JP6619152B2 - Chimeric protein with flavin adenine dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase activity - Google Patents

Chimeric protein with flavin adenine dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase activity Download PDF

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Description

本発明は、フラビンアデニンジヌクレオチド依存型グルコース脱水素酵素活性を有するキメラタンパク質、該キメラタンパク質をコードする遺伝子、該遺伝子を含む組換えベクター、該遺伝子を含む形質転換体、上記遺伝子または上記形質転換体を用いたフラビンアデニンジヌクレオチド依存型グルコース脱水素酵素の製造方法、ならびに、上記キメラタンパク質を用いたグルコースセンサ、グルコース濃度測定方法およびバイオ燃料電池に関する。   The present invention relates to a chimeric protein having flavin adenine dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase activity, a gene encoding the chimeric protein, a recombinant vector containing the gene, a transformant containing the gene, the gene or the transformation The present invention relates to a method for producing a flavin adenine dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase using a body, a glucose sensor using the chimeric protein, a glucose concentration measuring method, and a biofuel cell.

血糖自己測定は、糖尿病患者が通常の自分の血糖値を把握し治療に生かすために重要である。血糖自己測定に用いられるセンサには、グルコースを基質とする酵素が利用されている。   Blood glucose self-measurement is important for diabetics to grasp their normal blood glucose level and use it for treatment. An enzyme using glucose as a substrate is used for a sensor used for blood glucose self-measurement.

グルコースオキシダーゼ(EC 1.1.3.4)は、血糖センサ用の酵素として古くから利用されており、グルコースに対する特異性が高く、熱安定性に優れているという利点を有している。しかし、グルコースオキシダーゼを用いた測定では、血液中の溶存酸素が測定値に影響してしまうという問題があった。   Glucose oxidase (EC 1.1.3.4) has been used for a long time as an enzyme for blood glucose sensors, and has an advantage of high specificity for glucose and excellent thermal stability. However, in the measurement using glucose oxidase, there is a problem that dissolved oxygen in blood affects the measured value.

一方、溶存酸素の影響を受けない酵素として、例えば、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD)依存性またはニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸(NADP)依存性のグルコースデヒドロゲナーゼ(GDH)(NAD(P)GDH:EC1.1.1.47)や、ピロロキノリンキノン(PQQ)依存性のGDH(PQQGDH:EC1.1.5.2)が、血糖センサ用の酵素として知られている。しかし、NAD(P)GDHは、安定性に乏しく、補酵素の添加が必要であるといった欠点があり、また、PQQGDHは、基質特異性に乏しく、グルコース以外の糖類にも作用するという欠点がある。   On the other hand, as an enzyme not affected by dissolved oxygen, for example, nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) -dependent or nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP) -dependent glucose dehydrogenase (GDH) (NAD (P) GDH: EC1.1.1.17) and pyrroloquinoline quinone (PQQ) -dependent GDH (PQQGDH: EC1.1.5.2) are known as enzymes for blood glucose sensors. However, NAD (P) GDH has a drawback that it is poor in stability and requires the addition of a coenzyme, and PQQGDH has a disadvantage that it has poor substrate specificity and also acts on sugars other than glucose. .

このため、溶存酸素の影響を受けず、補酵素の添加も必要なく、基質特異性にも優れた酵素として、フラビンアデニンジヌクレオチド依存型グルコース脱水素酵素(FADGDH:EC1.1.99.10)が注目されている。FADGDHは、フラビンアデニンジヌクレオチド(FAD)を補酵素としてグルコースからD−グルコノ−1,5−ラクトンへの酸化反応を触媒する酵素であり、Aspergillus oryzaeやAspergillus terreusといった常温性糸状菌から発見されている。   Therefore, a flavin adenine dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase (FADGDH: EC 1.1.9.10.10) is an enzyme that is not affected by dissolved oxygen, does not require the addition of a coenzyme, and has excellent substrate specificity. Is attracting attention. FADGDH is an enzyme that catalyzes an oxidation reaction from glucose to D-glucono-1,5-lactone using flavin adenine dinucleotide (FAD) as a coenzyme, and has been discovered from psychrophilic filamentous fungi such as Aspergillus oryzae and Aspergillus terreus. Yes.

Aspergillus oryzae、または、Aspergillus terreusの野生株から培養・精製して得られたFADGDHは、ある程度の熱安定性を有している。しかし、グルコースセンサ用試薬の作製工程において、酵素に加熱乾燥処理を施す場合や、保管時の環境温度が高温になる場合が考えられるため、グルコースセンサに用いる酵素は高い熱安定性を有していることが望ましい。   FADGDH obtained by culturing and purifying Aspergillus oryzae or a wild strain of Aspergillus terreus has a certain degree of thermal stability. However, in the process of preparing the glucose sensor reagent, the enzyme used in the glucose sensor has high thermal stability because it may be subjected to heat drying treatment or the environmental temperature during storage may be high. It is desirable.

このため、特許文献1では、FADGDHの熱安定性を向上させるために、特定の変異を加えたFADGDHの構造遺伝子を用いて大腸菌で変異型FADGDHを発現させることにより、野生株で産生されたFADGDHと同等程度の熱安定性を有する変異型FADGDHが得られることが開示されている。また、特許文献2では、さらに熱安定性に優れたFADGDHとして、Talaromyces emersonii、Thermoascus crustaceusなどの好熱性糸状菌由来のFADGDHを用いることが開示されている。   Therefore, in Patent Document 1, in order to improve the thermal stability of FADGDH, FADGDH produced in a wild strain is expressed by expressing mutant FADGDH in Escherichia coli using a structural gene of FADGDH to which a specific mutation is added. It is disclosed that a mutant FADGDH having a thermal stability equivalent to that of the product can be obtained. Patent Document 2 discloses the use of FADGDH derived from thermophilic filamentous fungi such as Talaromyces emersonii and Thermoascus crustaceus as FADGDH having further excellent thermal stability.

国際公開第2009/119728号International Publication No. 2009/119728 国際公開第2014/045912号International Publication No. 2014/045912

特許文献1に開示される変異型FADGDHは、酵素活性に優れているものの、熱安定性は、特許文献2に開示される好熱性糸状菌由来FADGDH程高いとは言えない。一方、特許文献2に開示される好熱性糸状菌由来FADGDHは、極めて熱安定性が高いものの、酵素活性は、特許文献1に開示されるFADGDH等のAspergillus oryzae等の好熱性糸状菌以外の特定のAspergillus属糸状菌に由来するFADGDH程高いとは言えない。   Although the mutant FADGDH disclosed in Patent Document 1 is excellent in enzyme activity, it cannot be said that the thermal stability is as high as that of the thermophilic filamentous fungus-derived FADGDH disclosed in Patent Document 2. On the other hand, although FADGDH derived from a thermophilic filamentous fungus disclosed in Patent Document 2 has extremely high thermal stability, the enzyme activity is specified other than thermophilic filamentous fungi such as Aspergillus oryzae such as FADGDH disclosed in Patent Document 1. It is not as high as FADGDH derived from Aspergillus sp.

本発明は、溶存酸素の影響を受けず、補酵素の添加も必要なく、そして、基質特異性にも優れているというFADGDHの優れた特性を保ちつつ、酵素活性および熱安定性の両方が従来より向上した、FADGDH酵素活性を有するタンパク質を提供することを目的とする。   The present invention is not affected by dissolved oxygen, does not require the addition of a coenzyme, and maintains the excellent characteristics of FADGDH, which is excellent in substrate specificity, while maintaining both enzyme activity and thermal stability. It is an object to provide a protein having FADGDH enzyme activity which is further improved.

〔1〕
フラビンアデニンジヌクレオチド依存型グルコース脱水素酵素活性を有する、Aspergillus terreus var. aureus由来タンパク質、または、Aspergillus oryzae由来タンパク質の特定のアミノ酸配列が、フラビンアデニンジヌクレオチド依存型グルコース脱水素酵素活性を有する好熱性糸状菌由来タンパク質の前記特定のアミノ酸配列に相当するアミノ酸配列で置換されてなるキメラタンパク質であって、
前記特定のアミノ酸配列は、前記好熱性糸状菌由来タンパク質のうち、該好熱性糸状菌由来タンパク質をコードする該好熱性糸状菌由来のDNA塩基配列のエクソン2でコードされるポリペプチドに相当する第1のポリペプチドを含み、
前記第1のポリペプチドが、前記好熱性糸状菌由来の前記エクソン2でコードされるポリペプチドで置換されていることを特徴とする、キメラタンパク質。
〔2〕
前記特定のアミノ酸配列は、前記好熱性糸状菌由来タンパク質のうち、該好熱性糸状菌由来タンパク質をコードする該好熱性糸状菌由来のDNA塩基配列のエクソン3でコードされるポリペプチドに相当する第2のポリペプチドを含まない、〔1〕に記載のキメラタンパク質。
〔3〕
前記Aspergillus terreus var. aureus由来タンパク質は、配列番号1に記載のアミノ酸配列、または、配列番号1に記載のアミノ酸配列からシグナルペプチドの少なくとも一部を除いたアミノ酸配列からなり、
前記Aspergillus oryzae由来タンパク質は、配列番号2に記載のアミノ酸配列、または、配列番号2に記載のアミノ酸配列からシグナルペプチドの少なくとも一部を除いたアミノ酸配列からなる、〔1〕または〔2〕に記載のキメラタンパク質。
〔4〕
前記好熱性糸状菌由来タンパク質は、Talaromyces emersonii由来タンパク質、または、Thermoascus crustaceus由来タンパク質である、〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載のキメラタンパク質。
〔5〕
前記Talaromyces emersonii由来タンパク質は、配列番号3に記載のアミノ酸配列、または、配列番号3に記載のアミノ酸配列からシグナルペプチドの少なくとも一部を除いたアミノ酸配列からなり、
前記Thermoascus crustaceus由来タンパク質は、配列番号4に記載のアミノ酸配列、または、配列番号4に記載のアミノ酸配列からシグナルペプチドの少なくとも一部を除いたアミノ酸配列からなる、〔4〕に記載のキメラタンパク質。
〔6〕
糖鎖が付加された、〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載のキメラタンパク質。
〔7〕
〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載のキメラタンパク質をコードするキメラ遺伝子。
〔8〕
(A) 配列番号5に記載の塩基配列に対して、少なくとも344〜939番目の塩基配列を配列番号7または8に記載の塩基配列のエクソン2で置換する変異を導入してなるキメラDNA、または、
配列番号6に記載の塩基配列に対して、少なくとも347〜942番目の塩基配列を配列番号7または8に記載の塩基配列のエクソン2で置換する変異を導入してなるキメラDNA、
(B) 上記(A)のDNAの塩基配列からシグナルペプチドをコードする塩基配列の少なくとも一部を除いた塩基配列からなるDNA、および、
(C) 上記(A)または(B)のDNAの塩基配列と、イントロンとを含むDNA
のいずれかのDNAからなる遺伝子。
〔9〕
〔7〕または〔8〕に記載の遺伝子を含む組換えベクター。
〔10〕
〔7〕または〔8〕に記載の遺伝子を含む形質転換体。
〔11〕
〔7〕または〔8〕に記載の遺伝子を用いたフラビンアデニンジヌクレオチド依存型グルコース脱水素酵素の製造方法。
〔12〕
〔10〕に記載の形質転換体を用いたフラビンアデニンジヌクレオチド依存型グルコース脱水素酵素の製造方法。
〔13〕
〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載のキメラタンパク質を含むグルコース濃度測定試薬。
〔14〕
〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載のキメラタンパク質を用いたグルコースセンサ。
〔15〕
〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載のキメラタンパク質を用いたグルコース濃度測定方法。
〔16〕
〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載のキメラタンパク質を用いたバイオ燃料電池。
[1]
Aspergillus terreus var. Having flavin adenine dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase activity. a specific amino acid sequence of aureus-derived protein or Aspergillus oryzae-derived protein is substituted with an amino acid sequence corresponding to the specific amino acid sequence of a thermophilic filamentous fungus-derived protein having flavin adenine dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase activity A chimeric protein comprising
The specific amino acid sequence corresponds to a polypeptide encoded by exon 2 of the thermophilic filamentous fungus-derived DNA base sequence encoding the thermophilic filamentous fungus-derived protein among the thermophilic filamentous fungus-derived proteins. 1 polypeptide,
A chimeric protein, wherein the first polypeptide is substituted with a polypeptide encoded by the exon 2 derived from the thermophilic filamentous fungus.
[2]
The specific amino acid sequence corresponds to a polypeptide encoded by exon 3 of the thermophilic filamentous fungus-derived DNA base sequence encoding the thermophilic filamentous fungus-derived protein among the thermophilic filamentous fungus-derived proteins. The chimeric protein according to [1], which does not include the polypeptide of 2.
[3]
Aspergillus terreus var. The aureus-derived protein consists of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or the amino acid sequence obtained by removing at least a part of the signal peptide from the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1,
The Aspergillus oryzae-derived protein consists of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 from which at least a part of the signal peptide is removed, [1] or [2] Chimeric protein.
[4]
The thermophilic filamentous fungus-derived protein is the chimeric protein according to any one of [1] to [3], which is a protein derived from Talaromyces emersonii or a protein derived from Thermoascus crusaceus.
[5]
The protein derived from the Talaromyces emersonii comprises an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3, or an amino acid sequence obtained by removing at least a part of a signal peptide from the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3,
The Thermoascus crustaceus-derived protein is the chimeric protein according to [4], comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4 or the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4 from which at least a part of the signal peptide has been removed.
[6]
The chimeric protein according to any one of [1] to [5], to which a sugar chain is added.
[7]
[1] A chimeric gene encoding the chimeric protein according to any one of [5].
[8]
(A) A chimeric DNA obtained by introducing a mutation that replaces at least the 344th to 939th base sequence with exon 2 of the base sequence described in SEQ ID NO: 7 or 8 with respect to the base sequence described in SEQ ID NO: 5, or ,
A chimeric DNA obtained by introducing a mutation that replaces at least the 347 to 942 base sequence with exon 2 of the base sequence described in SEQ ID NO: 7 or 8 with respect to the base sequence described in SEQ ID NO: 6;
(B) DNA consisting of a base sequence obtained by removing at least part of the base sequence encoding the signal peptide from the base sequence of the DNA of (A) above, and
(C) DNA comprising the base sequence of the above DNA (A) or (B) and an intron
A gene consisting of any one of the above DNAs.
[9]
A recombinant vector comprising the gene according to [7] or [8].
[10]
[7] A transformant comprising the gene according to [8].
[11]
A method for producing a flavin adenine dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase using the gene according to [7] or [8].
[12]
[10] A method for producing a flavin adenine dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase using the transformant according to [10].
[13]
A glucose concentration measurement reagent comprising the chimeric protein according to any one of [1] to [6].
[14]
A glucose sensor using the chimeric protein according to any one of [1] to [6].
[15]
[1] A glucose concentration measurement method using the chimeric protein according to any one of [6].
[16]
A biofuel cell using the chimeric protein according to any one of [1] to [6].

本発明によれば、溶存酸素の影響を受けず、補酵素の添加も必要なく、そして、基質特異性にも優れているというFADGDHの優れた特性を保ちつつ、酵素活性および熱安定性の両方が従来より向上した、FADGDH酵素活性を有するタンパク質を提供することができる。さらに、FADGDH酵素活性を有するタンパク質の基質親和性を高める(Km値を低下させる)ことができる。   According to the present invention, both the enzyme activity and the thermal stability are maintained while maintaining the excellent characteristics of FADGDH that are not affected by dissolved oxygen, do not require the addition of a coenzyme, and are excellent in substrate specificity. Can provide a protein having FADGDH enzyme activity, which is improved compared to conventional methods. Furthermore, the substrate affinity of a protein having FADGDH enzyme activity can be increased (Km value can be decreased).

