、ＬＲＰモチーフ中のロイシン（Ｌ）の置換に加えて、ＴＴＳモチーフ中の第１のスレオニン（Ｔ）の上記置換および／またはＨＣＹモチーフ中のシステイン（Ｃ）の上記置換をさらに有していてもよい。

さらに別の好ましい実施形態では、グリシンの測定に関連するグリシン酸化酵素の特性を改善する変異は、野生型グリシン酸化酵素のアミノ酸配列のＧＭＬモチーフ中のメチオニン（Ｍ）の置換である。ＧＭＬモチーフは、グリシン（Ｇ）−メチオニン（Ｍ）−ロイシン（Ｌ）の連続した３つのアミノ酸残基から構成される。野生型グリシン酸化酵素のアミノ酸配列中のＧＭＬモチーフの位置は酵素の由来によって異なり得るが、当業者は、野生型グリシン酸化酵素のアミノ酸配列中のＧＭＬモチーフの位置を適宜決定できるため、置換されるべきメチオニン（Ｍ）の位置を特定できる。通常、グリシン酸化酵素のアミノ酸配列において、ＧＭＬモチーフは４５〜５９位のアミノ酸領域内にあり、メチオニン（Ｍ）は４６〜５８位にある（例、表４を参照）。本発明の改変酵素は、グリシンの測定に関連するグリシン酸化酵素の特性を改善する変異として、ＧＭＬモチーフ中のメチオニン（Ｍ）の置換に加えて、ＴＴＳモチーフ中の第１のスレオニン（Ｔ）およびセリン（Ｓ）の上記置換および／またはＨＣＹモチーフ中のシステイン（Ｃ）の上記置換および／またはＬＲＰモチーフ中のロイシン（Ｌ）の上記置換をさらに有していてもよい。

さらに別の好ましい実施形態では、グリシンの測定に関連するグリシン酸化酵素の特性を改善する変異は、野生型グリシン酸化酵素のアミノ酸配列のＳＧモチーフ中のセリン（Ｓ）の置換である。ＳＧモチーフは、セリン（Ｓ）−グリシン（Ｇ）の連続した２つのアミノ酸残基から構成される。野生型グリシン酸化酵素のアミノ酸配列中のＳＧモチーフの位置は酵素の由来によって異なり得るが、当業者は、野生型グリシン酸化酵素のアミノ酸配列中のＳＧモチーフの位置を適宜決定できるため、置換されるべきセリン（Ｓ）の位置を特定できる。通常、グリシン酸化酵素のアミノ酸配列において、ＳＧモチーフは１９０〜２０４位のアミノ酸領域内にあり、セリン（Ｓ）は１９０〜２０３位にある（例、表５を参照）。本発明の改変酵素は、グリシンの測定に関連するグリシン酸化酵素の特性を改善する変異として、ＳＧモチーフ中のセリン（Ｓ）の置換に加えて、ＴＴＳモチーフ中の第１のスレオニン（Ｔ）およびセリン（Ｓ）の上記置換および／またはＨＣＹモチーフ中のシステイン（Ｃ）の上記置換および／またはＬＲＰモチーフ中のロイシン（Ｌ）の上記置換および／またはＧＭＬモチーフ中のメチオニン（Ｍ）の上記置換をさらに有していてもよい。

さらに別の好ましい実施形態では、グリシンの測定に関連するグリシン酸化酵素の特性を改善する変異は、野生型グリシン酸化酵素のアミノ酸配列のＰＧＴモチーフ中のグリシン（Ｇ）の置換である。ＰＧＴモチーフは、プロリン（Ｐ）−グリシン（Ｇ）−スレオニン（Ｔ）の連続した３つのアミノ酸残基から構成される。野生型グリシン酸化酵素のアミノ酸配列中のＰＧＴモチーフの位置は酵素の由来によって異なり得るが、当業者は、野生型グリシン酸化酵素のアミノ酸配列中のＰＧＴモチーフの位置を適宜決定できるため、置換されるべきグリシン（Ｇ）の位置を特定できる。通常、グリシン酸化酵素のアミノ酸配列において、ＰＧＴモチーフは３０３〜３１７位のアミノ酸領域内にあり、グリシン（Ｇ）は３０４〜３１６位にある（例、表６を参照）。本発明の改変酵素は、グリシンの測定に関連するグリシン酸化酵素の特性を改善する変異として、ＰＧＴモチーフ中のグリシン（Ｇ）の置換に加えて、ＴＴＳモチーフ中の第１のスレオニン（Ｔ）およびセリン（Ｓ）の上記置換および／またはＨＣＹモチーフ中のシステイン（Ｃ）の上記置換および／またはＬＲＰモチーフ中のロイシン（Ｌ）の上記置換および／またはＧＭＬモチーフ中のメチオニン（Ｍ）の上記置換および／またはＳＧモチーフ中のセリン（Ｓ）の上記置換をさらに有していてもよい。

本発明の改変酵素は、上述した６つのモチーフから選ばれる１つ以上のモチーフを有する野生型酵素に対して変異を導入することにより、作製することができる。野生型酵素は、上述した６つのモチーフから選ばれる２つのモチーフを有していてもよく、３つのモチーフを有していてもよく、４つのモチーフを有していてもよく、５つのモチーフを有していてもよく、６つのモチーフを有していてもよい。

グリシンの測定に関連するグリシン酸化酵素の特性としては、以下が挙げられる：
（ａ）グリシンに対するグリシン酸化酵素の活性；
（ｂ）グリシン酸化酵素の熱安定性；および
（ｃ）グリシンに対するグリシン酸化酵素の基質特異性。
本発明の改変酵素は、上述した特性のうち１つのみを有していてもよいが、上述した特性のうち２つまたは３つの特性を併有していてもよい。

ＴＴＳモチーフ中の第１のスレオニン（Ｔ）について、特性（ａ）〜（ｃ）から選ばれる少なくとも１つの特性を改善する変異（単独の変異または他の変異との組合せ）としては、例えば、アラニン（Ａ）、セリン（Ｓ）、システイン（Ｃ）、またはグリシン（Ｇ）への置換が挙げられる。

ＴＴＳモチーフ中のセリン（Ｓ）について、特性（ａ）〜（ｃ）から選ばれる少なくとも１つの特性を改善する変異（単独の変異または他の変異との組合せ）としては、例えば、リジン（Ｋ）への置換が挙げられる。

ＨＣＹモチーフ中のシステイン（Ｃ）について、特性（ａ）〜（ｃ）から選ばれる少なくとも１つの特性を改善する変異（単独の変異または他の変異との組合せ）としては、例えば、アラニン（Ａ）、アスパラギン酸（Ｄ）、グリシン（Ｇ）、ヒスチジン（Ｈ）、アスパラギン（Ｎ）、トリプトファン（Ｗ）、チロシン（Ｙ）、またはセリン（Ｓ）への置換が挙げられる。

ＬＲＰモチーフ中のロイシン（Ｌ）について、特性（ａ）〜（ｃ）から選ばれる少なくとも１つの特性を改善する変異（単独の変異または他の変異との組合せ）としては、例えば、イソロイシン（Ｉ）、バリン（Ｖ）、システイン（Ｃ）、スレオニン（Ｔ）、またはプロリン（Ｐ）への置換が挙げられる。

ＧＭＬモチーフ中のメチオニン（Ｍ）について、特性（ａ）〜（ｃ）から選ばれる少なくとも１つの特性を改善する変異（単独の変異または他の変異との組合せ）としては、例えば、イソロイシン（Ｉ）への置換が挙げられる。

ＳＧモチーフ中のセリン（Ｓ）について、特性（ａ）〜（ｃ）から選ばれる少なくとも１つの特性を改善する変異（単独の変異または他の変異との組合せ）としては、例えば、アルギニン（Ｒ）への置換が挙げられる。

ＰＧＴモチーフ中のグリシン（Ｇ）について、特性（ａ）〜（ｃ）から選ばれる少なくとも１つの特性を改善する変異（単独の変異または他の変異との組合せ）としては、例えば、チロシン（Ｙ）、またはグルタミン（Ｑ）への置換が挙げられる。

一実施形態では、グリシンの測定に関連するグリシン酸化酵素の特性として、グリシンに対するグリシン酸化酵素の活性が、改善される。グリシンに対するグリシン酸化酵素の活性の改善とは、グリシンに対する改変酵素の活性が、野生型酵素のものに比べてより向上することを意味する。具体的には、グリシンに対するグリシン酸化酵素の活性の改善は、所定の濃度（例、低濃度または高濃度のいずれかの濃度）におけるグリシンに対する野生型グリシン酸化酵素の活性を１００としたときに、同濃度におけるグリシンに対する改変酵素の活性が１００よりも大きい場合に、達成され得る。このような改変酵素は、グリシンの迅速かつ高感度な測定を可能にし、結果としてグリシンの測定に有用である。野生型酵素に対する改変酵素の活性の向上の程度は、１．３倍以上であることが好ましく、１．５倍以上であることがより好ましく、１．７倍以上であることがさらにより好ましく、２倍以上であることが特に好ましい。野生型酵素に対する改変酵素の活性の向上の程度が１．３倍以上である本発明の改変酵素の変異は、例えば、１）活性の改善に好適である、ＴＴＳモチーフ中の第１のスレオニン（Ｔ）の下記アミノ酸残基への置換、ＨＣＹモチーフ中のシステイン（Ｃ）の下記アミノ酸残基への置換、またはＬＲＰモチーフ中のロイシン（Ｌ）の下記アミノ酸残基への置換、あるいはそれらの置換の組合せであってもよい。

