JP6514849B2 - Method for obtaining a modified form of thermophilic bacterium-derived enzyme having improved enzyme activity at low temperature, and modified form of Thermus thermophilus-derived 3-isopropyl malate dehydrogenase having improved enzyme activity at low temperature - Google Patents

Method for obtaining a modified form of thermophilic bacterium-derived enzyme having improved enzyme activity at low temperature, and modified form of Thermus thermophilus-derived 3-isopropyl malate dehydrogenase having improved enzyme activity at low temperature Download PDF

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Description

本発明は、低温における酵素活性を向上させた好熱菌由来酵素の改変体を効率的に取得する方法に関する。また、本発明は、低温における酵素活性が向上しているサーマス・サーモフィラス由来3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素の改変体に関する。   The present invention relates to a method for efficiently obtaining a modified thermophilic bacterium-derived enzyme with improved enzyme activity at low temperature. The present invention also relates to a modified version of Thermus thermophilus-derived 3-isopropylmalate dehydrogenase in which the enzyme activity at low temperature is improved.

一般に至適生育温度が45℃以上の微生物は好熱菌と分類される。特に至適生育温度が80℃以上のものを超好熱菌とも呼ぶ。好熱菌から採取される酵素群は熱安定性の面で常温菌由来酵素に比べ優れている。他方、酵素活性に係る至適温度が常温よりも高いので常温以下における酵素活性が常温菌由来の同じ酵素に比べて著しく低い場合が多い。この点が好熱菌由来酵素群の産業利用における大きな課題である。   Generally, microorganisms having an optimum growth temperature of 45 ° C. or higher are classified as thermophilic bacteria. In particular, those having an optimum growth temperature of 80 ° C. or higher are also called hyperthermophilic bacteria. Enzymes collected from thermophilic bacteria are superior to thermophilic enzymes from the viewpoint of heat stability. On the other hand, since the optimum temperature for the enzyme activity is higher than normal temperature, the enzyme activity at normal temperature or lower is often significantly lower than the same enzyme derived from a cold bacterium. This point is a major issue in industrial use of thermophilic bacteria-derived enzymes.

そこで、従来、好熱菌由来酵素の常温域における酵素活性を向上させるべく、好熱菌由来酵素の改変体の取得がなされている。例えば、特許文献1には、超好熱菌サーモプロテウス由来グルコースデヒドロゲナーゼの10℃以上37℃以下における酵素活性を向上させた例が開示されている。非特許文献1及び非特許文献2には、好熱菌サーマス・サーモフィラス由来3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素の30℃以下における酵素活性を向上させた例が開示されている。   Therefore, in order to improve the enzyme activity of the thermophilic bacterium-derived enzyme in the normal temperature range, a modified form of the thermophilic bacterium-derived enzyme has been conventionally obtained. For example, Patent Document 1 discloses an example in which the enzyme activity at 10 ° C. or more and 37 ° C. or less of the hyperthermophilic bacterium Thermoproteus-derived glucose dehydrogenase is improved. Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 disclose examples in which the enzyme activity of the thermophilic bacterium Thermus thermophilus-derived 3-isopropylmalate dehydrogenase at 30 ° C. or less is improved.

しかしながら、従来、好熱菌由来酵素の改変体の取得方法では、専らランダム変異導入とスクリーニングを組み合わせた方法が採用されており、目的物となる改変体の取得効率が低いという欠点がある。更に、従来、好熱菌由来酵素の改変体の取得に際して、どの位置のアミノ酸残基をどのアミノ酸残基に変更すれば常温における酵素活性を向上させ得るかという情報は得られず、効率的に、低温における酵素活性を向上させた改変体を取得する手法が確立できていないのが現状である。   However, conventionally, in the method for obtaining the variant of the thermophilic bacterium-derived enzyme, a method combining random mutagenesis and screening is exclusively employed, and there is a disadvantage that the efficiency for obtaining the target variant is low. Furthermore, conventionally, when obtaining a modified form of a thermophilic bacterium-derived enzyme, information on which amino acid residue at which position can be changed to which amino acid residue can not be obtained, and information can not be obtained. At present, no method has been established to obtain a modified product with improved enzyme activity at low temperatures.

WO2010/137489WO 2010/137489

Protein Eng.14、p85、2001Protein Eng. 14, p85, 2001 J.Biochem.129、p477、2001J. Biochem. 129, p 477, 2001

本発明は、かかる従来技術の現状に鑑み創案されたものであり、その目的は、好熱菌から採取される酵素の常温以下における酵素活性を簡便に向上させる改変技術を提供することである。また、本発明の他の目的は、低温における酵素活性を向上させたサーマス・サーモフィラス由来3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素の改変体を提供することである。   The present invention has been made in view of the current state of the prior art, and an object thereof is to provide a modified technique for simply improving the enzyme activity at normal temperature or lower of an enzyme collected from a thermophilic bacterium. Another object of the present invention is to provide a modified version of Thermus thermophilus-derived 3-isopropylmalate dehydrogenase in which the enzyme activity at low temperature is improved.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、好熱菌由来の酵素において、基質結合部位及び/又は補酵素結合部位から8Åの距離に存在するアミノ酸残基に着目してアミノ酸変異を導入することによって、低温での酵素活性が向上した改変体を効率的に取得できることを見出した。より具体的には、下記工程1〜4を実施することによって、低温での酵素活性が向上した改変体を効率的に取得できることを見出した。
工程1:好熱菌由来の被改変酵素の立体構造を分析し、該被改変酵素の基質結合部位及び/又は補酵素結合部位から8Åの距離に存在するアミノ酸配列部位を特定する工程、
工程2:前記被変異酵素のアミノ酸配列と、前記被変異酵素と同種で常温菌由来の参照酵素のアミノ酸配列とをペアワイズアライメントにより分析し、前記工程1で特定されたアミノ酸配列部位と、前記参照酵素のアミノ酸配列においてペアワイズアライメント上で対応するアミノ酸配列部位を対比して、両者間でアミノ酸残基が一致していないアミノ酸配列部位を特定する工程、
工程3:前記被変異酵素に対して、前記工程2で特定されたアミノ酸配列部位の少なくとも1つにおいてアミノ酸の置換、欠失、又は挿入を行い、変異体を得る工程、及び
工程4:前記工程3で得られた変異体の中から、被変異酵素よりも低温での酵素活性が向上している変異体を選定する工程。
As a result of repeated studies to solve the above problems, the present inventors focused attention on amino acid residues present at a distance of 8 Å from the substrate binding site and / or the coenzyme binding site in an enzyme derived from thermophilic bacteria. By introducing amino acid mutations, it has been found that variants with improved enzyme activity at low temperatures can be efficiently obtained. More specifically, it has been found that, by carrying out the following steps 1 to 4, it is possible to efficiently obtain a modified product in which the enzyme activity at low temperature is improved.
Step 1: analyzing the three-dimensional structure of the thermophilic bacterium-derived modified enzyme to identify an amino acid sequence site located at a distance of 8 Å from the substrate binding site and / or the coenzyme binding site of the modified enzyme
Step 2: The amino acid sequence of the mutant enzyme and the amino acid sequence of a reference enzyme of the same species as the mutant enzyme and derived from a thermophilic bacterium are analyzed by pairwise alignment, and the amino acid sequence site identified in step 1; Comparing corresponding amino acid sequence sites on the pairwise alignment in the amino acid sequence of the enzyme, and identifying an amino acid sequence site where the amino acid residue is not identical between the two;
Step 3: Substituting, substituting or deleting an amino acid in at least one of the amino acid sequence sites specified in Step 2 with respect to the mutant enzyme to obtain a mutant, and Step 4: Step A step of selecting a mutant having improved enzyme activity at a lower temperature than that of the mutant enzyme among the mutants obtained in 3.

このように、基質結合部位及び/又は補酵素結合部位から8Å内に位置する特定のアミノ酸残基に限定して変異導入を施し、ランダム変異導入とスクリーニングに依らず、低温での酵素活性を向上させた改変体を簡便且つ効率的に取得できることは、本発明者らによって初めて明らかにされた知見である。   In this way, mutation is limited to a specific amino acid residue located within 8 Å from the substrate binding site and / or coenzyme binding site, and the enzyme activity at low temperature is improved regardless of random mutagenesis and screening. It is a finding first revealed by the present inventors that it is possible to easily and efficiently obtain the modified product.

更に、本発明者らは、前記の方法に従って、サーマス・サーモフィラス由来3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素において、基質結合部位及び/又は補酵素結合部位から8Å内に位置する特定のアミノ酸残基に変異を施すことによって、低温での酵素活性が向上した改変体を取得できた。   Furthermore, according to the method described above, the present inventors mutated a specific amino acid residue located within 8 Å from the substrate binding site and / or the coenzyme binding site in the Thermus thermophilus-derived 3-isopropylmalate dehydrogenase By applying, it was possible to obtain a modified product with improved enzyme activity at low temperatures.

本発明は、これらの知見に基づいて更に検討を重ねることにより完成したものである。即ち、本発明は、下記に掲げる態様の発明を提供する。
項1. 好熱菌由来の被改変酵素を変異させることにより、低温での酵素活性が向上した改変体を取得する方法であって、
工程1:好熱菌由来の被改変酵素の立体構造を分析し、該被改変酵素の基質結合部位及び/又は補酵素結合部位から8Åの距離に存在するアミノ酸配列部位を特定する工程、
工程2:前記被変異酵素のアミノ酸配列と、前記被変異酵素と同種で常温菌由来の参照酵素のアミノ酸配列とをペアワイズアライメントにより分析し、前記工程1で特定されたアミノ酸配列部位と、前記参照酵素のアミノ酸配列においてペアワイズアライメント上で対応するアミノ酸配列部位を対比して、両者間でアミノ酸残基が一致していないアミノ酸配列部位を特定する工程、
工程3:前記被変異酵素に対して、前記工程2で特定されたアミノ酸配列部位の少なくとも1つにおいてアミノ酸の置換、欠失、又は挿入を行い、変異体を得る工程、及び
工程4:前記工程3で得られた変異体の中から、被変異酵素よりも低温での酵素活性が向上している変異体を選定する工程、
を含むことを特徴とする、改変体の取得方法。
項2. 前記工程3におけるアミノ酸の置換、欠失、又は挿入が、前記参照酵素のアミノ酸配列において対応する部位のアミノ酸残基と同一となるように行われる、項1に記載の改変体の取得方法。
項3. 好熱菌由来の被改変酵素が、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素である、項1又は2に記載の改変体の取得方法。
項4. 下記(A)〜(O)のいずれかに示すポリペプチド:
(A)配列番号1に示すアミノ酸配列における78番目がグルタミン酸に置換されたアミノ酸配列からなるポリペプチド、
(B)配列番号1に示すアミノ酸配列における214番目がメチオニン、グリシン又はアラニンに置換、216番目がイソロイシン、ロイシン又はバリンに置換、218番目がアスパラギン、セリン又はグルタミンに置換、219番目がアラニン、メチオニン又はグリシンに置換、222番目がグルタミン、アスパラギン又はセリンに置換、225番目がリジン又はヒスチジンに置換、且つ229番目がグルタミン、アスパラギン又はセリンに置換されたアミノ酸配列からなるポリペプチド、
(C)配列番号1に示すアミノ酸配列における272番目がアラニン、メチオニン又はグリシンに置換、且つ273番目がグリシン、アラニン又はメチオニンに置換されたアミノ酸配列からなるポリペプチド、
(D)配列番号1に示すアミノ酸配列における324番目がアルギニン、リジン又はヒスチジンに置換、325番目がスレオニン、グルタミン又はアスパラギンに置換、且つ325番目と326番目の間にグリシン、アラニン又はメチオニンが挿入されてなるアミノ酸配列からなるポリペプチド、
(E)配列番号1に示すアミノ酸配列における272番目がアラニン、メチオニン又はグリシンに置換、273番目がグリシン、アラニン又はメチオニンに置換、324番目がアルギニン、リジン又はヒスチジンに置換、325番目がスレオニン、グルタミン又はアスパラギンに置換、且つ325番目と326番目の間にグリシン、アラニン又はメチオニンが挿入されてなるアミノ酸配列からなるポリペプチド、
(F)配列番号1に示すアミノ酸配列における78番目がグルタミン酸に置換されたアミノ酸配列において、78番目以外のアミノ酸の1個又は数個が置換、付加、挿入又は欠失されてなり、且つ、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、配列番号1に示すアミノ酸配列からなる3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素と比較して低温での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチド、
(G)配列番号1に示すアミノ酸配列における214番目がメチオニン、グリシン又はアラニンに置換、216番目がイソロイシン、ロイシン又はバリンに置換、218番目がアスパラギン、セリン又はグルタミンに置換、219番目がアラニン、メチオニン又はグリシンに置換、222番目がグルタミン、アスパラギン又はセリンに置換、225番目がリジン又はヒスチジンに置換、且つ229番目がグルタミン、アスパラギン又はセリンに置換されたアミノ酸配列において、214番目、216番目、218番目、219番目、222番目、225番目、及び229番目以外のアミノ酸の1個又は数個が置換、付加、挿入又は欠失されてなり、且つ、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、配列番号1に示すアミノ酸配列からなる3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素と比較して低温での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチド、
(H)配列番号1に示すアミノ酸配列における272番目がアラニン、メチオニン又はグリシンに置換、且つ273番目がグリシン、アラニン又はメチオニンに置換されたアミノ酸配列において、272番目及び273番目以外のアミノ酸の1個又は数個が置換、付加、挿入又は欠失されてなり、且つ、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、配列番号1に示すアミノ酸配列からなる3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素と比較して低温での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチド、
(I)配列番号1に示すアミノ酸配列における324番目がアルギニン、リジン又はヒスチジンに置換、325番目がスレオニン、グルタミン又はアスパラギンに置換、且つ325番目と326番目の間にグリシン、アラニン又はメチオニンが挿入されてなるアミノ酸配列において、324番目及び325番目のアミノ酸並びに325番目と326番目の間に挿入されるアミノ酸以外のアミノ酸の1個又は数個が置換、付加、挿入又は欠失されてなり、且つ、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、配列番号1に示すアミノ酸配列からなる3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素と比較して低温での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチド、
(J)配列番号1に示すアミノ酸配列における272番目がアラニン、メチオニン又はグリシンに置換、273番目がグリシン、アラニン又はメチオニンに置換、324番目がアルギニン、リジン又はヒスチジンに置換、325番目がスレオニン、グルタミン又はアスパラギンに置換、且つ325番目と326番目の間にグリシン、アラニン又はメチオニンが挿入されてなるアミノ酸配列において、272番目、273番目、324番目及び325番目のアミノ酸並びに325番目と326番目の間に挿入されるアミノ酸以外のアミノ酸の1個又は数個が置換、付加、挿入又は欠失されてなり、且つ、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、配列番号1に示すアミノ酸配列からなる3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素と比較して低温での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチド、
(K)配列番号1に示すアミノ酸配列における78番目がグルタミン酸に置換されたアミノ酸配列において、78番目のアミノ酸を除いた配列同一性が80%以上であり、且つ、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、配列番号1に示すアミノ酸配列からなる3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素と比較して低温での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチド、
(L)配列番号1に示すアミノ酸配列における214番目がメチオニン、グリシン又はアラニンに置換、216番目がイソロイシン、ロイシン又はバリンに置換、218番目がアスパラギン、セリン又はグルタミンに置換、219番目がアラニン、メチオニン又はグリシンに置換、222番目がグルタミン、アスパラギン又はセリンに置換、225番目がリジン又はヒスチジンに置換、且つ229番目がグルタミン、アスパラギン又はセリンに置換されたアミノ酸配列において、214番目、216番目、218番目、219番目、222番目、225番目、及び229番目のアミノ酸を除いた配列同一性が80%以上であり、且つ、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、配列番号1に示すアミノ酸配列からなる3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素と比較して低温での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチド、
(M)配列番号1に示すアミノ酸配列における272番目がアラニン、メチオニン又はグリシンに置換、且つ273番目がグリシン、アラニン又はメチオニンに置換されたアミノ酸配列において、272番目及び273番目のアミノ酸を除いた配列同一性が80%以上であり、且つ、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、配列番号1に示すアミノ酸配列からなる3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素と比較して低温での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチド、
(N)配列番号1に示すアミノ酸配列における324番目がアルギニン、リジン又はヒスチジンに置換、325番目がスレオニン、グルタミン又はアスパラギンに置換、且つ325番目と326番目の間にグリシン、アラニン又はメチオニンが挿入されてなるアミノ酸配列において、324番目及び325番目のアミノ酸並びに325番目と326番目の間に挿入されるアミノ酸を除いた配列同一性が80%以上であり、且つ、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、配列番号1に示すアミノ酸配列からなる3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素と比較して低温での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチド、
(O)配列番号1に示すアミノ酸配列における272番目がアラニン、メチオニン又はグリシンに置換、273番目がグリシン、アラニン又はメチオニンに置換、324番目がアルギニン、リジン又はヒスチジンに置換、325番目がスレオニン、グルタミン又はアスパラギンに置換、且つ325番目と326番目の間にグリシン、アラニン又はメチオニンが挿入されてなるアミノ酸配列において、272番目、273番目、324番目及び325番目のアミノ酸並びに325番目と326番目の間に挿入されるアミノ酸を除いた配列同一性が80%以上であり、且つ、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、配列番号1に示すアミノ酸配列からなる3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素と比較して低温での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチド。
項5. 項1に記載のポリペプチドをコードしているDNA。
項6. 項5に記載のDNAを含む組換えベクター。
項7. 項6に記載の組換えベクターにより宿主を形質転換して得られる形質転換体。
項8. 項7に記載の形質転換体を培養する工程を含む、項1に記載のポリペプチドの製造方法。
The present invention has been completed by further investigation based on these findings. That is, the present invention provides the invention of the aspects listed below.
Item 1. A method for obtaining a modified product having improved enzyme activity at low temperature by mutating a thermophilic bacterium-derived modified enzyme,
Step 1: analyzing the three-dimensional structure of the thermophilic bacterium-derived modified enzyme to identify an amino acid sequence site located at a distance of 8 Å from the substrate binding site and / or the coenzyme binding site of the modified enzyme
Step 2: The amino acid sequence of the mutant enzyme and the amino acid sequence of a reference enzyme of the same species as the mutant enzyme and derived from a thermophilic bacterium are analyzed by pairwise alignment, and the amino acid sequence site identified in step 1; Comparing corresponding amino acid sequence sites on the pairwise alignment in the amino acid sequence of the enzyme, and identifying an amino acid sequence site where the amino acid residue is not identical between the two;
Step 3: Substituting, substituting or deleting an amino acid in at least one of the amino acid sequence sites specified in Step 2 with respect to the mutant enzyme to obtain a mutant, and Step 4: Step Selecting a mutant having improved enzyme activity at a lower temperature than the mutant enzyme among the mutants obtained in 3;
A method of obtaining a variant, comprising:
Item 2. Item 3. The method for obtaining a variant according to Item 1, wherein the amino acid substitution, deletion or insertion in Step 3 is performed so as to be identical to the amino acid residue of the corresponding site in the amino acid sequence of the reference enzyme.
Item 3. Item 3. A method for obtaining a variant according to item 1 or 2, wherein the thermophilic bacterium-derived modified enzyme is 3-isopropyl malate dehydrogenase.
Item 4. The polypeptide shown in any one of the following (A) to (O):
(A) a polypeptide comprising an amino acid sequence in which the 78th position in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is replaced with glutamic acid,
(B) in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 at position 214, substituted with methionine, glycine or alanine, at position 216 for isoleucine, leucine or valine, at position 218 for asparagine, serine or glutamine, at position 219 for alanine, methionine Or a glycine, a 222nd amino acid substitution with glutamine, asparagine or serine, a 225nd amino acid substitution with lysine or histidine, and a 229th amino acid substitution with glutamine, asparagine or serine,
(C) a polypeptide comprising an amino acid sequence in which the 272nd position in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is substituted with alanine, methionine or glycine and the 273rd position is substituted with glycine, alanine or methionine,
(D) In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, position 324 is substituted with arginine, lysine or histidine, position 325 is substituted with threonine, glutamine or asparagine, and glycine, alanine or methionine is inserted between positions 325 and 326 A polypeptide comprising the amino acid sequence
(E) In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, position 272 is substituted with alanine, methionine or glycine, position 273 is substituted with glycine, alanine or methionine, position 324 is substituted with arginine, lysine or histidine, position 325 is threonine, glutamine Or a polypeptide comprising an amino acid sequence which is substituted with asparagine and glycine, alanine or methionine is inserted between the 325th and the 326th,
(F) In the amino acid sequence in which amino acid position 78 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is substituted with glutamic acid, one or several amino acids other than amino acid position 78 are substituted, added, inserted or deleted, and -The 3-isopropylmalate dehydrogenase activity at low temperature is improved as compared to the 3-isopropylmalate dehydrogenase having the isopropylmalate dehydrogenase activity and comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 Polypeptide,
(G) in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 at position 214 substituted with methionine, glycine or alanine, at position 216 for isoleucine, leucine or valine, at position 218 for asparagine, serine or glutamine, at position 219 for alanine, methionine Or at glycine 222, at position 222 for glutamine, asparagine or serine, at position 225 for lysine or histidine, and at position 229 for glutamine, asparagine or serine at position 214, 216, 218 And one or several amino acids other than 219, 222, 225 and 229 are substituted, added, inserted or deleted and has 3-isopropylmalate dehydrogenase activity, It consists of the amino acid sequence shown to sequence number 1 - a polypeptide as compared to the isopropyl malate dehydrogenase 3-isopropyl malate dehydrogenase activity at low temperatures is improved,
(H) One of the amino acids other than 272 and 273 in the amino acid sequence in which the 272nd position in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is substituted with alanine, methionine or glycine and the 273rd position is substituted with glycine, alanine or methionine Or a few are substituted, added, inserted or deleted, and have 3-isopropylmalate dehydrogenase activity and are compared with the 3-isopropylmalate dehydrogenase consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 A polypeptide with improved 3-isopropylmalate dehydrogenase activity at low temperatures,
(I) In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, position 324 is substituted with arginine, lysine or histidine, position 325 is substituted with threonine, glutamine or asparagine, and glycine, alanine or methionine is inserted between positions 325 and 326 And one or more amino acids other than the amino acids at positions 324 and 325 and the amino acid inserted between positions 325 and 326 are substituted, added, inserted or deleted, and Compared with 3-isopropyl malate dehydrogenase having 3-isopropyl malate dehydrogenase activity and comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, the 3-isopropyl malate dehydrogenase activity at low temperature is improved Polypeptides,
(J) In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, position 272 is substituted with alanine, methionine or glycine, position 273 is substituted with glycine, alanine or methionine, position 324 is substituted with arginine, lysine or histidine, position 325 is threonine, glutamine Or in the amino acid sequence formed by substitution of asparagine and glycine, alanine or methionine between 325 and 326, amino acids 272, 273, 324 and 325 and between 325 and 326 One or several amino acids other than the amino acid to be inserted are substituted, added, inserted or deleted, and have 3-isopropylmalate dehydrogenase activity and consist of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 Low temperature compared to 3-isopropyl malate dehydrogenase Polypeptide is of 3-isopropyl malate dehydrogenase activity is enhanced,
(K) In an amino acid sequence in which amino acid 78 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is substituted with glutamic acid, sequence identity excluding amino acid 78 is 80% or more, and 3-isopropylmalate dehydrogenase A polypeptide having activity and having improved low-temperature 3-isopropylmalate dehydrogenase activity as compared to 3-isopropylmalate dehydrogenase consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1,
(L) in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 at position 214 substituted with methionine, glycine or alanine, at position 216 for isoleucine, leucine or valine, at position 218 for asparagine, serine or glutamine, at position 219 for alanine, methionine Or at glycine 222, at position 222 for glutamine, asparagine or serine, at position 225 for lysine or histidine, and at position 229 for glutamine, asparagine or serine at position 214, 216, 218 The sequence identity excluding amino acids 219, 222, 225, and 229 is 80% or more, and has 3-isopropylmalate dehydrogenase activity, and the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 3-Isopropylate Polypeptide at low temperature 3-isopropyl malate dehydrogenase activity is enhanced as compared to the Gore-dehydrogenase,
(M) A sequence obtained by replacing amino acid 272 and 273 in an amino acid sequence in which amino acid 272 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is substituted with alanine, methionine or glycine and amino acid 273 is substituted with glycine, alanine or methionine It has an identity of 80% or more, has 3-isopropylmalate dehydrogenase activity, and has a 3-isopropylmalate dehydrogenase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 at a low temperature as compared to 3-isopropylmalate dehydrogenase A polypeptide having improved isopropylmalate dehydrogenase activity,
(N) In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, arginine, lysine or histidine substitutes for position 324, threonine, glutamine or asparagine for position 325, and glycine, alanine or methionine is inserted between positions 325 and 326 80% or more in sequence identity excluding amino acids 324 and 325 and amino acids inserted between 325 and 326, and 3-isopropylmalate dehydrogenase activity A polypeptide having improved 3-isopropylmalate dehydrogenase activity at low temperature as compared to 3-isopropylmalate dehydrogenase comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1,
(O) In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, position 272 is substituted with alanine, methionine or glycine, position 273 is substituted with glycine, alanine or methionine, position 324 is substituted with arginine, lysine or histidine, position 325 is threonine, glutamine Or in the amino acid sequence formed by substitution of asparagine and glycine, alanine or methionine between 325 and 326, amino acids 272, 273, 324 and 325 and between 325 and 326 And 3-isopropylmalate dehydrogenase having an amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 and having a sequence identity of 80% or more excluding the amino acid to be inserted, and having a 3-isopropylmalate dehydrogenase activity. 3-isopropyl malic acid at low temperature in comparison Polypeptide dehydrogenase activity is enhanced.
Item 5. Item 2. A DNA encoding the polypeptide according to Item 1.
Item 6. 6. A recombinant vector comprising the DNA according to item 5.
Item 7. Item 7. A transformant obtained by transforming a host with the recombinant vector according to Item 6.
Item 8. Item 8. A method for producing the polypeptide according to Item 1, comprising the step of culturing the transformant according to Item 7.