参考例1での縮重PCR産物のアガロースゲル電気泳動の結果を示す写真である。4 is a photograph showing the results of agarose gel electrophoresis of the degenerate PCR product in Reference Example 1. A.terreus var. aureus由来FADGDH遺伝子全領域を含むDNA断片の塩基配列を示す図である。A. terreus var. It is a figure which shows the base sequence of the DNA fragment containing the whole region of aureus origin FADGDH gene. 図2に示すAspergillus terreus var. aureus由来の塩基配列におけるエクソンの構成を示す模式図である。Aspergillus terreus var. It is a schematic diagram which shows the structure of the exon in the base sequence derived from aureus. A.terreus var. aureus由来FADGDH遺伝子のORFの塩基配列と、その塩基配列から類推されるアミノ酸配列を示す図である。A. terreus var. It is a figure which shows the base sequence of ORF of an Aureus origin FADGDH gene, and the amino acid sequence deduced from the base sequence. Ta.emersonii由来FADGDH遺伝子全領域を含むDNA断片の塩基配列を示す図である。Ta. It is a figure which shows the base sequence of the DNA fragment containing the whole region of Emersonii origin FADGDH gene. 図5に示すTa.emersonii由来の塩基配列におけるエクソンの構成を示す模式図である。Ta. Shown in FIG. It is a schematic diagram which shows the structure of the exon in the base sequence derived from emersonii. Ta.emersonii由来FADGDH遺伝子のORFの塩基配列と、その塩基配列から類推されるアミノ酸配列を示す図である。Ta. It is a figure which shows the base sequence of ORF of emersonii origin FADGDH gene, and the amino acid sequence deduced from the base sequence. A.terreus var. aureus由来FADGDHのアミノ酸配列とTa.emersonii由来FADGDHのアミノ酸配列とを対比して示す図である。A. terreus var. aureus-derived FADGDH amino acid sequence and Ta. It is a figure which compares and shows the amino acid sequence of emersonii origin FADGDH. 試験例1のキメラタンパク質C1te〜C14teおよび比較例1、2のFADGDHの構造と、評価試験における酵素活性、Km、Tm等の測定結果を示す表である。It is a table | surface which shows the measurement results, such as the structure of the chimeric protein C1te-C14te of Test Example 1, and FADGDH of Comparative Examples 1 and 2, and the enzyme activity, Km, and Tm in an evaluation test. 比較例1、2および試験例1のC1te〜C14teの確認試験におけるSDS−PAGEの結果を示す図である。It is a figure which shows the result of SDS-PAGE in the confirmation test of C1te-C14te of the comparative examples 1 and 2 and the test example 1. FIG. 配列番号2に示すA.oryzae由来の塩基配列におけるエクソンの構成を示す模式図である。A. As shown in SEQ ID NO: 2. It is a schematic diagram which shows the structure of the exon in the base sequence derived from oryzae. A.oryzae由来FADGDH遺伝子のORFの塩基配列と、その塩基配列から類推されるアミノ酸配列を示す図である。A. It is a figure which shows the base sequence of ORF of an oryzae origin FADGDH gene, and the amino acid sequence deduced from the base sequence. A.oryzae由来FADGDHのアミノ酸配列とTa.emersonii由来FADGDHのアミノ酸配列とを対比して示す図である。A. oryzae-derived FADGDH amino acid sequence and Ta. It is a figure which compares and shows the amino acid sequence of emersonii origin FADGDH. 評価試験におけるキメラタンパク質C3oe、C4oe、C7oeおよび比較例3、2の構造と、評価試験における酵素活性、Km、Tm等の測定結果を示す表である。6 is a table showing the structures of chimeric proteins C3oe, C4oe, C7oe and Comparative Examples 3 and 2 in an evaluation test, and measurement results of enzyme activity, Km, Tm and the like in the evaluation test. 試験例2の確認試験における試験例2の一部(C3oe、C4oe、C7oe)、比較例3および比較例2のSDS−PAGEの結果を示す図である。It is a figure which shows the result of SDS-PAGE of a part of test example 2 (C3oe, C4oe, C7oe), the comparative example 3, and the comparative example 2 in the confirmation test of the test example 2.

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。実施形態2以降では実施形態1と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In addition, each embodiment is an illustration, and it cannot be overemphasized that the partial substitution or combination of the structure shown by different embodiment is possible. In the second and subsequent embodiments, description of matters common to the first embodiment is omitted, and only different points will be described. In particular, the same operation effect by the same configuration will not be sequentially described for each embodiment.

(実施形態1)
本実施形態の発明は、フラビンアデニンジヌクレオチド依存型グルコース脱水素酵素活性を有する、Aspergillus terreus var. aureus由来タンパク質、または、Aspergillus oryzae由来タンパク質の特定のアミノ酸配列が、フラビンアデニンジヌクレオチド依存型グルコース脱水素酵素活性を有する好熱性糸状菌由来タンパク質の特定のアミノ酸配列に相当するアミノ酸配列で置換されてなるキメラタンパク質であって、
特定のアミノ酸配列は、該好熱性糸状菌由来タンパク質をコードする該好熱性糸状菌由来のDNA塩基配列のエクソン2(5’末端側から2番目のエクソン)でコードされるポリペプチドに相当するポリペプチド(第1のポリペプチド)を含み、
第1のポリペプチドが、好熱性糸状菌由来のエクソン2でコードされるポリペプチドで置換されていることを特徴とする、キメラタンパク質である。
(Embodiment 1)
The invention of this embodiment is an Aspergillus terreus var. Having flavin adenine dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase activity. a specific amino acid sequence of an aureus-derived protein or an Aspergillus oryzae-derived protein is substituted with an amino acid sequence corresponding to a specific amino acid sequence of a thermophilic filamentous fungus-derived protein having flavin adenine dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase activity A chimeric protein comprising:
The specific amino acid sequence is a polypeptide corresponding to a polypeptide encoded by exon 2 (second exon from the 5 ′ end) of the DNA base sequence derived from the thermophilic filamentous fungus that encodes the protein derived from the thermophilic filamentous fungus. Comprising a peptide (first polypeptide),
A chimeric protein characterized in that the first polypeptide is substituted with a polypeptide encoded by exon 2 from a thermophilic filamentous fungus.

Aspergillus terreus var. aureus由来タンパク質は、配列番号1に記載のアミノ酸配列、または、配列番号1に記載のアミノ酸配列からシグナルペプチドの少なくとも一部を除いたアミノ酸配列からなることが好ましい。Aspergillus terreus var. aureus由来のFADGDHは、本発明者らによってFADGDH活性を有し、高い酵素活性を有することが確認されている。なお、配列番号1は、「野生型のAspergillus terreus var. aureus由来のFADGDHのアミノ酸配列」であって、シグナルペプチドも含んでいる。   Aspergillus terreus var. The aureus-derived protein preferably consists of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or an amino acid sequence obtained by removing at least a part of the signal peptide from the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. Aspergillus terreus var. Aureus-derived FADGDH has FADGDH activity by the present inventors, and has been confirmed to have high enzyme activity. SEQ ID NO: 1 is “an amino acid sequence of FADGDH derived from wild-type Aspergillus terreus var. Aureus” and also includes a signal peptide.

シグナルペプチドは、糸状菌等によるタンパク質分子の生合成の過程において、細胞内で生合成されたタンパク質を、適切な場所に輸送するために不可欠な構造である。シグナルペプチド部分は、例えば配列番号1のような「シグナルペプチドを含むアミノ酸配列」をコードする遺伝子の情報に基づいて、いったんは合成されるが、最終的にはその役割を終えた後、その少なくとも一部が切除される(成熟タンパク質)。   The signal peptide is an indispensable structure for transporting a protein biosynthesized in a cell to an appropriate place in the process of biosynthesis of a protein molecule by a filamentous fungus or the like. The signal peptide portion is synthesized once based on the information of a gene that encodes an “amino acid sequence including a signal peptide” such as SEQ ID NO: 1, for example. Part is excised (mature protein).

また、Aspergillus oryzae由来タンパク質は、配列番号2に記載のアミノ酸配列、または、配列番号2に記載のアミノ酸配列からシグナルペプチドの少なくとも一部を除いたアミノ酸配列からなることが好ましい。Aspergillus oryzae由来のFADGDHは、特許文献1等においてFADGDH活性を有し、高い酵素活性を有することが本発明者らの本試験例によって確認されている。なお、配列番号2は、「野生型のAspergillus oryzae由来のFADGDHのアミノ酸配列」であって、シグナルペプチドも含んでいる。   Further, the Aspergillus oryzae-derived protein preferably consists of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or the amino acid sequence obtained by removing at least a part of the signal peptide from the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. As a result of this test example of the present inventors, FADGDH derived from Aspergillus oryzae has FADGDH activity and high enzyme activity in Patent Document 1 and the like. SEQ ID NO: 2 is “an amino acid sequence of FADGDH derived from wild-type Aspergillus oryzae” and includes a signal peptide.

好熱性糸状菌は、FADGDH活性を有し、かつ熱安定性に優れたタンパク質を産生するものであれば特に限定されないが、至適生育温度が35°C以上であるか、あるいは、生育限界温度が50°C以上である糸状菌であることが好ましい。   The thermophilic filamentous fungus is not particularly limited as long as it has FADGDH activity and produces a protein having excellent heat stability, but the optimum growth temperature is 35 ° C or higher, or the growth limit temperature. A filamentous fungus having a temperature of 50 ° C. or higher is preferred.

具体的な好熱性糸状菌としては、例えば、Talaromyces emersonii(Ta.emersonii:NBRC31232)、Thermoascus crustaceus(Th.crustaseus:NBRC9129,9816)、Thermoascus aurantiacus(NBRC6766,9748)などが挙げられる。   Specific thermophilic filamentous fungi include, for example, Talaromyces emersonii (Ta. Emersonii: NBRC 31232), Thermoascus crusaceus (Th. Crutusus: NBRC9129, 9816), Thermoasus aurusus 66, Nurboas 67.

なお、Aspergillus terreus var. aureus、Aspergillus oryzae、および、上記の好熱性糸状菌は、独立行政法人製品評価技術基盤機構バイオテクノロジー本部生物資源部門(NBRC)より購入することができる。   In addition, Aspergillus terreus var. aureus, Aspergillus oryzae, and the above-mentioned thermophilic filamentous fungi can be purchased from the National Institute of Biotechnology, Bioresources Division (NBRC).

なお、上記の好熱性糸状菌の具体例は、本発明者らによってFADGDHを産生することやアミノ酸配列等が確認された好熱性糸状菌であり、Ta.emersoniiおよびTh.crustaseus以外の好熱性糸状菌について、そのような知見は本願の出願時において公知のものではない。   A specific example of the above thermophilic filamentous fungus is a thermophilic filamentous fungus that has been confirmed to produce FADGDH, an amino acid sequence, and the like by the present inventors. emersonii and Th. For thermophilic filamentous fungi other than crutusus, such knowledge is not known at the time of filing of the present application.

本発明者らの検討結果から、好熱性糸状菌由来FADGDHを構成するアミノ酸配列のうち、該FADGDHをコードする遺伝子のエクソン2でコードされる配列(第1のポリペプチド)が熱安定性を向上させる機能を有していると考えられる。したがって、酵素活性が高いAspergillus terreus var. aureus由来タンパク質、または、Aspergillus oryzae由来タンパク質の一部のポリペプチドを、好熱性糸状菌由来FADGDHのエクソン2でコードされるポリペプチドに置換することで、高い活性と高い熱安定性との両方を兼ね備えたキメラタンパク質(キメラFADGDH)を得ることができる。   From the results of the study by the present inventors, among the amino acid sequences constituting the thermophilic filamentous fungus-derived FADGDH, the sequence (first polypeptide) encoded by exon 2 of the gene encoding the FADGDH improves the thermal stability. It is thought that it has the function to make it. Therefore, Aspergillus terreus var. By substituting a polypeptide derived from aureus-derived protein or a protein derived from Aspergillus oryzae with a polypeptide encoded by exon 2 of thermophilic filamentous fungus-derived FADGDH, both high activity and high thermostability are achieved. A combined chimeric protein (chimeric FADGDH) can be obtained.

また、本発明者らの検討結果から、本実施形態のキメラタンパク質(キメラFADGDH)は、予想外にも基質親和性が高い(Km値が低い)ものである傾向を有することがわかっており、この点においても有利である。   In addition, from the examination results of the present inventors, it is known that the chimeric protein (chimeric FADGDH) of the present embodiment has a tendency to unexpectedly have a high substrate affinity (low Km value), This is also advantageous.

上記特定のアミノ酸配列は、好熱性糸状菌由来FADGDHをコードする該好熱性糸状菌由来のDNA塩基配列のエクソン3でコードされるポリペプチドに相当するポリペプチド(第2のポリペプチド)を含まないことが好ましい。第2のポリペプチドは、例えば、後述の図8に示すA.terreus var. aureusのアミノ酸配列のE3で示される部分、または、図13に示すA.oryzaeのアミノ酸配列のE3で示される部分である。言い換えれば、この第2のポリペプチドの部分は、好熱性糸状菌由来のポリペプチドで置換されないことが好ましい。   The specific amino acid sequence does not include a polypeptide (second polypeptide) corresponding to the polypeptide encoded by exon 3 of the DNA base sequence derived from the thermophilic filamentous fungus that encodes FADGDH derived from the thermophilic filamentous fungus. It is preferable. The second polypeptide is, for example, A. shown in FIG. terreus var. A part of the amino acid sequence of Aureus, indicated by E3, or A. This is the part represented by E3 in the amino acid sequence of oryzae. In other words, it is preferable that the portion of the second polypeptide is not replaced with a polypeptide derived from a thermophilic filamentous fungus.

この第2のポリペプチドは、Aspergillus terreus var. aureus由来タンパク質、または、Aspergillus oryzae由来タンパク質において、酵素活性を高める役割を担っていると考えられ、この第2のポリペプチドは、好熱性糸状菌由来のポリペプチドで置換しない方が酵素活性を高く維持できるからである。したがって、この場合、より確実に、極めて高い活性と熱安定性との両方を兼ね備えたキメラFADGDHを得ることができる。   This second polypeptide is an Aspergillus terreus var. Aureus-derived protein or Aspergillus oryzae-derived protein is considered to play a role in enhancing enzyme activity, and this second polypeptide has higher enzyme activity when not substituted with a polypeptide derived from a thermophilic filamentous fungus. This is because it can be maintained. Therefore, in this case, a chimeric FADGDH having both extremely high activity and thermal stability can be obtained more reliably.

なお、本発明者らの検討結果から、本実施形態のキメラタンパク質は、基質親和性が高い(Km値が低い)ものである傾向を有することが分かっており、この点においても有利である。   From the results of the study by the present inventors, it has been found that the chimeric protein of this embodiment has a tendency to have a high substrate affinity (low Km value), which is also advantageous in this respect.

本発明のタンパク質(酵素)は、糖鎖が付加されたものであることが好ましい。一般に糖鎖が付加されたタンパク質は糖鎖が付加されたタンパク質よりも熱安定性等に優れる場合が多いからである。なお、熱安定性は、所定の温度および時間の熱処理後に、酵素のFADGDH活性を測定し、その熱処理前のFADGDH活性値に対する比率を求めることにより判断される。Km値、FADGDH活性は、種々公知の方法で測定することができる。   The protein (enzyme) of the present invention preferably has a sugar chain added thereto. This is because, in general, a protein with a sugar chain added is often superior in thermal stability or the like than a protein with a sugar chain added. The thermal stability is determined by measuring the FADGDH activity of the enzyme after heat treatment at a predetermined temperature and time, and determining the ratio to the FADGDH activity value before the heat treatment. Km value and FADGDH activity can be measured by various known methods.

(実施形態2)
本実施形態の発明は、上記実施形態1のキメラタンパク質をコードする遺伝子である。具体的には、例えば、(A)配列番号5に記載の塩基配列に対して、少なくとも344〜939番目の塩基配列を配列番号7または8に記載の塩基配列のエクソン2で置換する変異を導入してなるキメラDNA、または、
配列番号6に記載の塩基配列に対して、少なくとも347〜942番目の塩基配列を配列番号7または8に記載の塩基配列のエクソン2で置換する変異を導入してなるキメラDNA、
(B)上記(A)のDNAの塩基配列からシグナルペプチドをコードする塩基配列の少なくとも一部を除いた塩基配列からなるDNA、および、
(C)上記(A)または(B)のDNAの塩基配列と、イントロンとを含むDNA
のいずれかのDNAからなる遺伝子が挙げられる。
(Embodiment 2)
The invention of this embodiment is a gene encoding the chimeric protein of the first embodiment. Specifically, for example, (A) a mutation that replaces at least the 344th to 939th base sequence with exon 2 of the base sequence described in SEQ ID NO: 7 or 8 is introduced into the base sequence described in SEQ ID NO: 5 A chimeric DNA, or
A chimeric DNA obtained by introducing a mutation that replaces at least the 347 to 942 base sequence with exon 2 of the base sequence described in SEQ ID NO: 7 or 8 with respect to the base sequence described in SEQ ID NO: 6;
(B) DNA comprising a base sequence obtained by removing at least part of the base sequence encoding the signal peptide from the base sequence of the DNA of (A) above, and
(C) DNA comprising the base sequence of the above DNA (A) or (B) and an intron
The gene which consists of any one of these is mentioned.

配列番号5は、「野生型のAspergillus terreus var. aureus由来のFADGDHをコードする遺伝子の塩基配列」であって、イントロンを削除したエクソンのみからなる1779塩基の配列であり、シグナルペプチドをコードする塩基配列を含んでおり、終止コドンを含む。   SEQ ID NO: 5 is a "base sequence of a gene encoding FADGDH derived from wild-type Aspergillus terreus var. Aureus", which is a 1779-base sequence consisting only of exons from which introns have been deleted, and a base sequence encoding a signal peptide Contains the sequence and contains the stop codon.

