JP7255865B2 - Kynurenine monooxygenase and method for measuring kynurenine using the same - Google Patents

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    • C12Q1/26Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving oxidoreductase

Description

本発明は、キヌレニンモノオキシゲナーゼ、それを用いたキヌレニンの測定方法、及び該キヌレニンモノオキシゲナーゼを含むキヌレニン測定キットに関する。 The present invention relates to a kynurenine monooxygenase, a method for measuring kynurenine using the same, and a kit for measuring kynurenine containing the kynurenine monooxygenase.

L-キヌレニンは、L-トリプトファンの代謝物として生体内に存在することが知られており、医療分野において測定意義が各種検討されている。試料中のL-キヌレニン濃度測定においては、キヌレニンモノオキシゲナーゼ(KMO)を利用する例が知られている。例えば、ヒト由来又はPseudomonas fluorescence由来のキヌレニンモノオキシゲナーゼを使用した例が報告されている(非特許文献1、特許文献1)。ヒトなどの真核生物由来のキヌレニンモノオキシゲナーゼは膜タンパク酵素であるため、大腸菌などでの大量生産が困難であり、また可溶化のために界面活性剤を併用する必要がある。キヌレニンモノオキシゲナーゼの可溶化のためにタグを付与する方法も知られているが、この方法は酵素タンパクあたりの活性が低下するという問題が報告されている(非特許文献2)。一方、原核生物由来のP.fluorescence由来のキヌレニンモノオキシゲナーゼは水溶性であり、大腸菌を用いて取得することが比較的容易である(非特許文献3)。しかしながら、P.fluorescence由来のキヌレニンモノオキシゲナーゼは熱に対して不安定であるため、特許文献1においては、主に25℃で測定されている。また、他の原核生物由来のキヌレニンモノオキシゲナーゼとして、Cytophaga由来のものも知られているが、これは不溶性であるため、可溶化のために界面活性剤を使用することが必要とされている(非特許文献4)。このように、耐熱性を有する水溶性のキヌレニンモノオキシゲナーゼは知られていなかった。 L-kynurenine is known to exist in vivo as a metabolite of L-tryptophan, and the significance of its measurement in the medical field has been investigated in various ways. An example using kynurenine monooxygenase (KMO) is known for measuring L-kynurenine concentration in a sample. For example, examples using human-derived or Pseudomonas fluorescence-derived kynurenine monooxygenase have been reported (Non-Patent Document 1, Patent Document 1). Since kynurenine monooxygenase derived from eukaryotes such as humans is a membrane protein enzyme, it is difficult to mass-produce it in Escherichia coli or the like, and it is necessary to use a surfactant in combination for solubilization. A method of attaching a tag to solubilize kynurenine monooxygenase is also known, but this method has been reported to have a problem of lower activity per enzyme protein (Non-Patent Document 2). On the other hand, kynurenine monooxygenase derived from prokaryotic P.fluorescence is water-soluble and relatively easy to obtain using E. coli (Non-Patent Document 3). However, P.fluorescence-derived kynurenine monooxygenase is unstable against heat, so in Patent Document 1, it is mainly measured at 25°C. Cytophaga is also known as a kynurenine monooxygenase derived from other prokaryotes, but it is insoluble and requires the use of a detergent for solubilization ( Non-Patent Document 4). Thus, a thermostable, water-soluble kynurenine monooxygenase has not been known.

特開2017-63786号公報JP 2017-63786 A

平成28年度日本臨床衛生検査技師会中四国支部医学検査学会(第49回)、175. キヌレニン酵素的測定法の基礎的検討2016 Chugoku-Shikoku Branch Medical Laboratory Society of Japan Association of Medical Technologists (49th meeting), 175. Basic study of kynurenine enzymatic measurement method Protein Expression and Purification 95 (2014) 96-103Protein Expression and Purification 95 (2014) 96-103 Protein Expression and Purification 51 (2007) 324-333Protein Expression and Purification 51 (2007) 324-333 Chemistry & Biology 10 (2003) 1195-1204Chemistry & Biology 10 (2003) 1195-1204

前述のように、大量生産が可能であり、生体試料中のキヌレニン測定に有用なキヌレニンモノオキシゲナーゼの開発が望まれている。本発明は、水溶性であり、かつ熱安定性を有するキヌレニンモノオキシゲナーゼを提供することを課題とする。 As described above, it is desired to develop a kynurenine monooxygenase that can be mass-produced and that is useful for measuring kynurenine in biological samples. An object of the present invention is to provide a water-soluble and thermostable kynurenine monooxygenase.

前記課題を解決するために、本発明者らは、原核生物からのスクリーニングをし、遺伝子クローニング、培養及び精製した酵素の特性を検討した。その結果、驚くべきことに、今回取得した原核生物由来の酵素が、キヌレニンモノオキシゲナーゼ活性を有しており、水溶性で、かつP.fluorescence由来のキヌレニンモノオキシゲナーゼと比べて熱安定性を有することを見出した。加えて、これらの酵素はアルカリ性での安定性及びL-キヌレニンへの基質特異性が高いことも見出し、本発明を完成した。 In order to solve the above problems, the present inventors screened prokaryotes, cloned genes, cultured and investigated the properties of purified enzymes. As a result, surprisingly, the prokaryotic enzyme obtained this time has kynurenine monooxygenase activity, is water-soluble, and has thermostability compared to the kynurenine monooxygenase derived from P.fluorescence. I found In addition, they have found that these enzymes are stable in alkaline conditions and have high substrate specificity to L-kynurenine, and completed the present invention.

本発明は、以下の[1]~[9]に関する。
[1] 以下の性質(a)~(h)を有するキヌレニンモノオキシゲナーゼ。
(a)NAD(P)H又はそれらの誘導体、及び酸素存在下で、L-キヌレニンと反応させることで、NAD(P)又はそれらの誘導体、及び3-ヒドロキシキヌレニンを産生する
(b)原核生物を由来とする
(c)水溶性である
(d)pH9.0において、25℃で30分間静置後の残存活性が70%以上である
(e)pH7.5において、40℃で60分間静置後の残存活性が60%以上である
(f)L-キヌレニンに特異的に作用し、L-トリプトファンへの作用性が5%以下である
(g)分子量が40kDa~60kDaである
(h)フラビンを補酵素とする
[2] 原核生物がDeltaproteobacteria網、又はXanthomonadales目に属する群より選択される、[1]に記載のキヌレニンモノオキシゲナーゼ。
[3] 原核生物がPseudoxanthomonas属、Myxococcus属、Dyella属、又はRhodanobacter属に属する群より選択される、[2]に記載のキヌレニンモノオキシゲナーゼ。
[4] 原核生物がPseudoxanthomonas suwonensis、Myxococcus stipitatus、Dyella japonica及びRhodanobacter denitrificansより選択される、[3]に記載のキヌレニンモノオキシゲナーゼ。
[5] キヌレニンモノオキシゲナーゼのアミノ酸配列が、配列番号6~9で示される配列のいずれか1つと90%以上の類似性を有する配列である、[1]~[4]のいずれか1項に記載のキヌレニンモノオキシゲナーゼ。
[6] [1]~[5]のいずれか1項に記載のキヌレニンモノオキシゲナーゼを用いたL-キヌレニンの測定方法。
[7] NAD(P)H又はそれらの誘導体、及びキヌレニンモノオキシゲナーゼを作用させることで、以下の(i)~(iv)からなる群より選択される1種以上の変化を測定する、[6]記載のキヌレニンの測定方法。
(i)NAD(P)H又はそれらの誘導体の減少量
(ii)NAD(P)又はそれらの誘導体の増加量
(iii)3-ヒドロキシキヌレニンの増加量
(iv)L-キヌレニンの減少量
[8] [1]~[5]のいずれかに記載のキヌレニンモノオキシゲナーゼを含むキヌレニン測定キット。
[9] pH9.0以上の液体組成物又は液体組成物の乾燥品を含む、[8]記載のキヌレニン測定キット。
The present invention relates to the following [1] to [9].
[1] A kynurenine monooxygenase having the following properties (a) to (h).
(a) reacting with NAD(P)H or derivatives thereof and L-kynurenine in the presence of oxygen to produce NAD(P) + or derivatives thereof and 3-hydroxykynurenine (b) prokaryotic (c) water-soluble (d) at pH 9.0, residual activity after standing at 25°C for 30 minutes is 70% or more (e) at pH 7.5, at 40°C for 60 minutes Residual activity after standing is 60% or more (f) It acts specifically on L-kynurenine and has activity on L-tryptophan of 5% or less (g) Molecular weight is 40 kDa to 60 kDa (h ) The kynurenine monooxygenase according to [1], which uses flavin as a coenzyme [2], wherein the prokaryote is selected from the group belonging to the order Deltaproteobacteria or the order Xanthomonadales.
[3] The kynurenine monooxygenase of [2], wherein the prokaryote is selected from the group belonging to the genus Pseudoxanthomonas, Myxococcus, Dyella, or Rhodanobacter.
[4] The kynurenine monooxygenase of [3], wherein the prokaryote is selected from Pseudoxanthomonas suwonensis, Myxococcus stipitatus, Dyella japonica and Rhodanobacter denitrificans.
[5] Any one of [1] to [4], wherein the amino acid sequence of kynurenine monooxygenase has 90% or more similarity to any one of the sequences shown in SEQ ID NOs: 6 to 9. A kynurenine monooxygenase as described.
[6] A method for measuring L-kynurenine using the kynurenine monooxygenase according to any one of [1] to [5].
[7] NAD(P)H or derivatives thereof and kynurenine monooxygenase are allowed to act to measure changes in one or more selected from the group consisting of the following (i) to (iv), [6 ] The method for measuring kynurenine described.
(i) decreased amount of NAD(P)H or derivatives thereof (ii) increased amount of NAD(P) + or derivatives thereof (iii) increased amount of 3-hydroxykynurenine (iv) decreased amount of L-kynurenine [ 8] A kit for measuring kynurenine containing the kynurenine monooxygenase according to any one of [1] to [5].
[9] The kynurenine measurement kit according to [8], which contains a liquid composition having a pH of 9.0 or higher or a dried product of the liquid composition.

本発明により、水溶性及び熱安定性を有するキヌレニンモノオキシゲナーゼが得られた。本酵素は水溶性であるため、可溶化を目的として界面活性剤を使用する必要がなく、さらに本酵素は熱に安定であるため、生化学自動分析装置の測定温度である37℃での測定が可能である。従来酵素を使用した場合は、反応中の熱失活による感度低下が認められるために、測定時に過剰量の酵素を使用する必要があったが、酵素量を低減することができる。さらに本酵素は、pH安定性(特にアルカリへの耐性)を有しているため、NADH、NADPH又はそれらの誘導体と酵素を混合した、pH9.0以上のキヌレニン測定キットの調製が容易にできる。本酵素はいずれもL-キヌレニンに対する基質特異性も高いので、その結果、生体試料中のL-キヌレニンの測定が可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a water-soluble and thermostable kynurenine monooxygenase was obtained. Since this enzyme is water-soluble, it is not necessary to use a surfactant for the purpose of solubilization. Furthermore, since this enzyme is heat-stable, measurement at 37°C, which is the measurement temperature of an automatic biochemical analyzer, is possible. is possible. When conventional enzymes were used, sensitivity was lowered due to heat inactivation during the reaction, so it was necessary to use an excess amount of enzyme during measurement, but the amount of enzyme can be reduced. Furthermore, since this enzyme has pH stability (especially resistance to alkali), it is possible to easily prepare a kit for measuring kynurenine at pH 9.0 or higher by mixing NADH, NADPH or their derivatives with the enzyme. All of these enzymes have high substrate specificity for L-kynurenine, and as a result, it is possible to measure L-kynurenine in biological samples.

各キヌレニンモノオキシゲナーゼを使用したL-キヌレニン(L-Kyn)濃度測定時の吸光度(ΔAbs340)との関係を示す。The relationship between absorbance (ΔAbs340) and L-kynurenine (L-Kyn) concentration measurement using each kynurenine monooxygenase is shown.

