JP7000327B2 - 小分子グリコシル化のための方法 - Google Patents
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Description
[0002]2-O-α-D-グルコピラノシル-L-アスコルビン酸(AA-2G)は、すべての既知のL-アスコルビン酸誘導体の中で非常に安定な型である。L-アスコルビン酸の2位のヒドロキシル基(その生物学的活性および安定性に関与する)の修飾は、L-アスコルビン酸(L-AA)の安定性を有意に改善してきた。L-アスコルビン酸の2位のヒドロキシル基のグリコシル化は、リン酸および硫酸誘導体などの他の誘導体に勝る、いくつかの利点を提供する。L-AAグルコシドの他のアイソフォーム、すなわち、3-O-α-D-グルコピラノシル-L-アスコルビン酸(AA-3G)、5-O-α-D-グルコピラノシル-L-アスコルビン酸(AA-5G)および6-O-α-D-グルコピラノシル-L-アスコルビン酸(AA-6G)が合成されてきたが、これらのいずれも、AA-2Gと同程度に優れた安定性は示さなかった。
b. AA-2Gが、生体によって分泌されるα-グルコシダーゼ酵素の作用によってL-アスコルビン酸およびD-グルコースに加水分解され、そしてL-アスコルビン酸に固有の生物学的活性を示した際に、L-アスコルビン酸の特性が顕示される。
[0003]グリコシルトランスフェラーゼ(GT)は、天然のグリコシド合成に関与する酵素である一方、グリコシルヒドロラーゼ(GH)は、これらを分解するように進化してきている。グリコシルトランスフェラーゼおよびグリコシルヒドロラーゼの両方が、非常に多様なグリコシドの産生にうまく用いられてきている。これらの酵素はまた、AA-2Gの酵素合成においても用いられてきている。
発明の要旨
[0009]本発明の目的は、AA-2Gの大規模製造のための効率的な一工程産生プロセスを提供することである。
[0011]本発明にしたがって、2-O-α-D-グルコピラノシル-L-アスコルビン酸(AA-2G)を産生するための方法であって:
a. グルコシルドナーおよびグルコシルアクセプターを含む混合物を提供し;
b. 前記混合物をスクロースホスホリラーゼとインキュベーションし;
c. インキュベーション中、pHを7.0未満に維持し;そして
d. 場合によって、反応中、さらなるグルコシルドナーおよび/またはスクロースホスホリラーゼを添加し、そして
e. 2-O-α-D-グルコピラノシル-L-アスコルビン酸を単離および/または精製する
一連の工程を含む、前記方法を提供する。
a. グルコシルドナーおよびグルコシルアクセプターを含む混合物を提供し;
b. 前記混合物をスクロースホスホリラーゼとインキュベーションし;
c. インキュベーション中、pHを7.0未満に維持し;そして
d. 場合によって、反応中、さらなるグリコシルドナーならびにスクロースホスホリラーゼを添加し;そして
e. 2-O-α-D-グルコピラノシル-L-アスコルビン酸を単離および/または精製する
一連の工程を含む、前記方法を提供する。
[0024]ホモ二量体酵素は、2つの同一分子によって形成される酵素複合体を指す。SPアーゼのいくつかはホモ二量体を形成可能である。ホモ二量体性SPアーゼの例は、とりわけ、ビフィドバクテリウム・アドレセンティス、ストレプトコッカス・ムタンス(Streptococcus mutans)、またはビフィドバクテリウム・ロングム由来である。驚くべきことに、ホモ二量体性SPアーゼは、L-AAのグリコシル化において、高い部位選択性を示す。したがって、本発明の1つの態様において、スクロースホスホリラーゼは、ホモ二量体性スクロースホスホリラーゼである。ホモ二量体性SPアーゼの高い部位選択性のため、AA-6G副産物は実質的に形成されない。したがって、本発明の1つの態様において、副産物が実質的に形成されないAA-2G産生法を提供する。本発明のさらなる態様にしたがって、インキュベーション工程中、AA-3G、AA-5GまたはAA-6Gは実質的に形成されない。