配列番号6は、「野生型のAspergillus oryzae由来のFADGDHをコードする遺伝子の塩基配列」であって、イントロンを削除したエクソンのみからなる1782塩基の配列であり、シグナルペプチドをコードする塩基配列を含んでおり、終止コドンを含む。   SEQ ID NO: 6 is a “base sequence of a gene encoding FADGDH derived from wild-type Aspergillus oryzae”, which is a sequence of 1782 bases consisting only of exons from which introns have been deleted, including a base sequence encoding a signal peptide And contains a stop codon.

配列番号7は、「野生型のTa.emersonii由来のFADGDHをコードする遺伝子の塩基配列」であって、イントロンを削除したエクソンのみからなる1782塩基の配列であり、シグナルペプチドをコードする塩基配列を含んでおり、終止コドンを含む。   SEQ ID NO: 7 is a “base sequence of a gene encoding FADGDH derived from wild-type Ta. Emersonii”, which is a 1782 base sequence consisting only of exons from which introns have been deleted. Contains a stop codon.

配列番号8は、「野生型のThermoascus crustaceus由来のFADGDHをコードする遺伝子の塩基配列」であって、イントロンを削除したエクソンのみからなる1755塩基の配列であり、シグナルペプチドをコードする塩基配列を含んでおり、終止コドンを含む。   SEQ ID NO: 8 is a “base sequence of a gene encoding FADGDH derived from wild-type Thermoascus crustaceus”, which is a 1755-base sequence consisting only of exons from which introns have been deleted, including a base sequence encoding a signal peptide And contains a stop codon.

「上記(A)または(B)のDNAの塩基配列と、イントロンとを含むDNA」とは、上記(A)または(B)のDNAの塩基配列をエクソンとし、そのエクソン配列の途中にイントロン配列が介在しているDNAである。   “DNA containing the DNA sequence of (A) or (B) and an intron” means that the DNA sequence of (A) or (B) is an exon, and an intron sequence in the middle of the exon sequence. Is intervening DNA.

本実施形態の遺伝子の塩基配列は、これらの具体例に限定されず、実施形態1のタンパク質(アミノ酸配列)をコードするものであればよく、FADGDHの発現を向上させるように、コドン出現頻度(Codon usage)を変えた塩基配列なども含まれる。   The base sequence of the gene of the present embodiment is not limited to these specific examples, and any gene may be used as long as it encodes the protein (amino acid sequence) of Embodiment 1, and the codon appearance frequency ( The base sequence etc. which changed Codon usage) are also included.

(実施形態3)
本実施形態の発明は、実施形態2の遺伝子を含む組換えベクターである。実施形態2の遺伝子は、例えば、プラスミドベクターと連結された組換えベクターとして、宿主微生物に導入され、該宿主はFADGDHを生産する形質転換体となる。
(Embodiment 3)
The invention of this embodiment is a recombinant vector comprising the gene of embodiment 2. The gene of Embodiment 2 is introduced into a host microorganism as, for example, a recombinant vector linked to a plasmid vector, and the host becomes a transformant that produces FADGDH.

宿主に組換えベクターを導入する方法としては、例えば宿主が酵母の場合には、スフェロプラスト法や酢酸リチウム法などが用いられる。また、エレクトロポレーション法などを用いても良い。宿主が糸状菌の場合には、プロトプラスト化された細胞等が用いられる。宿主が大腸菌に属する微生物の場合には、カルシウムイオンの存在下で組換えDNAの導入を行う方法などを採用することができる。また、エレクトロポレーション法を用いても良い。さらに、市販のコンピテントセル(例えば、TaKaRa Competent Cell BL21;タカラバイオ)を用いても良い。   As a method for introducing the recombinant vector into the host, for example, when the host is yeast, a spheroplast method, a lithium acetate method, or the like is used. Further, an electroporation method or the like may be used. When the host is a filamentous fungus, a protoplastized cell or the like is used. When the host is a microorganism belonging to Escherichia coli, a method of introducing recombinant DNA in the presence of calcium ions can be employed. Further, an electroporation method may be used. Furthermore, a commercially available competent cell (for example, TaKaRa Competent Cell BL21; Takara Bio) may be used.

(実施形態4)
本実施形態の発明は、実施形態2の遺伝子を含む形質転換体である。形質転換体の宿主としては、酵母、糸状菌、大腸菌、動物細胞、昆虫細胞など目的に応じて様々な宿主を用いることができるが、糖鎖が付加されたタンパク質を生産するためには、宿主として酵母、糸状菌等の微生物由来の真核生物を用いることが好ましい。真核生物の中でも酵母は産業上多くの利用実績があり、例えば、Pichia pastoris(P.pastoris)、Saccharomyces cerevisiae、Schizosaccharomyces pombeが使用できる。
(Embodiment 4)
The invention of this embodiment is a transformant containing the gene of Embodiment 2. As a host of the transformant, various hosts such as yeast, filamentous fungus, E. coli, animal cells, insect cells and the like can be used. In order to produce a protein having a sugar chain added, It is preferable to use eukaryotes derived from microorganisms such as yeast and filamentous fungi. Among eukaryotes, yeast has many industrial uses, and for example, Pichia pastoris (P. pastoris), Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe can be used.

本実施形態の具体例としては、例えば、実施形態3の組換えベクターで形質転換された酵母が挙げられる。   Specific examples of this embodiment include yeast transformed with the recombinant vector of Embodiment 3.

(実施形態5)
本実施形態の発明は、実施形態2の遺伝子を用いたFADGDHの製造方法である。本実施形態では、例えば、実施形態4の形質転換体を用いることにより、FADGDHを製造することができる。具体的には、例えば、以下に示すような手順で製造することが可能である。
(Embodiment 5)
The invention of this embodiment is a method for producing FADGDH using the gene of Embodiment 2. In the present embodiment, for example, FADGDH can be produced by using the transformant of the fourth embodiment. Specifically, for example, it can be manufactured by the following procedure.

所望のFADGDHの遺伝情報を有するDNA(実施形態2の遺伝子)は、プラスミドベクターと連結された組換えベクターとして宿主に導入される。宿主については、上記実施形態4で説明した宿主と同様である。   The DNA having the desired FADGDH genetic information (the gene of Embodiment 2) is introduced into the host as a recombinant vector linked to a plasmid vector. The host is the same as that described in the fourth embodiment.

こうして得られた形質転換体である微生物は、栄養培地で培養されることにより、多量のFADGDHを安定して生産し得る。形質転換体である宿主微生物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く、通常多くの場合は液体培養で行うが、工業的には通気攪拌培養を行うのが有利である。   The microorganism which is the transformant thus obtained can stably produce a large amount of FADGDH by being cultured in a nutrient medium. The culture form of the host microorganism, which is a transformant, may be selected in consideration of the nutritional physiological properties of the host. Usually, the culture is performed in liquid culture, but industrially, aeration and agitation culture is performed. Is advantageous.

培地の栄養源としては微生物の培養に通常用いられるものが広く使用される。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、ピルビン酸などが使用される。窒素源としては利用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、大豆粕アルカリ分解物などが使用される。その他、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、亜鉛などの塩類、特定のアミノ酸、特定のビタミンなどが必要に応じて使用される。   As a nutrient source of the medium, those commonly used for culturing microorganisms are widely used. Any carbon compound that can be assimilated may be used as the carbon source. For example, glucose, sucrose, lactose, maltose, molasses, pyruvic acid and the like are used. The nitrogen source may be any nitrogen compound that can be used. For example, peptone, meat extract, yeast extract, casein hydrolyzate, soybean cake alkaline decomposition product, and the like are used. In addition, phosphates, carbonates, sulfates, salts such as magnesium, calcium, potassium, iron, manganese, and zinc, specific amino acids, specific vitamins, and the like are used as necessary.

培地温度は、微生物が発育しFADGDHを生産する範囲で適宜変更し得るが、宿主が酵母の場合、好ましくは20℃以上35℃以下であり、宿主が大腸菌の場合、好ましくは20℃以上42℃以下である。培養時間は培養条件によって異なるが、FADGDHが最高収量に達する時期を見計らって適当な時期に培養を終了すればよく、通常、培養時間は6時間以上72時間以下である。培地pHは、菌が発育しFADGDHを生産する範囲で適宜変更しうるが、好ましくはpH5.0以上9.0以下である。   The medium temperature can be appropriately changed within the range in which microorganisms grow and produce FADGDH. However, when the host is yeast, it is preferably 20 ° C. or higher and 35 ° C. or lower, and when the host is Escherichia coli, preferably 20 ° C. or higher and 42 ° C. It is as follows. Although the culturing time varies depending on the culturing conditions, the culturing may be terminated at an appropriate time in anticipation of the time when FADGDH reaches the maximum yield, and the culturing time is usually 6 hours or more and 72 hours or less. The medium pH can be appropriately changed within a range in which the bacteria grow and produce FADGDH, but is preferably pH 5.0 or more and 9.0 or less.

FADGDHを生産する微生物を含む培養液をそのまま採取し利用することもできるが、一般にはFADGDHが培養液中に存在する場合、濾過、遠心分離などにより、タンパク質を含有する溶液と微生物とを分離した後に利用される。一方、FADGDHが微生物の体内に存在する場合は、得られた培養物から濾過または遠心分離などの手法により微生物を採取し、次いで、この微生物を機械的方法、または、リゾチームなどを用いた酵素的方法で破壊する。また必要に応じて、微生物を含む液中にEDTA等のキレート剤、界面活性剤などを添加して、FADGDHを可溶化し、溶液としてFADGDHを分離採取する。   Although the culture solution containing the microorganism that produces FADGDH can be collected and used as it is, generally, when FADGDH is present in the culture solution, the solution containing the protein and the microorganism are separated by filtration, centrifugation, or the like. It will be used later. On the other hand, when FADGDH is present in the body of the microorganism, the microorganism is collected from the obtained culture by a technique such as filtration or centrifugation, and then the microorganism is enzymatically obtained using a mechanical method or lysozyme. Destroy with the method. If necessary, a chelating agent such as EDTA, a surfactant or the like is added to a liquid containing microorganisms to solubilize FADGDH, and FADGDH is separated and collected as a solution.

このようにして得られたFADGDH含有溶液からFADGDHを回収する方法としては、例えば、減圧濃縮、膜濃縮、硫酸アンモニウムや硫酸ナトリウムなどを用いた塩析処理、または、親水性有機溶媒(例えばメタノール、エタノール、アセトン)による分別沈殿法が挙げられる。また、加温処理や等電点処理も有効な精製手段である。また、吸着剤やゲル濾過剤などを用いたゲル濾過、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、アフィニティークロマトグラフィーにより、FADGDHを精製することもできる。   Methods for recovering FADGDH from the FADGDH-containing solution thus obtained include, for example, vacuum concentration, membrane concentration, salting-out treatment using ammonium sulfate, sodium sulfate, or the like, or a hydrophilic organic solvent (for example, methanol, ethanol, etc.). , Acetone). Heating treatment and isoelectric point treatment are also effective purification means. FADGDH can also be purified by gel filtration using an adsorbent or a gel filter, adsorption chromatography, ion exchange chromatography, or affinity chromatography.

なお、FADGDHの製造はこのような方法に限定されず、例えば、実施形態2の遺伝子を用いて無細胞タンパク質翻訳系によってFADGDHを製造することも可能である。   FADGDH production is not limited to such a method. For example, FADGDH can be produced by a cell-free protein translation system using the gene of Embodiment 2.

(実施形態6)
本実施形態の発明は、実施形態1のタンパク質を含むグルコース濃度測定試薬を用いたグルコースセンサである。
(Embodiment 6)
The invention of this embodiment is a glucose sensor using the glucose concentration measurement reagent containing the protein of Embodiment 1.

グルコース濃度測定試薬は、実施形態5の方法により製造されたFADGDHを少なくとも1回の測定に十分な量で含む。また、グルコース濃度測定試薬は、該FADGDH以外に、例えば、アッセイに必要な緩衝液、メディエーター、キャリブレーションカーブ作製のためのグルコース標準溶液を含み得る。グルコース濃度測定試薬の形態は特に限定されないが、グルコースセンサ用に適した種々の形態(例えば、凍結乾燥された試薬や、適切な保存容器中の溶液)で提供され得る。   The glucose concentration measuring reagent contains FADGDH produced by the method of Embodiment 5 in an amount sufficient for at least one measurement. In addition to the FADGDH, the glucose concentration measurement reagent may include, for example, a buffer solution necessary for the assay, a mediator, and a glucose standard solution for preparing a calibration curve. The form of the glucose concentration measurement reagent is not particularly limited, but may be provided in various forms suitable for a glucose sensor (for example, a freeze-dried reagent or a solution in an appropriate storage container).

グルコースセンサに用いられる電極は、特に限定されないが、カーボン電極、金電極、白金電極などを用いることができる。例えば、この電極上には、本発明のタンパク質(酵素:FADGDH)が固定化される。   Although the electrode used for a glucose sensor is not specifically limited, A carbon electrode, a gold electrode, a platinum electrode, etc. can be used. For example, the protein of the present invention (enzyme: FADGDH) is immobilized on this electrode.

固定化方法としては、架橋試薬を用いる方法、高分子マトリックス中に封入する方法、透析膜で被覆する方法、光架橋性ポリマー、導電性ポリマー、酸化還元ポリマーなどがあり、あるいはフェロセンあるいはその誘導体に代表される電子メディエーターとともにポリマー中に固定あるいは電極上に吸着固定してもよく、またこれらを組み合わせて用いてもよい。典型的には、グルタルアルデヒドを用いて、本発明のタンパク質(FADGDH)をカーボン電極上に固定化した後、アミン基を有する試薬で処理してグルタルアルデヒドを架橋する方法が用いられる。   Immobilization methods include a method using a crosslinking reagent, a method of encapsulating in a polymer matrix, a method of coating with a dialysis membrane, a photocrosslinkable polymer, a conductive polymer, a redox polymer, etc., or ferrocene or a derivative thereof. It may be fixed in a polymer or adsorbed and fixed on an electrode together with a representative electron mediator, or a combination thereof may be used. Typically, a method is used in which glutaraldehyde is used to immobilize the protein of the present invention (FADGDH) on a carbon electrode, and then is treated with a reagent having an amine group to cross-link glutaraldehyde.

(実施形態7)
本実施形態の発明は、実施形態1のタンパク質を用いたグルコース濃度測定方法である。グルコース濃度の測定は、例えば、以下のようにして行うことができる。
(Embodiment 7)
The invention of this embodiment is a glucose concentration measurement method using the protein of Embodiment 1. The measurement of glucose concentration can be performed as follows, for example.

恒温セルに緩衝液を入れ、一定温度に維持する。メディエーターとしては、フェリシアン化カリウム、フェナジンメトサルフェートなどを用いることができる。作用電極として実施形態1のタンパク質(FADGDH)を固定化した電極を用い、対極(例えば白金電極)および参照電極(例えばAg/AgCl電極)を用いる。カーボン電極に一定の電圧を印加して、電流が定常になった後、グルコースを含む試料を加えて電流の増加を測定する。標準濃度のグルコース溶液により作製したキャリブレーションカーブに従い、試料中のグルコース濃度を計算することができる。   Put buffer in constant temperature cell and maintain at constant temperature. As the mediator, potassium ferricyanide, phenazine methosulfate, or the like can be used. An electrode on which the protein (FADGDH) of Embodiment 1 is immobilized is used as a working electrode, and a counter electrode (for example, a platinum electrode) and a reference electrode (for example, an Ag / AgCl electrode) are used. After a constant voltage is applied to the carbon electrode and the current becomes steady, a sample containing glucose is added and the increase in current is measured. The glucose concentration in the sample can be calculated according to a calibration curve prepared with a standard concentration glucose solution.

(実施形態8)
本実施形態の発明は、実施形態1のタンパク質(FADGDH)を用いたバイオ燃料電池である。FADGDHは、グルコースの脱水素反応を触媒し、この反応により生じた電子が電力として供給される。
(Embodiment 8)
The invention of this embodiment is a biofuel cell using the protein (FADGDH) of Embodiment 1. FADGDH catalyzes the dehydrogenation reaction of glucose, and electrons generated by this reaction are supplied as electric power.

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these.

(参考例1)
独立行政法人製品評価技術基盤機構バイオテクノロジー本部生物資源部門(NBRC)より購入したA.terreus var. aureus(NBRC30536)を対象として、特許文献2の実施例1と同様の方法で、FADGDH遺伝子のスクリーニングを行った。
(Reference Example 1)
Purchased from the Bioresources Division (NBRC), Biotechnology Headquarters, National Institute of Technology and Evaluation. terreus var. The FADGDH gene was screened for Aureus (NBRC30536) by the same method as in Example 1 of Patent Document 2.