１）活性の改善に好適である置換
１−１）ＴＴＳモチーフ中の第１のスレオニン（Ｔ）の置換後のアミノ酸残基
アラニン（Ａ）、セリン（Ｓ）、システイン（Ｃ）、またはグリシン（Ｇ）
１−２）ＴＴＳモチーフ中のセリン（Ｓ）の置換後のアミノ酸残基
リジン（Ｋ）
１−３）ＨＣＹモチーフ中のシステイン（Ｃ）の置換後のアミノ酸残基
セリン（Ｓ）
１−４）ＬＲＰモチーフ中のロイシン（Ｌ）の置換後のアミノ酸残基
イソロイシン（Ｉ）、バリン（Ｖ）、システイン（Ｃ）、またはスレオニン（Ｔ）
１−５）ＰＧＴモチーフ中のグリシン（Ｇ）について、特性（ａ）〜（ｃ）から選ばれる少なくとも１つの特性を改善する変異（単独の変異または他の変異との組合せ）としては、例えば、グルタミン（Ｑ）への置換が挙げられる。

別の実施形態では、グリシンの測定に関連するグリシン酸化酵素の特性として、グリシン酸化酵素の熱安定性が、改善される。グリシン酸化酵素の熱安定性の改善とは、改変酵素の熱安定性が、野生型酵素のものに比べてより向上することを意味する。具体的には、グリシン酸化酵素の熱安定性の改善は、水溶液中において所定の高温（例、４０℃、５０℃または６０℃のいずれかの温度）条件下で所定の時間（例、１時間）処理した場合に、改変酵素の残存活性が野生型酵素のものよりも大きい場合に、達成され得る。水溶液中におけるグリシン酸化酵素の熱安定性試験は、グリシン酸化酵素の安定性（特に液状安定性）を評価するための加速試験としての意義を有し得る。したがって、水溶液中における改変酵素の熱安定性が高い場合、改変酵素の安定性（特に液状安定性）も高い傾向がある。液状安定性が高い酵素は、液状でより長期保存することができるので、このような改変酵素は、液状試薬として、グリシンの測定に有用である。野生型酵素に対する改変酵素の熱安定性の向上の程度は、１．１倍以上であることが好ましく、１．２倍以上であることがより好ましい。野生型酵素に対する改変酵素の熱安定性の向上の程度が１．１倍以上である本発明の改変酵素の変異は、例えば、２）熱安定性の改善に好適である、ＨＣＹモチーフ中のシステイン（Ｃ）の下記アミノ酸残基への置換であってもよい。

２）熱安定性の改善に好適である置換
２−１）ＴＴＳモチーフ中の第１のスレオニン（Ｔ）の置換後のアミノ酸残基
アラニン（Ａ）、セリン（Ｓ）、グリシン（Ｇ）
２−２）ＴＴＳモチーフ中のセリン（Ｓ）の置換後のアミノ酸残基
リジン（Ｋ）
２−３）ＨＣＹモチーフ中のシステイン（Ｃ）の置換後のアミノ酸残基
アラニン（Ａ）、アスパラギン酸（Ｄ）、グリシン（Ｇ）、ヒスチジン（Ｈ）、アスパラギン（Ｎ）、トリプトファン（Ｗ）、チロシン（Ｙ）、またはセリン（Ｓ）
２−４）ＬＲＰモチーフ中のロイシン（Ｌ）の置換後のアミノ酸残基
イソロイシン（Ｉ）、バリン（Ｖ）、プロリン（Ｐ）、またはシステイン（Ｃ）
２−５）ＧＭＬモチーフ中のメチオニン（Ｍ）について、特性（ａ）〜（ｃ）から選ばれる少なくとも１つの特性を改善する変異（単独の変異または他の変異との組合せ）としては、例えば、イソロイシン（Ｉ）への置換が挙げられる。
２−６）ＳＧモチーフ中のセリン（Ｓ）について、特性（ａ）〜（ｃ）から選ばれる少なくとも１つの特性を改善する変異（単独の変異または他の変異との組合せ）としては、例えば、アルギニン（Ｒ）への置換が挙げられる。
２−７）ＰＧＴモチーフ中のグリシン（Ｇ）について、特性（ａ）〜（ｃ）から選ばれる少なくとも１つの特性を改善する変異（単独の変異または他の変異との組合せ）としては、例えば、チロシン（Ｙ）、またはグルタミン（Ｑ）への置換が挙げられる。

さらに別の実施形態では、グリシンの測定に関連するグリシン酸化酵素の特性として、グリシンに対するグリシン酸化酵素の基質特異性が、改善される。グリシンに対するグリシン酸化酵素の基質特異性の改善とは、グリシンに対する改変酵素の反応性が、野生型酵素のものに比べてより向上することを意味する。換言すれば、グリシン以外のアミノ酸に対する改変酵素の反応性が低下することを意味する。グリシン以外のアミノ酸としては、例えば、グリシン以外のＬ−α−アミノ酸が挙げられる。具体的には、グリシン以外のＬ−α−アミノ酸としては、例えば、タンパク質を構成する、グリシン以外の１９種のＬ−α−アミノ酸、ならびにシスチン、タウリン、シトルリン、オルニチンおよびα−アミノ酪酸が挙げられる。グリシンに対するグリシン酸化酵素の基質特異性が改善された本発明の改変酵素の変異は、例えば、３）基質特異性の改善に好適である、ＴＴＳモチーフ中の第１のスレオニン（Ｔ）の下記アミノ酸残基への置換、ＨＣＹモチーフ中のシステイン（Ｃ）の下記アミノ酸残基への置換、またはＬＲＰモチーフ中のロイシン（Ｌ）の下記アミノ酸残基への置換、あるいはそれらの置換の組合せであってもよい。

３）基質特異性の改善に好適である置換
３−１）ＴＴＳモチーフ中の第１のスレオニン（Ｔ）の置換後のアミノ酸残基
アラニン（Ａ）
３−２）ＨＣＹモチーフ中のシステイン（Ｃ）の置換後のアミノ酸残基
セリン（Ｓ）
３−３）ＬＲＰモチーフ中のロイシン（Ｌ）の置換後のアミノ酸残基
バリン（Ｖ）

本発明の改変酵素はまた、Ｃ末端またはＮ末端に、他のペプチド成分（例、タグ部分）を有していてもよい。本発明の改変酵素に付加され得る他のペプチド成分としては、例えば、目的タンパク質の精製を容易にするペプチド成分（例、ヒスチジンタグ、Ｓｔｒｅｐ−ｔａｇＩＩ等のタグ部分；グルタチオン−Ｓ−トランスフェラーゼ、マルトース結合タンパク質等の目的タンパク質の精製に汎用されるタンパク質）、目的タンパク質の可溶性を向上させるペプチド成分（例、Ｎｕｓ−ｔａｇ）、シャペロンとして働くペプチド成分（例、トリガーファクター）、他の機能をもつタンパク質あるいはタンパク質のドメインあるいはそれらとをつなぐリンカーとしてのペプチド成分が挙げられる。

本発明の改変酵素は、上述した特性が保持される限り、上記変異を有するグリシン酸化酵素のアミノ酸配列に対して、１または数個のアミノ酸残基の追加変異（例、置換、欠失、挿入および付加）を有していてもよい。追加変異の数は、例えば１〜１００個、好ましくは１〜５０個、より好ましくは１〜４０個、さらにより好ましくは１〜３０個、最も好ましくは１〜２０個または１〜１０個（例、１、２、３、４または５個）である。当業者は、上述した特性を保持するこのような改変酵素を適宜作製することができる。追加変異を有する本発明の改変酵素では、野生型酵素に対する改変酵素の活性の向上の程度は、１．３倍以上であることが好ましく、１．５倍以上であることがより好ましく、１．７倍以上であることがさらにより好ましく、２倍以上であることが特に好ましい。また、追加変異を有する本発明の改変酵素では、野生型酵素に対する改変酵素の熱安定性の向上の程度は、１．１倍以上であることが好ましく、１．２倍以上であることがより好ましい。

したがって、本発明の改変酵素は、以下（ｉ）または（ｉｉ）であってもよい：
（ｉ）グリシン酸化酵素のアミノ酸配列において、ＴＴＳモチーフ中の第１のスレオニン、ＴＴＳモチーフ中のセリン、ＨＣＹモチーフ中のシステイン、ＬＲＰモチーフ中のロイシン、ＧＭＬモチーフ中のメチオニン、ＳＧモチーフ中のセリン、およびＰＧＴモチーフ中のグリシンからなる群より選ばれる１以上のアミノ酸残基が変異（例、置換）したアミノ酸配列を含み、かつ、グリシンの測定に関連するグリシン酸化酵素の特性が改善されている、タンパク質；または
（ｉｉ）グリシン酸化酵素のアミノ酸配列におけるＴＴＳモチーフ中の第１のスレオニン、ＴＴＳモチーフ中のセリン、ＨＣＹモチーフ中のシステイン、ＬＲＰモチーフ中のロイシン、ＧＭＬモチーフ中のメチオニン、ＳＧモチーフ中のセリン、およびＰＧＴモチーフ中のグリシンからなる群より選ばれる１以上のアミノ酸残基が変異（例、置換）したアミノ酸配列において、１または数個のアミノ酸残基の追加変異を有するアミノ酸配列を有し、かつ、グリシンの測定に関連するグリシン酸化酵素の改善された特性が保持されている、タンパク質。