[0030]微生物スクロースホスホリラーゼを用いる利点は、産生および単離が単純であり、そしてこれらの酵素が安定であることである。これらは、天然にまたは組換え的にSPアーゼを発現している微生物から得られうる。
[0038]SPアーゼは、部分的に精製されていなくてもよい細胞不含酵素、細胞膜の透過性改善(透過処理)および物理的安定性のために物理的または化学的に前処理された全細胞系、好ましくはゲル様構造中に、前記遊離酵素または全細胞系が封入された被包触媒、あるいはキャリアー上に固定されたもののいずれかとして、インキュベーション工程中で使用可能である。好適には、SPアーゼは、好ましくは固体支持体であるキャリアー上に固定される。キャリアーは、好ましくはクロマトグラフィ樹脂であり、好ましくは陰イオン交換クロマトグラフィ樹脂、陽イオン交換クロマトグラフィ樹脂、アフィニティクロマトグラフィ樹脂(例えば固定SPアーゼ特異的抗体を含むもの)および疎水性相互作用クロマトグラフィ樹脂からなる群より選択される。
[0041]SPアーゼの反応は、アノマー立体配置の正味保持を伴って進行し、そして2つの立体配置的に反転した工程を伴う二重置換機構:グルコシルドナーの炭素-酸素結合の切断および共有β-グルコシル酵素(β-Glc-E)中間体の形成;ならびにGlc 1-Pを生じる中間体とリン酸の反応を通じて起こる。副反応において、β-Glc-E中間体は、水によって妨害され、加水分解を生じうる。スクロースの加水分解的変換は不可逆性であるが、加リン酸分解的反応よりもほぼ2桁遅く進行する。SPアーゼはまた、トランスグルコシル化反応も触媒し、該反応は、加水分解と競合して起こり、そしてそれによって、外部求核剤によってβ-Glc-E中間体が攻撃され、そして新たなα-D-グルコシドが産生される。
[0044]SPアーゼの既知のグルコシルドナーのリストは短く:スクロース、Glc 1-Pおよびα-D-グルコース1-フルオリドである。3つの既知のグリコシルドナーのうち、スクロースは安価であり、そして非常に安定な高エネルギーグルコシルドナーであり、そしてSPアーゼによって弱く加水分解される。
[0048]本発明の1つの態様は、グルコシルアクセプターがアスコルビン酸またはその機能性変異体である、AA-2G産生法に関する。
[0061]図1は、2-O-α-D-グルコピラノシル-L-アスコルビン酸(AA-2G)の化学構造を示す。
酸のトランスグルコシル化を示す。タンパク質ファミリー内の配列および構造多様性を示
す、選択されたスクロースホスホリラーゼは、部位選択性において、明らかな相違を示し
た。結果を表1で比較する。
本発明は、例えば以下の実施形態を包含する:
[実施形態1]2-O-α-D-グルコピラノシル-L-アスコルビン酸を産生するための方法であって:
a. グルコシルドナーおよびグルコシルアクセプターを含む混合物を提供し;
b. 該混合物をスクロースホスホリラーゼとインキュベーションし;
c. インキュベーション中、pHを7.0未満に維持し;
d. 反応中、さらなるグリコシルドナーおよび/またはスクロースホスホリラーゼを添加してもよい;そして
e. 2-O-α-D-グルコピラノシル-L-アスコルビン酸を単離および/または精製する一連の工程を含む、前記方法。
[実施形態2]前記スクロースホスホリラーゼがメタゲノム、微生物、好ましくは細菌起源のものである、実施形態1記載の方法。
[実施形態3]前記スクロースホスホリラーゼがホモ二量体性である、実施形態1または2記載の方法。
[実施形態4]前記スクロースホスホリラーゼが、pH<7、好ましくはpH<6、より好ましくはpH<5、最も好ましくはpH<4で非常に安定である、実施形態1~3のいずれか記載の方法。