以下、本発明を詳細に説明する。 The present invention will be described in detail below.

1.キヌレニンモノオキシゲナーゼ
1-1.キヌレニンモノオキシゲナーゼの性質
(a)キヌレニンモノオキシゲナーゼ活性
本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼ(以下、本酵素と称することがある)は、L-キヌレニンを基質とする酸化還元酵素である。本酵素をNADH、NADPH又はそれらの誘導体、及び酸素の存在下(好気的条件)で、L-キヌレニンと反応させることで、L-キヌレニンの酸化反応が起こり、NAD、NADP又はNAD(P)誘導体及び3-ヒドロキシキヌレニンが産生される。
なお、以下本明細書において、NADH及びNADPHをNAD(P)Hと、NAD及びNADPをNAD(P)と総称する。
1. Kynurenine monooxygenase 1-1. Properties of Kynurenine Monooxygenase (a) Kynurenine Monooxygenase Activity The kynurenine monooxygenase of the present invention (hereinafter sometimes referred to as the present enzyme) is an oxidoreductase that uses L-kynurenine as a substrate. By reacting this enzyme with L-kynurenine in the presence of NADH, NADPH or their derivatives and oxygen (aerobic conditions), an oxidation reaction of L-kynurenine occurs, resulting in NAD + , NADP + or NAD ( P) + derivative and 3-hydroxykynurenine are produced.
In the following specification, NADH and NADPH are collectively referred to as NAD(P)H, and NAD + and NADP + are collectively referred to as NAD(P) + .

本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼを触媒とする反応は、NAD(P)H及びそれらの誘導体から選択される電子供与体の存在下に行われる。NAD(P)Hの誘導体とは、NADH又はNADPHの誘導体であり、NADHやNADPHと同様の電子供与性を有し、NADHやNADPHの安定性向上、モル吸光係数の上昇等のために使用することができる。本発明においては、キヌレニンモノオキシゲナーゼによる反応が進むのであれば、NAD(P)Hの誘導体の種類は特に限定されず、例えば、チオNADHや特開2012-224638号公報で示されるNAD(P)H誘導体等、公知のNAD(P)H誘導体を使用することができる。 The kynurenine monooxygenase-catalyzed reaction of the present invention is carried out in the presence of an electron donor selected from NAD(P)H and derivatives thereof. A derivative of NAD(P)H is a derivative of NADH or NADPH, has the same electron-donating property as NADH or NADPH, and is used to improve the stability of NADH or NADPH, increase the molar extinction coefficient, etc. be able to. In the present invention, the type of derivative of NAD(P)H is not particularly limited as long as the reaction by kynurenine monooxygenase proceeds. Known NAD(P)H derivatives such as H derivatives can be used.

キヌレニンモノオキシゲナーゼ活性の測定は、例えば、以下の試薬及び条件で行うことができる(「活性測定法1」とする)。測定方法は以下に限定されず、測定に問題がない範囲で適宜試薬及び/又は条件を変更することができる。
100mMリン酸カリウム緩衝液(pH7.5)0.6mL、7.5mM NADPH溶液0.1mL、1mM L-キヌレニン溶液0.3mL、超純水1.95mLを光路長1cmの石英セル内で混合し、37℃で10分間加温後、酵素サンプル0.05mLを添加し、37℃で反応を開始する。反応開始後から340nmの吸光度変化を測定し、1分間あたりの340nmの吸光度の減少量(ΔAbs340/分)を測定し、式1に従いキヌレニンモノオキシゲナーゼ活性を算出する。NADPHのモル吸光係数は、基質であるキヌレニンも340nmで吸収を有していることを考慮して、前述の非特許文献3に従い、6.7[mM-1cm-1]で計算することとする。
なお、上記活性測定法1のNADPH溶液をより安価なNADH溶液に置き換えて測定することも可能である。
The kynurenine monooxygenase activity can be measured, for example, using the following reagents and conditions (referred to as "activity measurement method 1"). The measurement method is not limited to the following, and reagents and/or conditions can be changed as appropriate within a range that poses no problem for measurement.
0.6 mL of 100 mM potassium phosphate buffer (pH 7.5), 0.1 mL of 7.5 mM NADPH solution, 0.3 mL of 1 mM L-kynurenine solution, and 1.95 mL of ultrapure water were mixed in a quartz cell with an optical path length of 1 cm. , 37°C for 10 minutes, then 0.05 mL of the enzyme sample is added to initiate the reaction at 37°C. After starting the reaction, the change in absorbance at 340 nm is measured, the amount of decrease in absorbance at 340 nm per minute (ΔAbs340/min) is measured, and the kynurenine monooxygenase activity is calculated according to Equation (1). Considering that the substrate kynurenine also absorbs at 340 nm, the molar extinction coefficient of NADPH is calculated at 6.7 [mM -1 cm -1 ] according to Non-Patent Document 3 mentioned above. do.
In addition, it is also possible to replace the NADPH solution in the activity measurement method 1 with a cheaper NADH solution for measurement.

Figure 0007255865000001
Figure 0007255865000001

式1中、「3.0」は反応液の液量[mL]、「6.7」はモル吸光係数[mM-1cm-1]、「1.0」は光路長[cm]、「0.05」は使用した酵素の液量[mL]である。In formula 1, "3.0" is the volume of the reaction solution [mL], "6.7" is the molar extinction coefficient [mM -1 cm -1 ], "1.0" is the optical path length [cm], "0.05" is the liquid volume [mL] of the enzyme used.

(b)由来
本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼは、大腸菌、酵母、カビのような微生物を宿主とした組換え微生物での大量生産が可能であり、水溶性を示し、また原核生物に由来するものが好ましい。原核生物由来であれば特に限定されないが、本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼは、原核生物がDeltaproteobacteria網、又はXanthomonadales目に属する群由来のものが好ましく、Pseudoxanthomonas属、Myxococcus属、Dyella属、又はRhodanobacter属に属する微生物に由来することがより好ましい。この中でも、Pseudoxanthomonas suwonensis、Myxococcus stipitatus、Dyella japonica又はRhodanobacter denitrificansがより好ましい。
(b) Origin The kynurenine monooxygenase of the present invention can be mass-produced by recombinant microorganisms using microorganisms such as Escherichia coli, yeast, and fungi as hosts, exhibits water solubility, and is derived from prokaryotes. preferable. The kynurenine monooxygenase of the present invention is not particularly limited as long as it is derived from a prokaryote, but the kynurenine monooxygenase of the present invention is preferably derived from a group whose prokaryotes belong to the Deltaproteobacteria network or the order Xanthomonadales, and belongs to the genus Pseudoxanthomonas, Myxococcus, Dyella, or Rhodanobacter. More preferably, it is derived from the microorganism to which it belongs. Among these, Pseudoxanthomonas suwonensis, Myxococcus stipitatus, Dyella japonica or Rhodanobacter denitrificans are more preferred.

(c)水溶性
本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼは、水溶性である。具体的には、培養後の酵素収集において、界面活性剤等による可溶化工程を必要とせず、可溶性画分に酵素タンパクが存在していればよく、好ましくは1mLの水に対する溶解度が、0.1mg以上であり、より好ましくは1mg以上である。タンパク濃度の測定方法としては、BSA(牛血清アルブミン)を標準物質とし、ブラッドフォード法による比色法により測定が可能である。
(c) Water solubility The kynurenine monooxygenase of the present invention is water soluble. Specifically, when the enzyme is collected after culturing, it does not require a solubilization step using a surfactant or the like, and the enzyme protein may be present in the soluble fraction. Preferably, the solubility in 1 mL of water is 0.5. It is 1 mg or more, more preferably 1 mg or more. As a method for measuring the protein concentration, BSA (bovine serum albumin) is used as a standard substance, and a colorimetric method based on the Bradford method can be used.

(d)アルカリ安定性
本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼはアルカリ性での安定性を有する。アルカリ溶液中で、25℃で30分間静置後の残存キヌレニンモノオキシゲナーゼ活性が70%以上である場合に、アルカリ安定性を有する、と判断する。具体的には、本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼは、1.0mg/mLの酵素をpH9.0又はpH9.5のグリシン-NaOH緩衝液及び25℃の条件において30分間静置した後の残存活性が、処理前の酵素活性を100%とした場合にそれぞれ70%以上、好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上である。
(d) Alkaline stability The kynurenine monooxygenase of the present invention has stability in alkaline. If the residual kynurenine monooxygenase activity after standing at 25° C. for 30 minutes in an alkaline solution is 70% or more, it is judged to have alkali stability. Specifically, the kynurenine monooxygenase of the present invention has a residual activity of and 70% or more, preferably 75% or more, and more preferably 80% or more when the enzyme activity before treatment is 100%.

(e)熱安定性
本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼは熱安定性を有する。40℃で60分間静置後の残存キヌレニンモノオキシゲナーゼ活性が70%以上である場合に、温度安定性を有する、と判断する。具体的には、本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼは、1.0mg/mLの酵素をpH7.5のリン酸カリウム緩衝液及び40℃の条件において60分間静置した後の残存活性が、処理前の酵素活性を100%とした場合に60%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、更に好ましくは80%以上である。
(e) Thermostability The kynurenine monooxygenase of the present invention is thermostable. If the residual kynurenine monooxygenase activity after standing at 40° C. for 60 minutes is 70% or more, it is judged to have temperature stability. Specifically, the kynurenine monooxygenase of the present invention has a residual activity of 1.0 mg / mL of the enzyme after standing for 60 minutes in a potassium phosphate buffer of pH 7.5 and at 40 ° C. When the enzyme activity is 100%, it is 60% or more, preferably 70% or more, more preferably 75% or more, and still more preferably 80% or more.

(f)基質特異性
本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼは、基質特異性に優れている。例えば、L-キヌレニンに対する反応性に対して、少なくともL-トリプトファンに対する反応性が低い。生体試料においては、L-トリプトファンはL-キヌレニンの前駆体であり、さらにL-トリプトファンの含有量はL-キヌレニンよりも多量であることが一般的であり、トリプトファンへの反応性も高い酵素だとキヌレニンの測定に正確を期すことが困難なことがある。本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼは、L-トリプトファンに比べてL-キヌレニンへの特異性が高いことから、L-トリプトファンが共存する場合であっても、L-キヌレニン量又は濃度を正確に測定することが可能である。具体的には、本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼは、活性測定法1に従い、L-キヌレニン、及びL-キヌレニンをL-トリプトファン又はD-キヌレニン(L-キヌレニンの光学異性体)に変えてそれぞれ測定すると、L-トリプトファンに対する反応性がL-キヌレニンに対する反応性に対して5%以下であり、好ましくは2.5%以下であり、より好ましくは1%以下である。また、D-キヌレニンに対する反応性がL-キヌレニンに対する反応性に対して20%以下であり、より好ましくは15%以下であり、さらに好ましくは6%以下である。
(f) Substrate specificity The kynurenine monooxygenase of the present invention has excellent substrate specificity. For example, it is at least less reactive to L-tryptophan than it is to L-kynurenine. In biological samples, L-tryptophan is a precursor of L-kynurenine, the content of L-tryptophan is generally higher than that of L-kynurenine, and the enzyme is highly reactive to tryptophan. and kynurenine can be difficult to measure accurately. Since the kynurenine monooxygenase of the present invention has higher specificity for L-kynurenine than for L-tryptophan, it is possible to accurately measure the amount or concentration of L-kynurenine even when L-tryptophan coexists. is possible. Specifically, the kynurenine monooxygenase of the present invention is measured according to activity measurement method 1 by changing L-kynurenine and L-kynurenine to L-tryptophan or D-kynurenine (an optical isomer of L-kynurenine). , the reactivity to L-tryptophan is 5% or less, preferably 2.5% or less, more preferably 1% or less, relative to the reactivity to L-kynurenine. In addition, the reactivity to D-kynurenine is 20% or less, more preferably 15% or less, and still more preferably 6% or less of the reactivity to L-kynurenine.