本発明の改変酵素は、上述した変異および追加変異の双方を有することにより、変異前の（野生型）グリシン酸化酵素のアミノ酸配列に対して少なくとも９０％以上のアミノ酸配列同一性を有するアミノ酸配列を含むものであってもよい。アミノ酸配列の同一性パーセントは、好ましくは９２％以上、より好ましくは９５％以上、さらにより好ましくは９７％以上、最も好ましくは９８％以上または９９％以上であってもよい。

アミノ酸配列の同一性は、例えばＫａｒｌｉｎおよびＡｌｔｓｃｈｕｌによるアルゴリズムＢＬＡＳＴ（Ｐｒｏ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ，９０，５８７３（１９９３））、ＰｅａｒｓｏｎによるＦＡＳＴＡ（ＭｅｔｈｏｄｓＥｎｚｙｍｏｌ．，１８３，６３（１９９０））を用いて決定することができる。このアルゴリズムＢＬＡＳＴに基づいて、ＢＬＡＳＴＰとよばれるプログラムが開発されているので（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｃｂｉ．ｎｌｍ．ｎｉｈ．ｇｏｖ参照）、これらのプログラムをデフォルト設定で用いて、アミノ酸配列の同一性を計算してもよい。また、アミノ酸配列の同一性としては、例えば、Ｌｉｐｍａｎ−Ｐｅａｒｓｏｎ法を採用している株式会社ゼネティックスのソフトウェアＧＥＮＥＴＹＸＶｅｒ７．０．９を使用し、ＯＲＦにコードされるポリペプチド部分全長を用いて、ＵｎｉｔＳｉｚｅｔｏＣｏｍｐａｒｅ＝２の設定でＳｉｍｉｌａｒｉｔｙをｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ計算させた際の数値を用いてもよい。アミノ酸配列の同一性として、これらの計算で導き出される値のうち、最も低い値を採用してもよい。

アミノ酸配列において追加変異を導入され得るアミノ酸残基の位置は、当業者に明らかであり、例えば、アミノ酸配列のアライメントを参考にして追加変異を導入することができる。具体的には、当業者は、１）複数のホモログのアミノ酸配列（例、配列番号２で表されるアミノ酸配列、および他のホモログのアミノ酸配列）を比較し、２）相対的に保存されている領域、および相対的に保存されていない領域を明らかにし、次いで、３）相対的に保存されている領域および相対的に保存されていない領域から、それぞれ、機能に重要な役割を果たし得る領域および機能に重要な役割を果たし得ない領域を予測できるので、構造・機能の相関性を認識できる。また、グリシン酸化酵素については、上述したように立体構造の解析結果が報告されているので、当業者は、立体構造の解析結果に基づき、上述した特性の保持を可能にするように、追加変異を導入することができる。追加変異が導入される部位は、ＴＴＳモチーフ中の第１のスレオニン、ＴＴＳモチーフ中のセリン、ＨＣＹモチーフ中のシステイン、ＬＲＰモチーフ中のロイシン、ＧＭＬモチーフ中のメチオニン、ＳＧモチーフ中のセリン、およびＰＧＴモチーフ中のグリシン以外のアミノ酸残基であり、好ましくは、ＴＴＳモチーフ、ＴＴＳモチーフ、ＨＣＹモチーフ、ＬＲＰモチーフ、ＧＭＬモチーフ、ＳＧモチーフ、およびＰＧＴモチーフ中のアミノ酸残基以外のアミノ酸残基であってもよい。

アミノ酸残基の追加変異が置換である場合、アミノ酸残基のこのような置換は、保存的置換であってもよい。用語「保存的置換」とは、所定のアミノ酸残基を、類似の側鎖を有するアミノ酸残基で置換することをいう。類似の側鎖を有するアミノ酸残基のファミリーは、当該分野で周知である。例えば、このようなファミリーとしては、塩基性側鎖を有するアミノ酸（例、リジン、アルギニン、ヒスチジン）、酸性側鎖を有するアミノ酸（例、アスパラギン酸、グルタミン酸）、非荷電性極性側鎖を有するアミノ酸（例、アスパラギン、グルタミン、セリン、スレオニン、チロシン、システイン）、非極性側鎖を有するアミノ酸（例、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、フェニルアラニン、メチオニン、トリプトファン）、β位分岐側鎖を有するアミノ酸（例、スレオニン、バリン、イソロイシン）、芳香族側鎖を有するアミノ酸（例、チロシン、フェニルアラニン、トリプトファン、ヒスチジン）、ヒドロキシル基（例、アルコール性、フェノール性）含有側鎖を有するアミノ酸（例、セリン、スレオニン、チロシン）、および硫黄含有側鎖を有するアミノ酸（例、システイン、メチオニン）が挙げられる。好ましくは、アミノ酸の保存的置換は、アスパラギン酸とグルタミン酸との間での置換、アルギニンとリジンとヒスチジンとの間での置換、トリプトファンとフェニルアラニンとの間での置換、フェニルアラニンとバリンとの間での置換、ロイシンとイソロイシンとアラニンとの間での置換、およびグリシンとアラニンとの間での置換であってもよい。

本発明の改変酵素は、本発明の改変酵素を発現する本発明の形質転換体を用いて、または無細胞系等を用いて、調製することができる。本発明の形質転換体は、例えば、本発明の発現ベクターを作製し、次いで、この発現ベクターを宿主に導入することにより作製できる。

本発明の発現ベクターは、本発明の改変酵素をコードする本発明のポリヌクレオチド（例、ＤＮＡ、ＲＮＡ）を含む。本発明の発現ベクターはまた、本発明のポリヌクレオチドに加えて、プロモーター、ターミネーターおよび薬剤（例、テトラサイクリン、アンピシリン、カナマイシン、ハイグロマイシン、ホスフィノスリシン）耐性遺伝子をコードする領域等の領域をさらに含むことができる。本発明の発現ベクターは、プラスミドであっても組込み型（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｖｅ）ベクターであってもよい。本発明の発現ベクターはまた、ウイルスベクターであっても無細胞系用ベクターであってもよい。本発明の発現ベクターはさらに、本発明のポリヌクレオチドに対して３’または５’末端側に、本発明の改変酵素に付加され得る他のペプチド成分をコードするポリヌクレオチドを含んでいてもよい。他のペプチド成分をコードするポリヌクレオチドとしては、例えば、上述したような目的タンパク質の精製を容易にするペプチド成分をコードするポリヌクレオチド、上述したような目的タンパク質の可溶性を向上させるペプチド成分をコードするポリヌクレオチド、シャペロンとして働くペプチド成分をコードするポリヌクレオチド、他の機能をもつタンパク質あるいはタンパク質のドメインあるいはそれらとをつなぐリンカーとしてのペプチド成分をコードするポリヌクレオチドが挙げられる。他のペプチド成分をコードするポリヌクレオチドを含む種々の発現ベクターが利用可能である。したがって、本発明の発現ベクターの作製のため、このような発現ベクターを利用してもよい。例えば、目的タンパク質の精製を容易にするペプチド成分をコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクター（例、ｐＥＴ−１５ｂ、ｐＥＴ−５１ｂ、ｐＥＴ−４１ａ、ｐＭＡＬ−ｐ５Ｇ）、目的タンパク質の可溶性を向上させるペプチド成分をコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクター（例、ｐＥＴ−５０ｂ）、シャペロンとして働くペプチド成分をコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクター（例、ｐＣｏｌｄＴＦ）、他の機能をもつタンパク質あるいはタンパク質のドメインあるいはそれらとをつなぐリンカーとしてのペプチド成分をコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクターを利用することができる。本発明の改変酵素とそれに付加された他のペプチド成分との切断をタンパク質発現後に可能にするため、本発明の発現ベクターは、プロテアーゼによる切断部位をコードする領域を、本発明の改変酵素をコードするポリヌクレオチドと他のペプチド成分をコードするポリヌクレオチドとの間に含んでいてもよい。

本発明の改変酵素を発現させるための宿主としては、例えばエシェリヒア・コリ（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａｃｏｌｉ）等のエシェリヒア属細菌、コリネバクテリウム属細菌〔例、コリネバクテリウム・グルタミカム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ）〕、およびバチルス属細菌〔例、バチルス・ズブチリス（Ｂａｃｉｌｌｕｓｓｕｂｔｉｌｉｓ）〕をはじめとする種々の原核細胞、サッカロマイセス属細菌〔例、サッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）〕、ピヒア属細菌〔例、ピヒア・スティピティス（Ｐｉｃｈｉａｓｔｉｐｉｔｉｓ）〕、アスペルギルス属細菌〔例、アスペルギルス・オリゼ（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓｏｒｙｚａｅ）〕をはじめとする種々の真核細胞を用いることができる。宿主としては、所定の遺伝子を欠損する株を用いてもよい。形質転換体としては、例えば、細胞質中に発現ベクターを保有する形質転換体、およびゲノム上に目的遺伝子が導入された形質転換体が挙げられる。