本発明の改変体の取得方法は、ランダム変異導入とスクリーニングを必要とせず、簡便且つ効率的に、好熱菌由来の酵素の低温における酵素活性を向上させた改変体を取得することができる。従って、本発明は、耐熱性が高く保存安定性の面で優位である好熱菌由来酵素を低温で高活性を発現するよう改変し、例えば体外診断薬用途などに利用することができる。   The method for obtaining the variant of the present invention does not require random mutagenesis and screening, and can easily and efficiently obtain a variant in which the enzyme activity of the thermophilic bacterium-derived enzyme at low temperature is improved. Therefore, according to the present invention, a thermophilic bacterium-derived enzyme which is high in heat resistance and superior in storage stability can be modified to exhibit high activity at low temperature, and can be used, for example, for in vitro diagnostic agent applications.

更に、本発明のポリペプチドは、サーマス・サーモフィラス由来3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素の所定部位にアミノ酸変異を施すことによって、低温での酵素活性が向上しており、その有用性が高められている。   Furthermore, in the polypeptide of the present invention, the enzyme activity at low temperature is improved by applying an amino acid mutation to a predetermined site of Thermus thermophilus-derived 3-isopropylmalate dehydrogenase, and the utility is enhanced. There is.

サーマス・サーモフィラス由来IPMDH(TthIPMDH)と大腸菌由来IPMDH(EcoIPMDH)のペアワイズアライメント図を示す。TthIPMDHに示した下線部は、補酵素結合部位及び基質結合部位に位置するアミノ酸残基から8Å内に存在するアミノ酸残基を示す。The pairwise alignment figure of the Thermus thermophilus origin IPMDH (TthIPMDH) and E. coli origin IPMDH (EcoIPMDH) is shown. The underlined part shown in TthIPMDH indicates an amino acid residue present within 8 Å from the amino acid residue located at the coenzyme binding site and the substrate binding site. SOE(Splicing by overlap extension)−PCR法の概略図を示す。The schematic of SOE (Splicing by overlap extension) -PCR method is shown. 各種改変体の25℃における比活性を比較した図を示す。本図では、TthIPMDH(野生型)の比活性の値を1.00としたときの相対比をグラフ化している。The figure which compared the specific activity in 25 degreeC of various modified bodies is shown. In this figure, the relative ratio when the value of the specific activity of TthIPMDH (wild type) is 1.00 is graphed. 各種改変体の25℃における比活性を比較した図示す。本図では、TthIPMDH(野生型)の比活性の値を1.00としたときの相対比をグラフ化している。The figure which compared the specific activity in 25 degreeC of various modified bodies is shown. In this figure, the relative ratio when the value of the specific activity of TthIPMDH (wild type) is 1.00 is graphed.

以下、本発明を詳細に説明する。なお、配列表以外では、アミノ酸配列における20種類のアミノ酸残基は、一文字略記で表現している。即ち、グリシン(Gly)はG、アラニン(Ala)はA、バリン(Val)はV、ロイシン(Leu)はL、イソロイシン(Ile)はI、フェニルアラニン(Phe)はF、チロシン(Tyr)はY、トリプトファン(Trp)はW、セリン(Ser)はS、スレオニン(Thr)はT、システイン(Cys)はC、メチオニン(Met)はM、アスパラギン酸(Asp)はD、グルタミン酸(Glu)はE、アスパラギン(Asn)はN、グルタミン(Gln)はQ、リジン(Lys)はK、アルギニン(Arg)はR、ヒスチジン(His)はH、プロリン(Pro)はPである。   Hereinafter, the present invention will be described in detail. In addition to the sequence listing, 20 types of amino acid residues in the amino acid sequence are expressed by one-letter abbreviations. That is, glycine (Gly) is G, alanine (Ala) is A, valine (Val) is V, leucine (Leu) is L, isoleucine (Ile) is I, phenylalanine (Phe) is F, and tyrosine (Tyr) is Y , Tryptophan (Trp) is W, serine (Ser) is S, threonine (Thr) is T, cysteine (Cys) is C, methionine (Met) is M, aspartic acid (Asp) is D, glutamic acid (Glu) is E Asparagine (Asn) is N, glutamine (Gln) is Q, lysine (Lys) is K, arginine (Arg) is R, histidine (His) is H, proline (Pro) is P.

本明細書における「F45V」等の表現は、アミノ酸置換の表記法である。例えば、「F45V」とは、特定のアミノ酸配列におけるN末端側から45番目のアミノ酸Fが、アミノ酸Vに置換されていることを意味する。また、本明細書における「V272A/H273G」等の表現は、多重変異を意味している。例えば、「V272A/H273G」とは、V272A及びH273Gのアミノ酸置換を同時に導入していることを意味する。更に、本明細書における「326G(INSERTION)」等の表現は、特定のアミノ酸配列におけるN末端側から325番目と326番目のアミノ酸残基の間にアミノ酸Gが挿入されていることを意味する。   Expressions such as "F45V" in the present specification are notations for amino acid substitution. For example, “F45V” means that the 45th amino acid F from the N-terminal side in a specific amino acid sequence is substituted with the amino acid V. Moreover, expressions such as "V272A / H273G" in the present specification mean multiple mutations. For example, "V272A / H273G" means that amino acid substitutions of V272A and H273G are introduced at the same time. Furthermore, expressions such as "326G (INSERTION)" in the present specification mean that the amino acid G is inserted between the 325th and the 326th amino acid residues from the N-terminal side in the specific amino acid sequence.

また、本明細書において、「非極性アミノ酸」には、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、プロリン、メチオニン、フェニルアラニン、及びトリプチファンが含まれる。また、「非電荷アミノ酸」には、グリシン、セリン、トレオニン、システイン、チロシン、アスパラギン、及びグルタミンが含まれる。また、「酸性アミノ酸」には、アスパラギン酸及びグルタミン酸が含まれる。また、「塩基性アミノ酸」には、リジン、アルギニン、及びヒスチジンが含まれる。   Also, as used herein, "nonpolar amino acids" include alanine, valine, leucine, isoleucine, proline, methionine, phenylalanine, and triptyphan. Also, "non-charged amino acids" include glycine, serine, threonine, cysteine, tyrosine, asparagine and glutamine. Also, "acidic amino acid" includes aspartic acid and glutamic acid. Also, "basic amino acids" include lysine, arginine and histidine.

1.改変体の取得方法
本発明の改変体の取得方法は、好熱菌由来の酵素(被改変酵素)を変異させることにより、低温での酵素活性が向上した改変体を取得する方法である。以下、本発明の改変体の取得方法において、変異を導入する対象となる被改変酵素、変異導入部位を特定するために参照される参照酵素、各工程1〜4について詳述する。
1. Method for Obtaining Variant The method for obtaining the variant of the present invention is a method for obtaining a variant in which the enzyme activity at low temperature is improved by mutating the thermophilic bacterium-derived enzyme (modified enzyme). Hereinafter, in the method for obtaining the variant of the present invention, the modified enzyme to be introduced with a mutation, the reference enzyme referred to for specifying a mutation introduction site, and each step 1 to 4 will be described in detail.

被改変酵素
本発明の改変体の取得方法において、被改変酵素は、変異を導入される対象となる酵素であり、好熱菌由来の酵素が使用される。
Modified Enzyme In the method for obtaining the variant of the present invention, the modified enzyme is an enzyme to which a mutation is to be introduced, and a thermophilic bacterium-derived enzyme is used.

本発明の改変体の取得方法は、被改変酵素の種類によらず、あらゆる酵素の改変体の取得に適用できるため、被改変酵素の種類については、低温での活性の向上が求められることを限度として、特に制限されない。本発明の改変体の取得方法において、被改変酵素の好適な例として、補酵素としてニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(以下、NADと表記することもある)を要求する酵素、好ましくは補酵素としてNADを要求する脱水素酵素が挙げられる。補酵素としてNADを要求する脱水素酵素として、具体的には、具体的には、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素、イソクエン酸脱水素酵素、グルコース−6−リン酸脱水素酵素、グルコース脱水素酵素、アルコール脱水素酵素、乳酸脱水素酵素、グルタミン酸脱水素酵素等が挙げられる。これらの中でも、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素については、本発明において、より一層効率的に、低温での酵素活性が向上した改変体を取得することができるので、被改変酵素として好適に使用される。   The method for obtaining the variant of the present invention can be applied to obtain any variant of the enzyme regardless of the type of the modified enzyme, so that the improvement of the activity at low temperature is required for the type of the modified enzyme. The limit is not particularly limited. In the method for obtaining a variant according to the present invention, an enzyme requiring nicotinamide adenine dinucleotide (hereinafter sometimes referred to as NAD) as a coenzyme as a preferable example of the modified enzyme, preferably NAD as a coenzyme The required dehydrogenase is mentioned. Specifically as a dehydrogenase which requires NAD as a coenzyme, specifically, 3-isopropyl malate dehydrogenase, isocitrate dehydrogenase, glucose-6-phosphate dehydrogenase, glucose dehydrogenase Enzymes, alcohol dehydrogenase, lactate dehydrogenase, glutamate dehydrogenase and the like can be mentioned. Among these, 3-isopropylmalate dehydrogenase is preferably used as a modified enzyme in the present invention because it is possible to more efficiently obtain a modified product with improved enzyme activity at low temperatures. Be done.

また、被改変酵素の由来については、好熱菌であること限度として特に制限されず、被改変酵素の種類等に応じて適宜選定すればよい。本明細書において、「好熱菌」とは、至適生育温度が45℃以上の微生物であって、古細菌、グラム陽性真正細菌、又はグラム陰性真正細菌に属する微生物である。   The origin of the modified enzyme is not particularly limited as a thermophilic bacterium, and may be appropriately selected according to the type of the modified enzyme. In the present specification, the “thermophilic bacterium” is a microorganism having an optimum growth temperature of 45 ° C. or higher and is a microorganism belonging to archaea, gram positive eubacteria, or gram negative eubacteria.

被改変酵素の由来である好熱菌として、具体的には、Actinomadura属、Actinopolyspora属、Alicyclobacillus属、Amycolatopsis属、Anaerolinea属、Aneurinibacillus属、Archaeoglobus属、Bacillus属、Caldanaerobacter属、Calderihabitans属、Caldimonas属、Caldisericum属、Carboxydothermus属、Chlorobaculum属、Clostridium属、Deferribacter属、Deinococcus属、Desulfotomaculum属、Exilispira属、Fervidobacterium属、Geobacillus属、Georgenia属、Halobaculum属、Hydrogenobacter属、Hydrogenophilus属、Ignavibacterium属、Kosmotoga属、Kyrpidia属、Laceyella属、Lutispora属、Marinitoga属、Meiothermus属、Melghirimyces属、Metallosphaera属、Methanocaldococcus属、Methanopyrus属、Methanosaeta属、Methanothermobacter属、Natrialba属、Oceanithermus属、Petrotoga属、Picrophilus属、Polycladomyces属、Pseudonocardia属、Pseudoxanthomonas属、Pyrobaculum属、Pyrococcus属、Pyrodictium属、Roseiflexus属、Rubrobacter属、Saccharomonospora属、Saccharopolyspora属、Streptomyces属、Sulfolobus属、Sulfurihydrogenibium属、Sulfurisphaera属、Tepidanaerobacter属、Tepidimonas属、Thermanaeromonas属、Thermoactinomyces属、Thermobifida属、Thermobispora属、Thermococcus属、Thermocrispum属、Thermodesulfobium属、Thermoflavimicrobium属、Thermomonospora属、Thermoplasma属、Thermoproteus属、Thermosipho属、Thermosulfidibacter属、Thermotoga属、Thermus属、Vulcanisaeta属、Ureibacillus属等の好熱菌が挙げられる。これらの好熱菌の中でも、より一層効率的に、低温での酵素活性が向上した改変体を取得するという観点から、好ましくはThermus属、更に好ましくはThermus thermophilus(サーマス・サーモフィラス)が挙げられる。   Specific examples of the thermophilic bacterium from which the modified enzyme is derived include Actinomadura, Actinopolyspora, Alicyclobacillus, Amycolatopsis, Anaerolinea, Aneurinibacillus, Archaeoglobus, Bacillus, Caldanaerobacter, Calderihabitans, Caldimonas, Caldisericum, Carboxydothermus, Chlorobaculum, Clostridium, Deferrobacter, Deinococcus, Desulfotomaculum, Exilispira, Fervidobacterium, Geobac Illus, Georgenia, Halobaculum, Hydronobacter, Hydrogenogenus, Hydrogenophilus, Ignavibacterium, Kosmotoga, Kyrpidia, Laceyella, Lacyella, Lutispora, Meriothermus, Melghirimyces, Metallosisphaella, Methanetechococcus , Methanothermobacter, Natrialba, Oceanithermus, Petrotoga, Picrophilus, Polycladomyces, Pseudonocardia, P Eudoxanthomonas, Pyrobaculum, Pyrococcus, Pyrococcus, Pyredictium, Roseiflexus, Rubrobacter, Saccharomonospora, Saccharopolyspora, Saccharopolyspora, Streptomyces, Sulfolibus, Sulfuritisphaera, , Thermobispora, Thermococcus, Thermocrispum, Thermodesulfobium, Ther Thermophilic bacteria such as moflavimicrobium, Thermomonospora, Thermoplasma, Thermoproteus, Thermosiphos, Thermosiphos, Thermosulfidibacter, Thermotoga, Thermus, Vulcanisaeta, Ureibacillus and the like can be mentioned. Among these thermophilic bacteria, from the viewpoint of obtaining a modified product in which the enzyme activity at low temperature is improved more efficiently, the genus is preferably Thermus, more preferably Thermus thermophilus (Thermus thermophilus).