(g)分子量
本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼを構成するポリペプチド部分の分子量は、好ましくは40~60kDaであり、より好ましくは45~55kDaであり、さらに好ましくは50~52kDaである。
(g) Molecular Weight The molecular weight of the polypeptide portion constituting the kynurenine monooxygenase of the present invention is preferably 40-60 kDa, more preferably 45-55 kDa, still more preferably 50-52 kDa.

「ポリペプチド部分」とは、実質的に糖鎖が結合していない状態のキヌレニンモノオキシゲナーゼを意味する。ポリペプチド部分の分子量は、クローニングされたキヌレニンモノオキシゲナーゼのアミノ酸配列から計算により求めることができる。クローニングされていないキヌレニンモノオキシゲナーゼであって、微生物によって生産された本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼが糖鎖結合型である場合は、それを熱処理や糖加水分解酵素によって処理することにより、糖鎖を除去した状態(すなわち、「ポリペプチド部分」)にし、SDS-ポリアクリルアミドゲル電気泳動法で分子量を測定することができる。実質的に糖鎖が結合していない状態とは、熱処理や糖加水分解酵素によって処理された糖鎖結合型キヌレニンモノオキシゲナーゼに不可避的に残存する糖鎖の存在を許容する。よって、キヌレニンモノオキシゲナーゼが本来的に糖鎖結合型でない場合は、それ自体が「ポリペプチド部分」に相当する。 By "polypeptide portion" is meant kynurenine monooxygenase in a substantially unglycosylated state. The molecular weight of the polypeptide portion can be calculated from the amino acid sequence of the cloned kynurenine monooxygenase. If the non-cloned kynurenine monooxygenase of the present invention produced by a microorganism is of the sugar chain-binding type, the sugar chain is removed by heat treatment or treatment with a glycohydrolase. (ie, "polypeptide portion") and the molecular weight determined by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis. The state in which sugar chains are not bound substantially means that the presence of sugar chains that inevitably remain in sugar chain-binding kynurenine monooxygenase treated with heat treatment or glycohydrolase is allowed. Thus, when the kynurenine monooxygenase is not naturally glycosylated, it itself corresponds to a "polypeptide moiety".

糖鎖結合型キヌレニンモノオキシゲナーゼから糖鎖を除去する手段は、特に制限されないが、例えば、糖鎖結合型のキヌレニンモノオキシゲナーゼを100℃で10分間加熱処理をして変性させた後、N-グリコシダーゼF(ロシュ・ダイアグノスティクス社製)を用いて37℃で6時間処理することにより実施することができる。 The means for removing sugar chains from sugar chain-binding kynurenine monooxygenase is not particularly limited. F (manufactured by Roche Diagnostics) at 37° C. for 6 hours.

本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼに糖鎖が結合している場合、その分子量は、キヌレニンモノオキシゲナーゼ活性、基質特異性、及びL-キヌレニンに対する親和性などにネガティブに影響しない限り特に制限されない。例えば、糖鎖が結合した状態の本発明キヌレニンの分子量は、50~90kDaであることが好ましい。糖鎖結合型のキヌレニンモノオキシゲナーゼは、酵素をより安定にするという観点及び水溶性を高めるという観点から好ましい。 When a sugar chain is bound to the kynurenine monooxygenase of the present invention, its molecular weight is not particularly limited as long as it does not negatively affect the kynurenine monooxygenase activity, substrate specificity, affinity for L-kynurenine, and the like. For example, the molecular weight of the kynurenine of the present invention with a sugar chain bound thereto is preferably 50 to 90 kDa. Sugar chain-binding kynurenine monooxygenase is preferable from the viewpoint of making the enzyme more stable and improving water solubility.

(h)補酵素
本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼは好ましくは、フラビンを補酵素とする、フラビン結合型の酵素である。
(h) Coenzyme The kynurenine monooxygenase of the present invention is preferably a flavin-binding enzyme that uses flavin as a coenzyme.

その他、本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼの酵素特性としては、至適pH、至適温度も挙げられる。概ね以下の範囲内であるが、本発明においては、本範囲に制限されないものとする。 Other enzymatic properties of the kynurenine monooxygenase of the present invention include optimum pH and optimum temperature. Although it is generally within the following range, the present invention is not limited to this range.

・至適pH
本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼの至適pHは、pH6.2~8.8の範囲内である。本明細書において、至適pHは、酵素終濃度を0.05U/mLとし、複数のpHを示す緩衝液(酢酸-酢酸ナトリウム緩衝液(pH4.0~5.0)、クエン酸ナトリウム緩衝液(pH5.0~6.0)、リン酸カリウム緩衝液(pH6.0~8.0)、TAPS緩衝液(pH8.0~9.0)又はグリシン-NaOH緩衝液(pH8.5~9.5))を用いて、後述の活性測定法2で酵素活性を測定することで求める。各緩衝液中で測定した内の一番高い活性値を100%とした場合に、90%以上の活性値を示すpH範囲を至適pHとする。
・Optimal pH
The optimum pH for the kynurenine monooxygenase of the present invention is within the range of pH 6.2-8.8. As used herein, the optimum pH is defined as a final enzyme concentration of 0.05 U/mL and buffers exhibiting multiple pHs (acetic acid-sodium acetate buffer (pH 4.0 to 5.0), sodium citrate buffer (pH 5.0-6.0), potassium phosphate buffer (pH 6.0-8.0), TAPS buffer (pH 8.0-9.0) or glycine-NaOH buffer (pH 8.5-9. 5)) is used to determine the enzyme activity by the activity measurement method 2 described later. Taking the highest activity value measured in each buffer as 100%, the pH range in which the activity value is 90% or more is defined as the optimum pH.

・至適温度
本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼの至適温度は、35~45℃の範囲内である。本明細書において、至適温度は、酵素終濃度0.25U/mLとし、リン酸カリウム緩衝液(pH7.5)中における各温度での酵素活性を前述の活性測定法1で測定、比較することにより求める。
- Optimum temperature The optimum temperature for the kynurenine monooxygenase of the present invention is in the range of 35 to 45°C. In this specification, the optimum temperature is 0.25 U/mL at the enzyme final concentration, and the enzyme activity at each temperature in a potassium phosphate buffer (pH 7.5) is measured and compared by the activity measurement method 1 described above. Seek by.

1-2.キヌレニンモノオキシゲナーゼのポリペプチド
本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼは、上記(a)~(h)の特性を示すポリペプチドであるか、及び/又は、下記(I)~(III)のいずれかのポリペプチドであれば、特に制限されない。
(I)配列番号6~9によって示されるいずれか1つのアミノ酸配列からなるポリペプチド;
(II)配列番号6~9によって示されるいずれか1つのアミノ酸配列において、1もしくは数個のアミノ酸が残基の置換、欠失、挿入、付加及び/又は逆位したアミノ酸配列からなり、キヌレニンモノオキシゲナーゼ活性を有するポリペプチド;
(III)配列番号6~9に示されるいずれか1つのアミノ酸配列と相同性を有するアミノ酸配列からなり、キヌレニンモノオキシゲナーゼ活性を有するポリペプチド。
1-2. Polypeptide of kynurenine monooxygenase The kynurenine monooxygenase of the present invention is a polypeptide exhibiting the characteristics of (a) to (h) above, and/or a polypeptide according to any one of (I) to (III) below. If so, it is not particularly limited.
(I) a polypeptide consisting of any one amino acid sequence represented by SEQ ID NOS: 6-9;
(II) any one of the amino acid sequences represented by SEQ ID NOs: 6 to 9, consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted, inserted, added and/or inverted residues, and kynurenine mono a polypeptide having oxygenase activity;
(III) A polypeptide comprising an amino acid sequence homologous to any one of the amino acid sequences shown in SEQ ID NOs: 6 to 9 and having kynurenine monooxygenase activity.

「数個」とは、キヌレニンモノオキシゲナーゼ活性が維持される限り制限されないが、例えば、全アミノ酸数の10%未満の個数であり、より好ましくは5%未満の個数、更に好ましくは2%未満の個数である。例えば、好ましくは多くとも45個、40個、30個、20個、10個又は5個と例示できる。 "Several" is not limited as long as the kynurenine monooxygenase activity is maintained, but is, for example, less than 10% of the total number of amino acids, more preferably less than 5%, still more preferably less than 2%. number. For example, preferably at most 45, 40, 30, 20, 10 or 5 can be exemplified.

アミノ酸の置換の種類は、特に制限されないが、キヌレニンモノオキシゲナーゼの表現型に顕著な影響を与えないという観点から保存的アミノ酸置換が好ましい。また、一又は数個の変異は、位置指定突然変異導入法やランダム突然変異導入法など公知の手法を利用して、後述する本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼをコードするDNAに変異を導入することによって実施することが可能である。 The type of amino acid substitution is not particularly limited, but conservative amino acid substitutions are preferred from the viewpoint of not significantly affecting the phenotype of kynurenine monooxygenase. In addition, one or several mutations can be obtained by introducing mutations into the DNA encoding the kynurenine monooxygenase of the present invention, which will be described later, using known techniques such as site-directed mutagenesis and random mutagenesis. It is possible to implement.

キヌレニンモノオキシゲナーゼの活性を維持するという観点からは、キヌレニンモノオキシゲナーゼの活性部位又は基質結合部位に影響を与えない程度に、機能性を付与するような配列の付加や、N末端、C末端又は、任意の配列の内、少なくとも1つを削除してもよい。なお、これらの処理によって、(g)で示す分子量の範囲を逸脱する場合、付加又は削除前の分子量が(g)の範囲であるのなら、本発明の「ポリペプチド部分」と同等とみなすことができる。 From the viewpoint of maintaining the activity of kynurenine monooxygenase, addition of a sequence that imparts functionality to the extent that it does not affect the active site or substrate binding site of kynurenine monooxygenase, the N-terminus, C-terminus, or At least one of the arbitrary sequences may be deleted. In addition, when these treatments deviate from the molecular weight range shown in (g), if the molecular weight before addition or deletion is within the range of (g), it is considered equivalent to the "polypeptide portion" of the present invention. can be done.

「相同性を有するアミノ酸配列」とは、類似性が好ましくは少なくとも90%又は95%、より好ましくは少なくとも96%、97%、98%又は99%のアミノ酸配列であること、又は同一性が好ましくは少なくとも60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、92%、95%、98%又は99%のアミノ酸配列であることを意味する。 "Amino acid sequences having homology" are amino acid sequences that are preferably at least 90% or 95% similar, more preferably at least 96%, 97%, 98% or 99% identical, or preferably means at least 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 92%, 95%, 98% or 99% of the amino acid sequence.

類似性は、表1のスコア表(GENETYX(登録商標)の説明書 p.220 A.18 ホモロジースコア表 A.18.2 アミノ酸、参考文献:Atlas of Protein Sequence and Structure Vol.5 (1978))を用いて、アライメント時にスコアが0以上になる文字数÷アライメント長で算出された値である。配列解析ソフトである、GENETYX((登録商標)、株式会社ゼネティックス製)を用いて算出できる。詳細には、該ソフトを初期設定で使用し、アミノ酸配列同士のホモロジー解析を行い、Similarityとして算出される。
同一性は、GENETYXを初期設定で使用し、アミノ酸配列同士のホモロジー解析により算出されたidentityの値に基づく。
The similarity is evaluated using the score table in Table 1 (GENETYX® Instruction Manual p.220 A.18 Homology Score Table A.18.2 Amino Acids, Reference: Atlas of Protein Sequence and Structure Vol.5 (1978)). is a value calculated by dividing the number of characters with a score of 0 or more during alignment by the alignment length. It can be calculated using GENETYX ((registered trademark), manufactured by Genetics Co., Ltd.), which is sequence analysis software. Specifically, the software is used with initial settings, homology analysis between amino acid sequences is performed, and similarity is calculated.
Identity is based on the value of identity calculated by homology analysis between amino acid sequences using GENETYX with default settings.