購入した糸状菌は、ポテトデキストロース培地(Difco Laboratories)または麦芽エキス培地(2%麦芽エキス、2%グルコース、0.1%ペプトン)を用いて好気的に培養した。培養後の糸状菌からWizard Genomic DNA Purification Kit(Promega)を用いてゲノムDNAを抽出した。   The purchased filamentous fungi were cultured aerobically using potato dextrose medium (Difco Laboratories) or malt extract medium (2% malt extract, 2% glucose, 0.1% peptone). Genomic DNA was extracted from the cultured filamentous fungi using Wizard Genomic DNA Purification Kit (Promega).

なお、糸状菌の産生するタンパク質を分析することにより、FADGDH活性を有するタンパク質を探索するのは、FADGDHの産生量がごく微量であるため、現実的には困難である。このため、本発明者らは、FADGDHを産生することが知られている常温性糸状菌(Aspergillus属糸状菌)に由来するFADGDHの一次構造(アミノ酸配列)の共通部分に着目し、該共通部分のうちの特定のアミノ酸配列をコードする塩基配列に相当するプライマーを用いて、糸状菌ゲノムDNAを鋳型とする縮重PCR(ポリメラーゼ連鎖反応)を行ない、そのPCR産物を分析することにより、糸状菌がFADGDH活性を有するタンパク質を産生しているかどうかを判別することができた。   In addition, it is practically difficult to search for a protein having FADGDH activity by analyzing a protein produced by a filamentous fungus because the production amount of FADGDH is very small. For this reason, the present inventors pay attention to the common part of the primary structure (amino acid sequence) of FADGDH derived from a thermophilic filamentous fungus (Aspergillus genus filamentous fungus) known to produce FADGDH. By using a primer corresponding to a base sequence encoding a specific amino acid sequence of the above, performing degenerate PCR (polymerase chain reaction) using the filamentous fungal genomic DNA as a template, and analyzing the PCR product. Was producing a protein having FADGDH activity.

常温性糸状菌由来FADGDHのアミノ酸配列の共通部分のうちの特定のアミノ酸配列は、好ましくは、YDYIVVGGGTSGL、QVLRAGKALGGTSTINGMAYTRAEDVQID、RSNFHPVGTAAMM、または、NVRVVDASVLPFQVCGHLVSTLYAVAERAである。   The specific amino acid sequence of the common part of the amino acid sequence of the psychrophilic filamentous fungus-derived FADGDH is preferably YDYIVVGGGTSGL, QVLRGKALGGTSTINGMAYTRAEDVQID, RSNFHPVGTAAMM, or NVRVVDASVLPFQVCGHLVSTLAVA.

本参考例では、縮重PCR用のプライマーとして、これらのアミノ酸配列の少なくとも一部をコードする塩基配列またはこれと相補的な塩基配列を含むプライマーである以下のプライマーを用いて、糸状菌ゲノムDNAを鋳型とする縮重PCR(ポリメラーゼ連鎖反応)を行った。   In this reference example, as a primer for degenerate PCR, a filamentous fungal genomic DNA is used by using the following primer which is a primer containing a base sequence encoding at least a part of these amino acid sequences or a base sequence complementary thereto: A degenerate PCR (polymerase chain reaction) was carried out using as a template.

縮重PCR用のセンスプライマーとしては、
プライマーA(5’−TAYGAYTAYATCGTTYTYGGAGGCGG−3’:配列番号9)、
プライマーB(5’−CAAGTKCTNCGTGCRGGRAAGGCCCTTGG−3’:配列番号10)、または、
プライマーC(5’−ACSCGCGCMGAGGATGTCCAGAT−3’:配列番号11)
を用いた。
As a sense primer for degenerate PCR,
Primer A (5′-TAYGAYTAYATCGTTTYTYGGAGGCGG-3 ′: SEQ ID NO: 9),
Primer B (5′-CAAGTKCTNCGTGCCRGGRAAGGCCCCTGG-3 ′: SEQ ID NO: 10), or
Primer C (5′-ACSCGCGCGGAGATGTCCCAGAT-3 ′: SEQ ID NO: 11)
Was used.

アンチセンスプライマーとしては、
プライマーD(5’−CATCATGGCAGCMGTKCCGACGGGRTGGAAGTT−3’:配列番号12)、または、
プライマーE(5’−GTGCTMACCAARTGGCCGCARACCTGGAA−3’:配列番号13)
を用いた。
As an antisense primer,
Primer D (5'-CATCATGGCAGCMGTKCCGACGGGRTTGGAAGTT-3 ': SEQ ID NO: 12), or
Primer E (5′-GTGCTMACCAARTGGCCGCARACCTGGAA-3 ′: SEQ ID NO: 13)
Was used.

なお、上記プライマーA〜Eは配列中にミックス塩基(K、N、M、R、S、Y)を含んでいるが、プライマーA〜Eの各々は、ミックス塩基の箇所において塩基配列が異なる複数種のプライマーの混合物を意味する。   The primers A to E include mixed bases (K, N, M, R, S, and Y) in the sequence, but each of the primers A to E has a plurality of different base sequences at the position of the mixed base. It means a mixture of seed primers.

上記の糸状菌から得たゲノムDNAを鋳型として、上記3種のセンスプライマーのいずれかと上記2種のアンチセンスプライマーのいずれかとの組合せを用いた6通りの縮重PCRを行った。得られたPCR産物をアガロースゲル電気泳動(1.2%アガロースゲル)に供し、泳動後のゲルについて臭化エチジウム染色を施すことによりPCR産物の存在を確認した。   Using the genomic DNA obtained from the above filamentous fungi as a template, 6 types of degenerate PCR were performed using a combination of any of the above three types of sense primers and any of the above two types of antisense primers. The obtained PCR product was subjected to agarose gel electrophoresis (1.2% agarose gel), and the gel after the electrophoresis was stained with ethidium bromide to confirm the presence of the PCR product.

その結果、A.terreus var. aureus(NBRC30536)のゲノムを鋳型として得られたPCR産物について、約1.3〜2.0kbの範囲でDNAバンドが検出された(図1)。なお、図1において、レーンMはマーカーであり、レーン1はプライマーAとDの組合せを用いた場合、レーン2はプライマーAとEの組合せを用いた場合、レーン3はプライマーBとDの組合せを用いた場合、レーン4はプライマーBとEの組合せを用いた場合、レーン5はプライマーCとDの組合せを用いた場合、レーン6はプライマーCとEの組合せを用いた場合を示している。   As a result, A. terreus var. For the PCR product obtained using the aureus (NBRC30536) genome as a template, a DNA band was detected in the range of about 1.3 to 2.0 kb (FIG. 1). In FIG. 1, lane M is a marker, lane 1 is a combination of primers A and D, lane 2 is a combination of primers A and E, and lane 3 is a combination of primers B and D. Lane 4 shows the case of using a combination of primers B and E, lane 5 shows the case of using a combination of primers C and D, and lane 6 shows the case of using a combination of primers C and E. .

縮重PCRで増幅されたDNA断片を、pCR−Blunt−II−TOPO(Life Technologies)に連結した後に、大腸菌DH5α(タカラバイオ)にサブクローニングした。挿入DNA断片の塩基配列解析を行った結果、既報のアスペルギルス属糸状菌由来FADGDH遺伝子と高い相同性を有する遺伝子断片の増幅が確認された。このことから、A.terreus var. aureusのゲノムにFADGDH遺伝子が存在することが示唆された。   A DNA fragment amplified by degenerate PCR was ligated to pCR-Blunt-II-TOPO (Life Technologies) and then subcloned into E. coli DH5α (Takara Bio). As a result of base sequence analysis of the inserted DNA fragment, amplification of a gene fragment having high homology with the previously reported FADGDH gene derived from Aspergillus spp. Was confirmed. From this, A. terreus var. It was suggested that the FADGDH gene exists in the genome of Aureus.

(比較例1:野生型)
本比較例では、Aspergillus terreus var. aureus(A.terreus var. aureus)由来の野生型FADGDHをPichia pastoris(P.pastoris)酵母を用いて製造した。以下、詳細について説明する。
(Comparative Example 1: Wild type)
In this comparative example, Aspergillus terreus var. Wild type FADGDH from Aureus (A. terreus var. aureus) was produced using Pichia pastoris (P. pastoris) yeast. Details will be described below.

(1)A.terreus var. aureus(NBRC30536)からのFADGDH遺伝子のクローニング
クローニングに先立ち、A.terreus var. aureus由来FADGDH遺伝子部分断片をプローブとするゲノムDNAのサザンハイブリダイゼーション解析を行った。A.terreus var. aureusゲノムDNAを各種制限酵素(New England BioLabs)で切断し、アガロースゲル電気泳動に供した。泳動後、ゲルに含まれているDNA断片を20×SSC(3M NaCl、0.3M クエン酸三ナトリウム、pH7.0)を用いたキャピラリー法によりナイロンメンブレン(Hybond−N+; GE Healthcare)に転写した。転写後のナイロンメンブレンとジゴキシゲニン標識プローブDNA(DIG DNA Labeling and Detection Kit; Roche)を混合し、65℃でハイブリダイゼーションを行った。プローブとハイブリダイズしたDNA断片はアルカリホスファターゼ標識抗DIG抗体(DIG DNA Labeling and detection Kit; Roche)を用いて検出した。
(1) A. terreus var. Cloning of the FADGDH gene from Aureus (NBRC 30536) terreus var. Southern hybridization analysis of genomic DNA was performed using the aureus-derived FADGDH gene partial fragment as a probe. A. terreus var. Aureus genomic DNA was cleaved with various restriction enzymes (New England BioLabs) and subjected to agarose gel electrophoresis. After the electrophoresis, the DNA fragment contained in the gel was transferred to a nylon membrane (Hybond-N +; GE Healthcare) by a capillary method using 20 × SSC (3M NaCl, 0.3M trisodium citrate, pH 7.0). . The nylon membrane after transfer and digoxigenin labeled probe DNA (DIG DNA Labeling and Detection Kit; Roche) were mixed and hybridized at 65 ° C. The DNA fragment hybridized with the probe was detected using an alkaline phosphatase-labeled anti-DIG antibody (DIG DNA Labeling and detection Kit; Roche).

その結果、XhoIのレーンから約4.5kbの位置にプローブとハイブリダイズするDNAバンドが検出された。既報のアスペルギルス属糸状菌由来FADGDH遺伝子のオープンリーディングフレーム(ORF)が約1.8kbであることから、プローブとハイブリダイズするこの約4.5kbのXhoI断片が、A.terreus var. aureus由来FADGDH遺伝子の全領域を包括しているものと考えられた。   As a result, a DNA band hybridizing with the probe was detected at a position of about 4.5 kb from the XhoI lane. Since the open reading frame (ORF) of the FADGDH gene from the Aspergillus filamentous fungus already reported is about 1.8 kb, this about 4.5 kb XhoI fragment that hybridizes with the probe is A. terreus var. It was considered to cover the entire region of the Aureus-derived FADGDH gene.

次に、Inverse PCRにより、A.terreus var. aureus由来FADGDH遺伝子の開始コドン近傍領域を含む5’−隣接領域(flanking area)と、終始コドン近傍領域を含む3’−隣接領域のクローニングを試みた。XhoIで切断したA.terreus var. aureusのゲノムDNAを調製用アガロースゲル電気泳動に供し、約4.5kbのDNA断片を回収した。このDNA断片をT4リガーゼ(タカラバイオ)により環状化し、Inverse PCRの鋳型とした。   Next, A.A. terreus var. An attempt was made to clone a 5'-flanking area containing the region near the start codon of the Aureus-derived FADGDH gene and a 3'-flanking region containing the region near the start codon. A. cut with XhoI. terreus var. Aureus genomic DNA was subjected to preparative agarose gel electrophoresis, and a DNA fragment of about 4.5 kb was recovered. This DNA fragment was circularized with T4 ligase (Takara Bio) and used as a template for Inverse PCR.

A.terreus var. aureus由来FADGDH遺伝子内部配列に基づいて設計したプライマー30536GSP3(5’−GTTGTTCGACTCGATCTGAGTGAAAGC−3’)、および、プライマー30536GSP5(5’−CCCGATGTCTACGATGTCTTCGGCGACGAA−3’)を用いてInverse PCRを行った結果、約3.5kbの位置に単一のDNA断片が検出された。   A. terreus var. Using the primer 30536GSP3 (5′-GTTGTCTCACTCGATCTGAGTGAAAGC-3 ′) and the primer 30536GSP5 (5′-CCCGATGTTCTACGAGTCTTCGCGCGACGAA-3 ′) designed based on the internal sequence of the Aureus-derived FADGDH gene, 3.5 Inverse results were obtained. A single DNA fragment was detected at position.

このDNA断片をサブクローニングし塩基配列解析を行ったところ、A.terreus var. aureus由来FADGDH遺伝子の5’−隣接領域と3’−隣接領域の増幅に成功したことが分かった。   Subcloning of this DNA fragment and base sequence analysis were conducted. terreus var. It was found that the 5'- and 3'-adjacent regions of the Aureus-derived FADGDH gene were successfully amplified.

次に、5’−隣接領域および3’−隣接領域の配列に基づいて設計したプライマー30536GSP9(5’−CTCGAGATAAATTAACCTTGGGATGCGTTT−3’)と30536GSP10(5’−GTCGACGTTTAGCTGGACCGTTGGTGCAGG−3’)を用いてA.terreus var. aureus由来ゲノムDNAを鋳型とするPCRを行った。その結果、単一の約2.5kbのDNA断片の増幅が確認され、このDNA断片がA.terreus var. aureus由来FADGDH遺伝子全領域を含んでいることが分かった。   Next, using primers 30536GSP9 (5'-CTCGAGAATAAATATACCTGGGATGCGTTTT-3 ') and 30536GSP10 (5'-GTCGACGTTTTAGCTGACCGTTGGTGCAGGG-3') designed based on the sequences of 5'-flanking region and 3'-flanking region. terreus var. PCR was performed using aureus-derived genomic DNA as a template. As a result, amplification of a single DNA fragment of about 2.5 kb was confirmed. terreus var. It was found to contain the entire region of the Aureus-derived FADGDH gene.

(2)A.terreus var. aureus由来FADGDH遺伝子の塩基配列解析
A.terreus var. aureus由来FADGDH遺伝子全領域を含むDNA断片の塩基配列はプライマーウォーキング法により決定した。A.terreus var. aureus由来FADGDH遺伝子全領域を含むDNA断片の塩基配列を図2に示す。
(2) A. terreus var. Nucleotide sequence analysis of Aureus-derived FADGDH gene terreus var. The nucleotide sequence of the DNA fragment containing the entire region of the Aureus-derived FADGDH gene was determined by the primer walking method. A. terreus var. The base sequence of the DNA fragment containing the entire region of the Aureus-derived FADGDH gene is shown in FIG.

A.terreus var. aureus由来FADGDH遺伝子は、3つのエクソン(エクソン1;343bp、エクソン2;1218bp、エクソン3;215bp)から構成される1776bpのORF(592アミノ酸をコードする。終止コドンを含めると1779bp)を含んでいた(図2の下線部および図3参照)。   A. terreus var. The Aureus-derived FADGDH gene contained a 1776 bp ORF consisting of three exons (exon 1; 343 bp, exon 2; 1218 bp, exon 3; 215 bp) (encoding 592 amino acids; 1779 bp when including the stop codon). (See the underlined portion in FIG. 2 and FIG. 3).

図4に、このようにして特定されたA.terreus var. aureus由来FADGDH遺伝子のORF(FADGDHコーディング領域)の塩基配列(終止コドンを含めると1779bp)と、その塩基配列から類推されるアミノ酸配列を示す。   In FIG. terreus var. The base sequence (1779 bp including the stop codon) of the ORF (FADGDH coding region) of the Aureus-derived FADGDH gene and the amino acid sequence inferred from the base sequence are shown.

図4に示すアミノ酸配列について、シグナルペプチドの存在の有無およびシグナルペプチド切断部位を、シグナルペプチド予測サーバーSignalP4.0(http://www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/)により推測した。その結果、開始コドンに由来するメチオニン(Met1)から16番目のアラニン(Ala16)までの配列がシグナルペプチドとして同定された。また、図4に示すアミノ酸配列において、FAD結合に重要なFAD結合モチーフ(Gly−Gly−Gly−Thr−Ser−Gly)は完全に保存されていた。   For the amino acid sequence shown in FIG. 4, the presence or absence of the signal peptide and the signal peptide cleavage site were estimated by the signal peptide prediction server SignalP4.0 (http://www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/). As a result, the sequence from methionine (Met1) to the 16th alanine (Ala16) derived from the start codon was identified as a signal peptide. Further, in the amino acid sequence shown in FIG. 4, the FAD binding motif (Gly-Gly-Gly-Thr-Ser-Gly) important for FAD binding was completely conserved.