本発明の形質転換体は、所定の培養装置（例、試験管、フラスコ、ジャーファーメンター）を用いて、例えば後述の組成を有する培地において培養することができる。培養条件は適宜設定することができる。具体的には、培養温度は１０℃〜３７℃であってもよく、ｐＨは６．５〜７．５であってもよく、培養時間は１ｈ〜１００ｈであってもよい。また、溶存酸素濃度を管理しつつ培養を行っても良い。この場合、培養液中の溶存酸素濃度（ＤＯ値）を制御の指標として用いることがある。大気中の酸素濃度を２１％とした場合の相対的な溶存酸素濃度ＤＯ値が、例えば１〜１０％を、好ましくは３％〜８％を下回らない様に、通気・攪拌条件を制御することが出来る。また、培養はバッチ培養であっても、フェドバッチ培養であっても良い。フェドバッチ培養の場合は糖源となる溶液やリン酸を含む溶液を培養液に連続的あるいは不連続的に逐次添加して、培養を継続することも出来る。

形質転換される宿主は、上述したとおりであるが、大腸菌について詳述すると、大腸菌Ｋ１２株亜種のエシェリヒアコリＪＭ１０９株、ＤＨ５α株、ＨＢ１０１株、ＢＬ２１（ＤＥ３）株などから選択することが出来る。形質転換を行う方法、および形質転換体を選別する方法は、ＭｏｌｅｃｕｌａｒＣｌｏｎｉｎｇ：ＡＬａｂｏｒａｔｏｒｙＭａｎｕａｌ，３ｒｄｅｄｉｔｉｏｎ，ＣｏｌｄＳｐｒｉｎｇＨａｒｂｏｒｐｒｅｓｓ（２００１／０１／１５）などにも記載されている。以下、形質転換された大腸菌を作製し、これを用いて所定の酵素を製造する方法を、一例としてより具体的に説明する。

本発明のポリヌクレオチドを発現させるプロモーターとしては、通常Ｅ．ｃｏｌｉにおける異種タンパク質生産に用いられるプロモーターを使用することができ、例えば、ＰｈｏＡ、ＰｈｏＣ、Ｔ７プロモーター、ｌａｃプロモーター、ｔｒｐプロモーター、ｔｒｃプロモーター、ｔａｃプロモーター、ラムダファージのＰＲプロモーター、ＰＬプロモーター、Ｔ５プロモーター等の強力なプロモーターが挙げられ、ＰｈｏＡ、ＰｈｏＣ、ｌａｃが好ましい。また、ベクターとしては、例えば、ｐＵＣ（例、ｐＵＣ１９、ｐＵＣ１８）、ｐＳＴＶ、ｐＢＲ（例、ｐＢＲ３２２）、ｐＨＳＧ（例、ｐＨＳＧ２９９、ｐＨＳＧ２９８、ｐＨＳＧ３９９、ｐＨＳＧ３９８）、ＲＳＦ（例、ＲＳＦ１０１０）、ｐＡＣＹＣ（例、ｐＡＣＹＣ１７７、ｐＡＣＹＣ１８４）、ｐＭＷ（例、ｐＭＷ１１９、ｐＭＷ１１８、ｐＭＷ２１９、ｐＭＷ２１８）、ｐＱＥ（例、ｐＱＥ３０）、およびその誘導体等を用いてもよい。他のベクターとしては、ファージＤＮＡのベクターを利用してもよい。さらに、プロモーターを含み、挿入ＤＮＡ配列を発現させることができる発現ベクターを使用してもよい。好ましくは、ベクターは、ｐＵＣ、ｐＳＴＶ、ｐＭＷであってもよい。

また、本発明のポリヌクレオチドの下流に転写終結配列であるターミネーターを連結してもよい。このようなターミネーターとしては、例えば、Ｔ７ターミネーター、ｆｄファージターミネーター、Ｔ４ターミネーター、テトラサイクリン耐性遺伝子のターミネーター、大腸菌ｔｒｐＡ遺伝子のターミネーターが挙げられる。

本発明のポリヌクレオチドを大腸菌に導入するためのベクターとしては、いわゆるマルチコピー型のものが好ましく、ＣｏｌＥ１由来の複製開始点を有するプラスミド、例えばｐＵＣ系のプラスミドやｐＢＲ３２２系のプラスミドあるいはその誘導体が挙げられる。ここで、「誘導体」とは、塩基の置換、欠失、挿入および／または付加などによってプラスミドに改変を施したものを意味する。

また、形質転換体を選別するために、ベクターがアンピシリン耐性遺伝子等のマーカーを有することが好ましい。このようなプラスミドとして、強力なプロモーターを持つ発現ベクターが市販されている〔例、ｐＵＣ系（タカラバイオ社製）、ｐＰＲＯＫ系（クローンテック製）、ｐＫＫ２３３−２（クローンテック製）〕。

得られた本発明の発現ベクターを用いて大腸菌を形質転換し、この大腸菌を培養することにより、本発明の改変酵素を得ることができる。

培地としては、Ｍ９−カザミノ酸培地、ＬＢ培地など、大腸菌を培養するために通常用いる培地を用いてもよい。培地は、所定の炭素源、窒素源、補酵素（例、塩酸ピリドキシン）を含有していてもよい。具体的には、ペプトン、酵母エキス、ＮａＣｌ、グルコース、ＭｇＳＯ_４、硫酸アンモニウム、リン酸２水素カリウム、硫酸第二鉄、硫酸マンガン、などを用いても良い。また、培養条件、生産誘導条件は、用いたベクターのマーカー、プロモーター、宿主菌等の種類に応じて適宜選択される。

本発明の改変酵素を回収するには、以下の方法などがある。本発明の改変酵素は、本発明の形質転換体を回収した後、菌体を破砕（例、ソニケーション、ホモジナイゼーション）あるいは溶解（例、リゾチーム処理）することにより、破砕物および溶解物として得ることができる。このような破砕物および溶解物を、抽出、沈澱、濾過、カラムクロマトグラフィー等の手法に供することにより、本発明の改変酵素を得ることができる。

本発明は、グリシンの分析方法を提供する。本発明の分析方法は、本発明の改変酵素を用いて、被検試料中に含まれるグリシンを測定することを含み得る。

被検試料としては、グリシンを含有すると疑われる試料である限り特に限定されず、例えば、生体由来試料（例、血液、尿、唾液、涙など）や食飲料品（例、栄養ドリンクやアミノ酸飲料など）が挙げられる。被検試料中のグリシンは、低濃度（例、１μＭ以上１ｍＭ未満等の１ｍＭ未満の濃度）であっても、高濃度（例、１ｍＭ以上１Ｍ未満等の１ｍＭ以上の濃度）であってもよい。

本発明の分析方法は、本発明の改変酵素を用いてグリシンを測定できる限り特に限定されず、生成したグリオキシル酸を検出してもよく、また、グリオキシル酸の生成に伴い副生するＮＨ_３またはＨ_２Ｏ_２を検出してもよい。あるいは、他の反応と共役させて、共役反応の生成物を検出してもよい。このような共役反応としては、例えば、以下の共役反応が挙げられる。

グリシン酸化反応）グリシン酸化酵素により触媒される反応
グリシン＋Ｈ_２Ｏ＋Ｏ_２ → グリオキシル酸＋ＮＨ_３＋Ｈ_２Ｏ_２
共役反応）ペルオキシダーゼにより触媒される反応
２Ｈ_２Ｏ_２＋４−アミノアンチピリン＋フェノール → キノンイミン色素＋４Ｈ_２Ｏ

上記共役反応を利用する場合、グリシンの測定は、本発明の改変酵素に加えて、４−アミノアンチピリンおよびフェノール、ならびにペルオキシダーゼを用いて行うことができる。具体的には、水溶液（例、緩衝液）中において、被検試料を４−アミノアンチピリン（４−ａｍｉｎｏａｎｔｉｐｙｒｉｎｅ）およびフェノール、ならびにペルオキシダーゼと混合し、次いで、混合試料を上記の酵素反応に供し、最後に、生成したキノンイミン色素（ｑｕｉｎｏｎｅｉｍｉｎｅｄｙｅ）の吸光度（約５００ｎｍ）を検出することにより、グリシンが測定される。測定は、定性的または定量的に行うことができる。測定は、例えば、全ての基質が反応するまで測定を行うエンドポイント法に基づいて行われてもよいし、レート法（初速度法）に基づいて行われてもよい。なお、酸化反応において必要とされる酸素量は微量であるため、反応系中の溶存酸素により必要な酸素量が賄えることから、通常、反応系中へ酸素や酸素を含む気体を強制的に供給する必要はない。

本発明の改変酵素は、グリシン以外のアミノ酸（例、Ｌ−α−アミノ酸）に対して反応しないか、またはそれに対する反応性が極めて低い。したがって、被験試料中に、グリシンのみならず、他のアミノ酸が含まれている場合にも、本発明の改変酵素を用いることで、被験試料中のグリシンの量を特異的に評価することができる。