本発明で使用される被改変酵素は、好熱菌に由来する野生型酵素であってもよく、また好熱菌に由来する野生型酵素に変異を導入させた変異型酵素であってもよい。   The modified enzyme used in the present invention may be a wild-type enzyme derived from a thermophilic bacterium, or a mutant-type enzyme in which a wild-type enzyme derived from a thermophilic bacterium is mutated .

参照酵素
本発明の改変体の取得方法において、参照酵素は、前記被改変酵素に変異を導入させる部位、導入する変異の種類等を決定する上で参照される酵素である。
Reference Enzyme In the method for obtaining the variant of the present invention, the reference enzyme is an enzyme referred to in determining the site for introducing a mutation into the modified enzyme, the type of mutation to be introduced, and the like.

本発明において、参照酵素は、前記被改変酵素と同種のものが使用される。ここで、「前記被改変酵素と同種」であるとは、参照酵素が、被改変酵素と酵素活性が共通しており、酵素分類上、被改変酵素と同じファミリーに属していることを意味する。例えば、被改変酵素として3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素を採用する場合であれば、参照酵素も3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素が使用される。   In the present invention, the same reference enzyme as the above-mentioned modified enzyme is used as the reference enzyme. Here, “homologous to the aforementioned modified enzyme” means that the reference enzyme has the same enzyme activity as the modified enzyme and belongs to the same family as the modified enzyme in the enzyme classification. . For example, if 3-isopropylmalate dehydrogenase is employed as the modified enzyme, 3-isopropylmalate dehydrogenase is also used as the reference enzyme.

また、参照酵素において、使用する被改変酵素に対するアミノ酸配列の同一性については、前記被改変酵素と同種であることを限度として特に制限されないが、例えば、20%以上、好ましくは50%以上、更に好ましくは70%以上、特に好ましくは80%以上が挙げられる。ここで、「アミノ酸配列の同一性」とは、BLAST PACKAGE〔sgi32 bit edition,Version 2.0.12;available from the National Center for Biotechnology Information [NCBI]〕のbl2seq program(Tatiana A.Tatsusova,Thomas L.Madden,FEMS Microbiol.Lett.,Vol.174,247−250,1999)により得られる同一性の値を示す。パラメーターとしては、Gap insertion Cost value:11、Gap extension Cost value:1に設定すればよい。   In the reference enzyme, the identity of the amino acid sequence to the modified enzyme to be used is not particularly limited as long as it is the same type as the modified enzyme, but for example, 20% or more, preferably 50% or more, further Preferably 70% or more, particularly preferably 80% or more can be mentioned. Here, “identity of amino acid sequence” means bl2seq program (Tatiana A. Tatsusova, Thomas L) of BLAST PACKAGE [sgi 32 bit edition, Version 2.0. 12; available from the National Center for Biotechnology Information [NCBI]]. Madden, FEMS Microbiol. Lett., Vol. 174, 247-250, 1999) shows the value of identity. The parameters may be set to Gap insertion Cost value: 11 and Gap extension Cost value: 1.

また、本発明において、参照酵素は、常温菌由来のものが使用される。本明細書において、「常温菌」とは、至適生育温度が45℃未満の微生物であって、古細菌、グラム陽性真正細菌、グラム陰性真正細菌、又は酵母やカビを含む真核生物に属する微生物である。   Moreover, in the present invention, the reference enzyme used is that derived from a thermophilic bacterium. As used herein, a "cold bacteria" is a microorganism having an optimum growth temperature of less than 45 ° C, and belongs to archaea, gram positive eubacteria, gram negative eubacteria, or eukaryotes including yeast and mold. It is a microbe.

また、参照酵素の由来については、常温菌であること限度として特に制限されず、参照酵素の種類等に応じて適宜選定すればよい。参照酵素の由来として、具体的には、Aspergillus属、Bacillus属、Escherichia属、Mucor属、Penicillium属、Pseudomonas属、Streptomyces属等の常温菌が挙げられる。これらの常温菌の中でも、より一層効率的に、低温での酵素活性が向上した改変体を取得するという観点から、好ましくはEscherichia属、更に好ましくはEscherichia coli(大腸菌)が挙げられる。   In addition, the origin of the reference enzyme is not particularly limited as a limit to be a cold bacterium, and may be appropriately selected according to the type of the reference enzyme and the like. Specific examples of the origin of the reference enzyme include thermophilic bacteria such as Aspergillus, Bacillus, Escherichia, Mucor, Penicillium, Pseudomonas, Streptomyces and the like. Among these thermophilic bacteria, from the viewpoint of obtaining a modified product in which the enzyme activity at low temperature is further improved more efficiently, Escherichia coli is preferably mentioned, and more preferably Escherichia coli (E. coli).

本発明で使用される参照酵素は、常温菌に由来する野生型酵素であってもよく、また常温菌に由来する野生型酵素に変異を導入させた変異型酵素であってもよい。   The reference enzyme used in the present invention may be a wild-type enzyme derived from a thermophilic bacterium, or may be a mutant-type enzyme obtained by introducing a mutation into a wild-type enzyme derived from a thermophilic bacterium.

工程1
工程1では、好熱菌由来の被改変酵素の立体構造を分析し、該被改変酵素の基質結合部位及び/又は補酵素結合部位から8Åの距離に存在するアミノ酸配列部位を特定する。
Step 1
In step 1, the three-dimensional structure of the thermophilic bacterium-derived modified enzyme is analyzed, and an amino acid sequence site located at a distance of 8 Å from the substrate binding site and / or the coenzyme binding site of the modified enzyme is identified.

被改変酵素の基質結合部位及び/又は補酵素結合部位については、被改変酵素の種類毎に知られている。例えば、サーマス・サーモフィラス由来の3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素(配列番号1に示すアミノ酸配列からなるポリペプチド;以下、TthIPMDHと表記することもある)であれば、基質結合部位及び補酵素結合部位は配列番号1に示すアミノ酸配列における7〜12番目、15番目、41〜42番目、69番目〜78番目、85番目〜92番目、94番目、102番目、104番目、132番目〜134番目、139番目〜140番目、184番目〜188番目、196番目、213番目〜219番目、221番目〜222番目、225番目〜226番目、229番目、237〜238番目、240番目〜242番目、244番目〜245番目、248番目、253番目〜257番目、259番目、261番目、270番目〜280番目、284番目〜290番目、324番目〜327番目の領域に位置することが知られている。   The substrate binding site and / or the coenzyme binding site of the modified enzyme is known for each type of modified enzyme. For example, if it is a 3-isopropyl malate dehydrogenase derived from Thermus thermophilus (a polypeptide consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1; hereinafter sometimes referred to as TthIPMDH), a substrate binding site and a coenzyme binding site Is the 7th to 12th, 15th, 41 to 42nd, 69th to 78th, 85th to 92nd, 94th, 102th, 104th, 132th to 134th, 139th parts in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 -140th, 184th-188th, 196th, 213th-219th, 221st-222nd, 225th-226th, 229th, 237-238th, 240th-242nd, 244th-245 Th, 248th, 253rd-257th, 259th, 261st, 270th 280 th, 290 th 284 th, it is known to be located 324 th -327 th region.

また、タンパク質のアミノ酸配列からその立体構造情報を取得し、その立体構造を可視化して、当該タンパク質における任意の領域から指定の距離に存在するアミノ酸残基を特定する手法についても、公知である。従って、本工程1では、公知の手法に従って、被改変酵素のアミノ酸配列に基づいて、その立体構造情報を取得し、被改変酵素の立体構造を可視化して、基質結合部位及び/又は補酵素結合部位から8Åの距離に存在するアミノ酸配列部位を特定すればよい。   Also known is a method of acquiring the three-dimensional structure information from the amino acid sequence of a protein, visualizing the three-dimensional structure, and specifying an amino acid residue present at a specified distance from an arbitrary region in the protein. Therefore, in step 1, based on the amino acid sequence of the modified enzyme, the three-dimensional structure information of the modified enzyme is obtained and the three-dimensional structure of the modified enzyme is visualized according to a known method. The amino acid sequence site existing at a distance of 8 Å from the site may be specified.

被改変酵素のアミノ酸配列に基づいて、その立体構造情報を取得するには、具体的には、Protein Data Bank(http://www.rcsb.org/pdb/home/home.do)を利用してPBDファイルを取得すればよい。例えば、TthIPMDHは、Protein Data BankにおいてID:4F7Iとタグ付けされており、この値を該データベースに対して検索することにより、TthIPMDHの立体構造情報をPDBファイル形式で取得することができる。   Specifically, based on the amino acid sequence of the modified enzyme, Protein Data Bank (http://www.rcsb.org/pdb/home/home.do) is used to obtain its conformational information. You just need to get the PBD file. For example, TthIPMDH is tagged with ID: 4F7I in Protein Data Bank, and by searching this value against the database, it is possible to obtain TthIPMDH three-dimensional structure information in the PDB file format.

また、前記で得られた立体構造情報(PBDファイル)は、Swiss−Pdb Viewer Version4.1(http://spdbv.vital−it.ch/)等のソフトウェアにより出力させることにより、酵素の立体構造を可視化できる。また、該ソフトウェアを利用することにより、被改変酵素の立体構造における基質結合部位及び/又は補酵素結合部位から8Åの距離に存在するアミノ酸残基を特定することができる。   Also, the three-dimensional structure information (PBD file) obtained above is output by software such as Swiss-Pdb Viewer Version 4.1 (http://spdbv.vital-it.ch/) to obtain the three-dimensional structure of the enzyme. Can be visualized. In addition, by using the software, it is possible to specify an amino acid residue present at a distance of 8 Å from the substrate binding site and / or the coenzyme binding site in the three-dimensional structure of the modified enzyme.

本明細書において、基質結合部位及び/又は補酵素結合部位から8Åの距離に存在するアミノ酸配列部位とは、被改変酵素の立体構造において、基質結合部位及び/又は補酵素結合部位を構成する少なくとも1つのアミノ酸残基のアミド結合部分(2つのアミド結合部分の内のいずれか一方)を起点として、主鎖を構成する部分(-NH-C-CO-;アミノ酸残基の側鎖を除いた部分)の全体が8Å以内の距離に含まれているアミノ酸残基の配列部位を意味する。   In the present specification, the amino acid sequence site existing at a distance of 8 Å from the substrate binding site and / or the coenzyme binding site is at least a substrate binding site and / or a coenzyme binding site in the three-dimensional structure of the modified enzyme. Starting from the amide bond part (one of two amide bond parts) of one amino acid residue, the part constituting the main chain (-NH-C-CO-; excluding the side chain of the amino acid residue The whole of “portion” means a sequence site of amino acid residue included within a distance of 8 Å or less.

被改変酵素が酵素反応時に補酵素を要求しない場合には、本工程1において、被改変酵素の基質結合部位から8Åの距離に存在するアミノ酸配列部位を特定すればよい。また、被改変酵素が酵素反応時に補酵素を要求する場合には、被改変酵素の基質結合部位又は補酵素結合部位のいずれか少なくとも一方の部位から8Åの距離に存在するアミノ酸配列部位を特定すればよいが、より効率的に、低温での酵素活性が向上した改変体を取得するという観点から、基質結合部位と補酵素結合部位の双方の部位から8Åの距離に存在するアミノ酸配列部位を特定することが好ましい。   When the modified enzyme does not require a coenzyme at the time of the enzyme reaction, an amino acid sequence site present at a distance of 8 Å from the substrate binding site of the modified enzyme may be specified in this step 1. In addition, when the modified enzyme requires a coenzyme at the time of the enzyme reaction, an amino acid sequence site existing at a distance of 8 Å from at least one of the substrate binding site or the coenzyme binding site of the modified enzyme is identified. However, from the viewpoint of obtaining a variant with improved enzyme activity at low temperature more efficiently, an amino acid sequence site existing at a distance of 8 Å from both the substrate binding site and the coenzyme binding site is specified It is preferable to do.

工程2
工程2では、前記被変異酵素のアミノ酸配列と、前記被変異酵素と同種で常温菌由来の参照酵素のアミノ酸配列とをペアワイズアライメントにより分析し、前記工程1で特定されたアミノ酸配列部位と、前記参照酵素のアミノ酸配列においてペアワイズアライメント上で対応するアミノ酸配列部位を対比して、両者間でアミノ酸残基が一致していないアミノ酸配列部位を特定する。
Step 2
In step 2, the amino acid sequence of the mutant enzyme and the amino acid sequence of a reference enzyme derived from a thermophilic bacterium which is the same type as the mutant enzyme are analyzed by pairwise alignment, and the amino acid sequence site identified in step 1; In the amino acid sequence of the reference enzyme, corresponding amino acid sequence sites are compared on a pairwise alignment to identify an amino acid sequence site where the amino acid residue is not identical between them.

2つのタンパク質のアミノ酸配列のペアワイズアライメントを作成する方法については公知である。本工程2では、公知の手法に従って、前記被改変酵素のアミノ酸配列と前記参照酵素のアミノ酸配列のペアワイズアライメントを作成すればよい。ペアワイズアライメントを出力させるには、具体的には、DNA Data Bank of JapanホームページのClustalW Version2.1(http://clustalw.ddbj.nig.ac.jp/)を使用すればよい。   Methods for making pairwise alignments of the amino acid sequences of two proteins are known. In this step 2, a pairwise alignment may be created between the amino acid sequence of the modified enzyme and the amino acid sequence of the reference enzyme according to a known method. Specifically, ClustalW Version 2.1 (http://clustalw.ddbj.nig.ac.jp/) on the DNA Data Bank of Japan website may be used to output the pairwise alignment.

本工程2では、ペアワイズアライメントを作成した後に、前記被改変酵素のアミノ酸配列における前記工程1で特定されたアミノ酸配列部位(以下、「被改変酵素8Å領域部位」と表記することもある)と、前記参照酵素のアミノ酸配列においてペアワイズアライメント上で対応する部位(以下、「参照酵素対応部位」と表記する)を対比し、両者間でアミノ酸残基が一致していないアミノ酸配列部位を特定する。   In this step 2, after creating a pairwise alignment, the amino acid sequence site specified in the step 1 in the amino acid sequence of the modified enzyme (hereinafter sometimes referred to as "modified enzyme 8 Å region site"); The corresponding sites (hereinafter referred to as "reference enzyme corresponding site") on the pairwise alignment in the amino acid sequence of the reference enzyme are compared, and an amino acid sequence site in which the amino acid residue is not identical between them is specified.

具体的には、(1)被改変酵素8Å領域部位のアミノ酸残基が、参照酵素対応部位のアミノ酸残基と異なっている場合、(2)被改変酵素8Å領域部位のアミノ酸残基が、参照酵素対応部位において欠失している場合、及び(3)参照酵素対応部位のアミノ酸残基が、被改変酵素8Å領域部位において欠失している場合は、被改変酵素8Å領域部位と参照酵素対応部位の間でアミノ酸残基が一致していないアミノ酸配列部位として特定される。   Specifically, (1) when the amino acid residue at the 8 Å region of the modified enzyme is different from the amino acid residue at the corresponding site of the reference enzyme, (2) the amino acid residue at the 8 Å region of the modified enzyme is referred to When deleted at the enzyme corresponding site, and (3) when the amino acid residue at the reference enzyme corresponding site is deleted at the 8 Å region site of the modified enzyme, the 8 Å region site of the modified enzyme corresponds to the reference enzyme Amino acid residues are identified as inconsistent amino acid sequence sites between the sites.

本工程2で特定されたアミノ酸部位は、前記被改変酵素に対して変異を施すことにより、低温での酵素活性が向上する可能性が高い部位として特定される。以下、本工程2で特定されたアミノ酸配列部位を「変異候補部位」と表記することもある。   The amino acid site identified in step 2 is identified as a site that is likely to improve the enzyme activity at low temperature by mutating the modified enzyme. Hereinafter, the amino acid sequence site identified in step 2 may be referred to as a “mutation candidate site”.

工程3
工程3では、前記被改変酵素に対して、変異候補部位の少なくとも1つにおいてアミノ酸の置換、欠失、又は挿入を行い、改変体を得る。
Step 3
In step 3, amino acid substitution, deletion, or insertion is performed on at least one of mutation candidate sites in the enzyme to be modified to obtain a variant.

本工程3では、変異候補部位が2以上ある場合、1つの変異酵素部位を選択して単変異を行ってもよく、また2つ以上の変異酵素部位を選択して多重変異を行ってもよい。具体的には、変異候補部位が2以上ある場合、導入する変異の数としては、変異候補部位の数、変異酵素の種類等によって異なるため一概に記載できないが、例えば1〜20個、好ましくは1〜10個、より好ましくは1〜5個、更に好ましくは1〜4個、特に好ましくは1〜3個が挙げられる。   In this step 3, when there are two or more mutation candidate sites, one mutation enzyme site may be selected to perform single mutation, or two or more mutation enzyme sites may be selected to perform multiple mutation. . Specifically, when there are two or more mutation candidate sites, the number of mutations to be introduced varies depending on the number of mutation candidate sites, the type of mutant enzyme, etc., but can not be generally described. 1 to 10, more preferably 1 to 5, still more preferably 1 to 4, particularly preferably 1 to 3 can be mentioned.

また、本工程3において、前記被改変酵素の変異候補部位に対して行われる変異は、アミノ酸の置換、欠失、又は挿入のいずれであってもよいが、低温での酵素活性が向上した改変体の取得効率を高めるという観点から、参照酵素対応部位のアミノ酸残基と同一になるように変異を導入することが好ましい。具体的には、好適な変異導入態様として、(1)変異候補部位のアミノ酸残基が、参照酵素対応部位のアミノ酸残基と異なっている場合であれば、変異候補部位のアミノ酸残基を参照酵素対応部位のアミノ酸残基に置換する、(2)変異候補部位のアミノ酸残基が、参照酵素対応部位において欠失している場合あれば、変異候補部位のアミノ酸残基を欠失させる、及び(3)参照酵素対応部位のアミノ酸残基が、変異候補部位において欠失している場合あれば、変異候補部位に参照酵素対応部位のアミノ酸残基を挿入する、等の態様が挙げられる。   In this step 3, the mutation to be made to the mutation candidate site of the modified enzyme may be any of amino acid substitution, deletion or insertion, but the modification in which the enzyme activity at low temperature is improved From the viewpoint of enhancing the acquisition efficiency of the body, it is preferable to introduce a mutation so as to be identical to the amino acid residue at the corresponding site of the reference enzyme. Specifically, if the amino acid residue at the mutation candidate site is different from the amino acid residue at the site corresponding to the reference enzyme as a preferable mutation introduction mode, refer to the amino acid residue at the mutation candidate site. (2) If the amino acid residue at the mutation candidate site is deleted at the reference enzyme corresponding site, the amino acid residue at the mutation candidate site is deleted; (3) If the amino acid residue at the site corresponding to the reference enzyme is deleted at the mutation candidate site, the amino acid residue at the site corresponding to the reference enzyme may be inserted into the mutation candidate site.

また、タンパク質の特定部位のアミノ酸を置換、欠失、又は挿入する手法は公知であり、本工程3において、変異候補部位におけるアミノ酸の置換、欠失、又は挿入は、公知の手法に従って実施することができる。   In addition, a method for substituting, deleting or inserting an amino acid at a specific site of a protein is known, and in this step 3, substitution, deletion or insertion of an amino acid at a mutation candidate site should be carried out according to known methods. Can.

工程4
工程4では、前記工程3で得られた改変体の中から、被改変酵素よりも低温での酵素活性が向上している改変体を選定する。
Step 4
In the step 4, among the variants obtained in the step 3, a variant having improved enzyme activity at a lower temperature than the modified enzyme is selected.