Figure 0007255865000002
Figure 0007255865000002

2.キヌレニンモノオキシゲナーゼの取得方法
2-1.キヌレニンモノオキシゲナーゼをコードするDNA
本発明のDNAは、上記(a)~(h)の特性を示すポリペプチドをコードするDNAであるか、及び/又は、下記の(A)~(E)のいずれかのDNAである。
(A)前記(I)~(III)に記載のアミノ酸配列をコードするDNA;
(B)配列番号2~5に示される塩基配列からなるDNA;
(C)配列番号2~5に示される塩基配列との同一性が70%以上である塩基配列からなり、かつキヌレニンモノオキシゲナーゼ活性を有するポリペプチドをコードするDNA;
(D)配列番号2~5に示される塩基配列に相補的な塩基配列に対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAを含み、かつキヌレニンモノオキシゲナーゼ活性を有するポリペプチドをコードするDNA;
(E)配列番号2~5に示される塩基配列において、1もしくは数個の塩基が置換、欠失、挿入、付加及び/又は逆位されている塩基配列であり、かつキヌレニンモノオキシゲナーゼ活性を有するポリペプチドをコードするDNA。
2. Method for obtaining kynurenine monooxygenase 2-1. DNA encoding kynurenine monooxygenase
The DNA of the present invention is a DNA encoding a polypeptide exhibiting the properties (a) to (h) above, and/or a DNA according to any one of (A) to (E) below.
(A) a DNA encoding the amino acid sequence described in (I) to (III) above;
(B) DNA consisting of the base sequences shown in SEQ ID NOS: 2-5;
(C) a DNA consisting of a nucleotide sequence having 70% or more identity with the nucleotide sequences shown in SEQ ID NOs: 2 to 5 and encoding a polypeptide having kynurenine monooxygenase activity;
(D) a DNA comprising a DNA that hybridizes under stringent conditions to a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequences shown in SEQ ID NOs: 2 to 5 and encoding a polypeptide having kynurenine monooxygenase activity;
(E) A nucleotide sequence in which one or several nucleotides are substituted, deleted, inserted, added and/or inverted in the nucleotide sequences shown in SEQ ID NOs: 2 to 5, and has kynurenine monooxygenase activity DNA that encodes a polypeptide.

本明細書のキヌレニンモノオキシゲナーゼ活性を有する酵素をコードするDNAは、そのアミノ酸配列に対応する塩基配列を有するDNAのことをいう。したがって、コドンの縮重によって相違するDNAも含まれる。本発明のDNAがコードするアミノ酸配列を有するタンパク質は、キヌレニンモノオキシゲナーゼ活性を有する。本発明のDNAは、配列番号2~5に示される塩基配列との同一性が70%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、よりさらに好ましくは98%以上である塩基配列を有する。 A DNA encoding an enzyme having kynurenine monooxygenase activity herein refers to a DNA having a nucleotide sequence corresponding to the amino acid sequence. Therefore, DNAs that differ due to codon degeneracy are also included. A protein having the amino acid sequence encoded by the DNA of the present invention has kynurenine monooxygenase activity. The DNA of the present invention has 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, and even more preferably 98% identity with the nucleotide sequences shown in SEQ ID NOs:2 to 5. % or more.

塩基配列の同一性は、GENETYXの塩基配列同士のホモロジー解析により算出されたidentityの値に基づく。 The identity of base sequences is based on the value of identity calculated by homology analysis between base sequences of GENETYX.

本発明のDNAは、それがコードするタンパク質が前記キヌレニンモノオキシゲナーゼ活性を有する限り、配列番号2~5に示される塩基配列のいずれかに相補的な塩基配列に対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAであってもよい。ここで「ストリンジェントな条件下でのハイブリダイズ」とは、いわゆる特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件をいう。 As long as the protein encoded by the DNA has the kynurenine monooxygenase activity, the DNA of the present invention hybridizes under stringent conditions to a nucleotide sequence complementary to any of the nucleotide sequences shown in SEQ ID NOs: 2 to 5. It may be soybean DNA. Here, "hybridization under stringent conditions" refers to conditions under which so-called specific hybrids are formed and non-specific hybrids are not formed.

具体的な条件としては、例えば、50%ホルムアミド、5×SSC(150mM 塩化ナトリウム、15mM クエン酸三ナトリウム、10mM リン酸ナトリウム、1mM エチレンジアミン四酢酸、pH7.2)、5×デンハート(Denhardt’s)溶液、0.1% SDS、10% デキストラン硫酸及び100μg/mLの変性サケ精子DNAの溶液を42℃インキュベーションした後、バックグラウンド除去のために、0.2×SSC中42℃で洗浄する条件を例示することができる。 Specific conditions include, for example, 50% formamide, 5×SSC (150 mM sodium chloride, 15 mM trisodium citrate, 10 mM sodium phosphate, 1 mM ethylenediaminetetraacetic acid, pH 7.2), 5× Denhardt's solution, 42° C. incubation of a solution of 0.1% SDS, 10% dextran sulfate and 100 μg/mL denatured salmon sperm DNA followed by washing at 42° C. in 0.2×SSC for background removal. be able to.

前記(E)のDNAに関し、「数個」とは前記「1-2.キヌレニンモノオキシゲナーゼのポリペプチド」の項に記載したものと同義である。 Regarding the DNA of (E) above, "several" has the same meaning as described in the above section "1-2. Polypeptide of kynurenine monooxygenase".

本発明のDNAは、配列番号2~5の配列情報を基に、標準的な遺伝子工学的手法、分子生物学的手法、生化学的手法などにより取得することができるが、化学的DNA合成法によっても取得することができる。 The DNA of the present invention can be obtained by standard genetic engineering techniques, molecular biological techniques, biochemical techniques, etc. based on the sequence information of SEQ ID NOS: 2-5. can also be obtained by

標準的な遺伝子工学的手法としては、具体的には、スクリーニングによりキヌレニンモノオキシゲナーゼを産生していると思われる適当な起源微生物を選定した後、それら起源微生物の染色体DNAを抽出し、本発明のDNA配列(例えば、配列番号2~5の塩基配列)に特有の適当なプライマーを使用し、PCRなどにより目的のDNAを取得する手法を指す。 Specifically, as a standard genetic engineering technique, after selecting appropriate source microorganisms that are thought to produce kynurenine monooxygenase by screening, the chromosomal DNA of these source microorganisms is extracted, and the chromosomal DNA of the source microorganism is extracted. It refers to a method of obtaining a DNA of interest by PCR or the like using suitable primers specific to a DNA sequence (eg, nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 2-5).

なお、増幅させたDNA断片の単離精製は、例えばゲル電気泳動法や市販の精製キットを用いることで可能である。 Isolation and purification of the amplified DNA fragment can be performed by using, for example, gel electrophoresis or a commercially available purification kit.

本発明のDNAを使用することにより、本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼを容易に大量に、安定して製造することができる。 By using the DNA of the present invention, the kynurenine monooxygenase of the present invention can be easily and stably produced in large amounts.

2-2.キヌレニンモノオキシゲナーゼ生産株の取得
2-1で取得したDNAを、公知の方法に従い、大腸菌、枯草菌等の原核細胞や、真菌(酵母、アスペルギルス属などの子嚢菌、担子菌等)、昆虫細胞、哺乳動物細胞等の真核細胞などに導入することで、生産株を取得することができる。本発明において、生産株については特に制限されないが、本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼは原核生物由来であるので、大腸菌の宿主/ベクター系で発現させるのが一般的である。
2-2. Acquisition of kynurenine monooxygenase-producing strains
The DNA obtained in 2-1 is subjected to prokaryotic cells such as Escherichia coli and Bacillus subtilis, fungi (yeast, ascomycetes such as Aspergillus, basidiomycetes, etc.), insect cells, mammalian cells, etc. A production strain can be obtained by introducing it into a cell or the like. In the present invention, the production strain is not particularly limited, but since the kynurenine monooxygenase of the present invention is derived from prokaryotes, it is generally expressed in E. coli host/vector system.

大腸菌の宿主/ベクター系としては、公知のpUC系、pBluescriptII、pET発現システム、pGEX発現システム、pCold発現システムなどが例示できる。また、必要に応じて、シャペロンやリゾチームなどの共発現を行うことも可能である。本発明においては、宿主としては、E.coli JM109、E.coli BL21(DE3)、ベクターとしては、pUC系又はpET系のプラスミドが好ましい。 Examples of E. coli host/vector systems include the known pUC system, pBluescriptII, pET expression system, pGEX expression system, pCold expression system, and the like. Moreover, it is also possible to co-express chaperones, lysozymes, etc., as necessary. In the present invention, preferred hosts are E. coli JM109 and E. coli BL21(DE3), and vectors are preferably pUC-based or pET-based plasmids.

なお、その他の宿主/ベクター系としては、宿主が酵母の場合は、Saccharomyces cerevisiae、Schizosaccharomyces pombe、Candida utilis、Pichia pastoris等が例として挙げられ、ベクターとしてはpAUR101、pAUR224、pYES2等が挙げられる。宿主がカビである場合は、例えば、Aspergillus oryzae,Aspergillus niger等を例示することができる。 Examples of other host/vector systems include Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe, Candida utilis, Pichia pastoris, etc. when the host is yeast, and pAUR101, pAUR224, pYES2, etc. as vectors. When the host is a fungus, examples include Aspergillus oryzae, Aspergillus niger and the like.

本発明のDNAの宿主への導入手段は特に制限されないが、例えば、本発明のDNAを含むベクターを、宿主細胞に導入し、本発明のDNAが導入された形質転換体を得ることで、キヌレニンモノオキシゲナーゼの生産菌株を取得することができる。宿主細胞は、本発明のDNAを発現してキヌレニンモノオキシゲナーゼを生産することが可能である限り、特に制限されない。具体的には、大腸菌、枯草菌等の原核細胞や、酵母、カビ、昆虫細胞、哺乳動物細胞等の真核細胞等を使用することができる。大腸菌の場合は、市販のコンピテントセルを使用することで容易に形質転換が可能である。 The means for introducing the DNA of the present invention into a host is not particularly limited. Monooxygenase-producing strains can be obtained. Host cells are not particularly limited as long as they can express the DNA of the present invention and produce kynurenine monooxygenase. Specifically, prokaryotic cells such as Escherichia coli and Bacillus subtilis, and eukaryotic cells such as yeast, fungi, insect cells and mammalian cells can be used. E. coli can be easily transformed using commercially available competent cells.

本発明の形質転換体は、本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼを産生する能力を有するため、それを用いて効率的に本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼを製造することが可能となる。 Since the transformant of the present invention has the ability to produce the kynurenine monooxygenase of the present invention, it can be used to efficiently produce the kynurenine monooxygenase of the present invention.

2-3.キヌレニンモノオキシゲナーゼの製造方法
本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼは、本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼの生産能を有する微生物や細胞を培養することによって製造することができる。培養に供される微生物や細胞は、本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼを産生する能力を有する限り特に制限されないが、例えば、前記アミノ酸配列6~9をコードするDNA(例えば、配列番号2~5の塩基配列)を用いて形質転換した組換え大腸菌を好適に利用することができる。
2-3. Method for Producing Kynurenine Monooxygenase The kynurenine monooxygenase of the present invention can be produced by culturing microorganisms or cells capable of producing the kynurenine monooxygenase of the present invention. Microorganisms and cells to be cultured are not particularly limited as long as they have the ability to produce the kynurenine monooxygenase of the present invention. (sequence)) can be preferably used.

培養法及び培養条件は、本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼが生産される限り特に限定されない。すなわち、キヌレニンモノオキシゲナーゼが生産されることを条件として、使用する微生物や細胞の生育に適合した方法及び条件を適宜設定できる。以下に、微生物の培養条件として、培地、培養温度、及び培養時間を例示する。 The culture method and culture conditions are not particularly limited as long as the kynurenine monooxygenase of the present invention is produced. That is, on condition that kynurenine monooxygenase is produced, a method and conditions suitable for the growth of microorganisms and cells to be used can be appropriately set. Examples of culture conditions for microorganisms, such as culture medium, culture temperature, and culture time, are given below.