[実施形態5]前記細菌スクロースホスホリラーゼが、アグロバクテリウム・ビティス、ビフィドバクテリウム・アドレセンティス、ビフィドバクテリウム・ロングム、大腸菌、大腸菌06、ラクトバチルス・アシドフィルス、ラクトバチルス・デルブルエキー亜種ラクティス、ロイコノストック・メセンテロイデス、リステリア菌、シュードモナス・プトレファシエンス、シュードモナス・サッカロフィラ、ロドピレルラ・バルティカ、シェワネラ・バルティカ、シェワネラ・フリジディマリナ、ソリバクター・ウシタトゥス、ストレプトコッカス・ムタンスおよび/またはシネココッカス属種より得られる、実施形態1~4のいずれか記載の方法。
[実施形態6]前記スクロースホスホリラーゼが天然タンパク質または突然変異体である、実施形態1~5のいずれか記載の方法。
[実施形態7]前記スクロースホスホリラーゼが、全長タンパク質またはその触媒的活性断片、あるいは融合タンパク質として組換え的に産生される、実施形態1~6のいずれか記載の方法。
[実施形態8]前記スクロースホスホリラーゼが、全細胞、無細胞抽出物、粗精製、精製または固定型で用いられる、実施形態1~7のいずれか記載の方法。
[実施形態9]前記グルコシルドナーがグルコース1-リン酸またはスクロースである、実施形態1~8のいずれか記載の方法。
[実施形態10]前記グルコシルアクセプターがアスコルビン酸である、実施形態1~9のいずれか記載の方法。
[実施形態11]前記インキュベーションを、4.0~7.0、好ましくは4.5~6.5、より好ましくは4.8~6.2のpH範囲、特に5.2のpHで行う、実施形態1~10のいずれか記載の方法。
[実施形態12]前記インキュベーション工程を少なくとも24時間、好ましくは少なくとも48時間、より好ましくは少なくとも72時間行う、実施形態1~11のいずれか記載の方法。
[実施形態13]前記インキュベーションを約30~70℃、好ましくは約40~60℃、より好ましくは約40~50℃の温度範囲で行う、実施形態1~12のいずれか記載の方法。
[実施形態14]前記アスコルビン酸を、スクロースに対して0.3~3倍モル過剰で用いる、実施形態1~13のいずれか記載の方法。
[実施形態15]前記反応混合物中のスクロースホスホリラーゼの量が、1U/ml~10,000U/mLの範囲、または5U/mL~100U/mLの範囲、または10U/mL~50U/mLの範囲、または20U/mL~40U/mLの範囲、または30U/mLである、実施形態1~14のいずれか記載の方法。
[実施形態16]前記のさらなるスクロースホスホリラーゼおよびスクロースを、インキュベーション中にインキュベーション混合物に添加して、スクロースホスホリラーゼを1U/ml~10,000U/mLの範囲、または5U/mL~100U/mLの範囲、または10U/mL~50U/mLの範囲、または20U/mL~40U/mLの範囲、または30U/mLに、そしてスクロースを100~2,000mMの範囲、または250mM~1,000mMの範囲または800mMに維持する、実施形態1~15のいずれか記載の方法。
[実施形態17]前記スクロースホスホリラーゼおよびスクロースを同時にまたは異なる時点で添加する、実施形態16記載の方法。
[0066]SPアーゼ遺伝子挿入物をhisタグ下に含むpC21Eベクターを所持する大腸菌BL21宿主株を、SPアーゼ産生に用いた。該遺伝子は、tac1プロモーター系下にクローニングされ、そしてIPTGで誘導された。グリセロールストックから培養を少量、マイクロピペットチップでスクラッチし、そしてアンピシリン(120μg/mL)を含有する50mLのLB培地内に接種した。フラスコを、120rpmの振盪装置上、約12時間、30℃で一晩インキュベーションした。一晩培養物を、アンピシリン(120μg/mL)を含有する200mL LB培地内に接種して、0.01のOD600を生じた。OD600が0.8~1.0に到達するまで、フラスコを37℃、120rpmで数時間インキュベーションした。最終濃度1mMになるようにIPTGをフラスコに添加した。フラスコを25℃、120rpmでほぼ20時間、振盪装置上でインキュベーションした。5,000rpmで15分間遠心分離することによって細胞を採取した。上清をデカントし、そしてペレットを100mMクエン酸緩衝液pH5.2で洗浄した(湿細胞重量各1gに、5mLの緩衝液を用いた)。1gの湿細胞を5mLの溶解緩衝液(50mM NaCl+1mM EDTA+0.5mM DTTを含有する100mMクエン酸緩衝液pH5.2)中に再懸濁した。懸濁物をフレンチプレスに2回通過させた。生じた細胞溶解物を8,000xgで遠心分離して、破壊されなかった細胞および細胞破片から、可溶性分画を分離した。上清中のSPアーゼ酵素活性を定量化し、アリコットし、そして将来使用するために、-20℃で保存した。