また、本発明の改変酵素を用いた過酸化水素電極を用いることで、被験試料中のグリシンの量を特異的に評価することができる。

さらに、本発明は、（Ａ）本発明の改変酵素を含む、グリシン分析用キットを包含する。
本発明のキットは、（Ｂ）反応用緩衝液または緩衝塩、（Ｃ）過酸化水素検出試薬、（Ｄ）アンモニア検出試薬および（Ｅ）グリオキシル酸検出試薬の少なくとも一つをさらに含むことができる。

（Ｂ）反応用緩衝液または緩衝塩は、反応液中のｐＨを目的の酵素反応に適した値に維持するために用いられる。

（Ｃ）過酸化水素検出用試薬は、過酸化水素の検出を例えば発色や蛍光などによって行う場合に用いる。例えば、ペルオキシダーゼとその基質となり得る発色剤の組み合わせが挙げられ、具体的には、例えば西洋わさびペルオキシダーゼと４―アミノアンチピリンおよびフェノールの組み合わせなどが挙げられるが、この組み合わせに限定されない。

（Ｄ）アンモニア検出試薬としては、例えばフェノールと次亜塩素酸を組み合わせたインドフェノール法などが挙げられる。

（Ｅ）グリオキシル酸検出試薬としては、例えば非特許文献６に記載の試薬の組み合わせなどが挙げられる。

本発明はまた、（ａ）デバイス、および（ｂ）本発明の改変酵素を含む、グリシン分析用検出系を提供する。

本発明の改変酵素は、使用の際にデバイス中に供給され得るマイクロデバイスとは独立したユニットとして存在していてもよいが、予めデバイスに、注入、固定または配置されていてもよい。好ましくは、本発明の改変酵素は、予めデバイスに注入、固定または配置された形態で提供される。本発明の改変酵素のデバイスへの固定または配置は、直接的または間接的に行われる。デバイスとしては、例えば、流路を備えるマイクロ流路チップ等のマイクロデバイスを好適に用いることができる。

本発明のグリシン分析用検出系は、（ｃ）反応用緩衝液または緩衝塩、過酸化水素検出試薬、アンモニア検出試薬およびグリオキシル酸検出試薬の少なくとも一つの構成要素をさらに含んでいてもよい。本発明のグリシン分析用検出系では、（ｃ）の構成要素の全部がデバイス中に収容された形態で提供されてもよい。あるいは、（ｃ）の構成要素の一部がデバイス中に収容された形態で提供され、残りのものがデバイス中に収容されない形態（例、異なる容器に収容された形態）で提供されてもよい。この場合、デバイス中に収容されない（ｃ）の構成要素は、標的物質の測定の際に、デバイス中に注入されることにより使用されてもよい。

デバイスとしては、例えば、１）試料と（ｃ）の構成要素とを混合して混合液を調製するための第１区域、および調製された混合液を、本発明の改変酵素と接触させて、グリシンを検出するための第２区域を備えるデバイス（混合および検出の各工程が異なる区域中で行われるデバイス）；２）試料と（ｃ）の構成要素と本発明の改変酵素とを混合して、本発明の改変酵素によりグリシンを検出するための区域を備えるデバイス（混合および検出の各工程が同一区域中で行われるデバイス）；ならびに３）試料と（ｃ）の構成要素と（および必要応じて本発明の改変酵素と）の混合を可能にする流路、および本発明の改変酵素によりグリシンを検出するための区域を備えるデバイス（デバイスの注入口に試料を注入すると、流路を介して送液されて試料等が自動的に混合され、得られた混合液中のグリシンが検出区域中で自動検出されるデバイス）が挙げられる。自動化の観点からは、３）のデバイス、特にマイクロ流路デバイスの形態である３）のデバイスが好ましい。３）のデバイスでは、本発明の改変酵素は、流路を流れる送液中に提供されても、検出区域に固定または配置された形態で提供されてもよいが、好ましくは検出区域に固定または配置された形態で提供される。

本発明はまた、（ａ）検出用電極、および（ｂ）検出用電極に固定または配置された本発明の改変酵素を含む、グリシン分析用酵素センサーを提供する。本発明の改変酵素は、電極に直接または間接的に固定または配置される。

前記の検出用電極としては、例えば、過酸化水素検出用電極を用いることが可能であり、より具体的には、酵素式過酸化水素検出用電極や隔膜式過酸化水素検出用電極などが例として挙げられる。この場合、グリシン酸化活性によりグリシンが酸化された際に生じる過酸化水素を検出することで、グリシンの分析が可能となる。それ以外の構成は、公知のセンサーで採用されている構成をそのまま、あるいは適宜改変して利用することができる。

以下の実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

〔実施例１〕セルフリー合成系を用いたＧｌｙＯＸの合成およびＧｌｙＯＸの精製
Ｂａｃｉｌｌｕｓｓｕｂｔｉｌｉｓ１６８株由来ＧｌｙＯＸの野生型の遺伝子または目的とする変異型の遺伝子を鋳型に用いて、２−ＳｔｅｐＰＣＲ法で、ヒスチジンタグおよびＴＥＶプロテアーゼ認識配列をＮ末端側に融合させ、かつ目的の変異が導入されたコンストラクトの直鎖状ＤＮＡを調製した。このＤＮＡを鋳型として用いて、大腸菌由来のセルフリー合成反応系でタンパク質を合成した。１ｍＬの反応スケールにて、透析法で６時間合成を行った産物を遠心し、その上清画分について、ＮｉＳｅｐｈａｒｏｓｅＨｉｇｈＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ（ＧＥヘルスケア・ジャパン株式会社）を用いたヒスチジンタグアフィニティ精製の溶出画分を得た。続いて、ＳＤＳ−ＰＡＧＥおよびＳＹＰＲＯＯＲＡＮＧＥＰｒｏｔｅｉｎＧｅｌＳｔａｉｎ（ライフテクノロジーズジャパン株式会社）を用いた染色により目的酵素と考えられるタンパク質の存在を確認し、Ｂｒａｄｆｏｒｄ法によるタンパク質定量を行った後、評価に供した。なお、野生型酵素についても同様の手順で、直鎖状ＤＮＡの調製、セルフリー合成、酵素の精製および分析を行った。精製には、下記の緩衝液を用いた。
結合バッファ：７５０ｍＭＮａＣｌ、２０ｍＭＮａＰｉ、ｐＨ８．０
洗浄バッファ：７５０ｍＭＮａＣｌ，２０ｍＭＮａＰｉ、ｐＨ８．０
回収・測定バッファ：３００ｍＭＮａＣｌ、５０ｍＭＮａＰｉ、３４ｍＭＥＤＴＡ、ｐＨ７．０、１０％Ｄ_２Ｏ、０．０１％ＮａＮ_３
なお、変異を複数導入した変異型ＧｌｙＯＸを示す場合、導入した変異を／で区切り、続けて記載する。例えば、Ｔ４２Ａ／Ｃ２４５Ｓは、Ｔ４２ＡとＣ２４５Ｓの２つの変異を有する変異型ＧｌｙＯＸであることを意味する。ＷＴは野生型であることを意味する。

〔実施例２〕活性測定
実施例１で合成された野生型ＧｌｙＯＸおよび変異型ＧｌｙＯＸの活性評価は、以下の手順にて行った。まず、下記の反応液Ａおよび反応液Ｂを調製した。
反応液Ａ：４ｍＭフェノール、１００ｍＭリン酸カリウム、ｐＨ８．０
反応液Ｂ：５０ｍＭ４−アミノアンチピリン、５００Ｕ／ｍｌペルオキシダーゼ
続いて、９６穴マイクロプレートを用い、２５℃にて、反応液Ａを４９μｌ、反応液Ｂを１μｌ、２．５ｍＭＧｌｙまたは１００ｍＭＧｌｙを１０μｌ、超純水を２０μｌ、０．５ｍｇ／ｍｌＧｌｙＯＸを２０μｌ混合した液の、波長５００ｎｍにおける吸光度の３分後の変化をマイクロプレートリーダー（ＳｐｅｃｔｒａＭａｘＭ２ｅ、モレキュラーデバイスジャパン株式会社）を用いて測定した。表７および８に、各変異型ＧｌｙＯＸの活性を、野生型ＧｌｙＯＸの活性に対する比で示した。各値は、同一サンプルについて３回実験を行った際の平均値より算出した。なお、表７は直鎖状ＤＮＡを調製する際に野生型の遺伝子を鋳型として用いて、表８は目的とする変異型の遺伝子を鋳型として用いて合成したタンパク質に関する結果である。

〔実施例３〕安定性の評価
実施例１で合成された野生型酵素および変異型酵素の安定性評価は、下記手順にて行った。０．５ｍｇ／ｍｌＧｌｙＯＸをマイクロチューブへ分注し、４℃、４０℃、５０℃、６０℃にて１時間インキュベーションした。その後、これら酵素液について、実施例２にて添加する基質溶液を１００ｍＭＧｌｙとした条件で、反応１０分後の吸光度変化から活性を測定し、４℃でインキュベーションした酵素液の活性に対する比として残存活性を求めることで、安定性を評価した。その結果を表９および１０に示す。各値は、表９のＬ３０１を変異したＧｌｙＯＸについては同一サンプルを用いた２回の実験から、それ以外のＧｌｙＯＸについては３回の実験から求めた平均値より算出した。なお、表９は直鎖状ＤＮＡを調製する際に野生型の遺伝子を鋳型として用いて、表１０は目的とする変異型の遺伝子を鋳型として用いて合成したタンパク質に関する結果である。