本明細書において、「被改変酵素よりも低温での酵素活性が向上している」とは、37℃以下、好ましくは37℃以下、より好ましくは30℃以下、更に好ましくは10〜25℃の温度領域における酵素活性が、被改変酵素よりも高められていることをいう。   In the present specification, the phrase "enzymatic activity at a lower temperature than the modified enzyme is improved" means 37 ° C or less, preferably 37 ° C or less, more preferably 30 ° C or less, still more preferably 10 to 25 ° C. It means that the enzyme activity in the temperature range is higher than that of the modified enzyme.

本工程4は、具体的には、前記工程3で得られた改変体と被改変酵素について、低温において酵素の比活性(酵素タンパク質重量あたりの酵素活性)を測定し、被改変酵素よりも低温での酵素の比活性が向上している改変体を選定すればよい。比活性を求める方法は、酵素の種類により異なるため、ここで一般化して記述できないが、例えば、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素の場合であれば、後述する[IPMDH活性の測定]の項、および[IPMDH比活性の測定]の項に従って求めることができる。   Specifically, in this step 4, the specific activity (enzyme activity per enzyme protein weight) of the enzyme is measured at low temperature for the modified product obtained in step 3 and the modified enzyme, and the temperature is lower than that of the modified enzyme It is sufficient to select a variant in which the specific activity of the enzyme at. The method for determining the specific activity can not be generalized and described here because it varies depending on the type of enzyme, but for example, in the case of 3-isopropylmalate dehydrogenase, the item of [Measurement of IPMDH activity] described later, And [measurement of IPMDH specific activity].

斯して、前記工程3で得られた改変体の中から、被改変酵素よりも低温での酵素活性が向上している改変体を選定することにより、低温領域でも酵素活性を効果的に発現できる酵素の改変体を取得することができる。   Thus, among the variants obtained in the step 3, by selecting a variant having improved enzyme activity at a lower temperature than the modified enzyme, the enzyme activity is effectively expressed even in a low temperature region. It is possible to obtain a variant of the enzyme that can

2.ポリペプチド
本発明は、前記改変体の取得方法によって得られたポリペプチドを提供する。本発明のポリペプチドは、TthIPMDHの改変体であり、低温での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性がTthIPMDHよりも向上している3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素である。3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素とは、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(以下、NAD+とも記述する)を補酵素とする酸化還元酵素であり、3−イソプロピルリンゴ酸とNAD+を基質とし、2−イソピル−3−オキソコハク酸とNADH、およびH+を生成する反応を触媒する、EC番号が1.1.1.85に分類される酵素である。
2. Polypeptide The present invention provides a polypeptide obtained by the method for obtaining the variant. The polypeptide of the present invention is a modified form of TthIPMDH, and is a 3-isopropyl malate dehydrogenase in which 3-isopropyl malate dehydrogenase activity at low temperature is improved over TthIPMDH. 3-isopropylmalate dehydrogenase is an oxidoreductase whose coenzyme is nicotinamide adenine dinucleotide (hereinafter also described as NAD + ), and 3-isopropylmalate and NAD + as a substrate, It is an enzyme that catalyzes a reaction that produces isopropyl-3 oxosuccinic acid and NADH, and H + , and the EC number is classified into 1.1.1.85.

本発明のポリペプチドの一態様として、具体的には、下記(A)〜(D)に示すポ織ペプチドが挙げられる。
(A)配列番号1に示すアミノ酸配列における78番目がグルタミン酸に置換されたアミノ酸配列からなるポリペプチド、
(B)配列番号1に示すアミノ酸配列における214番目がメチオニン、グリシン又はアラニンに置換、216番目がイソロイシン、ロイシン又はバリンに置換、218番目がアスパラギン、セリン又はグルタミンに置換、219番目がアラニン、メチオニン又はグリシンに置換、222番目がグルタミン、アスパラギン又はセリンに置換、225番目がリジン又はヒスチジンに置換、且つ229番目がグルタミン、アスパラギン又はセリンに置換されたアミノ酸配列からなるポリペプチド、
(C)配列番号1に示すアミノ酸配列における272番目がアラニン、メチオニン又はグリシンに置換、且つ273番目がグリシン、アラニン又はメチオニンに置換されたアミノ酸配列からなるポリペプチド、
(D)配列番号1に示すアミノ酸配列における324番目がアルギニン、リジン又はヒスチジンに置換、325番目がスレオニン、グルタミン又はアスパラギンに置換、且つ325番目と326番目の間にグリシン、アラニン又はメチオニンが挿入されてなるアミノ酸配列からなるポリペプチド、
(E)配列番号1に示すアミノ酸配列における272番目がアラニン、メチオニン又はグリシンに置換、273番目がグリシン、アラニン又はメチオニンに置換、324番目がアルギニン、リジン又はヒスチジンに置換、325番目がスレオニン、グルタミン又はアスパラギンに置換、且つ325番目と326番目の間にグリシン、アラニン又はメチオニンが挿入されてなるアミノ酸配列からなるポリペプチド。
Specifically, one aspect of the polypeptide of the present invention includes the woven peptides shown in the following (A) to (D).
(A) a polypeptide comprising an amino acid sequence in which the 78th position in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is replaced with glutamic acid,
(B) in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 at position 214, substituted with methionine, glycine or alanine, at position 216 for isoleucine, leucine or valine, at position 218 for asparagine, serine or glutamine, at position 219 for alanine, methionine Or a glycine, a 222nd amino acid substitution with glutamine, asparagine or serine, a 225nd amino acid substitution with lysine or histidine, and a 229th amino acid substitution with glutamine, asparagine or serine,
(C) a polypeptide comprising an amino acid sequence in which the 272nd position in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is substituted with alanine, methionine or glycine and the 273rd position is substituted with glycine, alanine or methionine,
(D) In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, position 324 is substituted with arginine, lysine or histidine, position 325 is substituted with threonine, glutamine or asparagine, and glycine, alanine or methionine is inserted between positions 325 and 326 A polypeptide comprising the amino acid sequence
(E) In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, position 272 is substituted with alanine, methionine or glycine, position 273 is substituted with glycine, alanine or methionine, position 324 is substituted with arginine, lysine or histidine, position 325 is threonine, glutamine Or a polypeptide comprising an amino acid sequence which is substituted with asparagine and glycine, alanine or methionine is inserted between the 325th and the 326th.

前記(B)のポリペプチドにおいて、低温での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性をより一層向上させるという観点から、好ましくは、配列番号1に示すアミノ酸配列における214番目がメチオニンに置換、216番目がイソロイシンに置換、218番目がアスパラギンに置換、219番目がアラニンに置換、222番目がグルタミンに置換、225番目がリジンに置換、且つ229番目がグルタミンに置換されたアミノ酸配列からなるポリペプチドが挙げられる。   In the polypeptide (B), from the viewpoint of further improving 3-isopropylmalate dehydrogenase activity at low temperature, preferably, the 214th position in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is substituted with methionine, the 216th position Is isoleucine, 218 is substituted by asparagine, 219 is substituted by alanine, 222 is substituted by glutamine, 225 is substituted by lysine, and the 229 is substituted by glutamine. Be

前記(C)のポリペプチドにおいて、低温での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性をより一層向上させるという観点から、好ましくは、配列番号1に示すアミノ酸配列における272番目がアラニンに置換、且つ273番目がグリシンに置換されたアミノ酸配列からなるポリペプチドが挙げられる。   In the polypeptide of (C), from the viewpoint of further improving 3-isopropylmalate dehydrogenase activity at low temperature, preferably, the 272nd position in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is substituted with alanine, and 273 The polypeptide which consists of the amino acid sequence by which the th was substituted by glycine is mentioned.

前記(D)のポリペプチドにおいて、低温での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性をより一層向上させるという観点から、好ましくは、配列番号1に示すアミノ酸配列における324番目がアルギニンに置換、325番目がスレオニンに置換、且つ325番目と326番目の間にグリシンが挿入されてなるアミノ酸配列からなるポリペプチドが挙げられる。   In the polypeptide of (D), from the viewpoint of further improving 3-isopropylmalate dehydrogenase activity at low temperature, preferably, the 324th position in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is substituted with arginine, 325th position And a threonine, and a polypeptide consisting of an amino acid sequence in which glycine is inserted between the 325th and the 326th.

前記(E)のポリペプチドにおいて、低温での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性をより一層向上させるという観点から、好ましくは、配列番号1に示すアミノ酸配列における272番目がアラニン、に置換、273番目がグリシンに置換、324番目がアルギニンに置換、325番目がスレオニンに置換、且つ325番目と326番目の間にグリシンが挿入されてなるアミノ酸配列からなるポリペプチド。   In the polypeptide of the above (E), from the viewpoint of further improving 3-isopropylmalate dehydrogenase activity at low temperature, preferably, at position 272 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 alanine, A polypeptide comprising an amino acid sequence comprising a glycine substitution, a 324th substitution with arginine, a 325th substitution with threonine, and a glycine inserted between 325th and 326th positions.

また、本発明のポリペプチドの他の態様として、下記(F)〜(O)に示すポリペプチドが挙げられる。
(F)配列番号1に示すアミノ酸配列における78番目がグルタミン酸に置換されたアミノ酸配列において、78番目以外のアミノ酸の1個又は数個が置換、付加、挿入又は欠失されてなり、且つ、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、TthIPMDHと比較して低温での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチド、
(G)配列番号1に示すアミノ酸配列における214番目がメチオニン、グリシン又はアラニンに置換、216番目がイソロイシン、ロイシン又はバリンに置換、218番目がアスパラギン、セリン又はグルタミンに置換、219番目がアラニン、メチオニン又はグリシンに置換、222番目がグルタミン、アスパラギン又はセリンに置換、225番目がリジン又はヒスチジンに置換、且つ229番目がグルタミン、アスパラギン又はセリンに置換されたアミノ酸配列において、214番目、216番目、218番目、219番目、222番目、225番目、及び229番目以外のアミノ酸の1個又は数個が置換、付加、挿入又は欠失されてなり、且つ、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、TthIPMDHと比較して低温での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチド、
(H)配列番号1に示すアミノ酸配列における272番目がアラニン、メチオニン又はグリシンに置換、且つ273番目がグリシン、アラニン又はメチオニンに置換されたアミノ酸配列において、272番目及び273番目以外のアミノ酸の1個又は数個が置換、付加、挿入又は欠失されてなり、且つ、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、TthIPMDHと比較して低温での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチド、
(I)配列番号1に示すアミノ酸配列における324番目がアルギニン、リジン又はヒスチジンに置換、325番目がスレオニン、グルタミン又はアスパラギンに置換、且つ325番目と326番目の間にグリシン、アラニン又はメチオニンが挿入されてなるアミノ酸配列において、324番目及び325番目のアミノ酸並びに325番目と326番目の間に挿入されるアミノ酸以外のアミノ酸の1個又は数個が置換、付加、挿入又は欠失されてなり、且つ、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、TthIPMDHと比較して低温での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチド、
(J)配列番号1に示すアミノ酸配列における272番目がアラニン、メチオニン又はグリシンに置換、273番目がグリシン、アラニン又はメチオニンに置換、324番目がアルギニン、リジン又はヒスチジンに置換、325番目がスレオニン、グルタミン又はアスパラギンに置換、且つ325番目と326番目の間にグリシン、アラニン又はメチオニンが挿入されてなるアミノ酸配列において、272番目、273番目、324番目及び325番目のアミノ酸並びに325番目と326番目の間に挿入されるアミノ酸以外のアミノ酸の1個又は数個が置換、付加、挿入又は欠失されてなり、且つ、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、TthIPMDHと比較して低温での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチド、
(K)配列番号1に示すアミノ酸配列における78番目のアミノ酸を除いた配列同一性が80%以上であり、且つ、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、TthIPMDHと比較して低温での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチド、
(L)配列番号1に示すアミノ酸配列における214番目がメチオニン、グリシン又はアラニンに置換、216番目がイソロイシン、ロイシン又はバリンに置換、218番目がアスパラギン、セリン又はグルタミンに置換、219番目がアラニン、メチオニン又はグリシンに置換、222番目がグルタミン、アスパラギン又はセリンに置換、225番目がリジン又はヒスチジンに置換、且つ229番目がグルタミン、アスパラギン又はセリンに置換されたアミノ酸配列において、214番目、216番目、218番目、219番目、222番目、225番目、及び229番目のアミノ酸を除いた配列同一性が80%以上であり、且つ、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、TthIPMDHと比較して低温での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチド、
(M)配列番号1に示すアミノ酸配列における272番目がアラニン、メチオニン又はグリシンに置換、且つ273番目がグリシン、アラニン又はメチオニンに置換されたアミノ酸配列において、272番目及び273番目のアミノ酸を除いた配列同一性が80%以上であり、且つ、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、TthIPMDHと比較して低温での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチド、
(N)配列番号1に示すアミノ酸配列における324番目がアルギニン、リジン又はヒスチジンに置換、325番目がスレオニン、グルタミン又はアスパラギンに置換、且つ325番目と326番目の間にグリシン、アラニン又はメチオニンが挿入されてなるアミノ酸配列において、324番目及び325番目のアミノ酸並びに325番目と326番目の間に挿入されるアミノ酸を除いた配列同一性が80%以上であり、且つ、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、TthIPMDHと比較して低温での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチド、
(O)配列番号1に示すアミノ酸配列における272番目がアラニン、メチオニン又はグリシンに置換、273番目がグリシン、アラニン又はメチオニンに置換、324番目がアルギニン、リジン又はヒスチジンに置換、325番目がスレオニン、グルタミン又はアスパラギンに置換、且つ325番目と326番目の間にグリシン、アラニン又はメチオニンが挿入されてなるアミノ酸配列において、272番目、273番目、324番目及び325番目のアミノ酸並びに325番目と326番目の間に挿入されるアミノ酸を除いた配列同一性が80%以上であり、且つ、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、TthIPMDHと比較して低温での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチド。
Moreover, the polypeptide shown to the following (F)-(O) as another aspect of the polypeptide of this invention is mentioned.
(F) In the amino acid sequence in which amino acid position 78 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is substituted with glutamic acid, one or several amino acids other than amino acid position 78 are substituted, added, inserted or deleted, and A polypeptide having isopropylmalate dehydrogenase activity and having improved 3-isopropylmalate dehydrogenase activity at low temperature as compared to TthIPMDH,
(G) in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 at position 214 substituted with methionine, glycine or alanine, at position 216 for isoleucine, leucine or valine, at position 218 for asparagine, serine or glutamine, at position 219 for alanine, methionine Or at glycine 222, at position 222 for glutamine, asparagine or serine, at position 225 for lysine or histidine, and at position 229 for glutamine, asparagine or serine at position 214, 216, 218 And one or several amino acids other than 219, 222, 225 and 229 are substituted, added, inserted or deleted and has 3-isopropylmalate dehydrogenase activity, 3 at low temperature compared to TthIPMDH Polypeptide isopropyl malate dehydrogenase activity is improved,
(H) One of the amino acids other than 272 and 273 in the amino acid sequence in which the 272nd position in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is substituted with alanine, methionine or glycine and the 273rd position is substituted with glycine, alanine or methionine Or several are substituted, added, inserted or deleted, and have 3-isopropylmalate dehydrogenase activity, and improve 3-isopropylmalate dehydrogenase activity at low temperature compared to TthIPMDH The polypeptide being
(I) In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, position 324 is substituted with arginine, lysine or histidine, position 325 is substituted with threonine, glutamine or asparagine, and glycine, alanine or methionine is inserted between positions 325 and 326 And one or more amino acids other than the amino acids at positions 324 and 325 and the amino acid inserted between positions 325 and 326 are substituted, added, inserted or deleted, and A polypeptide having 3-isopropylmalate dehydrogenase activity and having improved low-temperature 3-isopropylmalate dehydrogenase activity as compared to TthIPMDH,
(J) In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, position 272 is substituted with alanine, methionine or glycine, position 273 is substituted with glycine, alanine or methionine, position 324 is substituted with arginine, lysine or histidine, position 325 is threonine, glutamine Or in the amino acid sequence formed by substitution of asparagine and glycine, alanine or methionine between 325 and 326, amino acids 272, 273, 324 and 325 and between 325 and 326 One or several amino acids other than the amino acid to be inserted are substituted, added, inserted or deleted, and have 3-isopropylmalate dehydrogenase activity, and 3 at low temperature as compared to Tth IP MDH -The isopropyl malate dehydrogenase activity is improved Polypeptide,
(K) The sequence identity excluding amino acid 78 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is 80% or more, and has 3-isopropylmalate dehydrogenase activity, and at low temperature as compared to TthIPMDH Polypeptide having improved 3-isopropylmalate dehydrogenase activity of
(L) in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 at position 214 substituted with methionine, glycine or alanine, at position 216 for isoleucine, leucine or valine, at position 218 for asparagine, serine or glutamine, at position 219 for alanine, methionine Or at glycine 222, at position 222 for glutamine, asparagine or serine, at position 225 for lysine or histidine, and at position 229 for glutamine, asparagine or serine at position 214, 216, 218 The sequence identity excluding amino acids 219, 222, 225, and 229 is 80% or more, and has 3-isopropylmalate dehydrogenase activity, and at low temperature as compared to TthIPMDH 3-isopropyl phosphorus Polypeptide dehydrogenase activity is improved,
(M) A sequence obtained by replacing amino acid 272 and 273 in an amino acid sequence in which amino acid 272 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is substituted with alanine, methionine or glycine and amino acid 273 is substituted with glycine, alanine or methionine A polypeptide having an identity of 80% or more, and having 3-isopropylmalate dehydrogenase activity and having improved low-temperature 3-isopropylmalate dehydrogenase activity at low temperature as compared to TthIPMDH,
(N) In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, arginine, lysine or histidine substitutes for position 324, threonine, glutamine or asparagine for position 325, and glycine, alanine or methionine is inserted between positions 325 and 326 80% or more in sequence identity excluding amino acids 324 and 325 and amino acids inserted between 325 and 326, and 3-isopropylmalate dehydrogenase activity And a polypeptide having improved 3-isopropylmalate dehydrogenase activity at low temperature compared to TthIPMDH,
(O) In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, position 272 is substituted with alanine, methionine or glycine, position 273 is substituted with glycine, alanine or methionine, position 324 is substituted with arginine, lysine or histidine, position 325 is threonine, glutamine Or in the amino acid sequence formed by substitution of asparagine and glycine, alanine or methionine between 325 and 326, amino acids 272, 273, 324 and 325 and between 325 and 326 The sequence identity excluding the inserted amino acid is 80% or more, and has 3-isopropylmalate dehydrogenase activity, and 3-isopropylmalate dehydrogenase activity at low temperature compared to TthIPMDH Improved polypeptides.

以下、前記(F)及び(K)のポリペプチドにおいて、配列番号1に示すアミノ酸配列における78番目以外のアミノ酸部位を「任意改変部位」と表記することもある。また、前記(G)及び(L)のポリペプチドにおいて、配列番号1に示すアミノ酸配列における214番目、216番目、218番目、219番目、222番目、225番目、及び229番目以外のアミノ酸部位を「任意改変部位」と表記することもある。また、前記(H)及び(M)のポリペプチドにおいて、配列番号1に示すアミノ酸配列における272番目及び273番目以外のアミノ酸部位を「任意改変部位」と表記することもある。更に、前記(I)及び(N)のポリペプチドにおいて、配列番号1に示すアミノ酸配列における324番目及び325番目のアミノ酸部位並びに325番目と326番目の間に挿入されるアミノ酸部位以外を「任意改変部位」と表記することもある。また、前記(J)及び(O)のポリペプチドにおいて、配列番号1に示すアミノ酸配列における272番目、273番目、324番目及び325番目のアミノ酸部位並びに325番目と326番目の間に挿入されるアミノ酸部位以外を「任意改変部位」と表記することもある。   Hereinafter, in the above-mentioned polypeptides (F) and (K), an amino acid site other than the 78th position in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 may be referred to as an “optionally modified site”. In the above-mentioned polypeptides (G) and (L), amino acid sites other than 214, 216, 218, 219, 222, 225 and 229 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 are It may be described as "optionally modified site". Furthermore, in the polypeptides (H) and (M), amino acid sites other than the 272nd and 273rd amino acids in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 may be referred to as “arbitrary modification sites”. Furthermore, in the above-mentioned polypeptides (I) and (N), “optionally modified except for the 324th and 325th amino acid sites in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 and the amino acid site inserted between 325th and 326th It may be written as "part". In the above-mentioned polypeptides (J) and (O), amino acid positions 272, 273, 324 and 325 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 and amino acids inserted between 325 and 326 Other than the site may be described as "arbitrary alteration site".