(3)A.terreus var. aureus由来FADGDH遺伝子発現型プラスミドの作製
A.terreus var. aureus由来FADGDH遺伝子のコーディング領域をOverlap extension PCRにより合成した。
(3) A. terreus var. Preparation of Aureus-derived FADGDH gene expression type plasmid terreus var. The coding region of the Aureus-derived FADGDH gene was synthesized by overlap extension PCR.

まず、各エクソンをPCR増幅した。エクソン1のPCR増幅には、プライマーとして、30536GSP11(5’−GCCATGTTGGGAACACTTTCATTCCTCAGT−3’)と30536E1A(5’−CGCCATGCCGTTGATAGTGCTGGTTCCGCC−3’)を用いた。エクソン2のPCR増幅には、プライマーとして、30536E2S(5’−ATCAACGGCATGGCGTATACGCGCGCCGAA−3’)と30536E2A(5’−AGAGCGATAGTTCTTGTCAAAGACCCATTC−3’)を用いた。エクソン3のPCR増幅には、プライマーとして、30536E3S(5’−AAGAACTATCGCTCTAACTTCCACCCCGTC−3’)と30536GSP12(5’−TGTCTAACGACGAGCAGCGTCGGCCTTGAT−3’)を用いた。   First, each exon was PCR amplified. For PCR amplification of exon 1, 30536GSP11 (5'-GCCATGTTGGAACACTTTCATTCCTCAGT-3 ') and 30536E1A (5'-CGCCATGCCGTTGATAGTGTCTGGTTCCGCC-3') were used as primers. For PCR amplification of exon 2, 30536E2S (5'-ATCAACGGCATGGCGTATACGCCGCGCCGAA-3 ') and 30536E2A (5'-AGAGCGATAGTTCTTGTCAAAAGACCCATTC-3') were used as primers. For the PCR amplification of exon 3, 30536E3S (5'-AAGAACTATCGCCTCACTACTCCACCCCTCTCTC-3 ') and 30536GSP12 (5'-TGTCTAACGACGGAGCAGCGTCGGCCCTTGAT-3') were used as primers.

増幅したエクソン1とエクソン2とをOverlap−extension PCRにより連結した。さらに、連結したDNA断片とエクソン3とをOverlap extension PCRにより連結し、A.terreus var. aureus由来FADGDH遺伝子のコーディング領域を合成した。   Amplified exon 1 and exon 2 were ligated by overlap-extension PCR. Further, the ligated DNA fragment and exon 3 were ligated by overlap extension PCR. terreus var. The coding region of the Aureus-derived FADGDH gene was synthesized.

次に、A.terreus var. aureus由来FADGDH遺伝子コーディング領域を鋳型として、分泌発現型プラスミド作製用プライマー30536Pic1(5’−AAAGAATTCGCACCTTTGTCCAACTCCACG−3’)および30536Pic2(5’−TTTGCGGCCGCTCAGTGGTGGTGGTGGTGGTGACGACGAGCAGCGTCGGCCTT−3’)を用いたPCRを行ない、シグナル配列を含まない成熟型FADGDHをコードする遺伝子を増幅した。なお、増幅した成熟型FADGDHをコードする遺伝子のC末端側にはヒスチジンタグを融合するためのヒスチジンのコドン(CAC)が付加されている。   Next, A. terreus var. Using the Aureus-derived FADGDH gene coding region as a template, primers 30536Pic1 (5'-AAAGAAATTCGGCACCTTTGTCCAACTCCACCG-3 ') and 30536Pic2 (5'-TTTGCGGCGCTGTGGGTGTGTGTGGTGGTGTGTGTGGTGGTGTGTGTGTGTGTGTG The gene encoding mature FADGDH was amplified. A histidine codon (CAC) for fusing a histidine tag is added to the C-terminal side of the gene encoding the amplified mature FADGDH.

増幅したDNA断片をEcoRIおよびNotIで切断した後に、P.pastoris(Pichia pastoris)用分泌発現ベクターpPIC9(Life Technologies)の同一制限酵素サイトに連結することにより、A.terreus var. aureus由来FADGDH遺伝子分泌発現型プラスミドを作製した。成熟型FADGDHをコードする遺伝子をpPIC9に連結することにより、成熟型FADGDHをコードする遺伝子の上流には酵母用シグナル配列が融合されている。このようにして、A.terreus var. aureus由来FADGDH遺伝子分泌発現型プラスミドを作製した。   After the amplified DNA fragment was digested with EcoRI and NotI, P.P. by ligation to the same restriction enzyme site of the secretory expression vector pPIC9 (Life Technologies) for pastoris (Pichia pastoris). terreus var. Aureus-derived FADGDH gene secretion expression type plasmid was prepared. By ligating a gene encoding mature FADGDH to pPIC9, a yeast signal sequence is fused upstream of the gene encoding mature FADGDH. In this way, A.I. terreus var. Aureus-derived FADGDH gene secretion expression type plasmid was prepared.

(4)A.terreus var. aureus由来FADGDH遺伝子の酵母における発現と組換え酵素の精製
A.terreus var. aureus由来FADGDH分泌発現型プラスミドをP.pastoris GS115株(Life Technologies)に導入した。分泌発現型プラスミドを導入したGS115株をBMG培地(100mMリン酸カリウム緩衝液:pH6.0、1.34%酵母ニトロゲンベース、4×10−5%ビオチン、1%グリセロール)で2日間培養した(前培養)。前培養により取得した菌体をBMM培地(100mMリン酸カリウム緩衝液:pH6.0、1.34%酵母ニトロゲンベース、4×10−5%ビオチン、0.5%メタノール)に植菌し、5日間ほど30℃で好気的に培養した。
(4) A. terreus var. Expression of Aureus-derived FADGDH gene in yeast and purification of recombinant enzyme terreus var. aureus-derived FADGDH secretion expression plasmid pastoris GS115 strain (Life Technologies). The GS115 strain introduced with the secretory expression plasmid was cultured in BMG medium (100 mM potassium phosphate buffer: pH 6.0, 1.34% yeast nitrogen base, 4 × 10 −5 % biotin, 1% glycerol) for 2 days. (Pre-culture). Bacteria obtained by preculture is inoculated into BMM medium (100 mM potassium phosphate buffer: pH 6.0, 1.34% yeast nitrogen base, 4 × 10 −5 % biotin, 0.5% methanol), Cultured aerobically at 30 ° C. for about 5 days.

培養後の培養上清を回収し、PBS緩衝液に対して透析を行った。透析後の培養上清をPBS緩衝液で平衡化したNi−NTA Agarose(QIAGEN)カラム(直径2.0cm、高さ2.0cm)に供した。カラムをPBS緩衝液で洗浄した後に、吸着したタンパク質を200mMイミダゾールを含む20mM Hepes−NaOH緩衝液(pH7.5)で溶出した。溶出画分をAmicon Ultra−15 MWCO10(Merck Millipre)を用いて脱塩処理を施し、A.terreus var. aureus由来FADGDHを含むFADGDH精製標品を得た。   The culture supernatant after culture was collected and dialyzed against PBS buffer. The culture supernatant after dialysis was applied to a Ni-NTA Agarose (QIAGEN) column (diameter 2.0 cm, height 2.0 cm) equilibrated with PBS buffer. After washing the column with PBS buffer, the adsorbed protein was eluted with 20 mM Hepes-NaOH buffer (pH 7.5) containing 200 mM imidazole. The elution fraction was desalted using Amicon Ultra-15 MWCO10 (Merck Millipre). terreus var. A FADGDH purified sample containing Aureus-derived FADGDH was obtained.

(比較例2:野生型)
本比較例は、Talaromyces emersonii(NBRC31232)(Ta.emersonii)由来の野生型FADGDHであり、特許文献2の実施例6と同様にして酵母(Pichia pastoris)を用いて製造したFADGDHの精製標品である。
(Comparative Example 2: Wild type)
This comparative example is a wild-type FADGDH derived from Talaromyces emersonii (NBRC3232) (Ta. Emersonii), and is a purified FADGDH product produced using yeast (Pichia pastoris) in the same manner as in Example 6 of Patent Document 2. is there.

Ta.emersonii由来FADGDH遺伝子全領域を含むDNA断片の塩基配列を図5に示す。このTa.emersonii由来FADGDH遺伝子は、4つのエクソン(エクソン1;346bp、エクソン2;598bp、エクソン3;614bp、エクソン4;221bp)から構成される1779bpのORF(593アミノ酸をコード)を含んでいた(図5の下線部および図6参照)。   Ta. FIG. 5 shows the nucleotide sequence of a DNA fragment containing the entire region of emersonii-derived FADGDH gene. This Ta. The Emersonii-derived FADGDH gene contained a 1779 bp ORF (encoding 593 amino acids) composed of four exons (exon 1; 346 bp, exon 2; 598 bp, exon 3; 614 bp, exon 4; 221 bp) (FIG. 5). Underlined portion and FIG. 6).

図7に、Ta.emersonii由来FADGDH遺伝子のORF(FADGDHコーディング領域)の塩基配列(終止コドンを含めると1782bp)と、その塩基配列から類推されるアミノ酸配列を示す。これらは、そのクローニング方法や解析方法とともに特許文献2に詳細に開示されている。   In FIG. The nucleotide sequence of the ORF (FADGDH coding region) of the FADGDH gene derived from emersonii (1782 bp including the stop codon) and the amino acid sequence inferred from the nucleotide sequence are shown. These are disclosed in detail in Patent Document 2 together with their cloning and analysis methods.

Ta.emersonii由来FADGDH遺伝子の酵母における発現と組換え酵素の精製は、比較例1と同様の方法で行い、Ta.emersonii由来FADGDHを含むFADGDH精製標品を得た。   Ta. Expression of the Emersonii-derived FADGDH gene in yeast and purification of the recombinant enzyme were performed in the same manner as in Comparative Example 1, and Ta. A purified FADGDH preparation containing FADGDH derived from emersonii was obtained.

[試験例1]
本試験例では、A.terreus var. aureus由来FADGDHの一部のポリペプチドをTa.emersonii由来FADGDHのエクソン単位相当のポリペプチドで置換してなるキメラタンパク質を作製した。
[Test Example 1]
In this test example, A. terreus var. Some polypeptides of Aureus-derived FADGDH were synthesized using Ta. A chimeric protein was prepared by substituting with a polypeptide corresponding to the exon unit of emersonii-derived FADGDH.

本試験例では、図2に示されるA.terreus var. aureus由来FADGDH遺伝子のコーディング領域の塩基配列が、Ta.emersonii由来FADGDH遺伝子のエクソン1〜4の少なくともいずれかで置換された、図9の表に示される構造を有する、14種類のキメラFADGDH遺伝子の分泌発現型プラスミドを作製した。なお、本試験例では、図9の表に示される14種類の構造を有するキメラタンパク質をそれぞれC1te〜C14teと表記している。なお、CはChimeraの頭文字を、末尾の2文字は、terreusとemersoniiの頭文字を表す。   In this test example, A.E shown in FIG. terreus var. The base sequence of the coding region of the Aureus-derived FADGDH gene is Ta. Secretory expression plasmids of 14 types of chimeric FADGDH genes having the structure shown in the table of FIG. 9 replaced with at least one of exons 1 to 4 of the FADERDH gene derived from emersonii were prepared. In this test example, chimeric proteins having 14 types of structures shown in the table of FIG. 9 are denoted as C1te to C14te, respectively. C represents the initial of Chimera, and the last two characters represent the initial of terreus and emersonii.

まず、Gibson Assembly Master Mix(New England Biolabs)のプロトコールに従って、Ta.emersonii由来FADGDH遺伝子の各エクソン(E1〜E4)、および、Ta.emersonii由来FADGDH遺伝子の各エクソンの塩基配列に該当するA.terreus var. aureus由来FADGDH遺伝子の各塩基配列(E1〜E4と定義する)を増幅するプライマーを作製し、KOD−Plus−Neo(東洋紡)によるPCR増幅を行なった。   First, according to the protocol of Gibson Assembly Master Mix (New England Biolabs), Ta. each exon (E1 to E4) of the FADGDH gene derived from Emersonii, and Ta. which corresponds to the base sequence of each exon of the FADGDH gene derived from emersonii. terreus var. Primers for amplifying each base sequence (defined as E1 to E4) of the Aureus-derived FADGDH gene were prepared, and PCR amplification was performed using KOD-Plus-Neo (Toyobo).

次に、図9に示される14種類のキメラタンパク質の構造に該当するPCR増幅された各エクソン断片と、EcoRIとNotIで切断したpPIC9ベクターをGibson Assembly Master Mixにより連結させることで、キメラFADGDH遺伝子の分泌発現型プラスミドを作製した。作製した遺伝子はDNAシークエンス解析により配列を確認した。   Next, the PCR amplified exon fragments corresponding to the structures of the 14 types of chimeric proteins shown in FIG. 9 and the pPIC9 vector cleaved with EcoRI and NotI were ligated with Gibson Assembly Master Mix to obtain the chimeric FADGDH gene. A secretory expression plasmid was prepared. The sequence of the prepared gene was confirmed by DNA sequence analysis.

PCR増幅に使用した14種類のプライマーを以下に示す:

(1) CPicG1(5’−AAAAGAGAGGCTGAAGCTTACGTAGAATTC−3’)
(2) CPicG2(5’−CATGTCTAAGGCGAATTAATTCGCGGCCGC−3’)
(3) C1teE1A(5’−AGGCCATTCCGTTGATAGTGCTGGTTCCGC−3’)
(4) C1teE2S(5’−CTATCAACGGAATGGCCTATACGCGCGCCC−3’)
(5) C1teE3A(5’−TAGAGCGATATGTCTCCTTCAGCCACGCCT−3’)
(6) C1teE4S(5’−AGGAGACATATCGCTCTAACTTCCACCCCG−3’)
(7) C4teE2A(5’−AAGAACGCTTGGATTCCCAACCCCAGAGAG−3’)
(8) C4teE3S(5’−GGGAATCCAAGCGTTCTTCAAAAGTTCAAC−3’)
(9) C5teE2A(5’−CAGAATGCTGGGGTTGCCAATCCCGGAAAG−3’)
(10) C5teE3S(5’−GGCAACCCCAGCATTCTGAACAAATACAAC−3’)
(11) C6teE1A(5’−ACGCCATGCCATTGATCGTGCTCGTGCCTC−3’)
(12) C6teE2S(5’−CGATCAATGGCATGGCGTATACGCGCGCCG−3’)
(13) C6teE3A(5’−TCGACCGATAGTTCTTGTCAAAGACCCATT−3’)
(14) C6teE4S(5’−ACAAGAACTATCGGTCGAATTTCCATCCCG−3’)

CPicG1は、A.terreus var. aureusおよびTa.emersonii由来FADGDHのエクソン1の増幅に共通して使用できるセンスプライマーである。CPicG2は、A.terreus var. aureusおよびTa.emersonii由来FADGDHのエクソン4の増幅に共通して使用できるアンチセンスプライマーである。C1teE1Aは、C1teに該当するエクソン1を増幅するためのアンチセンスプライマーである。C1teE2Sは、C1teに該当するエクソン2を増幅するためのセンスプライマーである。上記に示す残りのC4teE2A〜C6teE4Sのプライマーも同様に、C4te〜C6teに該当するエクソン1〜4を増幅するためのアンチセンス(またはセンス)プライマーである。
The 14 primers used for PCR amplification are shown below:

(1) CPicG1 (5′-AAAAGAGAGGCTGAAGCTTACGTAGAATTC-3 ′)
(2) CPicG2 (5′-CATGTCTAAGGCGAATTAATTCGCGGCCGC-3 ′)
(3) C1teE1A (5′-AGGCCATTCCGTTGATAGTGCTGGTTCCGC-3 ′)
(4) C1teE2S (5'-CTATCAACGGAATGGCCTATACGCGCGCCC-3 ')
(5) C1teE3A (5′-TAGAGCGATATGTCTCCTTCAGCCACGCCT-3 ′)
(6) C1teE4S (5′-AGGAGACATATCGCTCTAACTTCCACCCCG-3 ′)
(7) C4teE2A (5′-AAGAACGCTTGGATTCCCAACCCCAGAGAG-3 ′)
(8) C4teE3S (5′-GGGAATCCAAGCGTTCTTCAAAAGTTCAAC-3 ′)
(9) C5teE2A (5′-CAGAATGCTGGGGTTGCCAATCCCGGAAAG-3 ′)
(10) C5teE3S (5′-GGCAACCCCAGCATTCTGAACAAATACAAC-3 ′)
(11) C6teE1A (5′-ACGCCATGCCATTGATCGTGCTCGTGCCTC-3 ′)
(12) C6teE2S (5′-CGATCAATGGCATGGCGTATACGCGCGCCG-3 ′)
(13) C6teE3A (5′-TCGACCGATAGTTCTTGTCAAAGACCCATT-3 ′)
(14) C6teE4S (5′-ACAAGAACTATCGGTCGAATTTCCATCCCG-3 ′)

CPicG1 is an A.I. terreus var. aureus and Ta. It is a sense primer that can be used in common for exon 1 amplification of emersonii-derived FADGDH. CPicG2 is an A.I. terreus var. aureus and Ta. It is an antisense primer that can be commonly used for amplification of exon 4 of FADERDH derived from emersonii. C1teE1A is an antisense primer for amplifying exon 1 corresponding to C1te. C1teE2S is a sense primer for amplifying exon 2 corresponding to C1te. The remaining C4teE2A to C6teE4S primers shown above are similarly antisense (or sense) primers for amplifying exons 1 to 4 corresponding to C4te to C6te.