〔実施例４〕大腸菌を用いたＧｌｙＯＸ発現系およびＧｌｙＯＸの精製
大腸菌を用いたＧｌｙＯＸの組換え発現系を構築した。まず、組換え発現用のプラスミドを構築した。ＤＮＡプライマー１（ＴＡＡＴＴＣＣＡＴＧＧＣＴＡＡＡＡＧＧＣＡＴＴＡＴＧＡＡＧＣＡＧＴＧＧＴＧＡＴＴＧ：配列番号３）およびＤＮＡプライマー２（ＴＡＡＴＡＣＴＣＧＡＧＴＡＴＣＴＧＡＡＣＣＧＣＣＴＣＣＴＴＧＣＧＡＴＣ：配列番号４）を用いて、標準的なＰＣＲ法により目的遺伝子を増幅した。続いて、ＮｃｏＩ（タカラバイオ株式会社）とＸｈｏＩ（タカラバイオ株式会社）を用いて、ＰＣＲ産物とｐＥＴ−２８ａ（メルク株式会社）を制限酵素消化し、プラスミドの消化物はさらにＡｌｋａｌｉｎｅＰｈｏｓｐｈａｔａｓｅ（Ｅ．ＣｏｌｉＣ７５）（タカラバイオ株式会社）で脱リン酸処理した後、ＱＩＡｑｕｉｃｋＰＣＲＰｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎＫｉｔ（株式会社キアゲン）を用いて除タンパク及び不要な消化断片の除去を行った。得られた両産物を、ＬｉｇａｔｉｏｎＨｉｇｈＶｅｒ．２（東洋紡績株式会社）を用いてライゲーションし、標準的な方法でライゲーション産物による大腸菌ＤＨ５αの形質転換体を取得した。得られたＤＨ５αの形質転換体からプラスミドを抽出し、標準的なＤＮＡ配列の解析法を用いて、プラスミドへの目的遺伝子の挿入を確認した。この目的遺伝子が挿入されたプラスミドを、以後、ｐＥＴ２８ａ−ＧｌｙＯＸ、ｐＥＴ２８ａ−ＧｌｙＯＸによるＢＬ２１（ＤＥ３）の形質転換体をｐＥＴ２８ａ−ＧｌｙＯＸ−ＢＬ２１（ＤＥ３）と呼ぶ。

ＧｌｙＯＸの調製は、下記のようにして行った。まず、ｐＥＴ２８ａ−ＧｌｙＯＸ−ＢＬ２１（ＤＥ３）のグリセロールストックから、２５μｇ／ｍｌカナマイシンを含むＬＢプレートへ植菌し、３７℃で一晩、静置培養した。２５μｇ／ｍｌカナマイシンを含むＬＢ培地５０ｍｌを２５０ｍｌ容量のバッフル付フラスコへ入れ、ＬＢプレート上のシングルコロニーから植菌し、３７℃で一晩、旋回振盪にて培養した。２５μｇ／ｍｌカナマイシンを含むＬＢ培地２Ｌを５Ｌ容量のバッフル付フラスコへ入れ、先の一晩培養した液を全量添加し、ＯＤ_６６０の値が０．５〜０．６となった時点でＩＰＴＧを終濃度０．５ｍＭとなるよう添加した。続いて、旋回振盪で３０℃の下一晩培養した後に集菌し、生理食塩水で洗浄後、破砕用バッファ（２０ｍＭＴｒｉｓ−ＨＣｌ、０．０２μＭＦｌａｖｉｎａｄｅｎｉｎｅｄｉｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ、ｐＨ８．０）にて菌体を懸濁し、超音波破砕機（２０１Ｍ、株式会社久保田製作所）を用いて１８０Ｗで２０分間処理した。この破砕液を１２０００×ｇで３０分間遠心し上清を回収した後、Ｗａｓｈバッファ（５０ｍＭＨＥＰＥＳ、５００ｍＭＮａＣｌ、２０ｍＭｉｍｉｄａｚｏｌｅ、０．０２μＭＦｌａｖｉｎａｄｅｎｉｎｅｄｉｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ、ｐＨ７．５）で平衡化したＮｉＳｅｐｈａｒｏｓｅ６ＦａｓｔＦｌｏｗ（ＧＥヘルスケア・ジャパン株式会社）へ添加し、室温で５分穏和に転倒混和した後、エコノパックカラム（バイオ・ラッドラボラトリーズ株式会社）を用いて自然落下により溶液を除いた。続いてＷａｓｈバッファで洗浄した後、溶出バッファ（５０ｍＭＨＥＰＥＳ、５００ｍＭＮａＣｌ、５００ｍＭｉｍｉｄａｚｏｌｅ、０．０２μＭＦｌａｖｉｎａｄｅｎｉｎｅｄｉｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ、ｐＨ７．５）で目的タンパク質であるＧｌｙＯＸを溶出した。ＧｌｙＯＸ溶液は、限外濾過によりストック用バッファ（５０ｍＭリン酸カリウム、０．０２μＭＦｌａｖｉｎａｄｅｎｉｎｅｄｉｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ、ｐＨ８．０）へ溶媒を置換し、濃度を０．５ｍｇ／ｍｌに調製した。

〔実施例５〕大腸菌を用いたＴ４２Ａ／Ｃ２４５Ｓ／Ｌ３０１Ｖ変異型の調製
Ｔ４２Ａ／Ｃ２４５Ｓ／Ｌ３０１Ｖ変異型を、下記のようにして調製した。ＱｕｉｋＣｈａｎｇｅＬｉｇｈｔｎｉｎｇＳｉｔｅ−ＤｉｒｅｃｔｅｄＭｕｔａｇｅｎｅｓｉｓＫｉｔｓ（アジレント・テクノロジー株式会社）を用いて、ｐＥＴ２８ａ−ＧｌｙＯＸを鋳型として製品添付のプロトコルに従い、ＧｌｙＯＸ遺伝子への変異導入を行った。変異の複数導入については、変異を入れたプラスミドを鋳型として用い変異を追加していくことで行った。この変異導入済みプラスミドを用いて、実施例４に記載の方法に従い組換え発現、精製および溶媒置換を行うことで、Ｔ４２Ａ／Ｃ２４５Ｓ／Ｌ３０１Ｖ変異型を取得した。

〔実施例６〕大腸菌を用いた変異型の調製
目的とする変異型を、下記のようにして調製した。ＱｕｉｋＣｈａｎｇｅＬｉｇｈｔｎｉｎｇＳｉｔｅ−ＤｉｒｅｃｔｅｄＭｕｔａｇｅｎｅｓｉｓＫｉｔｓ（アジレント・テクノロジー株式会社）を用いて、ｐＥＴ２８ａ−ＧｌｙＯＸを鋳型として製品添付のプロトコルに従い、ＧｌｙＯＸ遺伝子への変異導入を行った。変異の複数導入については、変異を入れたプラスミドを鋳型として用い変異を追加していくことで行った。この変異導入済みプラスミドを用いて、以下に記載の方法に従い組換え発現、精製および溶媒置換を行うことで、目的とする変異型を取得した。

ＧｌｙＯＸの調製は、下記のようにして行った。まず、ｐＥＴ２８ａ−ＧｌｙＯＸ−ＢＬ２１（ＤＥ３）のグリセロールストックから、２５μｇ／ｍｌカナマイシンを含むＬＢプレートへ植菌し、３７℃で一晩、静置培養した。２５μｇ／ｍｌカナマイシンを含むＬＢ培地５０ｍｌを２５０ｍｌ容量のバッフル付フラスコへ入れ、ＬＢプレート上のシングルコロニーから植菌し、３７℃で一晩、旋回振盪にて培養した。２５μｇ／ｍｌカナマイシンを含むＬＢ培地１Ｌを５Ｌ容量のバッフル付フラスコへ入れ、先の一晩培養した液を１０ｍＬ添加し、ＯＤ６６０の値が０．５〜０．６となった時点でＩＰＴＧを終濃度０．５ｍＭとなるよう添加した。続いて、旋回振盪で３０℃の下一晩培養した後に集菌し、生理食塩水で洗浄後、破砕用バッファ（２０ｍＭＴｒｉｓ−ＨＣｌ、０．０２μＭＦｌａｖｉｎａｄｅｎｉｎｅｄｉｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ、ｐＨ８．０）にて菌体を懸濁し、超音波破砕機（２０１Ｍ、株式会社久保田製作所）を用いて１８０Ｗで２０分間処理した。この破砕液を１２０００×ｇで３０分間遠心し上清を回収した後、Ｗａｓｈバッファ（５０ｍＭＨＥＰＥＳ、５００ｍＭＮａＣｌ、２０ｍＭｉｍｉｄａｚｏｌｅ、０．０２μＭＦｌａｖｉｎａｄｅｎｉｎｅｄｉｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ、ｐＨ７．５）で平衡化したＨｉｓＴｒａｐＦＦｃｒｕｄｅ（ＧＥヘルスケア・ジャパン株式会社）へ添加した。続いてＷａｓｈバッファで洗浄した後、溶出バッファ（５０ｍＭＨＥＰＥＳ、５００ｍＭＮａＣｌ、５００ｍＭｉｍｉｄａｚｏｌｅ、０．０２μＭＦｌａｖｉｎａｄｅｎｉｎｅｄｉｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ、ｐＨ７．５）で目的タンパク質であるＧｌｙＯＸを溶出した。ＧｌｙＯＸ溶液は、限外濾過によりストック用バッファ（５０ｍＭリン酸カリウム、０．０２μＭＦｌａｖｉｎａｄｅｎｉｎｅｄｉｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ、ｐＨ８．０）へ溶媒を置換し、濃度を０．５ｍｇ／ｍｌに調製した。