培地としては、通常の微生物培養用培地が使用でき、炭素源、窒素源、ビタミン類、無機物、その他使用する微生物が必要とする微量栄養素を程よく含有するものであれば、合成培地、天然培地のいずれも使用可能である。炭素源としては、グルコース、スクロース、ラクトース、デキストリン、澱粉、グリセリン、糖蜜などが使用できる。窒素源としては、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、リン酸アンモニウムなどの無機塩類、DL-アラニン、L-グルタミン酸などのアミノ酸類、ペプトン、肉エキス、酵母エキス、麦芽エキス、コーンスティープリカーなどの窒素含有天然物が使用できる。ビタミン類としては、リボフラビン、ピリドキシン、ナイアシン(ニコチン酸)、チアミンなどが使用できる。無機物としては、リン酸一ナトリウム、リン酸二ナトリウム、リン酸一カリウム、リン酸二カリウム、硫酸マグネシウム、塩化第二鉄などが使用できる。さらに、タンパク質の発現の調整に必要な化合物、例えばイソプロピル-β-チオガラクトピラノシド(IPTG)や乳糖等を適宜添加してもよい。 As the medium, a normal microbial culture medium can be used, and synthetic medium or natural medium can be used as long as it contains carbon sources, nitrogen sources, vitamins, inorganic substances, and other micronutrients required by the microorganisms to be used. Either can be used. Glucose, sucrose, lactose, dextrin, starch, glycerin, molasses and the like can be used as carbon sources. Nitrogen sources include inorganic salts such as ammonium chloride, ammonium nitrate, ammonium sulfate, and ammonium phosphate, amino acids such as DL-alanine and L-glutamic acid, peptone, meat extract, yeast extract, malt extract, and nitrogen-containing compounds such as corn steep liquor. Natural products can be used. As vitamins, riboflavin, pyridoxine, niacin (nicotinic acid), thiamine and the like can be used. Examples of inorganic substances that can be used include monosodium phosphate, disodium phosphate, monopotassium phosphate, dipotassium phosphate, magnesium sulfate, and ferric chloride. Furthermore, compounds required for regulation of protein expression, such as isopropyl-β-thiogalactopyranoside (IPTG) and lactose, may be added as appropriate.

培養条件としては、キヌレニンモノオキシゲナーゼの生産に適した培養条件であれば特に限定されないが、培養温度は10℃から45℃、かつpH5からpH10の範囲で行うのが好ましい。培養期間は回分培養であれば、1日から8日以内の範囲が好ましいが、流加培養や連続培養による生産量増大を行うのであれば、生産性が最適と判断される範囲で期間を延ばすことができる。また、培養法としては例えば振盪培養法、ジャー・ファーメンターによる好気的深部培養法が利用できる。 The culture conditions are not particularly limited as long as they are suitable for the production of kynurenine monooxygenase. The culture period is preferably in the range of 1 to 8 days for batch culture, but if the production volume is to be increased by fed-batch culture or continuous culture, the period should be extended as long as the productivity is determined to be optimal. be able to. As the culture method, for example, a shake culture method and an aerobic submerged culture method using a jar fermenter can be used.

培養物中からキヌレニンモノオキシゲナーゼを得る方法は、通常のタンパク質の精製方法が使用できる。キヌレニンモノオキシゲナーゼが菌体内にある場合は、生産菌を培養後、培養液を遠心分離して培養微生物を得たのち、適当な方法で該培養微生物を破砕及び/又は溶菌処理し、処理液から遠心分離などによって上清液を得ることで、また、キヌレニンモノオキシゲナーゼが培地中に分泌されている場合は、生産菌を培養後、培養液を遠心分離して上清液を得ることで、それぞれ粗酵素液を取得することができる。 As a method for obtaining kynurenine monooxygenase from the culture, a conventional protein purification method can be used. When kynurenine monooxygenase is present in the cells, after culturing the producing strain, the culture solution is centrifuged to obtain the cultured microorganism, then the cultured microorganism is disrupted and/or lysed by an appropriate method, and the treated solution is removed. By obtaining the supernatant by centrifugation, etc., or if kynurenine monooxygenase is secreted in the medium, after culturing the producing bacteria, by centrifuging the culture medium to obtain the supernatant, A crude enzyme solution can be obtained.

これらの粗酵素液に含まれるキヌレニンモノオキシゲナーゼは、限外ろ過、塩析、溶媒沈殿、熱処理、透析、イオン交換クロマトグラフィー、疎水吸着クロマトグラフィー、ゲルろ過、アフィニティクロマトグラフィーなどの適当な精製操作を組み合わせることによって精製できる。該精製酵素標品は、電気泳動(SDS-PAGE)的に単一のバンドを示す程度に純化されていることが好ましい。 The kynurenine monooxygenase contained in these crude enzyme solutions is subjected to appropriate purification procedures such as ultrafiltration, salting out, solvent precipitation, heat treatment, dialysis, ion exchange chromatography, hydrophobic adsorption chromatography, gel filtration, and affinity chromatography. It can be refined by combining. The purified enzyme preparation is preferably purified to the extent that it shows a single band electrophoretically (SDS-PAGE).

本酵素を組換えタンパク質として得る場合、種々の修飾が可能である。例えば、本酵素をコードするDNAと他の適当なDNAとを同じベクターに挿入し、当該ベクターを用いて組換えタンパク質の生産を行えば、任意のペプチドやタンパク質が連結された組換えタンパク質からなる本酵素を得ることができる。また、糖鎖及び/又は脂質の付加や、N末端やC末端のプロセッシングが生ずるような修飾を施してもよい。以上のような修飾により、組換えタンパク質の抽出、精製の簡便化及び/又は生物学的機能の付加等が可能である。 When obtaining this enzyme as a recombinant protein, various modifications are possible. For example, if a DNA encoding the present enzyme and other suitable DNA are inserted into the same vector, and the vector is used to produce a recombinant protein, the recombinant protein is composed of any peptide or protein linked thereto. This enzyme can be obtained. In addition, addition of sugar chains and/or lipids, or modification that causes N-terminal or C-terminal processing may be performed. Modifications such as those described above enable the extraction and purification of recombinant proteins to be simplified, and/or the addition of biological functions, and the like.

3.キヌレニンモノオキシゲナーゼを使用したキヌレニンの測定方法
本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼを用いたキヌレニンの測定方法は、当該技術分野において確立されている。よって、公知の方法に従い、本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼを用いて、各種試料中のキヌレニンの量又は濃度を測定することができる。本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼを、NAD(P)H又はそれらの誘導体の存在下、L-キヌレニンと反応させることによって、NAD(P)又はそれらの誘導体及び3-ヒドロキシキヌレニンが産生される。この反応における物質の増減をモニタすることにより、L-キヌレニンの量又は濃度を測定することができる。その態様は特に制限されないが、例えば、
(i)NAD(P)H又はそれらの誘導体の減少量、
(ii)NAD(P)又はそれらの誘導体の増加量、
(iii)3-ヒドロキシキヌレニンの増加量、又は
(iv)L-キヌレニンの減少量
を測定することにより、キヌレニンの量又は濃度を測定することができる。
3. Method for Measuring Kynurenine Using Kynurenine Monooxygenase A method for measuring kynurenine using the kynurenine monooxygenase of the present invention has been established in the art. Therefore, according to known methods, the kynurenine monooxygenase of the present invention can be used to measure the amount or concentration of kynurenine in various samples. By reacting the kynurenine monooxygenase of the invention with L-kynurenine in the presence of NAD(P)H or derivatives thereof, NAD(P) + or derivatives thereof and 3-hydroxykynurenine are produced. By monitoring the increase or decrease of substances in this reaction, the amount or concentration of L-kynurenine can be measured. Although the aspect is not particularly limited, for example,
(i) a reduced amount of NAD(P)H or derivatives thereof;
(ii) increased amounts of NAD(P) + or derivatives thereof;
By measuring (iii) the increase in 3-hydroxykynurenine or (iv) the decrease in L-kynurenine, the amount or concentration of kynurenine can be determined.

本発明における、キヌレニンの量又は濃度の測定は、試料に本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼを添加することにより実施することができる。キヌレニンを含有する試料は、特に制限されないが、例えば、体液(例えば、血液、尿、唾液等)、飲料、食品等を挙げることができる。 In the present invention, the amount or concentration of kynurenine can be measured by adding the kynurenine monooxygenase of the present invention to a sample. Examples of samples containing kynurenine include, but are not limited to, body fluids (eg, blood, urine, saliva, etc.), beverages, foods, and the like.

(i)キヌレニンモノオキシゲナーゼ(KMO)を触媒として、L-キヌレニンが酸化され、それに伴い、NAD(P)H又はそれらの誘導体が減少する。このNAD(P)H又はそれらの誘導体の減少量を測定することにより、L-キヌレニンの測定を行うことができる。具体的には、L-キヌレニンを含む試料に対して、NAD(P)H又はそれらの誘導体を含む緩衝液(pH5~10)を混合し、KMOを加えることによる、NAD(P)Hの吸収極大波長(340nm)における吸光度の減少量を測定することによって行うことができる。又は、更にNAD(P)Hを高感度で測定する反応を組み合わせてもよく、例えば、NAD(P)Hに対しテトラゾリウム塩と電荷キャリアを混合し生成した物質の吸光度の減少量を測定するという手法、NAD(P)Hに対しレサズリンとジアホラーゼを混合し生成した物質の減少量を蛍光測定するという手法、又は化学発光や電気化学的検出が可能な試薬類と混合して測定するという手法があげられる。 (i) L-kynurenine is oxidized, catalyzed by kynurenine monooxygenase (KMO), with a concomitant decrease in NAD(P)H or derivatives thereof; L-kynurenine can be measured by measuring the decrease in NAD(P)H or derivatives thereof. Specifically, a sample containing L-kynurenine is mixed with a buffer solution (pH 5 to 10) containing NAD(P)H or a derivative thereof, and KMO is added to absorb NAD(P)H. It can be performed by measuring the amount of decrease in absorbance at the maximum wavelength (340 nm). Alternatively, a reaction that further measures NAD(P)H with high sensitivity may be combined, for example, measuring the decrease in absorbance of a substance produced by mixing NAD(P)H with a tetrazolium salt and a charge carrier. method, a method of mixing resazurin and diaphorase with NAD(P)H and measuring the amount of decrease in the substance produced, or a method of measuring by mixing with reagents capable of chemiluminescence or electrochemical detection. can give.

(ii)キヌレニンモノオキシゲナーゼを触媒として、キヌレニンが酸化され、それに伴い、電子供与体であるNAD(P)H又はそれらの誘導体よりNAD(P)又はNAD(P)誘導体が生成する。この増加量を測定することにより、キヌレニンの測定を行うことができる。具体的には、(ii-1)NAD(P)又はNAD(P)誘導体に由来する蛍光測定、又は(ii-2)酵素サイクリング法で行うことができる。(ii) kynurenine is oxidized catalyzed by kynurenine monooxygenase, and NAD(P) + or a NAD(P) + derivative is generated from the electron donor NAD(P)H or a derivative thereof. Kynurenine can be measured by measuring this increase. Specifically, (ii-1) fluorescence measurement derived from NAD(P) + or NAD(P) + derivative, or (ii-2) enzymatic cycling method can be used.

(ii-1)NAD(P)又はNAD(P)誘導体に由来する蛍光測定は、公知文献(Chem Commun (Camb). 2013, 49(98):11500-2)に記載の方法によって行うことができる。具体的には、NAD(P)とアセトフェノン、2-アセチルベンゾフランなどを反応させ、生じた蛍光物質を蛍光で測定することができる(文献中の表2)。
(ii-2)酵素サイクリング法は、例えば、特許文献1の実施例4に記載の方法に準じて行うことができる。
(ii-1) Fluorescence measurement derived from NAD(P) + or NAD(P) + derivative is performed by the method described in a known document (Chem Commun (Camb). 2013, 49(98):11500-2). be able to. Specifically, NAD(P) + can be reacted with acetophenone, 2-acetylbenzofuran, or the like, and the resulting fluorescent substance can be measured by fluorescence (Table 2 in the literature).
(ii-2) The enzymatic cycling method can be performed, for example, according to the method described in Example 4 of Patent Document 1.