例えば、C1te遺伝子を連結したpPIC9プラスミドを作製する場合、表1に示す鋳型プラスミドとプライマーの組合せで各エクソンをPCR増幅し、Gibson Assembly Master Mixにより、EcoRIとNotIで切断したpPIC9ベクターと連結できる。なお、鋳型プラスミドには野生型A.terreus var. aureusまたは野生型Ta.emersonii由来FADGDH遺伝子を連結したpPIC9(pPIC9_30536、およびpPIC9_31232)のいずれかを使用する。   For example, when a pPIC9 plasmid ligated with the C1te gene is prepared, each exon can be PCR-amplified with the combination of the template plasmid and the primer shown in Table 1, and ligated with a pPIC9 vector cleaved with EcoRI and NotI using Gibson Assembly Master Mix. The template plasmid contains wild type A.I. terreus var. aureus or wild type Ta. Any of pPIC9 (pPIC9_30536 and pPIC9_31232) linked to the FADGDH gene derived from emersonii is used.

また、C11te遺伝子を連結したpPIC9プラスミドを作製する場合、表2に示す鋳型プラスミドとプライマーの組合せで各エクソンをPCR増幅し、Gibson Assembly Master Mixにより、EcoRIとNotIで切断したpPIC9ベクターと連結できる。   Also, when preparing a pPIC9 plasmid ligated with the C11te gene, each exon can be PCR amplified with the combination of template plasmid and primer shown in Table 2, and ligated with a pPIC9 vector cleaved with EcoRI and NotI by Gibson Assembly Master Mix.

このようにして、上記に示す14種類のプライマーを使用して、14種類のキメラFADGDH遺伝子の分泌発現型プラスミドを作製した。なお、作製したキメラFADGDHのエクソン1には、比較例1および比較例2と同様、A.terreus var. aureusまたはTa.emersonii由来FADGDHタンパク質のシグナル配列をコードする塩基配列は含まれていない。   In this way, 14 types of chimeric FADGDH gene secretory expression type plasmids were prepared using the 14 types of primers shown above. In addition, exon 1 of the produced chimeric FADGDH contains A.I. terreus var. aureus or Ta. The nucleotide sequence encoding the signal sequence of emersonii-derived FADGDH protein is not included.

作製したキメラFADGDH遺伝子の酵母における発現と組換え酵素の精製は、比較例1と同様の方法で行った。   Expression of the produced chimeric FADGDH gene in yeast and purification of the recombinant enzyme were carried out in the same manner as in Comparative Example 1.

このようにして、図8にE1〜E4として示されるA.terreus var. aureus由来FADGDHを構成する4つのポリペプチドの少なくともいずれかが、その各々に対応するTa.emersonii由来のポリペプチド(Ta.emersonii由来タンパク質をコードするDNA塩基配列のエクソン1〜4の各々でコードされるポリペプチド)で置換された、図9の表に示される構造を有する、14種類のキメラタンパク質(FADGDH)の精製標品を得た。   In this manner, A.E shown as E1 to E4 in FIG. terreus var. At least one of the four polypeptides constituting the Aureus-derived FADGDH is a Ta. Emersonii-derived polypeptides (polypeptides encoded by exons 1 to 4 of the DNA base sequence encoding Ta. emersonii-derived protein) having 14 structures having the structure shown in the table of FIG. A purified sample of the chimeric protein (FADGDH) was obtained.

図8において、E1〜E4は、好熱性糸状菌(Ta.emersonii)のエクソン1〜4の各々がコードするアミノ酸配列(ポリペプチド)に、それぞれ対応する配列を示している。なお、上述のとおり、A.terreus var. aureus由来FADGDHをコードする遺伝子は、3つのエクソンからなっており(図3)、図8のE1〜E4は、このエクソンの構成と一致するものではない。   8, E1 to E4 indicate sequences corresponding to amino acid sequences (polypeptides) encoded by exons 1 to 4 of thermophilic filamentous fungi (Ta. Emersonii), respectively. As described above, A.I. terreus var. The gene that encodes Aureus-derived FADGDH consists of three exons (FIG. 3), and E1 to E4 in FIG. 8 do not match the structure of this exon.

(試験例1の確認試験)
次に、試験例1、比較例1および比較例2で得られたFADGDH精製標をSDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDS−PAGE)に供した。まず、FADGDH精製標品中のタンパク質濃度を測定した。タンパク質濃度は、市販のタンパク質定量キット(Pierce BCA Protein Assay Reagent; サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社)を用いたBCA法により測定した。なお、該キットでは、標準タンパク質としては牛血清アルブミンを使用している。
(Confirmation test of Test Example 1)
Next, the FADGDH purified standards obtained in Test Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 were subjected to SDS-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE). First, the protein concentration in the FADGDH purified sample was measured. The protein concentration was measured by the BCA method using a commercially available protein quantification kit (Pierce BCA Protein Assay Reagent; Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.). In this kit, bovine serum albumin is used as the standard protein.

得られた濃度測定値に基づいて、FADGDH5μgを含む精製標品を、SDS−PAGEに供した。SDS−PAGEはLaemmliの方法に準じて行った。SDS−ポリアクリルアミドゲルとしては、「e−PAGEL 10−20%」(アトー)を使用した。泳動後のゲルはCBB(Coomassie Brilliant Blue)ベースの染色液「GelCode Blue Safe Protein Stain」(サーモフィッシャーサイエンティフィック)により染色した。タンパク質マーカーには、「Unstained Protein Ladder Broad Range(10−250kDa)」(New England BioLabs)を使用した。   Based on the obtained concentration measurement value, a purified sample containing 5 μg of FADGDH was subjected to SDS-PAGE. SDS-PAGE was performed according to the Laemmli method. As the SDS-polyacrylamide gel, “e-PAGE 10-20%” (Ato) was used. The gel after electrophoresis was stained with a CBB (Coomassie Brilliant Blue) -based staining solution “GelCode Blue Safe Protein Stain” (Thermo Fisher Scientific). As a protein marker, “Unstained Protein Ladder Broad Range (10-250 kDa)” (New England BioLabs) was used.

SDS−PAGEの結果を図10に示す。なお、各FADGDHのレーンの左側のレーンはタンパク質マーカーである。図10に示されるように、いずれのFADGDHについても、80〜250kDa程度の位置にバンドが見られた。   The result of SDS-PAGE is shown in FIG. The left lane of each FADGDH lane is a protein marker. As shown in FIG. 10, a band was observed at a position of about 80 to 250 kDa for any FADGDH.

なお、図10において、A.terreus var. aureus由来FADGDH、Ta.emersonii由来FADGDH、および、各キメラFADGDHのアミノ酸配列から推定されるN型糖鎖の付加部位数を示している。A.terreus var. aureus由来FADGDHでは9箇所、Ta.emersonii由来FADGDHでは12箇所の推定上の糖鎖付加部位数があるが、SDS−PAGEの結果は糖鎖付加部位が少ないA.terreus var. aureus由来FADGDHの方がより高分子量であることを示しており、推定上の糖鎖付加部位数とSDS−PAGE上での分子量との間に比例関係は見出だせない。しかし、Ta.emersonii由来FADGDHのエクソン3でコードされるポリペプチドのアミノ酸配列がキメラタンパク質に含まれている場合は80〜150kDa付近に、同位置に相当するA.terreus var. aureus由来FADGDHのアミノ酸配列がキメラタンパク質に含まれている場合は150〜250kDa付近に主バンドが現れる傾向が見られる。   In FIG. terreus var. aureus-derived FADGDH, Ta. The number of N-type sugar chain addition sites deduced from the amino acid sequences of emersonii-derived FADGDH and each chimeric FADGDH is shown. A. terreus var. aureus-derived FADGDH has 9 locations, Ta. In Emersonii-derived FADGDH, there are twelve putative glycosylation sites, but the result of SDS-PAGE is that there are few glycosylation sites. terreus var. Aureus-derived FADGDH has a higher molecular weight, and a proportional relationship cannot be found between the estimated number of glycosylation sites and the molecular weight on SDS-PAGE. However, Ta. When the chimeric protein contains the amino acid sequence of a polypeptide encoded by exon 3 of Emersonii-derived FADGDH, the A. coli corresponding to the same position is around 80 to 150 kDa. terreus var. When the amino acid sequence of Aureus-derived FADGDH is contained in the chimeric protein, there is a tendency that a main band appears in the vicinity of 150 to 250 kDa.

(比較例3)
本比較例は、Aspergillus oryzae(A.oryzae) T1株由来の野生型FADGDHであり、以下のようにして作製したFADGDH遺伝子分泌発現型プラスミドを用いる点以外は、基本的に特許文献2の実施例6と同様にして酵母(Pichia pastoris)を用いて製造したFADGDHの精製標品である。以下、本比較例で用いられるプラスミドの作製について説明する。
(Comparative Example 3)
This comparative example is a wild-type FADGDH derived from Aspergillus oryzae (A. oryzae) T1 strain, and basically the Example of Patent Document 2 except that the FADGDH gene secretion expression plasmid prepared as follows is used. 6 is a purified preparation of FADGDH produced using yeast (Pichia pastoris) in the same manner as in FIG. Hereinafter, preparation of the plasmid used in this comparative example will be described.

特許文献1の配列番号41に記載のA.oryzae T1株由来FADGDH遺伝子の塩基配列を、人工合成により作製した。A.oryzae T1株由来FADGDH遺伝子全領域を含む塩基配列は公知であり(例えば、特許文献1の配列番号41参照)、1779bpのORF(593アミノ酸)をコードし、終止コドンを含めると1782bpを含んでいることが知られている。図12に、A.oryzae由来FADGDH遺伝子のORF(FADGDHコーディング領域)の塩基配列(終止コドンを含めると1782bp)と、その塩基配列から類推されるアミノ酸配列を示す。   A. described in SEQ ID NO: 41 of Patent Document 1. The base sequence of the FADGDH gene derived from oryzae T1 strain was prepared by artificial synthesis. A. The nucleotide sequence including the entire region of the FADGDH gene derived from the oryzae T1 strain is known (see, for example, SEQ ID NO: 41 of Patent Document 1), encodes a 1779 bp ORF (593 amino acids), and includes a termination codon of 1782 bp. It is known. FIG. The base sequence of ORF (FADGDH coding region) of the FADGDH gene derived from oryzae (1782 bp including the stop codon) and the amino acid sequence inferred from the base sequence are shown.

当該遺伝子の塩基配列を、ゲノムの塩基配列が既知であるA.oryzae RIB40株などにおいてBLAST検索したところ、ほとんどのA.oryzae株は相同性が約99%一致した遺伝子を有しており、いずれも4つのエクソンで構成され、かつ、共通した位置に3つのイントロンが含まれることが推測された。この結果より、A.oryzae T1株由来FADGDH遺伝子は4つのエクソンで構成され、エクソン1;346bp、エクソン2;598bp、エクソン3;620bp、エクソン4;215bpから構成されることが推測された(図11参照)。   The base sequence of the gene is represented by A.A. A BLAST search in the oryzae RIB40 strain and the like revealed that most A. The oryzae strain has a gene having a homology of about 99%, all of which are composed of four exons and are presumed to contain three introns at a common position. From this result, A. It was speculated that the FADGDH gene derived from oryzae T1 strain was composed of four exons, exon 1; 346 bp, exon 2; 598 bp, exon 3; 620 bp, exon 4; 215 bp (see FIG. 11).

次に、A.oryzae由来FADGDH遺伝子コーディング領域を鋳型として、分泌発現型プラスミド作製用プライマーAOPic1(5’−AAAGAATTCTCACCGGCTGGACGGGCCAAG−3’)およびA0Pic2(5’−TTTGCGGCCGCCTAGTGGTGGTGGTGGTGGTGAGCACTCTTCGCATCCTCCTT−3’)を用いたPCRを行ない、成熟型FADGDHをコードする遺伝子を増幅した。なお、増幅した成熟型FADGDHをコードする遺伝子のC末端側にはヒスチジンタグを融合するためのヒスチジンのコドン(CAC)が付加されている。   Next, A. Using the oryzae-derived FADGDH gene coding region as a template, the primers AOPic1 (5′-AAAGAAATTCTCACCCGGCTGGACGGGGCCAAGCTGPCR) using the AOPic1 (5′-TTTGCGGCGCTGCTGCTGTCTGTCGCTGTCGTCTGC The gene to be amplified was amplified. A histidine codon (CAC) for fusing a histidine tag is added to the C-terminal side of the gene encoding the amplified mature FADGDH.

増幅したDNA断片をEcoRIおよびNotIで切断した後に、P.pastoris(Pichia pastoris)用分泌発現ベクターpPIC9(Life Technologies)の同一制限酵素サイトに連結することにより、A.oryzae由来FADGDH遺伝子分泌発現型プラスミドを作製した。成熟型FADGDHをコードする遺伝子をpPIC9に連結することにより、成熟型FADGDHをコードする遺伝子の上流には酵母用シグナル配列が融合されている。このようにして、A.oryzae由来FADGDH遺伝子分泌発現型プラスミドを作製した。   After the amplified DNA fragment was digested with EcoRI and NotI, P.P. by ligation to the same restriction enzyme site of the secretory expression vector pPIC9 (Life Technologies) for pastoris (Pichia pastoris). An oryzae-derived FADGDH gene secretion expression type plasmid was prepared. By ligating a gene encoding mature FADGDH to pPIC9, a yeast signal sequence is fused upstream of the gene encoding mature FADGDH. In this way, A.I. An oryzae-derived FADGDH gene secretion expression type plasmid was prepared.

[試験例2]
本試験例では、A.oryzae由来FADGDHの一部のポリペプチドをTa.emersonii由来FADGDHのエクソン単位相当のポリペプチドで置換してなるキメラタンパク質を作製した。
[Test Example 2]
In this test example, A. Some polypeptides of oryzae-derived FADGDH are labeled with Ta. A chimeric protein was prepared by substituting with a polypeptide corresponding to the exon unit of emersonii-derived FADGDH.

本試験例では、図12に示されるA.oryzae由来FADGDH遺伝子のコーディング領域の塩基配列が、Ta.emersonii由来FADGDH遺伝子のエクソン1〜4の少なくともいずれかで置換された、図9の表に示された構造(ここでは、A.terreus var. aureusではなくA.oryzae由来FADGDHの遺伝子)を有する、14種類のキメラFADGDH遺伝子の分泌発現型プラスミドを作製した。なお、本試験例では、14種類の構造を有するキメラタンパク質をそれぞれC1oe〜C14oeと表記する。なお、CはChimeraの頭文字を、末尾の2文字は、oryzaeとemersoniiの頭文字を表す。   In this test example, A.E shown in FIG. The base sequence of the coding region of the oryzae-derived FADGDH gene is Ta. having the structure shown in the table of FIG. 9 (here, the gene for FADGDH from A. oryzae rather than A. terreus var. aureus), replaced with at least one of exons 1 to 4 of the FADGDH gene from emersonii, Fourteen types of secreted expression plasmids of chimeric FADGDH genes were prepared. In this test example, the chimeric proteins having 14 types of structures are denoted as C1oe to C14oe, respectively. C represents the initial of Chimera, and the last two characters represent the initials of oryzae and emersonii.