〔実施例７〕活性測定
野生型と実施例６で合成された変異型ＧｌｙＯＸについて、活性を評価した。具体的には、実施例２に示す組成のうち、酵素液を実施例６で調製したＧｌｙＯＸとした。その結果を表１１に示す。

〔実施例８〕安定性の評価
野生型と実施例６で合成された変異型ＧｌｙＯＸについて、安定性を評価した。具体的には、実施例３に示す組成のうち、酵素液を実施例６で調製したＧｌｙＯＸとした。その結果を表１２に示す。

〔実施例９〕大腸菌を用いたＴ４２Ａ／Ｃ２４５Ｓ／Ｌ３０１Ｖ／Ｇ３０４Ｑ変異型の調製
Ｔ４２Ａ／Ｃ２４５Ｓ／Ｌ３０１Ｖ／Ｇ３０４Ｑを実施例５と同様の方法で調製した。

〔実施例１０〕基質特異性の評価
野生型とＴ４２Ａ／Ｃ２４５Ｓ／Ｌ３０１Ｖ変異型とＴ４２Ａ／Ｃ２４５Ｓ／Ｌ３０１Ｖ／Ｇ３０４Ｑ変異型について、基質特異性を確認した。具体的には、実施例２に示す組成のうち、酵素液を実施例４または実施例５または実施例９で調製したＧｌｙＯＸ溶液とし、基質としてＧｌｙ溶液の代わりに（１）１ｍＭＧｌｙ、（２）標準アミノ酸２０種類、シスチン、タウリン、シトルリン、オルニチンおよびα−アミノ酪酸をそれぞれ１ｍＭ含有する混合液、（３）（２）の２５種類の混合液からＧｌｙを除いたもの、のいずれかを用いて活性を求めることで評価した。なお、Ｔｙｒとシスチンは２ＭＨＣｌ、それ以外のアミノ酸は０．１ＭＨＣｌで溶解して１００ｍＭ溶液を調製し、各アミノ酸溶液を混合した後に超純水で１００倍希釈することでアミノ酸溶液を調製した。この際、（１）および（３）では、混合しないアミノ酸溶液の代わりに２ＭＨＣｌまたは／および０．１ＭＨＣｌを混合した。活性は、３７℃で波長５００ｎｍにおける吸光度の変化（ΔＡｂｓ_５００）をマイクロプレートリーダーで検出することで求めた。野生型に関する結果を図１に、Ｔ４２Ａ／Ｃ２４５Ｓ／Ｌ３０１Ｖ変異型に関する結果を図２に、Ｔ４２Ａ／Ｃ２４５Ｓ／Ｌ３０１Ｖ／Ｇ３０４Ｑ変異型に関する結果を図３に示す。基質が上記（１）、（２）、（３）の場合を、それぞれＧｌｙ、２５ｍｉｘ、２５ｍｉｘ−Ｇｌｙと表現した。野生型、Ｔ４２Ａ／Ｃ２４５Ｓ／Ｌ３０１Ｖ変異型、Ｔ４２Ａ／Ｃ２４５Ｓ／Ｌ３０１Ｖ／Ｇ３０４Ｑ変異型すべて、Ｇｌｙ以外のアミノ酸に対する触媒活性は見られなかった。Ｇｌｙと共に他のアミノ酸が共存した条件下においては、野生型およびＴ４２Ａ／Ｃ２４５Ｓ／Ｌ３０１Ｖ／Ｇ３０４Ｑ変異型では他のアミノ酸による反応阻害が見られ、野生型の反応開始より１０分後のΔＡｂｓ_５００はＧｌｙのみを基質とした場合の８５％、Ｔ４２Ａ／Ｃ２４５Ｓ／Ｌ３０１Ｖ／Ｇ３０４Ｑ変異型の反応開始より１０分後のΔＡｂｓ５００はＧｌｙのみを基質とした場合の５２％であったが、Ｔ４２Ａ／Ｃ２４５Ｓ／Ｌ３０１Ｖ変異型については反応阻害が見られず性質が改善されていた。

〔実施例１１〕Ｇｌｙ濃度依存的な吸光度変化の確認
Ｔ４２Ａ／Ｃ２４５Ｓ／Ｌ３０１Ｖ変異型またはＴ４２Ａ／Ｃ２４５Ｓ／Ｌ３０１Ｖ／Ｇ３０４Ｑ変異型を用いて、反応系中のＧｌｙ濃度とエンドポイント法で得られる吸光度との関係を確認した。まず、反応液Ｃ（４ｍＭフェノール、１００ｍＭＨＥＰＥＳ、ｐＨ８．０）を調製し、９６穴マイクロプレートを用いて３７℃にて、反応液Ｃを４９μｌ、５０ｍＭ４−アミノアンチピリンを１μｌ、５００Ｕ／ｍｌペルオキシダーゼを１μｌ、各種濃度のＧｌｙ水溶液１０μｌ、超純水を１９μｌ、４．０ｍｇ／ｍｌＧｌｙＯＸを２０μｌ混合した液の、１０分後の波長５００ｎｍにおける吸光度をマイクロプレートリーダーを用いて測定した。この実験を３回行い、平均値を求めた。酵素液には実施例５または実施例９で調製したＧｌｙＯＸ溶液を、Ｇｌｙ水溶液は０Ｍ（すなわち超純水）、０．０２５ｍＭ、０．０５ｍＭ、０．１ｍＭ、０．２５ｍＭ、０．５ｍＭ、１ｍＭ、２．５ｍＭの濃度に調製したものを用いた。反応系中のＧｌｙ濃度と吸光度の関係は、図４または５に示す通り良好な正の相関を示し、本酵素を用いたＧｌｙの測定が可能であることが示された。なお、図４または５におけるエラーバーは標準偏差を示す。

〔実施例１２〕血漿中Ｇｌｙの定量分析
Ｔ４２Ａ／Ｃ２４５Ｓ／Ｌ３０１Ｖ変異型またはＴ４２Ａ／Ｃ２４５Ｓ／Ｌ３０１Ｖ／Ｇ３０４Ｑ変異型を用いて、ヒト血漿中のＧｌｙを定量分析した。反応、測定はキュベットを用いて３７℃にて行った。実施例１１の反応液Ｃを４４１μｌ、５０ｍＭ４−アミノアンチピリンを９μｌ、５００Ｕ／ｍｌペルオキシダーゼを９μｌ、超純水を１７１μｌ、測定検体として各種濃度のＧｌｙ水溶液またはヒト血漿を９０μｌ混合した液（合計７２０μｌ）へ４．０ｍｇ／ｍｌＧｌｙＯＸを１８０μｌ混合させる前および混合１０分後の波長５００ｎｍおよび８００ｎｍにおける吸光度（Ａｂｓ５００ｎｍ（前）、Ａｂｓ５００ｎｍ（後）、Ａｂｓ８００ｎｍ（前）、Ａｂｓ８００ｎｍ（後））を測定した。酵素液には実施例５または実施例９で調製したＧｌｙＯＸ溶液を、Ｇｌｙ水溶液には０Ｍ（すなわち超純水）、０．２５ｍＭ、０．５ｍＭの濃度に調製したものを用いた。

反応前後の各測定ポイントにおける吸光度としては、Ａｂｓ５００ｎｍ−Ａｂｓ８００ｎｍの値を用い、酵素液添加の前後における吸光度の変化量（ΔＡｂｓ）は、（Ａｂｓ５００ｎｍ（後）−Ａｂｓ８００ｎｍ（後））−（Ａｂｓ５００ｎｍ（前）−Ａｂｓ８００ｎｍ（前））×７２０÷９００として求めた。検体としてＧｌｙ水溶液を用いた際のΔＡｂｓとＧｌｙ濃度との関係から検量線を作成し、検体としてヒト血漿を用いた際のΔＡｂｓから、ヒト血漿中のＧｌｙ濃度を求めた。検量線は、各Ｇｌｙ濃度において３回実験を行った際の平均値を用いて作成し、同一ロットのヒト血漿サンプルを６回分析して、アミノ酸アナライザーにおける分析値（３３２μＭ）と比較した。以上を方法１として、結果を表１３または１４に示す。また、例えば体外診断用医薬品認証番号第２２１ＡＡＡＭＸ０００１００００号ダイヤカラー・リキッドＢＴＲ（東洋紡績株式会社）の添付文書に記載されているように、検体中の分析対象成分に基づく吸光度値と、既知濃度の分析対象成分に基づく吸光度値との比から濃度を求める方法（方法２）でＧｌｙ濃度を求めた結果を、併せて表１３または１４に示す。いずれの方法を用いても、正確性、精密性ともに良好な結果となり、変異型ＧｌｙＯＸを用いたＧｌｙ測定系を用いることで、ヒト血漿中のＧｌｙ濃度を精度良く定量分析できることが示された。