(iii)キヌレニンモノオキシゲナーゼは、キヌレニンを酸化して3-ヒドロキシキヌレニンを生成する。この3-ヒドロキシキヌレニンの増加量を測定することにより、キヌレニンの測定を行うことができる。具体的には、例えば、特許文献1の実施例3に記載の方法に準じて行うことができる。 (iii) kynurenine monooxygenase oxidizes kynurenine to produce 3-hydroxykynurenine; Kynurenine can be measured by measuring the increase in 3-hydroxykynurenine. Specifically, for example, it can be carried out according to the method described in Example 3 of Patent Document 1.

(iv)L-キヌレニンが酸化されることにより、3-ヒドロキシキヌレニンが生成し、基質であるL-キヌレニンの量が減少する。このL-キヌレニンの減少量を測定することにより、L-キヌレニンの測定を行うことができる。L-キヌレニンの減少量は、L-キヌレニンの蛍光を測定することによって行うことができる(臨床化学、1975、第3巻、第4号、426-434)。L-キヌレニンは370nmで励起され、490nmの蛍光を出す。一方、L-キヌレニンの代謝物である3-ヒドロキシキヌレニンは蛍光を発しないため蛍光の減少量からL-キヌレニン濃度を推定することができる。 (iv) L-kynurenine is oxidized to produce 3-hydroxykynurenine and the amount of the substrate L-kynurenine is reduced. L-kynurenine can be measured by measuring the amount of decrease in L-kynurenine. The amount of L-kynurenine decreased can be determined by measuring the fluorescence of L-kynurenine (Clinical Chemistry, 1975, Vol. 3, No. 4, 426-434). L-kynurenine is excited at 370 nm and emits fluorescence at 490 nm. On the other hand, since 3-hydroxykynurenine, which is a metabolite of L-kynurenine, does not emit fluorescence, the L-kynurenine concentration can be estimated from the decrease in fluorescence.

L-キヌレニンの測定条件は、pH、温度、反応時間など用いられる試薬の安定性やキヌレニンモノオキシゲナーゼや併せて使用する酵素の至適反応条件、及び/又は想定される測定環境に応じて適宜設定することができる。例えば、本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼの安定性を鑑み、20~50℃、好ましくは25~45℃、更に好ましくは30~40℃の温度で、pH5.0~10.0、好ましくはpH6.0~9.0の範囲内で、0.5分~1時間、好ましくは1分間~30分間反応に付すことによって行うことができる。 The measurement conditions for L-kynurenine are appropriately set according to the stability of reagents used such as pH, temperature, and reaction time, the optimal reaction conditions for kynurenine monooxygenase and enzymes used in combination, and/or the assumed measurement environment. can do. For example, in view of the stability of the kynurenine monooxygenase of the present invention, the temperature is 20 to 50°C, preferably 25 to 45°C, more preferably 30 to 40°C, pH 5.0 to 10.0, preferably pH 6.0. It can be carried out by reacting for 0.5 minutes to 1 hour, preferably 1 minute to 30 minutes within the range of to 9.0.

生体試料の測定では、測定に支障となる可能性のある還元物質、夾雑蛋白質、金属イオン等の少なくとも1つを公知の方法で除去する前処理工程を含んでも良い。還元物質としては例えば、ビリルビン、尿酸や還元型アスコルビン酸等が挙げられる。例えば、ビリルビンの低減のための前処理工程としてビリルビンオキシダーゼによる処理が挙げられ、尿酸の低減のための前処理工程としてウリカーゼによる処理が挙げられ、又アスコルビン酸の低減のための前処理工程としてアスコルビン酸オキシダーゼによる処理等が挙げられる。さらに、過酸化水素やペルオキシダーゼによる処理も行うことができる。夾雑蛋白質は例えば、過塩素酸やトリクロロ酢酸等の除蛋白剤で低減することができる。金属イオンは、例えば、金属キレート剤で低減することができる。金属キレート剤は特に限定されないが、EDTA(エチレンジアミン四酢酸)、ビシン(N,N-ビス(2-ヒドロキシエチル)グリシン)、DTPA(ジエチレントリアミンペンタ酢酸)、CyDTA(トランス-1,2-ジアミノシクロヘキサン-N,N,N,N-四酢酸)等が好適に用いられる。 The measurement of a biological sample may include a pretreatment step of removing at least one of reducing substances, contaminant proteins, metal ions, etc., which may interfere with the measurement, by a known method. Examples of reducing substances include bilirubin, uric acid, and reduced ascorbic acid. For example, a pretreatment step for reducing bilirubin includes treatment with bilirubin oxidase, a pretreatment step for reducing uric acid includes treatment with uricase, and a pretreatment step for reducing ascorbic acid includes ascorbic acid. Examples include treatment with acid oxidase. Furthermore, treatment with hydrogen peroxide or peroxidase can also be performed. Contaminant proteins can be reduced by, for example, deproteinizing agents such as perchloric acid and trichloroacetic acid. Metal ions can be reduced, for example, with metal chelating agents. Although the metal chelating agent is not particularly limited, EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid), bicine (N,N-bis(2-hydroxyethyl)glycine), DTPA (diethylenetriaminepentaacetic acid), CyDTA (trans-1,2-diaminocyclohexane- N,N,N,N-tetraacetic acid) and the like are preferably used.

本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼは、トリプトファンに対するキヌレニンへの選択性が高いため、必ずしも必要ではないが、より正確な測定のために、任意で試料中の夾雑物の影響を実質的に除いてもよい。例えば、一般に生体試料中のL-トリプトファン濃度は、L-キヌレニン濃度の10~100倍程度と考えられるため、L-トリプトファンのL-キヌレニン測定への影響を抑えることが好ましい。 Since the kynurenine monooxygenase of the present invention is highly selective for kynurenine over tryptophan, the effect of contaminants in the sample may optionally be substantially removed for more accurate measurements, although this is not necessary. . For example, since the concentration of L-tryptophan in a biological sample is generally considered to be about 10 to 100 times the concentration of L-kynurenine, it is preferable to suppress the influence of L-tryptophan on L-kynurenine measurement.

L-トリプトファンの影響を低減する場合は、L-トリプトファンに作用する酵素を用いて、試料中のL-トリプトファンを低減する工程を含む、L-キヌレニンの測定方法が好ましい。該工程は、キヌレニンモノオキシゲナーゼによる反応に先立ち、前処理として行うのが好ましい。L-トリプトファン低減工程のため、L-トリプトファンに作用する酵素を使用することが好ましい。L-トリプトファンに作用する酵素は、L-キヌレニンに実質的に作用しない酵素が好ましく、トリプトファンオキシダーゼやトリプトファナーゼ等が例示できる。トリプトファンオキシダーゼはカタラーゼと組み合わせて使用するのが好ましい。 If the effect of L-tryptophan is to be reduced, a method for measuring L-kynurenine that includes a step of reducing L-tryptophan in a sample using an enzyme that acts on L-tryptophan is preferred. This step is preferably performed as a pretreatment prior to the reaction with kynurenine monooxygenase. For the L-tryptophan reduction step, it is preferred to use an enzyme that acts on L-tryptophan. Enzymes that act on L-tryptophan are preferably enzymes that do not substantially act on L-kynurenine, such as tryptophan oxidase and tryptophanase. Tryptophan oxidase is preferably used in combination with catalase.

酵素使用量は、L-トリプトファン量を低減できれば特に限定されないが、トリプトファンオキシダーゼの場合、試料中の濃度が0.1~100U/mL程度であることが好ましく、1~10U/mL程度であることがより好ましい。トリプトファンオキシダーゼにカタラーゼを組み合わせる場合、試料中の濃度が0.1~10,000U/mL程度であることが好ましく、1~1,000U/mL程度であることがより好ましい。トリプトファナーゼの場合、試料中の濃度が0.01~10U/mL程度であることが好ましく、0.1~2U/mL程度であることがより好ましい。 The amount of enzyme used is not particularly limited as long as the amount of L-tryptophan can be reduced, but in the case of tryptophan oxidase, the concentration in the sample is preferably about 0.1 to 100 U/mL, and about 1 to 10 U/mL. is more preferred. When tryptophan oxidase is combined with catalase, the concentration in the sample is preferably about 0.1 to 10,000 U/mL, more preferably about 1 to 1,000 U/mL. In the case of tryptophanase, the concentration in the sample is preferably about 0.01 to 10 U/mL, more preferably about 0.1 to 2 U/mL.

4.キヌレニン測定キット
本発明はまた、本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼを含む測定キットに関する。典型的には、キットの組成物は、本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼに加えて、緩衝液、NAD(P)H及びNAD(P)H誘導体からなる群から選択される電子供与体を含む。好ましくは、少なくとも1回の測定に十分な量のキヌレニンモノオキシゲナーゼを含んでいればよいが、1試料当り0.001から200U程度が好ましく、0.05から50U程度がより好ましい。また、本発明のキヌレニン測定キットの組成物は、保存又はキヌレニンの測定に適した溶液(例えば、緩衝液)中に溶解した組成物の状態、又は凍結乾燥された状態(例えば、粉末状)であるのが望ましい。
4. Kynurenine measurement kit The present invention also relates to a measurement kit containing the kynurenine monooxygenase of the present invention. Typically, the kit composition comprises, in addition to the kynurenine monooxygenase of the invention, a buffer, an electron donor selected from the group consisting of NAD(P)H and NAD(P)H derivatives. Preferably, the kynurenine monooxygenase is contained in an amount sufficient for at least one measurement, preferably about 0.001 to 200 U, more preferably about 0.05 to 50 U per sample. In addition, the composition of the kynurenine measurement kit of the present invention is in a composition dissolved in a solution (e.g., buffer) suitable for storage or measurement of kynurenine, or in a freeze-dried state (e.g., powder). It is desirable to have

本発明のキヌレニン測定キットは、キヌレニンの測定を行うための試薬として用いることができる。なお、NADHやNADPHはpH8.0以下において分解されやすいことから、本キットの組成物を液体状態で保持する場合には、弱アルカリ性、例えばpH8.5以上が好ましく、pH9.0以上であることがより好ましく、pH9.5以上であることが更に好ましい。また、緩衝液としては、pHを弱アルカリ領域に調整できれば特に制限されないが、例えば、TAPS(N-トリス(ヒドロキシメチル)メチル-3-アミノプロパンスルホン酸)、CHES(2-シクロへキシルアミノエタンスルホン酸)、グリシン-NaOH、炭酸-炭酸水素ナトリウムなどを用いることができる。 The kynurenine measurement kit of the present invention can be used as a reagent for measuring kynurenine. Since NADH and NADPH are easily decomposed at pH 8.0 or lower, when the composition of the present kit is to be kept in a liquid state, it is preferably weakly alkaline, such as pH 8.5 or higher, and pH 9.0 or higher. is more preferable, and a pH of 9.5 or higher is even more preferable. In addition, the buffer is not particularly limited as long as the pH can be adjusted to a weakly alkaline range. sulfonic acid), glycine-NaOH, carbonate-sodium bicarbonate, and the like can be used.

また、キヌレニンモノオキシゲナーゼ、緩衝液及び電子供与体以外の組成物として、例えば、牛血清アルブミン(BSA)若しくは卵白アルブミン、糖類(例えば、トレハロースなど)若しくは糖アルコール類(例えば、マルチトール、ソルビトール、グリセロールなど)、カルボキシル基含有化合物、アルカリ土類金属化合物、アンモニウム塩、硫酸塩、酵素と反応しないアミノ酸類、フラビン類又はタンパク質等から成る群より選ばれる安定化剤又は抗酸化剤等、当業者に公知の安定化成分を適宜含有させることで、該酵素や試薬成分の熱安定性や保存安定性を高めることができる。また、前記安定化剤やその他物質を、反応性、特異性、乾燥性及び/又は溶解性等を向上又は改善する目的で、前記試薬組成物に使用することもできる。 Compositions other than kynurenine monooxygenase, buffer solution and electron donor include, for example, bovine serum albumin (BSA) or ovalbumin, sugars (eg trehalose) or sugar alcohols (eg maltitol, sorbitol, glycerol) etc.), carboxyl group-containing compounds, alkaline earth metal compounds, ammonium salts, sulfates, amino acids that do not react with enzymes, stabilizers or antioxidants selected from the group consisting of flavins or proteins, etc. By appropriately containing a known stabilizing component, the thermal stability and storage stability of the enzyme and reagent components can be enhanced. In addition, the stabilizer and other substances can be used in the reagent composition for the purpose of enhancing or improving reactivity, specificity, drying property and/or solubility.