前記(F)〜(J)のポリペプチドの任意改変部位に導入されるアミノ酸の改変は、置換、付加、挿入、および欠失の中から1種類の改変(例えば置換)のみを含むものであってもよく、2種以上の改変(例えば、置換と挿入)を含んでいても良い。前記(F)〜(J)のポリペプチドにおいて、任意改変部位に置換、付加、挿入又は欠失されるアミノ酸は、1個又は複数個若しくは数個であればよく、例えば1〜10個、好ましくは1〜7個、更に好ましくは1〜5個、より好ましくは1〜3個、特に好ましくは1又は2個或いは1個が挙げられる。   The amino acid modifications introduced into the arbitrary modification sites of the polypeptides of (F) to (J) above include only one type of modification (for example, substitution) among substitution, addition, insertion and deletion. And may include two or more modifications (eg, substitution and insertion). In the above-mentioned (F) to (J) polypeptides, one or more or several amino acids may be substituted, added, inserted or deleted at any modification site, for example, 1 to 10, preferably Is 1 to 7, more preferably 1 to 5, more preferably 1 to 3, particularly preferably 1 or 2 or 1.

また、前記(K)〜(O)のポリペプチドにおいて、配列番号1に示すアミノ酸配列おいて特定のアミノ酸を除いた配列同一性は、80%以上であればよいが、好ましくは90%以上、更に好ましくは95%以上、特に好ましくは99%以上が挙げられる。   Further, in the polypeptides (K) to (O), the sequence identity excluding the specific amino acid in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 may be 80% or more, preferably 90% or more, More preferably, it is 95% or more, particularly preferably 99% or more.

ここで、前記(K)〜(O)のポリペプチドにおいて、配列番号1に示すアミノ酸配列おいて特定のアミノ酸を除いた配列同一性とは、配列番号1に示すアミノ酸配列から前記任意改変部位のみを抜き出して、当該任意改変部位のみを比較して算出される配列同一性である。また、「配列同一性」とは、BLAST PACKAGE[sgi32 bit edition,Version 2.0.12;available from National Center for Biotechnology Information(NCBI)]のbl2seq program(Tatiana A.Tatsusova,Thomas L.Madden,FEMS Microbiol.Lett.,Vol.174,p247−250,1999)により得られるアミノ酸配列の同一性の値を示す。パラメーターは、Gap insertion Cost value:11、Gap extension Cost value:1に設定すればよい。   Here, in the polypeptides (K) to (O) above, the sequence identity excluding the specific amino acid in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 means only the above-mentioned arbitrary modification site from the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 The sequence identity is calculated by comparing only the arbitrary altered site. Furthermore, “sequence identity” means bl2seq program (Tatiana A. Tatsusova, Thomas L. Madden, FEMS) of BLAST PACKAGE [sgi 32 bit edition, Version 2.0. 12; available from National Center for Biotechnology Information (NCBI)]. The amino acid sequence identity value obtained by Microbiol.Lett., Vol. 174, p247-250, 1999) is shown. The parameters may be set to Gap insertion Cost value: 11 and Gap extension Cost value: 1.

また、前記(F)〜(O)のポリペプチドの任意改変部位に導入されるアミノ酸置換は、保存的置換であることが好ましい。即ち、前記任意改変部位における置換としては、例えば、置換前のアミノ酸が非極性アミノ酸であれば他の非極性アミノ酸への置換、置換前のアミノ酸が非荷電性アミノ酸であれば他の非荷電性アミノ酸への置換、置換前のアミノ酸が酸性アミノ酸であれば他の酸性アミノ酸への置換、及び置換前のアミノ酸が塩基性アミノ酸であれば他の塩基性アミノ酸への置換が挙げられる。   Moreover, it is preferable that the amino acid substitution introduce | transduced into the arbitrary modification site | part of the polypeptide of said (F)-(O) is a conservative substitution. That is, as the substitution at the arbitrary modification site, for example, if the amino acid before substitution is a nonpolar amino acid, substitution with another nonpolar amino acid, if the amino acid before substitution is a noncharged amino acid, other noncharged Substitutions with amino acids, substitution with other acidic amino acids if the amino acid before substitution is an acidic amino acid, and substitution with other basic amino acids with a basic amino acid before substitution are mentioned.

前記(F)〜(O)のポリペプチドにおいて、「TthIPMDHと比較して低温での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上している」とは、25℃の温度条件にて3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素の比活性を測定した場合に、TthIPMDHよりも比活性が高いことを意味する。より具体的には、25℃の温度条件にて3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素の比活性を測定した場合、TthIPMDHに比べて比活性が3倍以上、好ましくは5倍以上、更に好ましくは10倍以上向上していることを指す。また、TthIPMDHの25℃の温度条件における比活性は3.1U/mgであるので、前記(F)〜(O)のポリペプチドの好適な例として、25℃の温度条件における3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性の比活性が9.3U/mg以上、好ましくは10U/mg以上、更に好ましくは30U/mg以上が挙げられる。なお、本発明において、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性は、具体的には、以下の条件にて測定される。   In the above-mentioned polypeptides (F) to (O), “the 3-isopropylmalate dehydrogenase activity at low temperature is improved as compared to TthIPMDH” is 3-isopropyl under the temperature condition of 25 ° C. When the specific activity of malate dehydrogenase is measured, it means that the specific activity is higher than that of TthIPMDH. More specifically, when the specific activity of 3-isopropylmalate dehydrogenase is measured under a temperature condition of 25 ° C., the specific activity is 3 times or more, preferably 5 times or more, more preferably 10 as compared to TthIPMDH. Point out that it has improved more than twice. In addition, since the specific activity of TthIPMDH at 25 ° C. is 3.1 U / mg, 3-isopropyl malic acid at 25 ° C. as a preferred example of the polypeptides of (F) to (O). The specific activity of the dehydrogenase activity is 9.3 U / mg or more, preferably 10 U / mg or more, and more preferably 30 U / mg or more. In the present invention, 3-isopropylmalate dehydrogenase activity is specifically measured under the following conditions.

[3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性の測定]
3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性は下記試薬を用い、下記測定条件で測定する。
[Measurement of 3-isopropylmalate dehydrogenase activity]
The 3-isopropylmalate dehydrogenase activity is measured using the following reagent under the following measurement conditions.

(試薬)
50mM HEPES−KOH緩衝液(pH8.0)、5mM 塩化マグネシウム、100mM 塩化カリウム、400μM 3−イソプロピルリンゴ酸、5mM NAD+を含有する水溶液
(reagent)
Aqueous solution containing 50 mM HEPES-KOH buffer (pH 8.0), 5 mM magnesium chloride, 100 mM potassium chloride, 400 μM 3-isopropyl malic acid, 5 mM NAD +

(測定方法)
試薬0.9mLを分光光度計用セルに入れ、25℃で5分間以上プレインキュベートする。測定対象となるポリペプチドを所定濃度に希釈した酵素溶液0.005mLを添加してよく混合し、分光光度計で340nmの吸光度変化を60秒間記録し、その間の吸光度変化(ΔOD)を測定する。ブランクは、酵素溶液の代わりに水を試薬に混合して上記のように吸光度変化(ΔODblank)を測定する。これらの値から、下記の計算式に従って活性値を求める。
(Measuring method)
Place 0.9 mL of reagent in the spectrophotometer cell and preincubate at 25 ° C. for 5 minutes more. After adding 0.005 mL of an enzyme solution in which the polypeptide to be measured is diluted to a predetermined concentration is added and mixed well, the change in absorbance at 340 nm is recorded for 60 seconds with a spectrophotometer, and the change in absorbance (ΔOD) is measured. The blank is mixed with water in the reagent instead of the enzyme solution and the change in absorbance (ΔOD blank) is measured as described above. From these values, the activity value is determined according to the following formula.

なお、上記計算式の905は試薬と酵素溶液の液量、6.22はNAD+の分子吸光係数(cm2/マイクロモル)、5は酵素溶液の液量、1.0は分光セルの光路長(cm)を示す。 In the above formula, 905 is the volume of the reagent and enzyme solution, 6.22 is the molecular absorption coefficient of NAD + (cm 2 / micromole), 5 is the volume of the enzyme solution, 1.0 is the light path of the spectroscopic cell Indicates the length (cm).

[3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素の比活性の測定]
3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素の比活性は、下記測定条件で測定する。上記方法に従い酵素溶液の活性(U/mL)を求め、更に測定に使用した酵素溶液のポリペプチド濃度(mg/ml)を求める。これらの値から、以下の計算式に従って、比活性を求める。
[Determination of specific activity of 3-isopropyl malate dehydrogenase]
The specific activity of 3-isopropyl malate dehydrogenase is measured under the following measurement conditions. The activity (U / mL) of the enzyme solution is determined according to the above method, and the polypeptide concentration (mg / ml) of the enzyme solution used for the determination is further determined. From these values, the specific activity is determined according to the following formula.

3.前記ポリペプチドをコードしているDNA
本発明のポリペプチドをコードしているDNA(以下、「本発明のDNA」と表記することもある)は、例えば、TthIPMDH(配列番号1)をコードしているDNAに前記アミノ酸変異を導入することにより得ることができる。また、本発明のDNAは、遺伝子の全合成法によって人工合成することもできる。
3. DNA encoding the polypeptide
The DNA encoding the polypeptide of the present invention (hereinafter sometimes referred to as “the DNA of the present invention”) is, for example, the above amino acid mutation introduced into the DNA encoding TthIPMDH (SEQ ID NO: 1). It can be obtained by Moreover, the DNA of the present invention can also be artificially synthesized by a total gene synthesis method.

ここで、TthIPMDHをコードしているDNAは、例えば、配列表の配列番号2に示される塩基配列として知られており、サーマス・サーモフィラス(Thermus Thermophilus)HB8株のゲノムDNAからPCRを用いた定法により単離することができる。   Here, the DNA encoding TthIPMDH is known, for example, as the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing, and is determined by PCR from genomic DNA of Thermus thermophilus HB8 strain. It can be isolated.

塩基配列の特定の部位に特定の変異を導入する方法は公知であり、例えばDNAの部位特異的変異導入法等が利用できる。DNA中の塩基を変換する具体的な方法としては、例えば、市販のキット(QuickChange Lightning Site−Directed Mutagenesis kit:Stratagene製、KOD−Plus−Mutagenesis kit:東洋紡製など)の利用等が挙げられる。   Methods for introducing specific mutations at specific sites of a base sequence are known, and for example, site-directed mutagenesis of DNA can be used. As a specific method for converting a base in DNA, for example, utilization of a commercially available kit (QuickChange Lightning Site-Directed Mutagenesis kit: manufactured by Stratagene, KOD-Plus-Mutagenesis kit: manufactured by Toyobo, etc.) may be mentioned.

このようにして塩基配列に変異を導入したDNAは、DNAシーケンサーを用いて塩基配列を確認することができる。得られた塩基配列については、例えば、DNASIS(日立ソフトエンジニアリング社製)又はGENETIX(ソフトウェア開発社製)等の塩基配列解析ソフトによる解析を行うことにより、DNA中のACS遺伝子のコード領域を特定することができる。   The DNA in which mutations have been introduced into the base sequence in this manner can be confirmed using the DNA sequencer. For the obtained base sequence, for example, analysis is performed using base sequence analysis software such as DNASIS (made by Hitachi Software Engineering) or GENETIX (made by software development) to identify the coding region of the ACS gene in DNA. be able to.

このようにして得られたDNAは、DNAシーケンサーを用いて塩基配列を確認することができる。得られた塩基配列については、DNASIS(日立ソフトエンジニアリング社製)およびGENETIX(ソフトウェア開発社製)等の塩基配列解析ソフトによる解析を行うことにより、DNA中の前記ペプチド(3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素)のコード領域を特定することができる。   The DNA sequence thus obtained can be confirmed by using a DNA sequencer. About the obtained base sequence, the said peptide (3-isopropyl malate dehydrogenation in DNA is carried out by analyzing with base sequence analysis software, such as DNASIS (made by Hitachi Soft Engineering Co., Ltd.) and GENETIX (made by software development company) etc. The coding region of the enzyme) can be identified.

一旦、塩基配列が確定されると、その後は化学合成、クローニングされたプローブを鋳型としたPCR、又は該塩基配列を有するDNA断片をプローブとするハイブリダイゼーションによって、前記ポリペプチドをコードするDNAを得ることができる。   Once the base sequence is determined, the DNA encoding the polypeptide is then obtained by chemical synthesis, PCR using a cloned probe as a template, or hybridization using a DNA fragment having the base sequence as a probe. be able to.

更に、部位特異的突然変異誘発法等によって前記ポリペプチドをコードするDNAの変異型であって変異前と同等の機能を有するものを合成することができる。なお、前記ペプチドをコードするDNAに変異を導入するには、Kunkel法、Gapped duplex法、メガプライマーPCR法等の公知の手法又はこれに準ずる方法を採用することができる。   Furthermore, it is possible to synthesize a mutant of the DNA encoding the above-mentioned polypeptide by site-directed mutagenesis and the like, which has the same function as that before mutation. In addition, in order to introduce a mutation into the DNA encoding the above-mentioned peptide, known methods such as the Kunkel method, Gapped duplex method, megaprimer PCR method or the like, can be adopted.

前記ポリペプチドをコードするDNAと外来タンパク質又はペプチドをコードするDNAとを連結した融合タンパク質をコードするDNAを作製する場合には、前記ポリペプチドをコードするDNAに外来タンパク質又はペプチドをコードするDNAを連結すればよい。前記外来タンパク質又はペプチドとしては、例えば、タンパク質精製に使用されるタンパク質又はペプチド(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、チオレドキシン、セルロース結合ドメイン、ストレプトアビジン結合ペプチドおよびヒスチジンタグ等)が挙げられる。前記ポリペプチドに対して外来タンパク質又はペプチドを連結する位置は、前記ポリペプチドと外来タンパク質又はペプチドとがそれぞれの機能又は活性を有するように適宜選択することができる。前記ポリペプチドをコードするDNAに外来タンパク質又はペプチドをコードするDNAを連結する方法は、それぞれ精製された前記ポリペプチドをコードするDNA及び外来タンパク質又はペプチドをコードするDNAを適当な制限酵素で切断して連結する方法が挙げられる。また、前記ポリペプチドをコードするDNAと外来タンパク質又はペプチドをコードするDNAのそれぞれ一部に相同な領域を持たせることにより、PCR等を用いたin vitro法又は酵母等を用いたin vivo法によって両者を連結する方法であってもよい。   When producing a DNA encoding a fusion protein in which a DNA encoding the polypeptide and a DNA encoding a foreign protein or peptide are linked, the DNA encoding the polypeptide is a DNA encoding the foreign protein or peptide. It suffices to connect. Examples of the foreign protein or peptide include proteins or peptides used for protein purification (glutathione S-transferase, maltose binding protein, thioredoxin, cellulose binding domain, streptavidin binding peptide, histidine tag, etc.). The position where the foreign protein or peptide is linked to the polypeptide can be appropriately selected so that the polypeptide and the foreign protein or peptide have their respective functions or activities. In the method of ligating a DNA encoding a foreign protein or peptide to the DNA encoding the polypeptide, the purified DNA and the DNA encoding a foreign protein or peptide are digested with an appropriate restriction enzyme, respectively. And a method of linking. In addition, by providing regions homologous to each of the DNA encoding the polypeptide and the DNA encoding the foreign protein or peptide, the in vitro method using PCR etc. or the in vivo method using yeast etc. It may be a method of connecting both.

また、本発明のDNAには、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、TthIPMDHと比較して低温での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチドをコードし、前記(A)〜(D)のポリペプチドをコードしているDNAと相補的な塩基配列を含む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が包含される。   Further, the DNA of the present invention encodes a polypeptide having 3-isopropylmalate dehydrogenase activity and having improved 3-isopropylmalate dehydrogenase activity at low temperature as compared to TthIPMDH, Included are DNAs that hybridize under stringent conditions with DNA comprising a base sequence complementary to the DNA encoding the polypeptide of (A) to (D) above.

ここで、「ストリンジェントな条件下」とは、0.5%SDS、5×デンハルツ〔Denhartz’s、0.1%ウシ血清アルブミン(BSA)、0.1%ポリビニルピロリドン、0.1%フィコール400〕および100μg/mlサケ精子DNAを含む6×SSC(1×SSCは、0.15M NaCl、0.015M クエン酸ナトリウム、pH7.0)中で、50℃〜65℃で4時間〜一晩保温する条件をいう。   Here, "under stringent conditions" means 0.5% SDS, 5 × Denhartz's, 0.1% bovine serum albumin (BSA), 0.1% polyvinyl pyrrolidone, 0.1% Ficoll 4) to overnight at 50 ° C. to 65 ° C. in 6 × SSC (1 × SSC, 0.15 M NaCl, 0.015 M sodium citrate, pH 7.0) containing 400] and 100 μg / ml salmon sperm DNA It says the condition to keep warm.

ストリンジェントな条件下でのハイブリダイゼーションは、具体的には、以下の手法によって行われる。即ち、DNAライブラリー又はcDNAライブラリーを固定化したナイロン膜を作成し、6×SSC、0.5% SDS、5×デンハルツ、100μg/mlサケ精子DNAを含むプレハイブリダイゼーション溶液中、65℃でナイロン膜をブロッキングする。その後、32Pでラベルした各プローブを加えて、65℃で一晩保温する。このナイロン膜を6×SSC中、室温で10分間、0.1%SDSを含む2×SSC中、室温で10分間、0.1%SDSを含む0.2×SSC中、45℃で30分間洗浄した後、オートラジオグラフィーをとり、プローブと特異的にハイブリダイズしているDNAを検出することができる。 Specifically, hybridization under stringent conditions is performed by the following procedure. That is, a nylon membrane on which a DNA library or a cDNA library is immobilized is prepared, and it is prepared at 65 ° C. in a prehybridization solution containing 6 × SSC, 0.5% SDS, 5 × denhaltz, 100 μg / ml salmon sperm DNA. Block the nylon membrane. Thereafter, each probe labeled with 32 P is added and incubated overnight at 65 ° C. This nylon membrane is incubated in 6 × SSC for 10 minutes at room temperature, in 2 × SSC containing 0.1% SDS for 10 minutes at room temperature, in 0.2 × SSC containing 0.1% SDS for 30 minutes at 45 ° C. After washing, autoradiography can be performed to detect DNA specifically hybridized with the probe.

更に、本発明のDNAには、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、TthIPMDHと比較して低温での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチドをコードし、前記(A)〜(D)のポリペプチドをコードしているDNAに80%以上の相同性を有するDNAも包含される。当該相同性として、好ましくは90%以上、更に好ましくは95%以上、特に好ましくは98%以上が挙げられる。   Furthermore, the DNA of the present invention encodes a polypeptide having 3-isopropylmalate dehydrogenase activity and having improved low-temperature 3-isopropylmalate dehydrogenase activity as compared to TthIPMDH, Also included are DNAs having 80% or more homology to the DNA encoding the polypeptides of (A) to (D) above. The homology is preferably 90% or more, more preferably 95% or more, and particularly preferably 98% or more.