本発明の改変酵素は、グリシンの迅速かつ高感度な測定、および／またはグリシンオキシレートの製造に有用である。本発明の改変酵素はまた、液状試薬として有用である。本発明の改変酵素はさらに、グリシンの特異的な測定に有用である。本発明の分析方法は、例えば、生体研究、健康栄養、医療、食品製造など広範な分野において有用である。

Claims

以下（１）あるいは（２）のタンパク質である、改変酵素：
（１）配列番号２のアミノ酸配列において、ＴＴＳモチーフ中の第１のスレオニン、ＴＴＳモチーフ中のセリン、ＨＣＹモチーフ中のシステイン、ＬＲＰモチーフ中のロイシン、ＧＭＬモチーフ中のメチオニン、ＳＧモチーフ中のセリン、およびＰＧＴモチーフ中のグリシンからなる群より選ばれる１以上のアミノ酸残基が、下記（ｉ）〜（ｖｉｉ）に示されるアミノ酸残基に置換されたアミノ酸配列を含む、タンパク質：
（ｉ）ＴＴＳモチーフ中の第１のスレオニンの置換
アラニン、セリン、システイン、またはグリシン；
（ｉｉ）ＴＴＳモチーフ中のセリンの置換
リジン；
（ｉｉｉ）ＨＣＹモチーフ中のシステインの置換
アスパラギン酸、グリシン、ヒスチジン、アスパラギン、トリプトファン、チロシン、またはセリン；
（ｉｖ）ＬＲＰモチーフ中のロイシンの置換
イソロイシン、バリン、システイン、スレオニン、またはプロリン
（ｖ）ＧＭＬモチーフ中のメチオニンの置換
イソロイシン；
（ｖｉ）ＳＧモチーフ中のセリンの置換
アルギニン；
（ｖｉｉ）ＰＧＴモチーフ中のグリシンの置換
チロシン、またはグルタミン。
（２）下記（Ａ）または（Ｂ）：
（Ａ）配列番号２のアミノ酸配列におけるＴＴＳモチーフ中の第１のスレオニン、ＴＴＳモチーフ中のセリン、ＨＣＹモチーフ中のシステイン、ＬＲＰモチーフ中のロイシン、ＧＭＬモチーフ中のメチオニン、ＳＧモチーフ中のセリン、およびＰＧＴモチーフ中のグリシンからなる群より選ばれる１以上のアミノ酸残基が、上記（ｉ）〜（ｖｉｉ）に示されるアミノ酸残基に置換されたアミノ酸配列において、１または数個のアミノ酸残基の追加変異を有するアミノ酸配列；
（Ｂ）配列番号２のアミノ酸配列におけるＴＴＳモチーフ中の第１のスレオニン、ＴＴＳモチーフ中のセリン、ＨＣＹモチーフ中のシステイン、ＬＲＰモチーフ中のロイシン、ＧＭＬモチーフ中のメチオニン、ＳＧモチーフ中のセリン、およびＰＧＴモチーフ中のグリシンからなる群より選ばれる１以上のアミノ酸残基が、上記（ｉ）〜（ｖｉｉ）に示されるアミノ酸残基に置換されたアミノ酸配列において、アミノ酸残基の追加変異を有し、かつ、配列番号２のアミノ酸配列に対して９０％以上のアミノ酸配列同一性を有するアミノ酸配列
を含み、かつ、
下記（ａ）および（ｂ）からなる群より選ばれる１以上の特性が改善されている、タンパク質：
（ａ）グリシンに対するグリシン酸化酵素の活性；および
（ｂ）グリシン酸化酵素の熱安定性。
グリシンに対するグリシン酸化酵素の活性が改善され、
変異が、
１）ＴＴＳモチーフ中の第１のスレオニンのアラニン、セリン、システイン、またはグリシンへの置換、
２）ＨＣＹモチーフ中のシステインのセリンへの置換、
３）ＬＲＰモチーフ中のロイシンのイソロイシン、バリン、システイン、またはスレオニンへの置換、
４）ＰＧＴモチーフ中のグリシンのグルタミンへの置換
からなる群より選ばれる１以上の置換を含む、請求項１記載の改変酵素。
グリシンに対するグリシン酸化酵素の活性が改善され、
変異が、
１）ＴＴＳモチーフ中の第１のスレオニンのアラニン、セリン、システイン、またはグリシンへの置換、
２）ＨＣＹモチーフ中のシステインのセリンへの置換、
３）ＬＲＰモチーフ中のロイシンのイソロイシン、バリン、システイン、またはスレオニンへの置換、
からなる群より選ばれる１以上の置換を含む、請求項２記載の改変酵素。
グリシン酸化酵素の熱安定性が改善され、
変異が、
１）ＴＴＳモチーフ中の第１のスレオニンのアラニン、セリン、グリシンへの置換、
２）ＴＴＳモチーフ中のセリンのリジンへの置換、
３）ＨＣＹモチーフ中のシステインのアスパラギン酸、グリシン、ヒスチジン、アスパラギン、トリプトファン、チロシン、またはセリンへの置換、
４）ＬＲＰモチーフ中のロイシンのイソロイシン、バリン、プロリン、またはシステインへの置換、
５）ＧＭＬモチーフ中のメチオニンのイソロイシンへの置換、
６）ＳＧモチーフ中のセリンのアルギニンへの置換、
７）ＰＧＴモチーフ中のグリシンのチロシン、またはグルタミンへの置換
からなる群より選ばれる１以上の置換を含む、請求項１〜３のいずれか一項記載の改変酵素。
グリシン酸化酵素の熱安定性が改善され、
変異が、
１）ＴＴＳモチーフ中の第１のスレオニンのアラニン、セリン、グリシンへの置換、
２）ＴＴＳモチーフ中のセリンのリジンへの置換、
３）ＨＣＹモチーフ中のシステインのグリシン、ヒスチジン、アスパラギン、トリプトファン、チロシン、またはセリンへの置換、
４）ＬＲＰモチーフ中のロイシンのイソロイシン、バリン、プロリン、またはシステインへの置換、
５）ＧＭＬモチーフ中のメチオニンのイソロイシンへの置換、
６）ＳＧモチーフ中のセリンのアルギニンへの置換、
７）ＰＧＴモチーフ中のグリシンのチロシン、またはグルタミンへの置換
からなる群より選ばれる１以上の置換を含む、請求項４記載の改変酵素。
さらに、（ｃ）グリシンに対するグリシン酸化酵素の基質特異性が改善され、
変異が、
１）ＴＴＳモチーフ中の第１のスレオニンのアラニン
２）ＨＣＹモチーフ中のシステインのセリン
３）ＬＲＰモチーフ中のロイシンのバリン
からなる群より選ばれる１以上の置換を含む、請求項１〜５のいずれか一項記載の改変酵素。
グリシン酸化酵素がバチルス属に由来する、請求項１〜６のいずれか一項記載の改変酵素。
請求項１〜７のいずれか一項記載の改変酵素を用いて被検試料中に含まれるグリシンを測定することを含む、グリシンの分析方法。
グリシンの測定が、請求項１〜７のいずれか一項記載の改変酵素に加えて、４−アミノアンチピリンおよびフェノール、ならびにペルオキシダーゼを用いて行われる、請求項８記載の方法。
請求項１〜７のいずれか一項記載の改変酵素を用いてグリシンからグリオキシル酸を生成することを含む、グリオキシル酸の製造方法。
請求項１〜７のいずれか一項記載の改変酵素をコードするポリヌクレオチド。
請求項１１記載のポリヌクレオチドを含む発現ベクター。
請求項１２記載の発現ベクターを含む形質転換体。
グリシンの測定に関連するグリシン酸化酵素の特性を改善するようにその少なくとも１つのアミノ酸残基を変異させた改変酵素を、請求項１３記載の形質転換体を用いて生成することを含む、改変酵素の製造方法。
請求項１〜７のいずれか一項記載の改変酵素を含む、グリシン分析用キット。
反応用緩衝液または緩衝塩、過酸化水素検出試薬、アンモニア検出試薬およびグリオキシル酸検出試薬の少なくとも一つをさらに含む、請求項１５記載のグリシン分析用キット。
（ａ）デバイス、および（ｂ）請求項１〜７のいずれか一項記載の改変酵素を含む、グリシン分析用検出系。
（ｃ）反応用緩衝液または緩衝塩、過酸化水素検出試薬、アンモニア検出試薬およびグリオキシル酸検出試薬の少なくとも一つをさらに含み、かつデバイスがマイクロ流路チップである、請求項１７記載のグリシン分析用検出系。
（ａ）検出用電極、および（ｂ）検出用電極に固定または配置された、請求項１〜７のいずれか一項記載の改変酵素を含む、グリシン分析用酵素センサー。