JP7294636B2 - Novel carotenoid and method for producing said caroteroid - Google Patents

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Description

本発明は、新規カロテノイド及び該カロテロイドの製造方法に関する。 The present invention relates to novel carotenoids and methods for producing the caroteroids.

カロテノイドは、すべての光合成生物、及び一部の細菌、カビ、酵母などが生産する黄~橙~赤色の天然色素である。現在までに、自然界から750種以上のカロテノイドが単離・同定されている。このうち、我々に最も身近な光合成生物である、農作物や花卉などの高等植物由来のカロテノイドについても多数報告されている。一方、高等植物が共通に持つカロテノイドは、光合成器官である葉のカロテノイドである(非特許文献1)。この生合成経路を、化学構造とともに図1に示した。これらのカロテノイドうち、明確な色を持つものは、Lycopene(リコペン;リコピンとも呼ばれる)以降の生合成経路である。なお、これらの中で商業化されているカロテノイドの比率は高く、Lycopene、β-Carotene(β-カロテン)、α-Carotene(α-カロテン)、Lutein(ルテイン)、Zeaxanthin(ゼアキサンチン)、β-Cryptoxanthin(β-クリプトキサンチン)が相当し、健康に良い効果(機能性)が報告されている(非特許文献2)。図1のカロテノイドに限らず機能性が期待される多くのカロテノイド(以下、機能性カロテノイドと記載)は、一般に製造コストがかかるため高価である。近年、カロテノイドを微生物、特に、大腸菌(Escherichia coli)や出芽酵母(Saccharomyces cerevisiae)等の宿主で安価に生産するためのバイオテクノロジー研究が盛んに行われてきた。 Carotenoids are yellow-orange-red natural pigments produced by all photosynthetic organisms and some bacteria, molds, yeasts, and the like. To date, more than 750 carotenoids have been isolated and identified from nature. Among them, many reports have been made on carotenoids derived from higher plants such as crops and flowers, which are photosynthetic organisms that are most familiar to us. On the other hand, carotenoids common to higher plants are carotenoids in leaves, which are photosynthetic organs (Non-Patent Document 1). This biosynthetic pathway is shown in FIG. 1 together with the chemical structure. Among these carotenoids, those with distinct colors are biosynthetic pathways from Lycopene (also called lycopene) onwards. Among these, the ratio of carotenoids that are commercialized is high, Lycopene, β-Carotene, α-Carotene, Lutein, Zeaxanthin, β-Cryptoxanthin. (β-Cryptoxanthin), which has been reported to have health benefits (functionality) (Non-Patent Document 2). Many carotenoids expected to have functionality (hereinafter referred to as functional carotenoids), not limited to the carotenoids shown in FIG. 1, are generally expensive due to high production costs. In recent years, biotechnological research has been vigorously conducted to produce carotenoids at low cost using microorganisms, particularly hosts such as Escherichia coli and Saccharomyces cerevisiae.

大腸菌や出芽酵母は、元々はカロテノイド生産能を持たないが、カロテノイド前駆体のFPP(farnesyl diphosphate;ファルネシル二リン酸)は持っているので、FPPから下流のカロテノイド生合成遺伝子群を導入すれば問題ない。しかしながら、図1の葉由来カロテノイドの中だけでなく、機能性カロテノイド全体で言っても、微生物宿主で効率的に作れるものは、Lycopene、β-Carotene、Zeaxanthinくらいに限られているのが現状であった。その大きな理由は、これら3つのカロテノイドは、高等植物だけでなく、大腸菌と同じ綱(class)に属する土壌細菌Pantoea ananatisをはじめとする一部の微生物でも生産しているので、これらのカロテノイド生合成遺伝子群(crt遺伝子群)を利用することができるからである。なお、これらのcrt遺伝子群がコードするCrt酵素の機能は、図1において括弧で示されている。 Escherichia coli and budding yeast do not originally have carotenoid-producing ability, but they do have FPP (farnesyl diphosphate), which is a carotenoid precursor. do not have. However, not only among the leaf-derived carotenoids in Fig. 1, but also among the functional carotenoids as a whole, the ones that can be efficiently produced in microbial hosts are currently limited to Lycopene, β-Carotene, and Zeaxanthin. there were. A major reason for this is that these three carotenoids are produced not only by higher plants but also by some microorganisms, including the soil bacterium Pantoea ananatis , which belongs to the same class as E. coli. This is because the gene cluster ( crt gene cluster) can be used. The functions of Crt enzymes encoded by these crt gene clusters are shown in parentheses in FIG.