本発明を以下の実施例により説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。 The present invention is illustrated by the following examples, but the invention is not limited to the following examples.

実施例1
キヌレニンモノオキシゲナーゼの取得
原核生物に対するスクリーニングにより、キヌレニンモノオキシゲナーゼを産生する種々の菌株を選定した。各菌株の染色体DNAを抽出し、該DNAを鋳型としてPCRを行うなどして、キヌレニンモノオキシゲナーゼ(KMO)活性を有すると思われる複数の遺伝子(配列番号2~5のDNA配列)をそれぞれ取得した。なお、前記PCRには、本発明者らによって別途解明していたKMO配列を基に設計したプライマーを使用した。配列番号2はPseudoxanthomonas suwonensis(P.suwと略す)、配列番号3はMyxococcus stipitatus(M.stiと略す)、配列番号4はDyella japonica(D.japと略す)、配列番号5はRhodanobacter denitrificans(R.denと略す)由来のDNA配列である。なお、比較例として、特許文献1に従い、公知のPseudomonas fluorescence(P.fluと略す)由来のアミノ酸配列(配列番号1)をコードする遺伝子も取得した。各遺伝子をpET-21a(+)ベクターに挿入後、得られたベクターを各々大腸菌BL21(DE3)コンピテントセル(バイオダイナミクス研究所社製)に導入して、各組換え大腸菌を取得した。各組換え大腸菌をLB培地で培養して得られた菌体を各々破砕後、遠心して得られた上清を硫安分画及びイオン交換クロマトグラフィーに供し、水溶性の各精製酵素を取得した。各精製酵素を電気泳動(SDS-PAGE)に供し、ほぼ単一バンドまで精製されたことを確認した。さらに、前述の活性測定法1で記載した、キヌレニンモノオキシゲナーゼ活性測定法により、いずれの精製酵素もキヌレニンモノオキシゲナーゼ活性を有することを確認した。
Example 1
Acquisition of kynurenine monooxygenase Various strains producing kynurenine monooxygenase were selected by screening against prokaryotes. A plurality of genes (DNA sequences of SEQ ID NOs: 2 to 5) thought to have kynurenine monooxygenase (KMO) activity were obtained by extracting the chromosomal DNA of each strain and performing PCR using the DNA as a template. . For the PCR, primers designed based on the KMO sequences separately elucidated by the present inventors were used. SEQ ID NO: 2 is Pseudoxanthomonas suwonensis (abbreviated as P.suw), SEQ ID NO: 3 is Myxococcus stipitatus (abbreviated as M.sti), SEQ ID NO: 4 is Dyella japonica (abbreviated as D.jap), SEQ ID NO: 5 is Rhodanobacter denitrificans (R den). As a comparative example, according to Patent Document 1, a gene encoding a known amino acid sequence (SEQ ID NO: 1) derived from Pseudomonas fluorescence (abbreviated as P.flu) was also obtained. After inserting each gene into the pET-21a(+) vector, each of the resulting vectors was introduced into Escherichia coli BL21(DE3) competent cells (manufactured by Biodynamics Laboratory) to obtain each recombinant Escherichia coli. The cells obtained by culturing each recombinant E. coli in LB medium were crushed and centrifuged, and the resulting supernatant was subjected to ammonium sulfate fractionation and ion exchange chromatography to obtain water-soluble purified enzymes. Each purified enzyme was subjected to electrophoresis (SDS-PAGE) to confirm that it was purified to almost a single band. Furthermore, it was confirmed by the kynurenine monooxygenase activity assay described in Activity Assay 1 above that all of the purified enzymes have kynurenine monooxygenase activity.

その結果、P.suw、M.sti、D.jap及びR.den由来の4種の新規キヌレニンモノオキシゲナーゼの大腸菌組換え酵素、並びに特許文献1記載のP.flu由来のキヌレニンモノオキシゲナーゼの大腸菌組換え酵素を取得することができた(以下、それぞれP.suw由来KMO、M.sti由来KMO、D.jap由来KMO及びR.den由来KMO、並びにP.flu由来KMOとする)。なお、P.suw由来KMOは配列番号6、M.sti由来KMOは配列番号7、D.jap由来KMOは配列番号8及びR.den由来KMOは配列番号9にそれぞれ示されるアミノ酸配列を有している。最終的に得られた新規KMO溶液のタンパク濃度は、それぞれ7.4、6.3、6.0、及び1.7mg/mLであった。また活性測定の際に、電子供与体にNADH又はNADPHを使用した場合で比較すると、活性比(NADH/NADPH)は、P.suw由来KMOは1.5、M.sti由来KMOは1.0、P.flu、D.jap及びR.den由来KMOは0.5であり、NADH又はNADPHを適宜選択できることが分かった。 As a result, the E. coli recombinant enzymes of four novel kynurenine monooxygenases derived from P.suw, M.sti, D.jap and R.den, and the E. coli recombinant enzymes of P.flu-derived kynurenine monooxygenase described in Patent Document 1 were found. Recombinant enzymes were obtained (hereinafter referred to as P.suw-derived KMO, M.sti-derived KMO, D.jap-derived KMO, R.den-derived KMO, and P.flu-derived KMO, respectively). The P.suw-derived KMO has the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6, the M.sti-derived KMO has the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 7, the D.jap-derived KMO has the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 8, and the R.den-derived KMO has the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 9. ing. The final protein concentrations of the new KMO solutions were 7.4, 6.3, 6.0 and 1.7 mg/mL, respectively. When NADH or NADPH is used as an electron donor during activity measurement, the activity ratio (NADH/NADPH) is 1.5 for P.suw-derived KMO and 1.0 for M.sti-derived KMO. , P.flu, D.jap and R.den-derived KMO was 0.5, indicating that NADH or NADPH can be appropriately selected.

実施例2
キヌレニンモノオキシゲナーゼの特性評価1
(1)熱安定性
前記のP.suw由来KMO、M.sti由来KMO、D.jap由来KMO及びR.den由来KMO、並びにP.flu由来KMOを50mMリン酸カリウム緩衝液(pH7.5)存在下、40℃で60分間加熱し、前述の活性測定法1で記載した、キヌレニンモノオキシゲナーゼ活性測定法により加熱処理後の酵素溶液の残存活性を評価した。残存活性は4℃で60分間静置した酵素の活性を100%としたときの相対値として得た。結果は表2に示す通りであった。
Example 2
Characterization of kynurenine monooxygenase 1
(1) Thermostability The above-mentioned P.suw-derived KMO, M.sti-derived KMO, D.jap-derived KMO and R.den-derived KMO, and P.flu-derived KMO were added to 50 mM potassium phosphate buffer (pH 7.5). It was heated at 40° C. for 60 minutes in the presence of the enzyme, and the residual activity of the enzyme solution after heat treatment was evaluated by the kynurenine monooxygenase activity measurement method described in Activity Measurement Method 1 above. The residual activity was obtained as a relative value when the activity of the enzyme after standing at 4° C. for 60 minutes was defined as 100%. The results were as shown in Table 2.

Figure 0007255865000003
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P.flu由来KMOは40℃、1時間の加温により活性が大幅に減少したのに対し、本発明の新規KMOは全て、1時間後でも活性を保持していた。 The activity of the P.flu-derived KMO was greatly reduced by heating at 40°C for 1 hour, whereas all the novel KMOs of the present invention retained their activity even after 1 hour.

(2)基質特異性
各KMOの基質特異性を評価した。キヌレニンモノオキシゲナーゼ活性の測定を行うための試薬及び条件は、前述の活性測定法1で記載した通りである。
(2) Substrate specificity The substrate specificity of each KMO was evaluated. The reagents and conditions for measuring kynurenine monooxygenase activity are as described in Activity Assay 1 above.

このうち、基質のL-キヌレニンをそれぞれ、L-トリプトファン、D-キヌレニンに変えて測定した。L-キヌレニンの作用性を100%としたときの、L-トリプトファン及びD-キヌレニンへの作用性は表3に示す通りであった。 Of these, the substrate L-kynurenine was changed to L-tryptophan and D-kynurenine, respectively, and measured. Table 3 shows the activity on L-tryptophan and D-kynurenine when the activity on L-kynurenine is defined as 100%.

Figure 0007255865000004
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(3)分子量
各酵素の分子量を、配列番号6~9に記載のアミノ酸配列のアミノ酸組成から算出した。本結果は表4に示す通りであった。
(3) Molecular Weight The molecular weight of each enzyme was calculated from the amino acid composition of the amino acid sequences shown in SEQ ID NOS:6-9. The results were as shown in Table 4.

Figure 0007255865000005
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(4)pH安定性(アルカリへの耐性)
タンパク濃度1mg/mLの各KMOを、200mMグリシン-NaOH緩衝液(pH9.0又はpH9.5)の存在下、25℃で30分間処理した。30分経過後に、1Mリン酸カリウム緩衝液(pH7.5)で希釈しpHを中性に戻した。その後、前述の活性測定法1で記載した方法でキヌレニンモノオキシゲナーゼ活性を測定した。残存活性は処理開始時の酵素の活性を100%とした場合の相対値として得た。結果は表5に示す通りであった。
(4) pH stability (resistance to alkali)
Each KMO with a protein concentration of 1 mg/mL was treated at 25° C. for 30 minutes in the presence of 200 mM glycine-NaOH buffer (pH 9.0 or pH 9.5). After 30 minutes, the solution was diluted with 1 M potassium phosphate buffer (pH 7.5) to neutralize the pH. Then, the kynurenine monooxygenase activity was measured by the method described in Activity Assay 1 above. The residual activity was obtained as a relative value when the activity of the enzyme at the start of treatment was taken as 100%. The results were as shown in Table 5.

Figure 0007255865000006
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以上より、本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼは、いずれも、pH9.0又はpH9.5という、NAD(P)H類を安定に保持することが可能なアルカリ条件下において、公知のP.flu由来のキヌレニンモノオキシゲナーゼよりも高い安定性を有することが明らかになった。 As described above, all of the kynurenine monooxygenases of the present invention are known P. flu-derived It was found to have higher stability than kynurenine monooxygenase.

(5)補酵素
各KMOに対し分光光度計による200-700nmにおける吸収スペクトルを測定した。その結果、FADに由来する特徴的なスペクトルが得られたこと、及び配列番号6~9に記載のアミノ酸配列がいずれもFAD酵素のコンセンサス配列であるGXGXXGを含んでいることから、本発明のKMOはいずれもFADが補酵素であると判断した(Gはグリシン、Xは任意のアミノ酸を指す)。
(5) Coenzyme An absorption spectrum at 200-700 nm was measured with a spectrophotometer for each KMO. As a result, a characteristic spectrum derived from FAD was obtained, and the amino acid sequences described in SEQ ID NOS: 6 to 9 all contain the consensus sequence GXGXXG of the FAD enzyme. determined that FAD is a coenzyme (G for glycine, X for any amino acid).