ここで、DNAの「相同性」とは、BLAST PACKAGE[sgi32 bit edition,Version 2.0.12;available from the National Center for Biotechnology Information(NCBI)]のbl2seq program(Tatiana A. Tatsusova,Thomas L.Madden,FEMS Microbiol.Lett.,Vol.174,247−250,1999)により得られる同一性の値を示す。パラメーターは、Gap insertion Cost value:11、Gap extension Cost value:1に設定すればよい。   Here, the “homology” of DNA means the bl2seq program (Tatiana A. Tatsusova, Thomas L., BLAST PACKAGE [sgi 32 bit edition, Version 2.0. 12; available from the National Center for Biotechnology Information (NCBI)]). Madden, FEMS Microbiol. Lett., Vol. 174, 247-250, 1999) shows the value of identity obtained. The parameters may be set to Gap insertion Cost value: 11 and Gap extension Cost value: 1.

本発明のDNAは、コドン利用頻度を宿主に最適化したものが好ましく、コドン利用頻度を大腸菌に最適化させたDNAがより好ましい。   The DNA of the present invention is preferably one in which codon usage frequency is optimized for the host, and more preferably DNA in which codon usage frequency is optimized for E. coli.

コドン利用頻度を表す指標として、各コドンの宿主最適コドン利用頻度の総計を採択すればよい。最適コドンとは、同じアミノ酸に対応するコドンのうち利用頻度が最も高いコドンと定義される。コドン利用頻度は、宿主に最適化したものであれば特に限定されないが、例えば、大腸菌の最適コドンの一例として以下のものが挙げられる。
F:フェニルアラニン(ttt)、L:ロイシン(ctg)、I:イソロイシン(att)、M:メチオニン(atg)、V:バリン(gtg)、Y:チロシン(tat)、終止コドン(taa)、H:ヒスチジン(cat)、Q:グルタミン(cag)、N:アスパラギン(aat)、K:リジン(aaa)、D:アスパラギン酸(gat)、E:グルタミン酸(gaa)、S:セリン(agc)、P:プロリン(ccg)、T:スレオニン(acc)、A:アラニン(gcg)、C:システイン(tgc)、W:トリプトファン(tgg)、R:アルギニン(cgc)、G:グリシン(ggc)。
A total of host optimum codon usage frequency of each codon may be adopted as an index indicating the codon usage frequency. The optimal codon is defined as the codon most frequently used among the codons corresponding to the same amino acid. The codon usage frequency is not particularly limited as long as it is optimized for the host, and for example, the following may be mentioned as an example of the optimal codon of E. coli.
F: phenylalanine (ttt), L: leucine (ctg), I: isoleucine (att), M: methionine (atg), V: valine (gtg), Y: tyrosine (tat), stop codon (taa), H: Histidine (cat), Q: Glutamine (cag), N: Asparagine (aat), K: Lysine (aaa), D: Aspartate (gat), E: Glutamate (gaa), S: Serine (agc), P: Proline (ccg), T: threonine (acc), A: alanine (gcg), C: cysteine (tgc), W: tryptophan (tgg), R: arginine (cgc), G: glycine (ggc).

4.組換えベクター
本発明のペプチドをコードするDNAを含む組換えベクター(以下、「本発明の組換えベクター」と表記することもある)は、発現ベクターに本発明のDNAを挿入することにより得ることができる。
4. Recombinant vector A recombinant vector (hereinafter sometimes referred to as "the recombinant vector of the present invention") containing a DNA encoding the peptide of the present invention is obtained by inserting the DNA of the present invention into an expression vector Can.

本発明の組換えベクターには、本発明のDNAに作動可能に連結されたプロモーター等の制御因子が含まれる。制御因子としては、代表的にはプロモーターが挙げられるが、更に必要に応じてエンハンサー、CCAATボックス、TATAボックス、SPI部位等の転写要素が含まれていてもよい。また、作動可能に連結とは、本発明のDNAを調節するプロモーター、エンハンサー等の種々の制御因子と本発明のDNAが、宿主中で作動し得る状態で連結されることをいう。   The recombinant vector of the present invention includes control elements such as a promoter operably linked to the DNA of the present invention. The control element typically includes a promoter, but may further contain a transcription element such as an enhancer, a CCAAT box, a TATA box, or an SPI site, if necessary. Further, operably linked means that the DNA of the present invention is operably linked in a host with various regulatory elements such as promoters, enhancers and the like that regulate the DNA of the present invention.

発現ベクターとしては、宿主内で自律的に増殖し得るファージまたはプラスミドから遺伝子組換え用として構築されたものが適している。   As an expression vector, a vector constructed for genetic recombination from a phage or plasmid capable of autonomously propagating in a host is suitable.

ファージとしては、例えば、後述する大腸菌を宿主とする場合には、Lambda gt10、Lambda gt11等が挙げられる。   Examples of the phage include Lambda gt10, Lambda gt11 and the like when using Escherichia coli described later as a host.

プラスミドとしては、例えば、大腸菌を宿主とする場合には、pBR322、pUC18、pUC118、pUC19、pUC119、pTrc99A、pBluescript、pET21−c、及びコスミドであるSuper Cos I等が挙げられる。   Examples of the plasmid include pBR322, pUC18, pUC118, pUC19, pUC119, pTrc99A, pBluescript, pET21-c, and Cosmid Super Cos I etc. when E. coli is used as the host.

宿主としてシュードモナスを用いる場合には、グラム陰性菌用広宿主域ベクターであるRSF1010、pBBR122、及びpCN51等が挙げられる。更に、レトロウイルス及びワクシニアウイルス等の動物ウイルス、並びにバキュロウイルス等の昆虫ウイルスベクターを用いることもできる。   When Pseudomonas is used as a host, RSF1010, pBBR122, and pCN51, which are broad host range vectors for gram-negative bacteria, can be mentioned. In addition, animal viruses such as retrovirus and vaccinia virus, and insect virus vectors such as baculovirus can also be used.

5.形質転換体
本発明の組換えベクターを用いて宿主を形質転換することによって形質転換体(以下、「本発明の形質転換体」と表記することもある)が得られる。
5. Transformant A transformant (hereinafter sometimes referred to as "the transformant of the present invention") is obtained by transforming a host using the recombinant vector of the present invention.

形質転換体の製造に使用される宿主としては、組換えベクターが安定であり、且つ自律増殖可能で外来性遺伝子の形質を発現できるのであれば特に制限されないが、例えば、大腸菌(Escherichia coli)等のエッシェリヒア属、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等に属する細菌;酵母;COS細胞等の動物細胞;Sf9等の昆虫細胞;アブラナ科等に属する植物体全体、植物器官(例えば、葉、花弁、茎、根及び種子等)、植物組織(例えば、表皮、師部、柔組織、木部および維管束等)、植物培養細胞等が挙げられる。これらの中でも大腸菌が好ましく、大腸菌DH5α、大腸菌BL21、大腸菌BL21(DE3)、大腸菌Rosetta2、大腸菌Rosetta2(DE3)、及び大腸菌JM109がより好ましい。   The host used for producing the transformant is not particularly limited as long as the recombinant vector is stable and capable of autonomous growth and capable of expressing a foreign gene trait, but, for example, Escherichia coli etc. Bacteria belonging to the genus Escherichia, bacteria belonging to the genus Bacillus such as Bacillus subtilis, and bacteria belonging to the genus Pseudomonas such as Pseudomonas putida; yeast; animal cells such as COS cells; insect cells such as Sf 9; Whole plants, plant organs (eg, leaves, petals, stems, roots and seeds), plant tissues (eg, epidermis, phloem, parenchyma, xylem and vascular bundles etc.), plant cultured cells, etc. Be Among these, E. coli is preferable, and E. coli DH5α, E. coli BL21, E. coli BL21 (DE3), E. coli Rosetta2, E. coli Rosetta2 (DE3), and E. coli JM109 are more preferable.

本発明の形質転換体は、宿主に本発明の組換えベクターを導入することによって得ることができ、宿主に組換えベクターを導入する条件は、宿主の種類等に応じて適宜設定すればよい。宿主が細菌の場合であれば、例えば、カルシウムイオン処理によるコンピテントセル用いる方法及びエレクトロポレーション法等が挙げられる。宿主が酵母の場合であれば、例えば、電気穿孔法(エレクトロポレーション法)、スフェロプラスト法及び酢酸リチウム法等が挙げられる。宿主が動物細胞の場合であれば、例えば、エレクトロポレーション法、リン酸カルシウム法及びリポフェクション法等が挙げられる。宿主が昆虫細胞の場合であれば、例えば、リン酸カルシウム法、リポフェクション法及びエレクトロポレーション法等が挙げられる。宿主が植物胞の場合であれば、例えば、エレクトロポレーション法、アグロバクテリウム法、パーティクルガン法及びPEG法等が挙げられる。   The transformant of the present invention can be obtained by introducing the recombinant vector of the present invention into a host, and the conditions for introducing the recombinant vector into the host may be appropriately set according to the type of host and the like. When the host is a bacterium, for example, methods using competent cells by calcium ion treatment, electroporation methods and the like can be mentioned. When the host is yeast, for example, electroporation (electroporation), spheroplast method, lithium acetate method and the like can be mentioned. When the host is an animal cell, for example, electroporation, calcium phosphate method, lipofection method and the like can be mentioned. When the host is an insect cell, for example, calcium phosphate method, lipofection method, electroporation method and the like can be mentioned. When the host is a plant vesicle, for example, electroporation, Agrobacterium method, particle gun method, PEG method and the like can be mentioned.

本発明の組換えベクターが宿主に組み込まれたか否かの確認は、PCR法、サザンハイブリダイゼーション法およびノーザンハイブリダイゼーション法等により行うことができる。   Whether or not the recombinant vector of the present invention has been incorporated into the host can be confirmed by PCR, Southern hybridization, Northern hybridization and the like.

PCR法よって本発明の組換えベクターが宿主に組み込まれたか否かを確認する場合、例えば、形質転換体から組換えベクターを分離・精製すればよい。   When confirming whether the recombinant vector of the present invention has been incorporated into the host by PCR, for example, the recombinant vector may be separated and purified from the transformant.

組換えベクターの分離・精製は、例えば、宿主が細菌の場合、細菌を溶菌して得られる溶菌物に基づいて行われる。溶菌の方法としては、例えばリゾチームなどの溶菌酵素により処理が施され、必要に応じてプロテアーゼ及び他の酵素並びにラウリル硫酸ナトリウム(SDS)等の界面活性剤が併用される。   For example, when the host is a bacterium, separation and purification of the recombinant vector are performed based on a lysate obtained by lysing the bacterium. The method of lysis is, for example, treated with a lysis enzyme such as lysozyme, and if necessary, a protease and other enzymes and a surfactant such as sodium lauryl sulfate (SDS) are used in combination.

更に、凍結融解およびフレンチプレス処理のような物理的破砕方法を組み合わせてもよい。溶菌物からのDNAの分離・精製は、例えば、フェノール処理およびプロテアーゼ処理による除蛋白処理、リボヌクレアーゼ処理、アルコール沈殿処理並びに市販のキットを適宜組み合わせることにより行うことができる。   Furthermore, physical disruption methods such as freeze-thaw and French pressing may be combined. Separation and purification of DNA from lysates can be performed, for example, by appropriately combining dephenolization treatment with phenol treatment and protease treatment, ribonuclease treatment, alcohol precipitation treatment, and a commercially available kit.

DNAの切断は、常法に従い、例えば制限酵素処理を用いて行うことができる。制限酵素としては、例えば特定のヌクレオチド配列に作用するII型制限酵素を用いる。DNAと発現ベクターとの結合は、例えばDNAリガーゼを用いて行う。   Cleavage of DNA can be performed according to a conventional method, for example, using restriction enzyme treatment. As a restriction enzyme, for example, a type II restriction enzyme that acts on a specific nucleotide sequence is used. The ligation of the DNA and the expression vector is performed using, for example, a DNA ligase.

その後、分離・精製したDNAを鋳型として、本発明のDNAに特異的なプライマーを設計してPCRを行う。PCRにより得られた増幅産物についてアガロースゲル電気泳動、ポリアクリルアミドゲル電気泳動、キャピラリー電気泳動等を行い、臭化エチジウムおよびSYBR Green液等により染色し、そして増幅産物をバンドとして検出することにより、形質転換されたことを確認することができる。   Thereafter, using the separated and purified DNA as a template, a primer specific to the DNA of the present invention is designed and PCR is performed. The amplified product obtained by PCR is subjected to agarose gel electrophoresis, polyacrylamide gel electrophoresis, capillary electrophoresis and the like, stained with ethidium bromide and SYBR Green solution, and the like, and the amplified product is detected as a band to give a trait. It can be confirmed that it has been converted.

また、予め蛍光色素等により標識したプライマーを用いてPCRを行い、増幅産物を検出することもできる。さらに、マイクロプレート等の固相に増幅産物を結合させ、蛍光および酵素反応等により増幅産物を確認する方法も採用してもよい。   Alternatively, amplification products can be detected by conducting PCR using primers previously labeled with a fluorescent dye or the like. Furthermore, a method may also be employed in which the amplification product is bound to a solid phase such as a microplate and the amplification product is confirmed by fluorescence, an enzyme reaction or the like.

6.ポリペプチドの製造
本発明のポリペプチドは、本発明の形質転換体を培養することによって製造することができる。
6. Production of Polypeptide The polypeptide of the present invention can be produced by culturing the transformant of the present invention.

本発明の形質転換体の培養形態は、宿主の栄養生理的性質を考慮して培養条件を選択すればよいが、好ましくは液体培養が挙げられる。工業的には通気攪拌培養を行うのが有利である。   The culture form of the transformant of the present invention may be selected from culture conditions in consideration of the nutritional and physiological properties of the host, but preferably includes liquid culture. Industrially, it is advantageous to carry out aeration and agitation culture.

培地の栄養源としては、形質転換体の生育に必要とされるものが使用され得る。炭素源としては、資化可能な炭素化合物であればよく、例えば、グルコース、シュークロース、ラクトース、マルトース、糖蜜、ピルビン酸等が挙げられる。   As a nutrient source of the medium, those required for growth of transformants can be used. The carbon source may be any assimilable carbon compound, and examples thereof include glucose, sucrose, lactose, maltose, molasses, pyruvic acid and the like.

窒素源としては、資化可能な窒素化合物であればよく、例えば、ペプトン、肉エキス、酵母エキス、カゼイン加水分解物、大豆粕アルカリ抽出物が挙げられる。   The nitrogen source may be any assimilable nitrogen compound, and examples thereof include peptone, meat extract, yeast extract, casein hydrolyzate, and soybean meal alkaline extract.

炭素源及び窒素源の他に、例えば、リン酸塩、炭酸塩、硫酸塩、マグネシウム、カルシウム、カリウム、鉄、マンガンおよび亜鉛などの塩類、特定のアミノ酸並びに特定のビタミンなどを必要に応じて使用してもよい。   In addition to carbon sources and nitrogen sources, for example, phosphates, carbonates, sulfates, salts such as magnesium, calcium, potassium, iron, manganese and zinc, specific amino acids and specific vitamins, etc., as required You may

培養温度は、本発明の形質転換体が生育可能であり、且つ本発明の形質転換体が本発明のポリペプチドを産生する範囲で適宜設定し得るが、好ましくは15〜37℃程度である。培養は、本発明のポリペプチドが最高収量に達する時期を見計らって適当時期に完了すればよく、通常は培養時間が12〜48時間程度である。   The culture temperature can be set as appropriate as long as the transformant of the present invention can grow and the transformant of the present invention can produce the polypeptide of the present invention, but is preferably about 15 to 37 ° C. Culturing may be completed at an appropriate time in anticipation of reaching the maximum yield of the polypeptide of the present invention, and the culturing time is usually about 12 to 48 hours.

培地のpHは、宿主が発育し、宿主が変異型ACS
を産生する範囲で適宜変更し得るが、好ましくはpH5.0〜9.0程度の範囲である。
The pH of the culture medium is such that the host develops and the host is mutated ACS
The pH may be suitably changed within the range of producing, but preferably in the range of about pH 5.0 to 9.0.

本発明の形質転換体を培養し、培養液を遠心分離などの方法により培養上清または菌体を回収し、菌体は超音波およびフレンチプレスといった機械的方法又はリゾチーム等の溶菌酵素により処理を施し、必要に応じてプロテアーゼ等の酵素やラウリル硫酸ナトリウム(SDS)等の界面活性剤を使用することにより可溶化し、本発明のポリペプチドを含む水溶性画分を得ることができる。   The transformant of the present invention is cultured, and the culture supernatant is collected by a method such as centrifugation to recover the culture supernatant or cells, and the cells are treated with a mechanical method such as ultrasound and French press or a lytic enzyme such as lysozyme A water-soluble fraction containing the polypeptide of the present invention can be obtained by applying and using an enzyme such as protease or a surfactant such as sodium lauryl sulfate (SDS) if necessary.

また、適当な発現ベクターと宿主を選択することにより、発現した本発明のポリペプチドを培養液中に分泌させることもできる。   Alternatively, the expressed polypeptide of the present invention can be secreted into the culture solution by selecting an appropriate expression vector and host.

上記のようにして得られた本発明のポリペプチドを含む水溶性画分は、そのまま精製処理に供してもよいが、該水溶性画分中の本発明のポリペプチドを濃縮した後に精製処理に供してもよい。   The water-soluble fraction containing the polypeptide of the present invention obtained as described above may be subjected to purification treatment as it is, but after concentration of the polypeptide of the present invention in the water-soluble fraction, purification treatment may be carried out You may use it.

濃縮は、例えば、減圧濃縮、膜濃縮、塩析処理、親水性有機溶媒(例えば、メタノール、エタノールおよびアセトン)による分別沈殿法等により行うことができる。   The concentration can be carried out, for example, by vacuum concentration, membrane concentration, salting-out, fractional precipitation with a hydrophilic organic solvent (eg, methanol, ethanol and acetone), or the like.

本発明のポリペプチドの精製処理は、例えば、ゲルろ過、吸着クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、アフィニティクロマトグラフィー等の方法を適宜組み合わせることによって行うことができる。   The purification process of the polypeptide of the present invention can be performed, for example, by appropriately combining methods such as gel filtration, adsorption chromatography, ion exchange chromatography, affinity chromatography and the like.

前記精製処理は既に公知であり、適当な文献、雑誌および教科書等を参照することで進めることができる。このようにして精製された本発明のポリペプチは、必要に応じて、凍結乾燥、真空乾燥、スプレードライ等により粉末化して市場に流通させることができる。   The purification process is already known and can be carried out by referring to appropriate documents, magazines, textbooks and the like. The polypeptide of the present invention thus purified can, if necessary, be powdered by lyophilization, vacuum drying, spray drying or the like and distributed in the market.

次に、本発明を具体的に説明するが、本発明は以下に限定されるものではない。   Next, the present invention will be specifically described, but the present invention is not limited to the following.

1.被改変酵素と参照酵素の同定
本実施例では、被改変酵素としてTthIPMDを使用し、参照酵素として大腸菌由来のIPMDH(以下、EcoIPMDHとも表記する)を使用した。
1. Identification of Modified Enzyme and Reference Enzyme In this example, TthIPMD was used as the modified enzyme, and IPMDH derived from E. coli (hereinafter also referred to as EcoIPMDH) was used as the reference enzyme.