一方、葉由来の他のカロテノイドの中でも商業化されていないもの、すなわち、Antheraxanthin(アンテラキサンチン)、Violaxanthin(ビオラキサンチン)、Neoxanthin(ネオキサンチン)については、大腸菌や出芽酵母など微生物宿主での効率的生産は困難であった。なお、微生物宿主の中で大腸菌においてのみ、リンドウ(Gentiana lutea)の花由来のZEP(zeaxanthin epoxidase;ゼアキサンチンエポキシ化酵素)遺伝子(GlZEP)といった植物由来ZEP遺伝子を利用して、AntheraxanthinやViolaxanthinの生合成に成功したという報告はある(非特許文献3、非特許文献2)。しかし現在では、種々の植物由来の多くのZEP遺伝子が大腸菌でさえ機能しない(機能発現しない)ことがわかっている。たとえば、ケイソウ(珪藻;Phaeodactylum tricornutum)のZEP遺伝子は大腸菌で機能発現しなかった(非特許文献4)。 On the other hand, other leaf-derived carotenoids that have not been commercialized, namely Antheraxanthin, Violaxanthin and Neoxanthin, have been shown to be effective in microbial hosts such as E. coli and Saccharomyces cerevisiae. Production was difficult. Among the microbial hosts, E. coli alone uses a plant-derived ZEP gene such as the Gentiana lutea flower-derived ZEP (zeaxanthin epoxidase) gene ( GlZEP ) to biosynthesize antheraxanthin and violaxanthin. There is a report that it was successful in (Non-Patent Document 3, Non-Patent Document 2). However, it is now known that many ZEP genes derived from various plants do not function (do not express their function) even in E. coli. For example, the ZEP gene of diatom (diatom; Phaeodactylum tricornutum ) was not functionally expressed in Escherichia coli (Non-Patent Document 4).

本発明のもう一方の構成要素であるCYO1(cotyledon-specificchloroplast biogenesis factor)は、シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)で子葉の葉緑体形成に必要なシャペロン用因子として発見された、タンパク質disulfide isomeraseである(非特許文献5)。以後、シロイヌナズナ由来のCYO1をAtCYO1、これをコードする遺伝子をAtCYO1と記載する。 CYO1 (cotyledon-specific chloroplast biogenesis factor), which is another component of the present invention , is a protein disulfide isomerase ( non Patent document 5). Arabidopsis thaliana-derived CYO1 is hereinafter referred to as AtCYO1, and the gene encoding this is referred to as AtCYO1 .

特許第6348530号Patent No. 6348530

三沢典彦, 生物工学 93: 403-406, 2015Norihiko Misawa, Biotechnology 93: 403-406, 2015 久保亜希子, 佐原健彦, 竹村美保, 三沢典彦, スマートセルインダストリー -微生物細胞を用いた物質生産の展望-, 第3編 産業応用へのアプローチ, 第8章 植物由来カロテノイドの微生物生産, pp.195-205, シーエムシー出版Akiko Kubo, Takehiko Sahara, Miho Takemura, Norihiko Misawa, Smart Cell Industry -Prospects of Substance Production Using Microbial Cells-, Part 3: Approaches to Industrial Applications, Chapter 8: Microbial Production of Plant-Derived Carotenoids, pp.195- 205, CMC Publishing C. Zhu et al, Biochimica etBiophysica Acta (BBA), 1625:305-308, 2003, https://doi.org/10.1016/S0167-4781(03)00017-4C. Zhu et al, Biochimica et Biophysica Acta (BBA), 1625:305-308, 2003, https://doi.org/10.1016/S0167-4781(03)00017-4 M. Dambek et al, Journalof Experimental Botany, 63:5607-5612, 2012.M. Dambek et al, Journal of Experimental Botany, 63:5607-5612, 2012. H. Shimada et al, The PlantCell, 19: 3157–3169, 2007, DOI: https://doi.org/10.1105/tpc.107.051714H. Shimada et al, The PlantCell, 19: 3157–3169, 2007, DOI: https://doi.org/10.1105/tpc.107.051714 M. Takemura et al, TetrahedronLetters, 56:6063-6065, 2015.M. Takemura et al, TetrahedronLetters, 56:6063-6065, 2015.