実施例3
KMOを使用したL-キヌレニン濃度の測定
L-キヌレニンを含む試料に対して、KMOを作用させ、NADPHの減少量(340nmの吸光度の減少量)から試料中のL-キヌレニン濃度を測定した。100mMリン酸カリウム緩衝液(pH7.5)0.6mL、3mM NADPH溶液0.1mL、L-キヌレニン溶液0.3mL、超純水1.95mLを光路長1cmの石英セル中で混合した。このとき、添加するL-キヌレニン溶液の濃度を50μM、100μM、150μM、200μMにし、またL-キヌレニンの代わりに超純水を加えたサンプルも用意した。37℃で10分間加温後、340nmの吸光度を測定しブランク値とした。3U/mLのKMO酵素又は超純水0.05mLを添加し、1分後の340nmの吸光度を測定し、得られた値から対応するブランク値を差し引いた(測定値A)。L-キヌレニンを含まない試料の測定値Aから、各L-キヌレニン濃度の測定値Aを差し引いた(測定値B)。X軸にL-キヌレニン(L-Kyn)濃度、Y軸に測定値B(ΔAbs340)をプロットして検量線を作成した。
Example 3
Measurement of L-kynurenine concentration using KMO KMO was applied to a sample containing L-kynurenine, and the L-kynurenine concentration in the sample was measured from the decrease in NADPH (decrease in absorbance at 340 nm). 0.6 mL of 100 mM potassium phosphate buffer (pH 7.5), 0.1 mL of 3 mM NADPH solution, 0.3 mL of L-kynurenine solution, and 1.95 mL of ultrapure water were mixed in a quartz cell with an optical path length of 1 cm. At this time, the concentration of the L-kynurenine solution to be added was changed to 50 μM, 100 μM, 150 μM and 200 μM, and samples were also prepared by adding ultrapure water instead of L-kynurenine. After heating at 37° C. for 10 minutes, the absorbance at 340 nm was measured and used as a blank value. 3 U/mL KMO enzyme or 0.05 mL of ultrapure water was added, the absorbance at 340 nm was measured after 1 minute, and the corresponding blank value was subtracted from the obtained value (measured value A). The measured value A for each L-kynurenine concentration was subtracted from the measured value A for the sample containing no L-kynurenine (measured value B). A calibration curve was prepared by plotting the L-kynurenine (L-Kyn) concentration on the X-axis and the measured value B (ΔAbs340) on the Y-axis.

その結果、図1に示すように、比較例のP.flu由来KMOを使用した場合に比べて、本発明のKMOを使用した場合には、いずれも傾きが高くなっていた(参考にΔAbs340の数値データを表6に示す)。なお、P.flu由来KMOに関しては、図1又は表6には示していないが、活性として2倍量のKMOを使用することで、本発明のKMOと同じような結果が得られた。すなわち、従来のKMOが反応中に失活していたのに対し、本発明のKMOは熱安定性が高いために失活しないことによって、反応性が約2倍になっており、本発明のKMOを使用することで、従来のKMOに比べてより少ない酵素量での測定が可能になることが分かった。 As a result, as shown in FIG. 1, the slope was higher when the KMO of the present invention was used than when the P.flu-derived KMO of the comparative example was used (for reference, ΔAbs340 Numerical data are shown in Table 6). Although not shown in FIG. 1 or Table 6, the activity of P.flu-derived KMO was similar to that of the KMO of the present invention when double the amount of KMO was used. That is, while the conventional KMO was deactivated during the reaction, the KMO of the present invention has high thermal stability and does not deactivate, resulting in approximately double the reactivity. It was found that the use of KMO enables measurement with a smaller amount of enzyme than conventional KMO.

Figure 0007255865000007
Figure 0007255865000007

実施例4
キヌレニン測定キットの調製
KMO終濃度0.5U/mL、NADPH終濃度250μM、50mM グリシン-NaOH緩衝液(pH9.0)からなる溶液を調製することで、キヌレニン測定キットを取得した。本キットに対し、測定用の緩衝液及び試料を混合し、37℃で反応させた結果、反応液中の340nmの吸光度変化が認められ、試料中のキヌレニン濃度の測定が可能であることが分かった。
また、本溶液を凍結乾燥することで、乾燥物としてキヌレニン測定キットを取得することができた。
Example 4
Preparation of Kynurenine Measurement Kit A kynurenine measurement kit was obtained by preparing a solution consisting of KMO final concentration 0.5 U/mL, NADPH final concentration 250 μM, and 50 mM glycine-NaOH buffer (pH 9.0). This kit was mixed with a buffer solution for measurement and a sample, and reacted at 37°C. As a result, a change in absorbance at 340 nm was observed in the reaction solution, indicating that it is possible to measure the kynurenine concentration in the sample. rice field.
Moreover, by freeze-drying this solution, a kynurenine measurement kit could be obtained as a dried product.

実施例5
キヌレニンモノオキシゲナーゼの特性評価2
実施例1で取得したキヌレニンモノオキシゲナーゼについて、酵素の至適温度及び至適pHを測定した。
Example 5
Characterization of kynurenine monooxygenase 2
For the kynurenine monooxygenase obtained in Example 1, the optimal temperature and optimal pH of the enzyme were measured.

至適温度は、酵素終濃度0.25U/mLとし、前述の活性測定法1に記載のキヌレニンモノオキシゲナーゼ活性測定法により測定、比較し、求めることとした。測定温度を種々変化させて、活性値が最も高い温度を至適温度とした。P.flu 由来KMOは、25、30、35及び40℃で評価し、それ以外のKMOは、25、37及び45℃で評価した。その結果を表7に示す。至適温度は35~45℃の範囲内であった。 The optimum temperature was set to an enzyme final concentration of 0.25 U/mL, and was measured, compared, and determined by the kynurenine monooxygenase activity measurement method described in Activity Measurement Method 1 above. The measurement temperature was varied, and the temperature at which the activity value was the highest was taken as the optimum temperature. P.flu-derived KMOs were evaluated at 25, 30, 35 and 40°C, and other KMOs were evaluated at 25, 37 and 45°C. Table 7 shows the results. The optimum temperature was within the range of 35-45°C.

至適pHは、マイクロプレートを用いて測定を行った。pHの異なる1Mの緩衝液(酢酸-酢酸ナトリウム緩衝液(pH4.0、4.5、5.0)、クエン酸ナトリウム緩衝液(pH5.0、5.5、6.0)、リン酸カリウム緩衝液(pH6.0、6.5、7.0、7.5、8.0)、TAPS緩衝液(pH8.0、8.5、9.0)又はグリシン-NaOH緩衝液(pH8.5、9.0、9.5))を用いて80mMの各緩衝液を調製し、酵素反応液に使用した。マイクロプレートに、80mMの各pHの緩衝液50μLと、1mM NADPH、0.8mM L-キヌレニンからなる溶液50μLを混合した後に0.1U/mLの酵素溶液100μLを混合し、25℃で5分間反応させた。酵素反応により生じたヒドロキシキヌレニンを測定するため、反応液から50μLをサンプリングし、200mM リン酸カリウム緩衝液(pH7.5)、0.8mMフェリシアン化カリウムからなる溶液50μLと混合した。速やかに発色するので、発色後直ちに450nmの吸光度をプレートリーダー(SpectraMax Plus384、モレキュラーデバイス社製)にて測定した。200mM リン酸カリウム緩衝液(pH7.5)、0.8mM フェリシアン化カリウムからなる溶液の450nmの吸光度をブランクとし、その値を差し引いた値で活性の評価をした(「活性測定法2」とする)。なお、酵素反応液のpHをpH計で測定し、その測定値を実際のpHとした。各酵素の測定において、一番高い活性値を100%とした場合に、90%以上の活性値を示すpH範囲を至適pHとした。本発明のキヌレニンモノオキシゲナーゼの至適pHは6.2~8.8の範囲内であり、それぞれの酵素の至適pHは表7の通りであった。また、各酵素において一番高い活性値を示したpHも併せて示した。 The optimum pH was measured using a microplate. 1 M buffers with different pH (acetic acid-sodium acetate buffer (pH 4.0, 4.5, 5.0), sodium citrate buffer (pH 5.0, 5.5, 6.0), potassium phosphate buffer (pH 6.0, 6.5, 7.0, 7.5, 8.0), TAPS buffer (pH 8.0, 8.5, 9.0) or glycine-NaOH buffer (pH 8.5 , 9.0, 9.5)) were used to prepare 80 mM of each buffer solution and used in the enzyme reaction solution. In a microplate, 50 μL of each pH 80 mM buffer solution, 50 μL of a solution consisting of 1 mM NADPH and 0.8 mM L-kynurenine are mixed, then 100 μL of a 0.1 U/mL enzyme solution is mixed and reacted at 25° C. for 5 minutes. let me To measure hydroxykynurenine produced by the enzymatic reaction, 50 μL of the reaction solution was sampled and mixed with 50 μL of a solution of 200 mM potassium phosphate buffer (pH 7.5) and 0.8 mM potassium ferricyanide. Since the color developed rapidly, the absorbance at 450 nm was measured immediately after the color development using a plate reader (SpectraMax Plus 384, manufactured by Molecular Devices). Absorbance at 450 nm of a solution consisting of 200 mM potassium phosphate buffer (pH 7.5) and 0.8 mM potassium ferricyanide was used as a blank, and activity was evaluated by subtracting this value (referred to as "activity measurement method 2"). . The pH of the enzyme reaction solution was measured with a pH meter, and the measured value was taken as the actual pH. In the measurement of each enzyme, when the highest activity value was defined as 100%, the pH range in which the activity value was 90% or more was defined as the optimum pH. The optimum pH of the kynurenine monooxygenase of the present invention was in the range of 6.2 to 8.8, and Table 7 shows the optimum pH of each enzyme. The pH at which each enzyme showed the highest activity value is also shown.

Figure 0007255865000008
Figure 0007255865000008

Claims (5)

配列番号6~8で示されるアミノ酸配列のいずれか1つと98%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有するキヌレニンモノオキシゲナーゼであって、
以下の性質(a)~()を有する、キヌレニンモノオキシゲナーゼ。
(a)NAD(P)H及び酸素存在下で、L-キヌレニンと反応させることで、NAD(P) + び3-ヒドロキシキヌレニンを産生する
)水溶性である
)pH9.0において、25℃で30分間静置後の残存活性が70%以上である
)pH7.5において、40℃で60分間静置後の残存活性が60%以上である
)L-キヌレニンに特異的に作用し、リン酸カリウム緩衝液(pH7.5)を使用した37℃での測定において、L-トリプトファンへの作用性が5%以下である
)分子量が40kDa~60kDaである
)フラビンを補酵素とする
A kynurenine monooxygenase having an amino acid sequence having 98% or more identity with any one of the amino acid sequences represented by SEQ ID NOs: 6 to 8,
A kynurenine monooxygenase having the following properties (a)-( g ).
(a) reacts with L-kynurenine in the presence of NAD(P) H and oxygen to produce NAD(P) + and 3-hydroxykynurenine ( b ) is water soluble ( c ) pH 9.0. At pH 7.5, the residual activity after standing at 25°C for 30 minutes is 70% or more ( d ) At pH 7.5, the remaining activity after standing at 40°C for 60 minutes is 60% or more ( e ) L- Acts specifically on kynurenine, and exhibits activity on L-tryptophan of 5% or less when measured at 37°C using a potassium phosphate buffer (pH 7.5) ( f ) with a molecular weight of 40 kDa to 60 kDa a ( g ) flavin coenzyme
請求項記載のキヌレニンモノオキシゲナーゼを用いたL-キヌレニンの測定方法。 A method for measuring L-kynurenine using the kynurenine monooxygenase according to claim 1 . NAD(P)H及びキヌレニンモノオキシゲナーゼを作用させることで、以下の(i)~(iv)からなる群より選択される1種以上の変化を測定する、請求項記載のキヌレニンの測定方法。
(i)NAD(P)Hの減少量
(ii)NAD(P) + 増加量
(iii)3-ヒドロキシキヌレニンの増加量
(iv)L-キヌレニンの減少量
The method for measuring kynurenine according to claim 2 , wherein one or more changes selected from the group consisting of the following (i) to (iv) are measured by allowing NAD(P) H and kynurenine monooxygenase to act: .
(i) decrease in NAD(P) H (ii) increase in NAD(P) + (iii) increase in 3-hydroxykynurenine (iv) decrease in L-kynurenine
請求項記載のキヌレニンモノオキシゲナーゼを含むキヌレニン測定キット。 A kynurenine assay kit comprising the kynurenine monooxygenase according to claim 1 . pH9.0以上の液体組成物又は液体組成物の乾燥品を含む、請求項記載のキヌレニン測定キット。 5. The kit for measuring kynurenine according to claim 4 , comprising a liquid composition having a pH of 9.0 or higher or a dried product of the liquid composition.
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