試験に用いるプライマー以外は試験例1と同様の方法を用い、14種類のキメラFADGDH遺伝子の分泌発現型プラスミドを作製した。PCR増幅に使用した14種類のプライマーを以下に示す:

(1) CPicG1(5’−AAAAGAGAGGCTGAAGCTTACGTAGAATTC−3’)
(2) CPicG2(5’−CATGTCTAAGGCGAATTAATTCGCGGCCGC−3’)
(3) C1oeE1A(5’−AGGCCATTCCATTGATTGTACTGGTTCCTC−3’)
(4) C1oeE2S(5’−CAATCAATGGAATGGCCTATACGCGCGCCC−3’)
(5) C1oeE3A(5’−TGGAACGATATGTCTCCTTCAGCCACGCCT−3’)
(6) C1oeE4S(5’−AGGAGACATATCGTTCCAACTTCCACCCCG−3’)
(7) C4oeE2A(5’−GAGGATGGTTGGATTCCCAACCCCAGAGAG−3’)
(8) C4oeE3S(5’−GGGAATCCAACCATCCTCAAAAAGAACAAC−3’)
(9) C5oeE2A(5’−CAGAATGCTTGGGTTTCCAACTCCTGAAAG−3’)
(10) C5oeE3S(5’−GGAAACCCAAGCATTCTGAACAAATACAAC−3’)
(11) C6oeE1A(5’−AGGCCATTCCATTGATCGTGCTCGTGCCTC−3’)
(12) C6oeE2S(5’−CGATCAATGGAATGGCCTATACCCGCGCAG−3’)
(13) C6oeE3A(5’−TCGACCGATAGTTAGCCTTGAGCCATTCAA−3’)
(14) C6oeE4S(5’−AGGCTAACTATCGGTCGAATTTCCATCCCG−3’)

CPicG1は、A.oryzaeおよびTa.emersonii由来FADGDHのエクソン1の増幅に共通して使用できるセンスプライマーである。CPicG2は、A.oryzaeおよびTa.emersonii由来FADGDHのエクソン4の増幅に共通して使用できるアンチセンスプライマーである。C1oeE1Aは、C1oeに該当するエクソン1を増幅するためのアンチセンスプライマーである。C1oeE2Sは、C1oeに該当するエクソン2を増幅するためのセンスプライマーである。上記に示す残りのC4oeE2A〜C6oeE4Sのプライマーも同様に、C4oe〜C6oeに該当するエクソン1〜4を増幅するためのアンチセンス(またはセンス)プライマーである。
Except for the primers used in the test, 14 types of secreted expression plasmids of chimeric FADGDH gene were prepared in the same manner as in Test Example 1. The 14 primers used for PCR amplification are shown below:

(1) CPicG1 (5′-AAAAGAGAGGCTGAAGCTTACGTAGAATTC-3 ′)
(2) CPicG2 (5′-CATGTCTAAGGCGAATTAATTCGCGGCCGC-3 ′)
(3) C1oeE1A (5′-AGGCCATTCCATTGATTGTACTGGTTCCTC-3 ′)
(4) C1oeE2S (5′-CAATCAATGGAATGGCCTATACGCGCGCCC-3 ′)
(5) C1oeE3A (5′-TGGAACGATATGTCTCCTTCAGCCACGCCT-3 ′)
(6) C1oeE4S (5′-AGGAGACATATCGTTCCAACTTCCACCCCG-3 ′)
(7) C4oeE2A (5′-GAGGATGGTTGGATTCCCAACCCCAGAGAG-3 ′)
(8) C4oeE3S (5′-GGGAATCCAACCATCCTCAAAAAGAACAAC-3 ′)
(9) C5oeE2A (5′-CAGAATGCTTGGGTTTCCAACTCCTGAAAG-3 ′)
(10) C5oeE3S (5′-GGAAACCCAAGCATTCTGAACAAATACAAC-3 ′)
(11) C6oeE1A (5′-AGGCCATTCCATTGATCGTGCTCGTGCCTC-3 ′)
(12) C6oeE2S (5′-CGATCAATGGAATGGCCTATACCCGCGCAG-3 ′)
(13) C6oeE3A (5′-TCGACCGATAGTTAGCCTTGAGCCATTCAA-3 ′)
(14) C6oeE4S (5′-AGGCTAACTATCGGTCGAATTTCCATCCCG-3 ′)

CPicG1 is an A.I. oryzae and Ta. This is a sense primer that can be commonly used for amplification of exon 1 of FADGDH derived from emersonii. CPicG2 is an A.I. oryzae and Ta. It is an antisense primer that can be used in common for exon 4 amplification of FADGDH derived from emersonii. C1oeE1A is an antisense primer for amplifying exon 1 corresponding to C1oe. C1oeE2S is a sense primer for amplifying exon 2 corresponding to C1oe. Similarly, the remaining C4oeE2A to C6oeE4S primers described above are antisense (or sense) primers for amplifying exons 1 to 4 corresponding to C4oe to C6oe.

例えば、C3oe遺伝子を連結したpPIC9プラスミドを作製する場合、表3に示す鋳型プラスミドとプライマーの組合せで各エクソンをPCR増幅し、Gibson Assembly Master Mixにより、EcoRIとNotIで切断したpPIC9ベクターと連結できる。なお、鋳型プラスミドには野生型A.oryzaeまたは野生型Ta.emersonii由来FADGDH遺伝子を連結させたpPIC9(pPIC9_AO、およびpPIC9_31232)のいずれかを使用する。   For example, when a pPIC9 plasmid ligated with the C3oe gene is prepared, each exon can be PCR-amplified with a combination of the template plasmid and the primer shown in Table 3, and ligated with a pPIC9 vector cleaved with EcoRI and NotI using Gibson Assembly Master Mix. The template plasmid contains wild type A.I. oryzae or wild type Ta. Any of pPIC9 (pPIC9_AO and pPIC9_31232) to which the FADGDH gene derived from emersonii is linked is used.

このようにして、上記に示す14種類のプライマーを使用して、14種類のキメラFADGDH遺伝子の分泌発現型プラスミドを作製した。なお、作製したキメラFADGDHのエクソン1には、比較例2および比較例3と同様、A.oryzaeまたはTa.emersonii由来FADGDHタンパク質のシグナル配列をコードする塩基配列は含まれていない。   In this way, 14 types of chimeric FADGDH gene secretory expression type plasmids were prepared using the 14 types of primers shown above. In addition, exon 1 of the produced chimeric FADGDH contains A.I. oryzae or Ta. The nucleotide sequence encoding the signal sequence of emersonii-derived FADGDH protein is not included.

作製したキメラFADGDH遺伝子の酵母における発現と組換え酵素の精製は、比較例1と同様の方法で行った。   Expression of the produced chimeric FADGDH gene in yeast and purification of the recombinant enzyme were carried out in the same manner as in Comparative Example 1.

このようにして、試験例1と同様にして、図13にE1〜E4として示されるA.oryzae由来FADGDHを構成する4つのポリペプチドの少なくともいずれかが、それぞれに相当するTa.emersonii由来タンパク質をコードするDNA塩基配列のエクソン1〜4の各々でコードされるポリペプチドで置換された構造を有する、図14に記載した3種類のキメラタンパク質(FADGDH)の精製標品を得た。なお、本試験例では、これら3種類の構造を有するキメラタンパク質を、試験例1(図9の表)と同様に、C3oe、C4oe、C7oeと表記する。なお、末尾の2文字は、oryzaeとemersoniiの頭文字を表す。   In this manner, in the same manner as in Test Example 1, A.E shown as E1 to E4 in FIG. at least one of the four polypeptides constituting oryzae-derived FADGDH corresponds to Ta. Purified samples of three types of chimeric proteins (FADGDH) described in FIG. 14 having a structure substituted with a polypeptide encoded by each of exons 1 to 4 of the DNA base sequence encoding the protein derived from emersonii were obtained. . In this test example, the chimeric proteins having these three types of structures are denoted as C3oe, C4oe, and C7oe, as in Test Example 1 (table in FIG. 9). The last two characters represent the initials of oryzae and emersonii.

(試験例2の確認試験)
次に、試験例2(C3oe、C4oe、C7oe:図14参照)、比較例3(A.oryzae由来)および比較例2(Ta.emersonii由来)で得られたFADGDH精製標を、上記試験例1の確認試験と同様に、SDS−PAGEに供した。
(Confirmation test of Test Example 2)
Next, the FADGDH purified standard obtained in Test Example 2 (C3oe, C4oe, C7oe: see FIG. 14), Comparative Example 3 (derived from A. oryzae) and Comparative Example 2 (derived from Ta. Emersonii) was used as Test Example 1 above. As in the confirmation test, the sample was subjected to SDS-PAGE.

SDS−PAGEの結果を図15に示す。なお、各FADGDHのレーンの左側のレーンはタンパク質マーカーである。図15に示されるように、いずれのFADGDHについても、80〜250kDa程度の位置にバンドが見られた。図15中には、A.oryazae由来FADGDH、Ta.emersonii由来FADGDH、各キメラFADGDHのアミノ酸配列から推定されるN型糖鎖の付加部位数を示している。A.oryzae由来FADGDHでは9箇所、Ta.emersonii由来FADGDHでは12箇所の推定上の糖鎖付加部位数があるが、SDS−PAGEの結果は糖鎖付加部位数が少ないA.oryzae由来FADGDHがより高分子量まで検出されており、推定上の糖鎖付加部位数とSDS−PAGE上での分子量との間に比例関係は見出だせない。   The result of SDS-PAGE is shown in FIG. The left lane of each FADGDH lane is a protein marker. As shown in FIG. 15, a band was observed at a position of about 80 to 250 kDa for any FADGDH. In FIG. oryzae-derived FADGDH, Ta. It shows the number of N-type sugar chain addition sites estimated from the amino acid sequences of emersonii-derived FADGDH and each chimeric FADGDH. A. Oryzae-derived FADGDH has 9 locations, Ta. Emersonii-derived FADGDH has 12 putative number of glycosylation sites, but the result of SDS-PAGE shows that the number of glycosylation sites is small. Oryzae-derived FADGDH has been detected to a higher molecular weight, and a proportional relationship cannot be found between the estimated number of glycosylation sites and the molecular weight on SDS-PAGE.

[評価試験]
試験例1、2(キメラタンパク質)および比較例1〜3(野生型)で得られたFADGDH精製標品について、FADGDHの酵素活性に関する以下の各種特性(酵素活性、Km値、温度安定性、基質特異性)に関する評価試験を行った。なお、本評価試験における酵素活性測定原理、酵素活性の定義、活性測定方法は次のとおりである。
[Evaluation test]
Regarding the FADGDH purified samples obtained in Test Examples 1 and 2 (chimeric protein) and Comparative Examples 1 to 3 (wild type), the following various characteristics (enzyme activity, Km value, temperature stability, substrate) regarding the enzyme activity of FADGDH An evaluation test on specificity was conducted. The principle of enzyme activity measurement, definition of enzyme activity, and activity measurement method in this evaluation test are as follows.

(酵素活性測定原理)
D−グルコース + 1−methoxyPMS + FADGDH
→ D−グルコノ−1,5−ラクトン + 1−methoxyPMS(還元型)
+ FADGDH(酸化型)
1−methoxyPMS(還元型) + DCPIP
→ 1−methoxyPMS + DCPIP(還元型)
還元型1−メトキシフェナジンメトサルフェート(1−methoxyPMS)による2,6−ジクロロフェノリンドフェノール(DCPIP)の還元により生じた還元型DCPIP量は、分光光度計を用いて600nmの吸光度を測定することにより計測した。また、基質特異性の検討においては、D−グルコースを他の糖類に変更し、それぞれの糖類(基質)に対する酵素活性を測定した。
(Principle of enzyme activity measurement)
D-glucose + 1-methoxyPMS + FADGDH
→ D-glucono-1,5-lactone + 1-methoxyPMS (reduced type)
+ FADGDH (oxidized type)
1-methoxyPMS (reduced type) + DCPIP
→ 1-methoxyPMS + DCPIP (reduced type)
The amount of reduced DCPIP produced by reduction of 2,6-dichlorophenolindphenol (DCPIP) with reduced 1-methoxyphenazine methosulphate (1-methoxyPMS) is measured by measuring the absorbance at 600 nm using a spectrophotometer. Measured. Moreover, in examination of substrate specificity, D-glucose was changed into other saccharides and the enzyme activity with respect to each saccharide (substrate) was measured.

(酵素活性の定義)
酵素の活性(FADGDH活性)は、37℃、pH7.0の条件下において還元型DCPIPを1分あたりに1マイクロモル形成させるFADGDH量を1ユニットとして定義する。
(Definition of enzyme activity)
The enzyme activity (FADGDH activity) is defined as 1 unit of the amount of FADGDH that forms 1 micromole of reduced DCPIP per minute under the conditions of 37 ° C. and pH 7.0.

具体的に、FADGDH活性は、後述の吸光度変化(ΔODTEST、ΔODBLANK)から以下の式により求められる。 Specifically, FADGDH activity is determined by the following equation from the absorbance change described later (ΔOD TEST, ΔOD BLANK).


FADGDH活性(U/mL)
=[(ΔODTEST−ΔODBLANK)×3.1]/(16.3×0.1×希釈率)

なお、式中の各定数は、
3.1 : FADGDH溶液混和後の反応液の容量(mL)
16.3 : DCPIPのミリモル分子吸光係数(mM−1・cm−1
0.1 : FADGDH溶液の容量(mL)
である。

FADGDH activity (U / mL)
= [(ΔOD TEST −ΔOD BLANK ) × 3.1] / (16.3 × 0.1 × dilution rate)

Each constant in the formula is
3.1: Volume of reaction solution after mixing FADGDH solution (mL)
16.3: millimolar molecular extinction coefficient of DCPIP (mM -1 · cm -1)
0.1: Volume of FADGDH solution (mL)
It is.

(活性測定方法)
(1) キュベット内で以下の組成で反応液を混合する。
0.1M リン酸カリウムバッファー(pH7.0) 1.5mL
1M グルコース溶液 0.9mL
1.75mM 2,6-Dichlorophenolindophenol(DCPIP) 0.12mL
20mM 1-Methoxy-5-methylphenazium methylsulfate(1-mPMS) 0.021mL
10% TritonX−100 0.06mL
O 0.399mL
(2) 37℃で10分間プレインキュベートする。
(3) FADGDH溶液を0.1mL加えて転倒混和し、37℃で反応させる。この間、吸光光度計を用いて600nmでの吸光度を記録し、1分間あたりの吸光度変化(ΔODTEST)を算出する。
(4) 対照として、酵素液(上述の反応液にFADGDH溶液を加えた液)の代わりに等量の酵素希釈用液(50mMのリン酸カリウムバッファー(pH7.0)に0.01%のTritonX−100を添加した液)について、(3)と同様に吸光度変化を記録し、1分間あたりの吸光度変化(ΔODBLANK)を算出する。
(Activity measurement method)
(1) Mix the reaction solution with the following composition in the cuvette.
0.1M potassium phosphate buffer (pH 7.0) 1.5mL
0.9 mL of 1M glucose solution
1.75mM 2,6-Dichlorophenolindophenol (DCPIP) 0.12mL
20 mM 1-Methoxy-5-methylphenazium methylsulfate (1-mPMS) 0.021 mL
10% TritonX-100 0.06mL
H 2 O 0.399 mL
(2) Pre-incubate at 37 ° C. for 10 minutes.
(3) Add 0.1 mL of FADGDH solution, mix by inverting, and react at 37 ° C. During this time, the absorbance at 600 nm is recorded using an absorptiometer, and the change in absorbance per minute (ΔOD TEST ) is calculated.
(4) As a control, instead of the enzyme solution (the solution obtained by adding the FADGDH solution to the above reaction solution), 0.01% TritonX was added to an equal volume of enzyme dilution solution (50 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0)). As for (Liquid to which −100 is added), the change in absorbance is recorded in the same manner as in (3), and the change in absorbance per minute (ΔOD BLANK ) is calculated.

<酵素活性、Km>
ここでは、酵素活性(反応速度)について検討した。具体的には、上記活性測定方法と同様にして、グルコース溶液の濃度を0〜2Mに変化させて、FADGDH精製標品の酵素活性を測定した。
<Enzyme activity, Km>
Here, enzyme activity (reaction rate) was examined. Specifically, the enzyme activity of the FADGDH purified sample was measured by changing the concentration of the glucose solution to 0 to 2 M in the same manner as in the above activity measurement method.

グルコース溶液の濃度(基質濃度)が300mMであるときの活性を図9の表(試験例1、比較例1および2)および図14の表(試験例2(C3oe、C4oe、C7oe)、比較例3および2)に示す。なお、図9および図14の表において、活性(U/mg)は酵素1mgあたりの活性であり、活性(U/μmol−FAD)は酵素に結合しているFAD(ホロ化酵素)1μmolあたりの活性である。   The activity when the concentration of glucose solution (substrate concentration) is 300 mM is shown in the table of FIG. 9 (Test Example 1, Comparative Examples 1 and 2) and the table of FIG. 14 (Test Example 2 (C3oe, C4oe, C7oe), Comparative Example Shown in 3 and 2). In the tables of FIGS. 9 and 14, the activity (U / mg) is the activity per 1 mg of enzyme, and the activity (U / μmol-FAD) is per 1 μmol of FAD (hololase) bound to the enzyme. Active.