TthIPMDHのアミノ酸配列、及びTthIPMDHをコードするDNAの塩基配列はすでに公知であり、その配列情報はNCBIホームページ(http://www.ncbi.nlm.nih。gov/)より取得することができる。TthIPMDHのアミノ酸配列を配列表の配列番号1に、該アミノ酸配列をコードするDNAの塩基配列を配列表の配列番号2に示す。また、EcoIPMDHのアミノ酸配列も公知であり、上述のとおり、その配列情報を取得することができる。EcoIPMDHのアミノ酸配列を配列表の配列番号3に示す。   The amino acid sequence of TthIPMDH and the base sequence of DNA encoding TthIPMDH are already known, and the sequence information can be obtained from the NCBI website (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/). The amino acid sequence of TthIPMDH is shown in SEQ ID NO: 1 of the Sequence Listing, and the base sequence of DNA encoding the amino acid sequence is shown in SEQ ID NO: 2 of the Sequence Listing. In addition, the amino acid sequence of EcoIPMDH is also known, and as described above, its sequence information can be obtained. The amino acid sequence of EcoIPMDH is shown in SEQ ID NO: 3 of the sequence listing.

2.被改変酵素(TthIPMDH)の遺伝子の単離
サーマス・サーモフィラス HB8株を培養し定法により抽出したゲノムDNAを鋳型に、配列番号4と配列番号5のオリゴヌクレオチドを用いてPCRにより野生型TthIPMDHのDNAを増幅させた。エタノール沈殿により精製した該DNAとプラスミドpET21cを夫々制限酵素NdeIとHindIIIで切断し、切断された夫々のDNA断片をアガロースゲル電気泳動に供し、ゲルからDNAを精製した。精製されたTthIPMDHのDNA断片とpET21c断片を混合してLigation High(東洋紡製)を使用してライゲーションさせ、大腸菌JM109を形質転換して培養し、単一コロニーからプラスミドを精製し、DNAシーケンスにより配列番号2に示す塩基配列からなるDNAをクローニングされたことが確認された。該塩基配列から、配列番号1に示すアミノ酸配列からなるTthIPMDHをコードしていることも確認された。
2. Isolation of the gene of the modified enzyme (TthIPMDH) The wild-type TthIPMDH DNA was PCR-PCR using the oligonucleotides of SEQ ID NO: 4 and SEQ ID NO: 5 with the genomic DNA extracted by the standard method by culturing Thermus thermophilus strain HB8 as a template. It was amplified. The DNA purified by ethanol precipitation and the plasmid pET21c were digested with restriction enzymes NdeI and HindIII, respectively, the digested DNA fragments were subjected to agarose gel electrophoresis, and the DNA was purified from gel. The purified TthIPMDH DNA fragment and the pET21c fragment are mixed and ligated using Ligation High (Toyobo Co., Ltd.), E. coli JM109 is transformed and cultured, the plasmid is purified from a single colony, and the sequence is determined by DNA sequencing. It was confirmed that a DNA consisting of the nucleotide sequence shown in No. 2 was cloned. From the base sequence, it was also confirmed that it encoded TthIPMDH consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1.

3.被改変酵素(TthIPMDH)への変異導入部位の決定
補酵素NAD+及び基質3−イソプロピルリンゴ酸と複合体を形成したTthIPMDHの立体構造情報(PDB ID:4F7I)をPDBホームページより取得し、該構造をSwiss−PdbViewerにより可視化した。補酵素NAD+及び基質3−イソプロピルリンゴ酸と結合するアミノ酸残基から8Å内に存在するアミノ酸残基を抽出した。同時に、配列番号1に示されるTthIPMDHのアミノ酸配列と、配列番号3に示されるEcoIPMDHのアミノ酸配列を用いてClustalWによりペアワイズアライメント図を作成し、前記8Å内に存在するアミノ酸残基をマークした。結果を図1に示す。図1においては、TthIPMDHのアミノ酸配列における前記8Å内に存在するアミノ酸残基にアンダーバーを付している。この中で、TthIPMDHとEcoIPMDHの間でアミノ酸残基が異なる部分を白抜き四角でマークした。
3. Determination of the site of mutation introduction into the modified enzyme (TthIPMDH) The tertiary structure information (PDB ID: 4F7I) of TthIPMDH complexed with the coenzyme NAD + and substrate 3-isopropylmalate was obtained from the PDB home page, and the structure Were visualized by Swiss-PdbViewer. Amino acid residues present within 8 Å were extracted from amino acid residues that bind to coenzyme NAD + and substrate 3-isopropylmalate. At the same time, a pairwise alignment was made with ClustalW using the amino acid sequence of TthIPMDH shown in SEQ ID NO: 1 and the amino acid sequence of EcoIPMDH shown in SEQ ID NO: 3, and the amino acid residues present within 8 Å were marked. The results are shown in FIG. In FIG. 1, the amino acid residues present within 8 Å in the amino acid sequence of TthIPMDH are underlined. Among these, the portions different in amino acid residue between TthIPMDH and EcoIPMDH were marked by open squares.

例えば、図1において、TthIPMDHのアミノ酸配列におけるN末端から7残基目〜12残基目(「PGDGIG」)は該8Å内に存在する。一方、EcoIPMDHのアミノ酸配列において、これと対応する部位はTthIPMDHと同一(「PGDGIG」)であり、この領域には変異導入部位を設計しなかった。   For example, in FIG. 1, the 7th to 12th residues ("PGDGIG") from the N-terminus in the amino acid sequence of TthIPMDH are present within 8 Å. On the other hand, in the amino acid sequence of EcoIPMDH, the corresponding site is the same as TthIPMDH ("PGDGIG"), and no mutation site was designed in this region.

また、図1において、TthIPMDHのアミノ酸配列におけるN末端から41残基目〜42残基目(「FG」)は該8Å内に存在する。一方、EcoIPMDHのアミノ酸配列において、これと対応する部位は「VG」であり、41番目の残基が異なっていた。従って、41番目のフェニルアラニン(F41)をバリン(V)に変更する変異(F41V)を導入することに決定した。   Further, in FIG. 1, residues 41 to 42 ("FG") from the N-terminus in the amino acid sequence of TthIPMDH are present within 8 Å. On the other hand, in the amino acid sequence of EcoIPMDH, the corresponding site was "VG", and the 41st residue was different. Therefore, it was decided to introduce a mutation (F41V) that changes the 41st phenylalanine (F41) to valine (V).

更に、図1において、TthIPMDHのアミノ酸配列におけるN末端から324残基目〜327残基目(「PP−DL」)は該8Å内に存在する。一方、EcoIPMDHのアミノ酸配列において、これと対応する部位は「RTGDL」であり、324番目と325番目のアミノ酸残基、及び325番目と326番目に挿入が入る形で異なっていた。従って、324番目のプロリン(P)をアルギニン(R)、325番目のプロリンをスレオニン(T)、325番目と326番目にグリシン(G)を挿入する変異(P324R/P325T/326G(INSERTION))を導入することに決定した。   Furthermore, in FIG. 1, residues 324 to 327 ("PP-DL") from the N-terminus in the amino acid sequence of TthIPMDH are present within 8 Å. On the other hand, in the amino acid sequence of EcoIPMDH, the corresponding site was "RTGDL", which was different in the form in which the 324th and 325th amino acid residues and the 325th and 326th insertions were inserted. Therefore, mutations (P324R / P325T / 326G (INSERTION)) that insert proline (P) at position 324 arginine (R), proline 325 at position threonine (T), and positions 325 and 326 glycine (G) I decided to introduce it.

他の領域についても同様に検討し、変異導入部位を決定した。   The other regions were also examined in the same manner to determine the mutation site.

上記の検討の結果、表1に示す変異導入を夫々施すことに決定した。   As a result of the above examination, it was decided to introduce the mutations shown in Table 1 respectively.

4.被改変酵素(TthIPMDH)の遺伝子への部位特異的変異導入
TthIPMDH遺伝子への部位特異的変異導入は、前記表1に併記した配列番号6〜27に示す変異導入用オリゴヌクレオチドと、配列番号28及び配列番号29に示す増幅用オリゴヌクレオチド、前記TthIPMDH遺伝子をクローニングしたpET21cベクター(以下、pET21c−TthIPMDHとも記述する)を利用した。
4. Site-Directed Mutagenesis of the Modified Enzyme (TthIPMDH) into a Gene Site-directed mutagenesis of the TthIPMDH gene was carried out by using oligonucleotides for mutation shown in SEQ ID NOS: 6 to 27 listed in Table 1 and SEQ ID NO: 28 and The oligonucleotide for amplification shown to sequence number 29 and pET21c vector (Hereinafter, it describes also as pET21c-TthIPMDH) which cloned the said TthIPMDH gene were utilized.

変異導入はSOE(Splicing by overlap extension)−PCR法により実施した。方法の概略を図2に示す。   Mutagenesis was performed by SOE (Splicing by overlap extension) -PCR method. The outline of the method is shown in FIG.

即ち、表1におけるmut1遺伝子の合成は図2に示すように以下の(1)〜(3)の手順で行なった。   That is, as shown in FIG. 2, the synthesis of mut1 gene in Table 1 was carried out by the following procedures (1) to (3).

(1)PCR#1
図2におけるプライマーaは、pET21c配列上に設計されたT7 promoter primerであり、配列番号28に示されるオリゴヌクレオチドである。プライマーdは、配列表の配列番号7に示されるオリゴヌクレオチドである。該オリゴヌクレオチドは、F41Vの変異を導入するように設計されている。表2に示すPCR反応溶液を準備し、98℃:30秒、53℃:30秒、72℃:120秒の反応を25サイクル実施した。増幅されたプライマーa〜d間のDNA断片をアガロースゲル電気泳動に供し、ゲルから該DNA断片を精製した。
(1) PCR # 1
Primer a in FIG. 2 is a T7 promoter primer designed on pET21c sequence, and is an oligonucleotide shown in SEQ ID NO: 28. Primer d is an oligonucleotide shown in SEQ ID NO: 7 in the sequence listing. The oligonucleotide is designed to introduce a mutation of F41V. The PCR reaction solutions shown in Table 2 were prepared, and 25 cycles of 98 ° C .: 30 seconds, 53 ° C .: 30 seconds, 72 ° C .: 120 seconds were performed. The DNA fragment between the amplified primers a to d was subjected to agarose gel electrophoresis, and the DNA fragment was purified from the gel.

(2)PCR#2
図2におけるプライマーbは、pET21c配列上に設計されたT7 terminator primerであり、配列番号29に示されるオリゴヌクレオチドである。プライマーcは、配列番号6に示されるオリゴヌクレオチドである。該オリゴヌクレオチドは、F41Vの変異を導入するように設計されている。表3に示すPCR反応溶液を準備し、98℃:30秒、53℃:30秒、72℃:120秒の反応を25サイクル実施した。増幅されたプライマーc〜b間のDNA断片をアガロースゲル電気泳動に供し、ゲルから該DNA断片を精製した。
(2) PCR # 2
Primer b in FIG. 2 is a T7 terminator primer designed on pET21c sequence, and is an oligonucleotide shown in SEQ ID NO: 29. Primer c is the oligonucleotide shown in SEQ ID NO: 6. The oligonucleotide is designed to introduce a mutation of F41V. The PCR reaction solutions shown in Table 3 were prepared, and 25 cycles of 98 ° C .: 30 seconds, 53 ° C .: 30 seconds, 72 ° C .: 120 seconds were performed. The DNA fragment between the amplified primers c and b was subjected to agarose gel electrophoresis, and the DNA fragment was purified from the gel.

(3)PCR#3
PCR#1およびPCR#2で得られたDNA断片を鋳型に、プライマーaとプライマーbを用いて表4に示すPCR反応溶液を準備し、98℃:30秒、53℃:30秒、72℃:120秒の反応を25サイクル実施した。増幅されたプライマーc〜b間のDNA断片をアガロースゲル電気泳動に供し、ゲルから該DNA断片を精製した。
(3) PCR # 3
Prepare PCR reaction solutions shown in Table 4 using the DNA fragments obtained by PCR # 1 and PCR # 2 as templates and primers a and b, 98 ° C: 30 seconds, 53 ° C: 30 seconds, 72 ° C : 120 cycles of reaction were carried out for 25 cycles. The DNA fragment between the amplified primers c and b was subjected to agarose gel electrophoresis, and the DNA fragment was purified from the gel.

mut2〜mut11の部位特異的変異導入を施したTthIPMDHについても、表1に示す所定の変異導入用オリゴヌクレオチドを使用し、上記(1)〜(3)の手順に従って合成した。   The TthIPMDH subjected to site-directed mutagenesis of mut2 to mut11 was also synthesized according to the procedure of (1) to (3) above using a predetermined oligonucleotide for mutation shown in Table 1.

得られたmut1〜mut11遺伝子を、夫々表5に示す組成の溶液にて制限酵素処理し、アガロースゲル電気泳動に供し、ゲルから精製した。
The obtained mut1 to mut11 genes were each treated with a restriction enzyme with a solution having the composition shown in Table 5, subjected to agarose gel electrophoresis, and purified from the gel.

NdeI、HindIIIで切断処理したmut1〜mut11遺伝子を夫々表6に示す組成の溶液にてライゲーション処理し、該反応溶液を大腸菌JM109コンピテントセルに添加して形質転換させ、LB寒天培地上(1.0%トリプトン、0.5%酵母エキス、1.0%塩化ナトリウム、1.5%寒天、0.1g/mlアンピシリン)で、37℃、18時間培養して形質転換体のコロニーを出現させた。単一コロニーをLB培地に植菌し、一晩培養した後、アルカリ−SDS法によりプラスミドを精製し、シーケンスにより所望の変異が導入され、且つPCR反応による予期しない突然変異が導入されていないことを確認した。   The mut1 to mut11 genes digested with NdeI and HindIII are ligated with a solution having the composition shown in Table 6, respectively, and the reaction solution is added to E. coli JM109 competent cells for transformation, and the cells are transformed onto LB agar medium (1. The transformant colonies appeared by culturing at 37 ° C. for 18 hours with 0% tryptone, 0.5% yeast extract, 1.0% sodium chloride, 1.5% agar, 0.1 g / ml ampicillin) . Inoculate a single colony into LB medium, culture overnight, purify the plasmid by alkaline-SDS method, introduce the desired mutation by sequencing, and do not introduce unexpected mutation by PCR reaction It was confirmed.

5.TthIPMDH及びその改変体の遺伝子の組換え発現と精製
実施例1で取得した野生型TthIPMDH及びmut1〜mut11のプラスミドを用いて大腸菌Rosetta2(DE3)を形質転換し、LB寒天培地上(1.0%トリプトン、0.5%酵母エキス、1.0%塩化ナトリウム、1.5%寒天、0.1g/mlアンピシリン)で、37℃、16時間培養して形質転換体のコロニーを出現させた。
5. Recombinant Expression and Purification of TthIPMDH and its Modified Genes The plasmids of wild type TthIPMDH and mut1 to mut11 obtained in Example 1 were used to transform E. coli Rosetta2 (DE3), and the cells were plated on LB agar (1.0% The transformant colonies were appeared by culturing in tryptone, 0.5% yeast extract, 1.0% sodium chloride, 1.5% agar, 0.1 g / ml ampicillin) at 37 ° C. for 16 hours.

単一コロニーを100mlのLB培地に植菌し、37℃で24時間培養してTthIPMDH、及びTthIPMDHの改変体を発現させた。遠心分離により形質転換体を集菌し、−80℃で一度凍結した後、0.5mM EDTAを含む20mM リン酸緩衝液(pH7.6)で懸濁した。懸濁した形質転換体を超音破砕機により破砕し、遠心分離(30,000rpm、20分)して破砕液の上清を回収し、70℃、15分間の熱処理に供して大腸菌由来のタンパク質を熱変性させ、さらに遠心分離して変性タンパク質を除去した上清を回収した。   Single colonies were inoculated in 100 ml of LB medium and cultured at 37 ° C. for 24 hours to express TthIPMDH and variants of TthIPMDH. The transformant was harvested by centrifugation, frozen once at -80 ° C, and then suspended in 20 mM phosphate buffer (pH 7.6) containing 0.5 mM EDTA. The suspended transformant is disrupted by an ultrasonic crusher, centrifuged (30,000 rpm, 20 minutes) to recover the supernatant of the disrupted solution, and subjected to heat treatment at 70 ° C. for 15 minutes to obtain E. coli-derived protein The solution was heat denatured and further centrifuged to recover the denatured protein-removed supernatant.

該上清を、予め0.5mM EDTAを含む20mM リン酸緩衝液(pH7.6)で平衡化したHiTrapQ(GEヘルスケア製)カラムへ流してTthIPMDH又はその改変体を吸着させ、0Mから1Mの塩化カリウムの濃度勾配によりTthIPMDH又はその改変体を溶出させた。TthIPMDH又はその改変体の溶出画分を回収して20%飽和となるよう硫酸アンモニウムを添加し、あらかじめ20%飽和硫安および0.5mM EDTAを含む20mM リン酸緩衝液(pH7.6)で平衡化したButyl−toyopearlカラムへ流してIPMDHを吸着させ、20%飽和硫安から0%硫安の濃度勾配により、精製されたTthIPMDH又はその改変体を溶出させた。   The supernatant is applied to a HiTrap Q (manufactured by GE Healthcare) column previously equilibrated with 20 mM phosphate buffer (pH 7.6) containing 0.5 mM EDTA to adsorb TthIPMDH or a variant thereof, TthIPMDH or its variant was eluted with a potassium chloride concentration gradient. The eluted fraction of TthIPMDH or its variant was collected, ammonium sulfate was added to 20% saturation, and it was previously equilibrated with 20 mM phosphate buffer (pH 7.6) containing 20% saturated ammonium sulfate and 0.5 mM EDTA. The IPMDH was adsorbed onto a Butyl-toyopearl column, and purified TthIPMDH or its modified product was eluted with a concentration gradient of 20% saturated ammonium sulfate to 0% ammonium sulfate.

精製されたTthIPMDH及びその改変体を夫々0.5mM EDTAを含む20mM リン酸緩衝液(pH8.0)で透析し、以下の活性測定に使用する精製標品を取得した。   The purified TthIPMDH and its modified product were dialyzed against 20 mM phosphate buffer (pH 8.0) containing 0.5 mM EDTA, respectively, to obtain a purified preparation to be used for the following activity measurement.

5.各TthIPMDH改変体の25℃における活性の比較
TthIPMDHの改変体の低温活性を、変異を導入していないTthIPMDHと比較するため、25℃における活性測定を行った。測定条件は、前述する通りである。
5. Comparison of the activity at 25 ° C. of each Tth IPMDH variant In order to compare the low temperature activity of the variant of Tth IP MDH with Tth IP MDH not introduced with mutation, the activity measurement at 25 ° C. was performed. The measurement conditions are as described above.

得られた結果を図3に示す。mut2、mut6、mut7を除く8つの改変体は、25℃において、TthIPMDH(野生型)と同程度あるいは高い比活性を示した。特に、TthIPMDH(野生型)に比べて、mut3は3.40倍、mut5は3.16倍、mut9は10.86倍、mut11は7.20倍高い比活性を示した。   The obtained result is shown in FIG. Eight variants except mut2, mut6 and mut7 showed specific activity as high as or higher than that of TthIPMDH (wild-type) at 25 ° C. In particular, relative to TthIPMDH (wild-type), mut3 showed a specific activity 3.40 times, mut5 3.16 times, mut9 10.86 times, and mut11 7.20 times higher.

TthIPMDHを被改変酵素としたモデル実験によって、11種類の改変体から4種類もの改変体、即ち実に36%もの効率で、低温における酵素活性が格段に向上した改変体の取得に成功した。広く一般に利用されるランダム変異導入とスクリーニングを組み合わせた方法では、1,000〜30,000個の改変体から有望改変体を探索することが必要であるため、これほど高効率に有望改変体を取得できることは従来技術から想定されず、本発明が産業用酵素の改変方法としてきわめて優れていると結論できる。   As a result of a model experiment using TthIPMDH as the modified enzyme, as many as four variants from 11 variants, that is, variants having an extremely improved enzyme activity at low temperature with an efficiency as high as 36% were successfully obtained. A widely used method combining random mutagenesis and screening requires searching for potential variants from 1,000 to 30,000 variants, so that such potential variants can be made with such high efficiency. What can be obtained is not assumed from the prior art, and it can be concluded that the present invention is extremely excellent as a method for modifying industrial enzymes.