[0067]スクロースおよび無機リン酸からのGlc 1-Pの産生を、ホスホグルコムターゼ(PGM)およびグルコース6-リン酸デヒドロゲナーゼ(G6P-DH)の存在下でNAD+の還元と共役させる、連続共役酵素アッセイを用いて、SPアーゼ活性を30℃で測定した。10mM EDTA、10mM MgCl2および10μM α-Dグルコース1,6-二リン酸を含有する50mMリン酸カリウム緩衝液pH7.0中で、本質的に別の箇所に記載されるように標準アッセイを行った。反応混合物は、250mMスクロース、2.5mM NAD+、3U/mL PGM、3.4U/mL NAD+依存性G6P-DHおよび適切な希釈の酵素溶液を含有した。経時的なNADH形成を340nmで分光光度的に監視した。1単位のSPアーゼ活性は、上述の条件下で、1分あたり、1マイクロモルのNAD+の還元を引き起こす酵素の量に相当する。標準としてウシ血清アルブミンを用いたBioRad色素結合法を用いて、タンパク質濃度を決定した。
[0068]水中で1,200mMのL-AAおよび800mMのスクロースまたはグルコース-1-リン酸および30U/mLのSPアーゼを含有する反応混合物を50℃および300rpmで48~72時間インキュベーションした。空気密封容器中、暗所条件下、好ましくはpH5.2で、反応を行った。BioRad HPX-87Hカラムを使用したHPLCを用いて、産物分析を行い、そしてピークの溶出プロファイルをUVおよびRI検出装置で監視した。カラムを25℃で維持し、そして20mM硫酸を0.4mL/分の流速で溶出剤として用いた。これらの条件下で、>30%のL-AAがグルコシル化された。単離され、そして精製された産物のNMR分析によって、AA-2Gのα-1-2グリコシド連結が確認された。
[0069]水中で1,200mMのL-AAおよび800mMのスクロースまたはグルコース-1-リン酸および30U/mLのSPアーゼを含有する反応混合物を50℃および300rpmでインキュベーションした。反応中、スクロースの枯渇およびSPアーゼ活性の喪失を監視した。さらなるスクロースおよびSPアーゼを、24時間、48時間および72時間後に添加して、スクロース濃度およびSPアーゼ活性を最初の量、すなわちそれぞれ800mMおよび30U/mLに回復させた。この方式で、収率は約1.5x増加した。
[0070]ビフィドバクテリウム・アドレセンティス、ストレプトコッカス・ムタンス、ラクトバチルス・アシドフィルス、ロイコノストック・メセンテロイデス由来の、タンパク質ファミリー内の配列多様性を示す、4つのさらなるスクロースホスホリラーゼを評価した。ホモ二量体性スクロースホスホリラーゼは、2-OHでL-アスコルビン酸のグリコシル化に高い部位選択性を示し、AA-2GおよびAA-6Gの混合物が形成される単量体型に比較して、AA-2G形成を生じた。単量体性スクロースホスホリラーゼは、総産物のかなりの比率でAA-6Gを放出した一方、ホモ二量体性タンパク質では、検出限界を超えるAA-6Gは形成されなかった。しかし、pH7.5では本質的に欠けている、pH5.2でのAA-2G合成は、試験したすべてのスクロースホスホリラーゼの本質的な特性であった。
Claims (17)
- 2-O-α-D-グルコピラノシル-L-アスコルビン酸を産生するための方法であって:
a. グルコシルドナーおよびグルコシルアクセプターを含む混合物を提供し;
b. 該混合物をスクロースホスホリラーゼとインキュベーションし;