さらに、上記測定結果に基づいて、FADGDH精製標品の各々について、イーディー−ホフステープロット(Eadie−Hofstee plot)を作成した。なお、Kmはラインウィーバーバークプロット(Lineweaver−Burke plot)により求めることもできる。ラインウィーバーバークプロットにおいて、直線のX切片が−1/Kmとなるため、グラフからKmを求めることができる。本評価試験では上記2つのプロットを行なった結果、イーディー−ホフステープロットの方が比較的精度の良いKm値が得られたため、イーディー−ホフステープロットにより求めたKm値を記載した。なお、Kmはミカエリス定数であり、Vmaxは酵素が基質で飽和したときの最大速度である。   Furthermore, based on the said measurement result, the eddy-Hofstay plot (Eadie-Hofstay plot) was created about each of the FADGDH refinement | purification sample. In addition, Km can also be calculated | required by a Lineweaver-Burke plot (Lineweaver-Burke plot). In the line weaver bark plot, the X intercept of the straight line is -1 / Km, so Km can be obtained from the graph. As a result of performing the above two plots in this evaluation test, a Km value with a relatively high accuracy was obtained with the eddy-Hofstay plot. Therefore, the Km value obtained by the eddy-Hofstay plot is shown. Km is the Michaelis constant, and Vmax is the maximum speed when the enzyme is saturated with the substrate.

イーディーホフスティープロットから求めた試験例1のC4te、比較例1および2のFADGDHのKm値およびVmaxを表4に示す。また、試験例2(C3oe、C4oe、C7oe)、比較例3および2のKm値およびVmaxを図14の表に示す。   Table 4 shows C4te of Test Example 1 and FADGDH Km values and Vmax of Comparative Examples 1 and 2 obtained from the eddy Hofsty plot. In addition, the Km value and Vmax of Test Example 2 (C3oe, C4oe, C7oe) and Comparative Examples 3 and 2 are shown in the table of FIG.

<温度安定性>
ここでは、酵素活性の温度安定性の評価を行った。まず、実施例で得られたFADGDH精製標品について、上記活性測定方法により酵素活性を測定した。それらの測定値に基づいて、終濃度50mMクエン酸バッファーを含有し、pH5.0であり、1×10−3重量%TritonX−100を含有し、酵素活性が10U/mLとなるように、酵素溶液(FADGDH溶液)を調製した。)
このFADGDH溶液をマイクロチューブに分注し、PCRマシーンを用いて5℃〜70℃の範囲内の所定の温度で15分間加熱した。加熱前後の酵素活性を測定し、加熱前の酵素活性に対する加熱後の酵素活性の比率(残活性率)を求め、変性の中点の温度の(Tm)を算出した。)結果を図9の表(試験例1、比較例1および2)および図14の表(試験例2の一部(C3oe、C4oe、C7oe)、比較例3および2)に示す。
<Temperature stability>
Here, the temperature stability of the enzyme activity was evaluated. First, the enzyme activity was measured by the above-mentioned activity measurement method for the FADGDH purified sample obtained in the examples. Based on these measured values, the enzyme was adjusted so as to contain a final concentration of 50 mM citrate buffer, pH 5.0, 1 × 10 −3 wt% Triton X-100, and enzyme activity of 10 U / mL. A solution (FADGDH solution) was prepared. )
This FADGDH solution was dispensed into microtubes and heated for 15 minutes at a predetermined temperature in the range of 5 ° C. to 70 ° C. using a PCR machine. The enzyme activity before and after heating was measured, the ratio of the enzyme activity after heating to the enzyme activity before heating (residual activity rate) was determined, and the temperature (Tm) at the midpoint of denaturation was calculated. ) The results are shown in the table of FIG. 9 (Test Example 1, Comparative Examples 1 and 2) and the table of FIG. 14 (Part of Test Example 2 (C3oe, C4oe, C7oe), Comparative Examples 3 and 2).

図9の表に示されるTmの結果において、図8に示されるE2のポリペプチド(第1のポリペプチド)が好熱性糸状菌(Ta.emersonii)由来のポリペプチドに置換されたキメラタンパク質は、すべて比較例1(A. terreus var. aureus由来FADGDH)よりTmが高くなっており、他のキメラタンパク質はすべて比較例1よりもTmが同等かそれよりも低くなっていることがわかる。なお、図14の表に示されるTmの結果も同様の傾向が示されている。このことから、好熱性糸状菌由来FADGDHを構成するアミノ酸のうち、該FADGDHをコードする遺伝子のエクソン2でコードされるポリペプチドが熱安定性を向上させる機能を有していると考えられる。   In the Tm results shown in the table of FIG. 9, the chimeric protein in which the polypeptide of E2 (first polypeptide) shown in FIG. All show that Tm is higher than Comparative Example 1 (FADGDH derived from A. terreus var. Aureus), and that all other chimeric proteins have Tm equal to or lower than that of Comparative Example 1. The same tendency is shown in the results of Tm shown in the table of FIG. From this, it is considered that the polypeptide encoded by exon 2 of the gene encoding FADGDH has a function of improving the thermal stability among the amino acids constituting thermophilic filamentous fungus-derived FADGDH.

また、図9の表に示される活性の結果において、図8に示されるE3のポリペプチド(第2のポリペプチド)が好熱性糸状菌由来のポリペプチドに置換されたキメラタンパク質は活性が低く、E3のポリペプチドが置換されていないキメラタンパク質の方が活性が高い傾向があることが分かる。なお、図14の表に示される活性の結果でも同様の傾向が示されている。このことから、第2のポリペプチド(E3)は、Aspergillus terreus var. aureus由来タンパク質、または、Aspergillus oryzae由来タンパク質において、酵素活性を高める役割を担っていると考えられ、この第2のポリペプチドは、好熱性糸状菌由来のポリペプチドで置換しない方が酵素活性を高く維持できると考えられる。   In addition, in the result of the activity shown in the table of FIG. 9, the chimeric protein in which the polypeptide of E3 (second polypeptide) shown in FIG. 8 is replaced with a polypeptide derived from a thermophilic filamentous fungus has low activity, It can be seen that the chimeric protein in which the polypeptide of E3 is not substituted tends to have higher activity. In addition, the same tendency is shown also in the result of the activity shown in the table of FIG. From this fact, the second polypeptide (E3) was isolated from Aspergillus terreus var. Aureus-derived protein or Aspergillus oryzae-derived protein is considered to play a role in enhancing enzyme activity, and this second polypeptide has higher enzyme activity when not substituted with a polypeptide derived from a thermophilic filamentous fungus. It can be maintained.

また、表4および図14の表に示されるKmの結果から、C4te(試験例1)およびC4oe(試験例2)のキメラFADGDHのKm値は、意外にも比較例1〜3の野生型FADGDHのいずれに対しても低くなっていることが分かる。なお、酵素のKm値が小さいほど、酵素の基質親和性が高いことを意味する。   Further, from the results of Km shown in Table 4 and the table of FIG. 14, the Km values of the chimeric FADGDH of C4te (Test Example 1) and C4oe (Test Example 2) are surprisingly the wild type FADGDH of Comparative Examples 1-3. It turns out that it is low with respect to any of these. In addition, it means that the substrate affinity of an enzyme is so high that Km value of an enzyme is small.

<基質特異性>
ここでは、比較例1〜3の野生型FADGDH、並びに、C4te(試験例1)、C4oe(試験例2)およびC7oe(試験例2)のキメラFADGDHについて、基質特異性(グルコースおよびグルコース以外の糖類を基質とするかどうか)を確認した。
<Substrate specificity>
Here, for the wild type FADGDH of Comparative Examples 1 to 3, and the chimeric FADGDH of C4te (Test Example 1), C4oe (Test Example 2) and C7oe (Test Example 2), the substrate specificity (sugars other than glucose and glucose) Whether or not to be used as a substrate).

具体的には、まず、グルコース濃度が40mMの場合に十分な酵素活性が得られる酵素濃度に、それぞれの酵素溶液(FADGDH溶液)を調製した。これらのFADGDH溶液について、上記活性測定方法を上記反応液中の糖類の濃度が40mMとなるように調製し、酵素活性を測定した。なお、酵素が含まれない場合を対照とし、それぞれの糖に対して対照をとった。グルコースについて酵素活性の測定値を100(%)としたときの他の各糖類の相対活性を算出し、結果を表5にまとめた。なお、DCPIP吸光度の変化量が対照と比較して有意差がないものに関しては活性がないと判断し、「N.D.」(Not detected)と表記した。   Specifically, first, each enzyme solution (FADGDH solution) was prepared at an enzyme concentration at which sufficient enzyme activity was obtained when the glucose concentration was 40 mM. About these FADGDH solutions, the said activity measuring method was prepared so that the density | concentration of the saccharide | sugar in the said reaction liquid might be 40 mM, and the enzyme activity was measured. In addition, the case where an enzyme was not included was made into the control | contrast and the control was taken with respect to each saccharide | sugar. With respect to glucose, the relative activity of other saccharides when the measured enzyme activity was 100 (%) was calculated, and the results are summarized in Table 5. In addition, it was judged that there was no activity about the thing whose change amount of DCPIP light absorbency is not significant compared with a control | contrast, and described with "ND" (Not detected).

表5に示される結果から、キメラタンパク質(C4te、C4oe、C7oe)は、比較例1〜3の野生型FADGDHと同様に、グルコースに対する基質特異性が高いものであることが分かる。   From the results shown in Table 5, it can be seen that the chimeric proteins (C4te, C4oe, C7oe) have a high substrate specificity for glucose, like the wild type FADGDH of Comparative Examples 1-3.

今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

Claims (14)

フラビンアデニンジヌクレオチド依存型グルコース脱水素酵素活性を有する、Aspergillus terreus var. aureus由来タンパク質、または、Aspergillus oryzae由来タンパク質の特定のアミノ酸配列が、フラビンアデニンジヌクレオチド依存型グルコース脱水素酵素活性を有する好熱性糸状菌由来タンパク質の前記特定のアミノ酸配列に相当するアミノ酸配列で置換されてなるキメラタンパク質であって、
前記Aspergillus terreus var. aureus由来タンパク質は、配列番号1に記載のアミノ酸配列、または、配列番号1に記載のアミノ酸配列からシグナルペプチドの少なくとも一部を除いたアミノ酸配列からなり、
前記Aspergillus oryzae由来タンパク質は、配列番号2に記載のアミノ酸配列、または、配列番号2に記載のアミノ酸配列からシグナルペプチドの少なくとも一部を除いたアミノ酸配列からなり、
好熱性糸状菌由来タンパク質は、配列番号3に記載のアミノ酸配列、または、配列番号3に記載のアミノ酸配列からシグナルペプチドの少なくとも一部を除いたアミノ酸配列からなり、
前記特定のアミノ酸配列は、該好熱性糸状菌由来タンパク質をコードする該好熱性糸状菌由来のDNA塩基配列のエクソン2でコードされるポリペプチドに相当する第1のポリペプチドを含み、
前記第1のポリペプチドが、前記好熱性糸状菌由来の前記エクソン2でコードされるポリペプチドで置換されていることを特徴とする、キメラタンパク質。
Aspergillus terreus var. Having flavin adenine dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase activity. a specific amino acid sequence of aureus-derived protein or Aspergillus oryzae-derived protein is substituted with an amino acid sequence corresponding to the specific amino acid sequence of a thermophilic filamentous fungus-derived protein having flavin adenine dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase activity A chimeric protein comprising
Aspergillus terreus var. The aureus-derived protein consists of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or the amino acid sequence obtained by removing at least a part of the signal peptide from the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1,
The Aspergillus oryzae-derived protein consists of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 from which at least a part of the signal peptide is removed,
The thermophilic filamentous fungus-derived protein consists of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 or the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 by removing at least a part of the signal peptide,
The specific amino acid sequence includes a first polypeptide corresponding to a polypeptide encoded by exon 2 of a DNA base sequence derived from the thermophilic filamentous fungus encoding the thermophilic filamentous fungus-derived protein;
A chimeric protein, wherein the first polypeptide is substituted with a polypeptide encoded by the exon 2 derived from the thermophilic filamentous fungus.
前記特定のアミノ酸配列は、該好熱性糸状菌由来タンパク質をコードする該好熱性糸状菌由来のDNA塩基配列のエクソン3でコードされるポリペプチドに相当する第2のポリペプチドを含まない、請求項1に記載のキメラタンパク質。   The specific amino acid sequence does not include a second polypeptide corresponding to a polypeptide encoded by exon 3 of a DNA base sequence derived from the thermophilic filamentous fungus encoding the thermophilic filamentous fungus-derived protein. 2. The chimeric protein according to 1. 前記好熱性糸状菌由来タンパク質は、Talaromyces emersonii由来タンパク質ある、請求項1または2に記載のキメラタンパク質。 The thermophilic filamentous fungus-derived protein is Talaromyces emersonii derived protein, a chimeric protein of claim 1 or 2. 糖鎖が付加された、請求項1〜のいずれか1項に記載のキメラタンパク質。 The chimeric protein according to any one of claims 1 to 3 , wherein a sugar chain is added. 請求項1〜のいずれか1項に記載のキメラタンパク質をコードするキメラ遺伝子。 A chimeric gene encoding the chimeric protein according to any one of claims 1 to 3 . (A) 配列番号5に記載の塩基配列に対して、少なくとも344〜939番目の塩基配列を配列番号7記載の塩基配列の347〜944番目の塩基配列で置換する変異を導入してなるキメラDNA、または、
配列番号6に記載の塩基配列に対して、少なくとも347〜942番目の塩基配列を配列番号7記載の塩基配列の347〜944番目の塩基配列で置換する変異を導入してなるキメラDNA、
(B) 上記(A)のDNAの塩基配列からシグナルペプチドをコードする塩基配列の少なくとも一部を除いた塩基配列からなるDNA、および、
(C) 配列番号5に記載の塩基配列を置換した上記(A)または(B)のDNAの塩基配列と、
配列番号5に記載の塩基配列の343番目の塩基の後に挿入されるGTTTGTATAACAGTCCACGAGTTCCACCGGCGCAGCTAACAGTCGATTTCAACCGTAGの塩基配列からなるイントロン、および、配列番号5に記載の塩基配列の1561番目の塩基の後に挿入されるGTAAGTTTCATTGCGTTTACCTATTATGATGCCGGACCAGAACTAATTCTCTGCTTAGの塩基配列からなるイントロンの少なくとも1つ
とを含むDNA
のいずれかのDNAからなり、フラビンアデニンジヌクレオチド依存型グルコース脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードする遺伝子。
(A) A chimera obtained by introducing a mutation that replaces at least the 344 to 939th base sequence with the 347 to 944th base sequence of the base sequence described in SEQ ID NO: 7 with respect to the base sequence described in SEQ ID NO: 5 DNA or
Against the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 6, a chimeric DNA obtained by introducing a mutation to replace at 347-944 th nucleotide sequence of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 7 of at least 347 to 942 th nucleotide sequence,
(B) DNA consisting of a base sequence obtained by removing at least part of the base sequence encoding the signal peptide from the base sequence of the DNA of (A) above,
(C) the base sequence of the DNA of the above (A) or (B) in which the base sequence described in SEQ ID NO: 5 is substituted ;
Introns consisting of the nucleotide sequence of GTTTGTATAACAGTCCACGAGTTCCACCGGCGCAGCTAACAGTCGATTTCAACCGTAG to be inserted after the 343 th base of the base sequence described in SEQ ID NO: 5, and the nucleotide sequence of GTAAGTTTCATTGCGTTTACCTATTATGATGCCGGACCAGAACTAATTCTCTGCTTAG to be inserted after the 1561 th base of the base sequence described in SEQ ID NO: 5 DNA comprising at least one city of introns consisting of
Either DNA Tona is, that encoding a protein having a flavin adenine dinucleotide dependent glucose dehydrogenase activity gene.
請求項またはに記載の遺伝子を含む組換えベクター。 A recombinant vector comprising the gene according to claim 5 or 6 . 請求項またはに記載の遺伝子を含む形質転換体。 A transformant comprising the gene according to claim 5 or 6 . 請求項またはに記載の遺伝子を用いたフラビンアデニンジヌクレオチド依存型グルコース脱水素酵素の製造方法。 A method for producing a flavin adenine dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase using the gene according to claim 5 or 6 . 請求項に記載の形質転換体を用いたフラビンアデニンジヌクレオチド依存型グルコース脱水素酵素の製造方法。 A method for producing a flavin adenine dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase using the transformant according to claim 8 . 請求項1〜のいずれか1項に記載のキメラタンパク質を含むグルコース濃度測定試薬。 A glucose concentration measurement reagent comprising the chimeric protein according to any one of claims 1 to 4 . 請求項1〜のいずれか1項に記載のキメラタンパク質を用いたグルコースセンサ。 A glucose sensor using the chimeric protein according to any one of claims 1 to 4 . 請求項1〜のいずれか1項に記載のキメラタンパク質を用いたグルコース濃度測定方法。 A glucose concentration measuring method using the chimeric protein according to any one of claims 1 to 4 . 請求項1〜のいずれか1項に記載のキメラタンパク質を用いたバイオ燃料電池。 A biofuel cell using the chimeric protein according to any one of claims 1 to 4 .
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