6.変異の組合せによる25℃における活性の更なる向上
25℃における活性が大幅に向上したmut9とmut11の変異を組み合わせたmut9/11改変体酵素を、実施例1〜2に記載の方法により作製し、実施例3と同様に25℃における比活性を、TthIPMDH(野生型)、mut9、およびmut11と比較した。
6. Further improvement of the activity at 25 ° C. by the combination of mutations The mut9 / 11 variant enzyme combining mutations of mut9 and mut11 whose activity at 25 ° C. was greatly improved was prepared by the method described in Examples 1-2, The specific activity at 25 ° C. was compared to TthIPMDH (wild-type), mut9 and mut11 as in Example 3.

得られた結果を図4に示す。mut9/11の比活性は、25℃において、TthIPMDH(野生型)に比べて12.0倍向上しており、mut9及びmut11に比べても比活性が向上していた。   The obtained result is shown in FIG. The specific activity of mut9 / 11 was improved 12.0 times at 25 ° C. as compared to TthIPMDH (wild-type), and the specific activity was also improved as compared to mut9 and mut11.

以上のように、被改変酵素(TthIPMDH)において、基質結合部位及び/又は補酵素結合部位から8Åの距離に存在するアミノ酸残基に着目し、参照酵素(EcoIPMDH)の対応する部位のアミノ酸配列を参考にして、アミノ酸変異を導入することによって、低温での酵素活性が向上した改変体を効率的に取得することができた。以上の試験では、被改変酵素としてTthIPMDHを使用した例を示しているが、以下述べる理由から、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素以外の種類の酵素についても、TthIPMDHと同様に、基質結合部位及び/又は補酵素結合部位から8Åの距離に存在するアミノ酸残基に着目して、変異を導入することによって、低温での酵素活性が向上した改変体を効率的に取得することができると考えられる。   As described above, in the modified enzyme (TthIPMDH), paying attention to the substrate binding site and / or the amino acid residue present at a distance of 8 Å from the coenzyme binding site, the amino acid sequence of the corresponding site of the reference enzyme (EcoIPMDH) As a reference, by introducing an amino acid mutation, it was possible to efficiently obtain a variant having improved enzyme activity at low temperature. The above test shows an example using TthIPMDH as the modified enzyme, but for the reason described below, the substrate binding site and the enzyme other than 3-isopropylmalate dehydrogenase are also similar to TthIPMDH. By introducing a mutation focusing on amino acid residues present at a distance of 8 Å from the coenzyme binding site, it is considered possible to efficiently obtain a variant with improved enzyme activity at low temperatures. .

好熱菌由来の酵素は、耐熱性を備えており、構造を安定化させるために、常温菌由来の酵素に比べて分子内の疎水性相互作用及びイオン結合が強く、この傾向は酵素/補酵素/基質複合体の形成時においても同様である。常温付近において、この強固な酵素/補酵素/基質複合体は、代謝回転(酵素1分子が1秒間に基質を触媒する速度)を低下させる。故に、好熱菌由来の酵素は、常温菌由来の酵素に比べ、常温付近における比活性が低くなる。一方、好熱菌由来の酵素において、酵素と補酵素及び基質結合部位に係る(及びその周辺8Åの)アミノ酸残基を常温菌由来のアミノ酸に置換することにより、常温付近における上記の酵素/補酵素/基質複合体が不安定化され、不安定化されることが代謝回転の上昇に寄与すると考えられる。このことが、該変異法が、好熱菌由来酵素を低温活性化させるメカニズムと類推される。それ故、基質結合部位及び/又は補酵素結合部位から8Åの距離に存在するアミノ酸残基に着目して、変異を導入する方法は、好熱菌由来の酵素であって、補酵素(好ましくはNAD)を要求し、立体構造が明らかで、且つ常温菌由来の酵素の配列を比較することさえできれば、その酵素の種類によらず、低温における比活性を向上させることができると考えられる。勿論、本発明は、ここで述べたメカニズム等に限定して解釈されるものではない。   Thermophilic bacteria-derived enzymes have heat resistance, and in order to stabilize the structure, hydrophobic interactions and ionic bonds in the molecule are stronger than enzymes derived from thermophilic bacteria, and this tendency is The same applies to the formation of the enzyme / substrate complex. Near room temperature, this robust enzyme / coenzyme / substrate complex reduces turnover (the rate at which one molecule of enzyme catalyzes the substrate in one second). Therefore, the thermophilic bacterium-derived enzyme has a lower specific activity at around normal temperature than the enzyme derived from the thermophilic bacterium. On the other hand, in the thermophilic bacterium-derived enzyme, the above-mentioned enzyme / supplement at around normal temperature is substituted by substituting the amino acid residue derived from a thermophilic bacterium with the enzyme and coenzyme and the substrate binding site (and its surrounding 8 Å). It is believed that destabilization and destabilization of the enzyme / substrate complex contributes to the increase in turnover. This is analogized to the mechanism by which the mutation method activates the thermophilic bacterium-derived enzyme at a low temperature. Therefore, focusing on amino acid residues present at a distance of 8 Å from the substrate binding site and / or the coenzyme binding site, the method of introducing a mutation is a thermophilic bacterium-derived enzyme, preferably a coenzyme (preferably It is considered that the specific activity at low temperature can be improved regardless of the type of the enzyme if it requires NAD), the three-dimensional structure is clear, and the sequences of enzymes from cold bacteria can be compared. Of course, the present invention should not be construed as being limited to the mechanism and the like described herein.

Claims (5)

下記(A)〜(O)のいずれかに示すポリペプチド:
(A)配列番号1に示すアミノ酸配列における78番目がグルタミン酸に置換されたアミノ酸配列からなるポリペプチド、
(B)配列番号1に示すアミノ酸配列における214番目がメチオニン、グリシン又はアラニンに置換、216番目がイソロイシン、ロイシン又はバリンに置換、218番目がアスパラギン、セリン又はグルタミンに置換、219番目がアラニン、メチオニン又はグリシンに置換、222番目がグルタミン、アスパラギン又はセリンに置換、225番目がリジン又はヒスチジンに置換、且つ229番目がグルタミン、アスパラギン又はセリンに置換されたアミノ酸配列からなるポリペプチド、
(C)配列番号1に示すアミノ酸配列における272番目がアラニン、メチオニン又はグリシンに置換、且つ273番目がグリシン、アラニン又はメチオニンに置換されたアミノ酸配列からなるポリペプチド、
(D)配列番号1に示すアミノ酸配列における324番目がアルギニン、リジン又はヒスチジンに置換、325番目がスレオニン、グルタミン又はアスパラギンに置換、且つ325番目と326番目の間にグリシン、アラニン又はメチオニンが挿入されてなるアミノ酸配列からなるポリペプチド、
(E)配列番号1に示すアミノ酸配列における272番目がアラニン、メチオニン又はグリシンに置換、273番目がグリシン、アラニン又はメチオニンに置換、324番目がアルギニン、リジン又はヒスチジンに置換、325番目がスレオニン、グルタミン又はアスパラギンに置換、且つ325番目と326番目の間にグリシン、アラニン又はメチオニンが挿入されてなるアミノ酸配列からなるポリペプチド、
(F)配列番号1に示すアミノ酸配列における78番目がグルタミン酸に置換されたアミノ酸配列において、78番目以外のアミノ酸の1個又は数個が置換、付加、挿入又は欠失されてなり、且つ、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、配列番号1に示すアミノ酸配列からなる3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素と比較して25℃での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチド、
(G)配列番号1に示すアミノ酸配列における214番目がメチオニン、グリシン又はアラニンに置換、216番目がイソロイシン、ロイシン又はバリンに置換、218番目がアスパラギン、セリン又はグルタミンに置換、219番目がアラニン、メチオニン又はグリシンに置換、222番目がグルタミン、アスパラギン又はセリンに置換、225番目がリジン又はヒスチジンに置換、且つ229番目がグルタミン、アスパラギン又はセリンに置換されたアミノ酸配列において、214番目、216番目、218番目、219番目、222番目、225番目、及び229番目以外のアミノ酸の1個又は数個が置換、付加、挿入又は欠失されてなり、且つ、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、配列番号1に示すアミノ酸配列からなる3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素と比較して25℃での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチド、
(H)配列番号1に示すアミノ酸配列における272番目がアラニン、メチオニン又はグリシンに置換、且つ273番目がグリシン、アラニン又はメチオニンに置換されたアミノ酸配列において、272番目及び273番目以外のアミノ酸の1個又は数個が置換、付加、挿入又は欠失されてなり、且つ、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、配列番号1に示すアミノ酸配列からなる3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素と比較して25℃での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチド、
(I)配列番号1に示すアミノ酸配列における324番目がアルギニン、リジン又はヒスチジンに置換、325番目がスレオニン、グルタミン又はアスパラギンに置換、且つ325番目と326番目の間にグリシン、アラニン又はメチオニンが挿入されてなるアミノ酸配列において、324番目及び325番目のアミノ酸並びに325番目と326番目の間に挿入されるアミノ酸以外のアミノ酸の1個又は数個が置換、付加、挿入又は欠失されてなり、且つ、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、配列番号1に示すアミノ酸配列からなる3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素と比較して25℃での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチド、
(J)配列番号1に示すアミノ酸配列における272番目がアラニン、メチオニン又はグリシンに置換、273番目がグリシン、アラニン又はメチオニンに置換、324番目がアルギニン、リジン又はヒスチジンに置換、325番目がスレオニン、グルタミン又はアスパラギンに置換、且つ325番目と326番目の間にグリシン、アラニン又はメチオニンが挿入されてなるアミノ酸配列において、272番目、273番目、324番目及び325番目のアミノ酸並びに325番目と326番目の間に挿入されるアミノ酸以外のアミノ酸の1個又は数個が置換、付加、挿入又は欠失されてなり、且つ、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、配列番号1に示すアミノ酸配列からなる3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素と比較して25℃での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチド、
(K)配列番号1に示すアミノ酸配列における78番目がグルタミン酸に置換されたアミノ酸配列において、78番目のアミノ酸を除いた配列同一性が90%以上であり、且つ、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、配列番号1に示すアミノ酸配列からなる3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素と比較して25℃での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチド、
(L)配列番号1に示すアミノ酸配列における214番目がメチオニン、グリシン又はアラニンに置換、216番目がイソロイシン、ロイシン又はバリンに置換、218番目がアスパラギン、セリン又はグルタミンに置換、219番目がアラニン、メチオニン又はグリシンに置換、222番目がグルタミン、アスパラギン又はセリンに置換、225番目がリジン又はヒスチジンに置換、且つ229番目がグルタミン、アスパラギン又はセリンに置換されたアミノ酸配列において、214番目、216番目、218番目、219番目、222番目、225番目、及び229番目のアミノ酸を除いた配列同一性が90%以上であり、且つ、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、配列番号1に示すアミノ酸配列からなる3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素と比較して25℃での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチド、
(M)配列番号1に示すアミノ酸配列における272番目がアラニン、メチオニン又はグリシンに置換、且つ273番目がグリシン、アラニン又はメチオニンに置換されたアミノ酸配列において、272番目及び273番目のアミノ酸を除いた配列同一性が90%以上であり、且つ、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、配列番号1に示すアミノ酸配列からなる3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素と比較して25℃での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチド、
(N)配列番号1に示すアミノ酸配列における324番目がアルギニン、リジン又はヒスチジンに置換、325番目がスレオニン、グルタミン又はアスパラギンに置換、且つ325番目と326番目の間にグリシン、アラニン又はメチオニンが挿入されてなるアミノ酸配列において、324番目及び325番目のアミノ酸並びに325番目と326番目の間に挿入されるアミノ酸を除いた配列同一性が90%以上であり、且つ、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、配列番号1に示すアミノ酸配列からなる3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素と比較して25℃での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチド、
(O)配列番号1に示すアミノ酸配列における272番目がアラニン、メチオニン又はグリシンに置換、273番目がグリシン、アラニン又はメチオニンに置換、324番目がアルギニン、リジン又はヒスチジンに置換、325番目がスレオニン、グルタミン又はアスパラギンに置換、且つ325番目と326番目の間にグリシン、アラニン又はメチオニンが挿入されてなるアミノ酸配列において、272番目、273番目、324番目及び325番目のアミノ酸並びに325番目と326番目の間に挿入されるアミノ酸を除いた配列同一性が90%以上であり、且つ、3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性を有し、配列番号1に示すアミノ酸配列からなる3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素と比較して25℃での3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素活性が向上しているポリペプチド。
The polypeptide shown in any one of the following (A) to (O):
(A) a polypeptide comprising an amino acid sequence in which the 78th position in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is replaced with glutamic acid,
(B) in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 at position 214, substituted with methionine, glycine or alanine, at position 216 for isoleucine, leucine or valine, at position 218 for asparagine, serine or glutamine, at position 219 for alanine, methionine Or a glycine, a 222nd amino acid substitution with glutamine, asparagine or serine, a 225nd amino acid substitution with lysine or histidine, and a 229th amino acid substitution with glutamine, asparagine or serine,
(C) a polypeptide comprising an amino acid sequence in which the 272nd position in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is substituted with alanine, methionine or glycine and the 273rd position is substituted with glycine, alanine or methionine,
(D) In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, position 324 is substituted with arginine, lysine or histidine, position 325 is substituted with threonine, glutamine or asparagine, and glycine, alanine or methionine is inserted between positions 325 and 326 A polypeptide comprising the amino acid sequence
(E) In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, position 272 is substituted with alanine, methionine or glycine, position 273 is substituted with glycine, alanine or methionine, position 324 is substituted with arginine, lysine or histidine, position 325 is threonine, glutamine Or a polypeptide comprising an amino acid sequence which is substituted with asparagine and glycine, alanine or methionine is inserted between the 325th and the 326th,
(F) In the amino acid sequence in which amino acid position 78 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is substituted with glutamic acid, one or several amino acids other than amino acid position 78 are substituted, added, inserted or deleted, and The 3-isopropylmalate dehydrogenase activity at 25 ° C. is improved as compared to the 3-isopropylmalate dehydrogenase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 and having the isopropylmalate dehydrogenase activity. Polypeptides,
(G) in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 at position 214 substituted with methionine, glycine or alanine, at position 216 for isoleucine, leucine or valine, at position 218 for asparagine, serine or glutamine, at position 219 for alanine, methionine Or at glycine 222, at position 222 for glutamine, asparagine or serine, at position 225 for lysine or histidine, and at position 229 for glutamine, asparagine or serine at position 214, 216, 218 And one or several amino acids other than 219, 222, 225 and 229 are substituted, added, inserted or deleted and has 3-isopropylmalate dehydrogenase activity, It consists of the amino acid sequence shown to sequence number 1 - a polypeptide as compared to the isopropyl malate dehydrogenase 3-isopropyl malate dehydrogenase activity at 25 ° C. is improved,
(H) One of the amino acids other than 272 and 273 in the amino acid sequence in which the 272nd position in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is substituted with alanine, methionine or glycine and the 273rd position is substituted with glycine, alanine or methionine Or a few are substituted, added, inserted or deleted, and have 3-isopropylmalate dehydrogenase activity and are compared with the 3-isopropylmalate dehydrogenase consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 A polypeptide with improved 3-isopropylmalate dehydrogenase activity at 25 ° C.,
(I) In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, position 324 is substituted with arginine, lysine or histidine, position 325 is substituted with threonine, glutamine or asparagine, and glycine, alanine or methionine is inserted between positions 325 and 326 And one or more amino acids other than the amino acids at positions 324 and 325 and the amino acid inserted between positions 325 and 326 are substituted, added, inserted or deleted, and The 3-isopropylmalate dehydrogenase activity at 25 ° C. is improved as compared to the 3-isopropylmalate dehydrogenase having the 3-isopropylmalate dehydrogenase activity and comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 Polypeptide,
(J) In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, position 272 is substituted with alanine, methionine or glycine, position 273 is substituted with glycine, alanine or methionine, position 324 is substituted with arginine, lysine or histidine, position 325 is threonine, glutamine Or in the amino acid sequence formed by substitution of asparagine and glycine, alanine or methionine between 325 and 326, amino acids 272, 273, 324 and 325 and between 325 and 326 One or several amino acids other than the amino acid to be inserted are substituted, added, inserted or deleted, and have 3-isopropylmalate dehydrogenase activity and consist of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 25 compared to 3-isopropyl malate dehydrogenase Polypeptide of 3-isopropyl malate dehydrogenase activity is enhanced by,
(K) In an amino acid sequence in which amino acid 78 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is substituted with glutamic acid, sequence identity excluding amino acid 78 is 90% or more, and 3-isopropyl malate dehydrogenase A polypeptide having activity and having improved 3-isopropylmalate dehydrogenase activity at 25 ° C. as compared to 3-isopropylmalate dehydrogenase consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1,
(L) in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 at position 214 substituted with methionine, glycine or alanine, at position 216 for isoleucine, leucine or valine, at position 218 for asparagine, serine or glutamine, at position 219 for alanine, methionine Or at glycine 222, at position 222 for glutamine, asparagine or serine, at position 225 for lysine or histidine, and at position 229 for glutamine, asparagine or serine at position 214, 216, 218 Sequence identity excluding amino acids 219, 222, 225, and 229 is 90% or more, and has 3-isopropylmalate dehydrogenase activity, and the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 3-Isopropylate Polypeptide compared to the Gore-acid dehydrogenase 3-isopropyl malate dehydrogenase activity at 25 ° C. is improved,
(M) A sequence obtained by replacing amino acid 272 and 273 in an amino acid sequence in which amino acid 272 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is substituted with alanine, methionine or glycine and amino acid 273 is substituted with glycine, alanine or methionine 3 at 25 ° C. in comparison with 3-isopropylmalate dehydrogenase having an identity of 90% or more and having 3-isopropylmalate dehydrogenase activity and consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 A polypeptide with improved isopropylmalate dehydrogenase activity,
(N) In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, arginine, lysine or histidine substitutes for position 324, threonine, glutamine or asparagine for position 325, and glycine, alanine or methionine is inserted between positions 325 and 326 Amino acid sequence having at least 90% sequence identity excluding amino acids 324 and 325 and an amino acid inserted between 325 and 326, and 3-isopropylmalate dehydrogenase activity A polypeptide having improved 3-isopropylmalate dehydrogenase activity at 25 ° C. as compared to 3-isopropylmalate dehydrogenase consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1,
(O) In the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, position 272 is substituted with alanine, methionine or glycine, position 273 is substituted with glycine, alanine or methionine, position 324 is substituted with arginine, lysine or histidine, position 325 is threonine, glutamine Or in the amino acid sequence formed by substitution of asparagine and glycine, alanine or methionine between 325 and 326, amino acids 272, 273, 324 and 325 and between 325 and 326 3-isopropylmalate dehydrogenase having a sequence identity of 90% or more excluding the amino acid to be inserted, and having 3-isopropylmalate dehydrogenase activity, and consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 3-isopropyl apple at 25 ° C in comparison Polypeptide dehydrogenase activity is enhanced.
請求項1に記載のポリペプチドをコードしているDNA。 A DNA encoding the polypeptide according to claim 1 . 請求項2に記載のDNAを含む組換えベクター。 A recombinant vector comprising the DNA of claim 2 . 請求項3に記載の組換えベクターにより宿主を形質転換して得られる形質転換体。 A transformant obtained by transforming a host with the recombinant vector according to claim 3 . 請求項4に記載の形質転換体を培養する工程を含む、請求項1に記載のポリペプチドの製造方法。
A method for producing the polypeptide according to claim 1, comprising the step of culturing the transformant according to claim 4 .
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