c. インキュベーション中、pHを4.8~5.5の範囲に維持し;
d. 反応中、さらなるグリコシルドナーおよび/またはスクロースホスホリラーゼを添加してもよい;そして
e. 2-O-α-D-グルコピラノシル-L-アスコルビン酸を単離および/または精製する
一連の工程を含み、
前記グルコシルドナーがグルコース1-リン酸またはスクロースであり、
前記グルコシルアクセプターがアスコルビン酸である、
前記方法。 - 前記スクロースホスホリラーゼがメタゲノム、微生物、好ましくは細菌起源のものである、請求項1記載の方法。
- 前記スクロースホスホリラーゼがホモ二量体性である、請求項1または2記載の方法。
- 前記スクロースホスホリラーゼが、pH<7、好ましくはpH<6、より好ましくはpH<5、最も好ましくはpH<4で非常に安定である、請求項1~3のいずれか一項記載の方法。
- 前記スクロースホスホリラーゼが、アグロバクテリウム・ビティス、ビフィドバクテリウム・アドレセンティス、ビフィドバクテリウム・ロングム、大腸菌、大腸菌06、ラクトバチルス・アシドフィルス、ラクトバチルス・デルブルエキー亜種ラクティス、ロイコノストック・メセンテロイデス、リステリア菌、シュードモナス・プトレファシエンス、シュードモナス・サッカロフィラ、ロドピレルラ・バルティカ、シェワネラ・バルティカ、シェワネラ・フリジディマリナ、ソリバクター・ウシタトゥス、ストレプトコッカス・ムタンスおよび/またはシネココッカス属種より得られる細菌スクロースホスホリラーゼである、請求項1~4のいずれか一項記載の方法。
- 前記スクロースホスホリラーゼが天然タンパク質または突然変異体である、請求項1~5のいずれか一項記載の方法。
- 前記スクロースホスホリラーゼが、全長タンパク質またはその触媒的活性断片、あるいは融合タンパク質として組換え的に産生される、請求項1~6のいずれか一項記載の方法。
- 前記スクロースホスホリラーゼが、全細胞、無細胞抽出物、粗精製、精製または固定型で用いられる、請求項1~7のいずれか一項記載の方法。
- 前記インキュベーション工程を少なくとも24時間、好ましくは少なくとも48時間、より好ましくは少なくとも72時間行う、請求項1~8のいずれか一項記載の方法。
- 前記インキュベーションを約30~70℃、好ましくは約40~60℃、より好ましくは約40~50℃の温度範囲で行う、請求項1~9のいずれか一項記載の方法。
- 前記アスコルビン酸を、スクロースに対して0.3~3倍モル過剰で用いる、請求項1~10のいずれか一項記載の方法。
- 前記反応混合物中のスクロースホスホリラーゼの量が、1U/mL~10,000U/mLの範囲、または5U/mL~100U/mLの範囲、または10U/mL~50U/mLの範囲、または20U/mL~40U/mLの範囲、または30U/mLである、請求項1~11のいずれか一項記載の方法。
- さらなるスクロースホスホリラーゼおよびスクロースを、インキュベーション中にインキュベーション混合物に添加して、スクロースホスホリラーゼを1U/mL~10,000U/mLの範囲、または5U/mL~100U/mLの範囲、または10U/mL~50U/mLの範囲、または20U/mL~40U/mLの範囲、または30U/mLに、そしてスクロースを100~2,000mMの範囲、または250mM~1,000mMの範囲または800mMに維持する、請求項1~12のいずれか一項記載の方法。
- 前記スクロースホスホリラーゼおよびスクロースを同時にまたは異なる時点で添加する、請求項13記載の方法。
- 前記細菌スクロースホスホリラーゼがビフィドバクテリウム・アドレセンティスより得られる、請求項5記載の方法。
- 前記細菌スクロースホスホリラーゼがビフィドバクテリウム・ロングムより得られる、請求項5記載の方法。
- 前記細菌スクロースホスホリラーゼがストレプトコッカス・ムタンスより得られる、請求項5記載の方法。
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