本発明が解決しようとする課題は、新規カロテノイド及び該カロテロイドの製造方法である。 The problem to be solved by the present invention is a novel carotenoid and a method for producing the caroteroid.

本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意研究を行った結果、ファルネシル二リン酸からゼアキサンチンを合成する酵素の遺伝子又は遺伝子群、ゼアキサンチンエポキシ化酵素遺伝子及び子葉特異的葉緑体新生因子(cotyledon-specific chloroplast biogenesis factor)遺伝子を宿主に導入して発現させると、下記式(1)で表される新規カロテノイドが生産されることを見出し、課題を解決するに至った。 In order to solve the above problems, the present inventors have conducted intensive research and found that a gene or gene group of an enzyme that synthesizes zeaxanthin from farnesyl diphosphate, a zeaxanthin epoxidation enzyme gene, and cotyledon-specific chloroplast neogenesis The present inventors have found that a novel carotenoid represented by the following formula (1) is produced when a cotton-specific chloroplast biogenesis factor gene is introduced into a host and expressed, and the problem has been solved.

例えば、crtEcrtBcrtIcrtYcrtZ遺伝子(たとえばPantoea ananatis由来)、及びZEP遺伝子(たとえばCaZEP)に加えて、CYO1遺伝子(たとえばAtCYO1)を大腸菌に導入して発現させると、新規カロテノイドが生産されること、さらに、IDI{isopentenyl diphosphate (IPP) isomerase}をコードする遺伝子(IDI)、及び電子伝達系タンパク質をコードする遺伝子及び/又はNADPH再生系タンパク質をコードする遺伝子を共に導入して共発現させると、該新規カロテノイドが、より効率的に生産される。
より詳しくは、本発明者らは、以下の組換え大腸菌から抽出したカロテノイドを分析することにより、アンテラキサンチン、ビオラキサンチン、及び新規カロテノイドが効率的に生産されることを見出した。すなわち、Haematococcus pluvilias由来のIDI遺伝子、及びPantoea ananatis由来のcrtEcrtBcrtIcrtYcrtZ遺伝子を含むプラスミドpACHP-Zeaが導入されゼアキサンチンを生産する大腸菌に、パプリカ(赤ピーマン;Capsicum annuum)由来のゼアキサンチンエポキシ化酵素CaZEP、シロイヌナズナ由来のシャペロンタンパク質AtCYO1、Nostoc sp. PCC7120由来の電子伝達系タンパク質NsRF、及びBacillus subtillis由来のNADPH再生系タンパク質Gdhをコードする遺伝子を導入することにより、植物の希少カロテノイドであるアンテラキサンチン、ビオラキサンチンをそれぞれ、全カロテノイド20.1%のレベルで生産できること、さらには新規カロテノイドを効率生産することを見出した。
上記の結果はまた、発明者にとっても驚くべき、且つ、予想できない内容であった。それは、高等植物の子葉の葉緑体形成に必要なシャペロン用因子として発見された、タンパク質disulfide isomeraseをコードする遺伝子(CYO1遺伝子)が大腸菌内で機能し、新規カロテノイドの生産を手助けしたということである。さらに、本新規カロテノイドが脂肪細胞に対して強い分化誘導活性を持つといった生理機能を有することは全く予想できないとのことであった。
For example, in addition to the crtE , crtB , crtI , crtY and crtZ genes (from Pantoea ananatis , for example), and the ZEP gene (for example, CaZEP ), the CYO1 gene (for example, AtCYO1 ) is introduced into E. coli and expressed to produce novel carotenoids. Furthermore, a gene ( IDI ) encoding IDI {isopentenyl diphosphate (IPP) isomerase} and a gene encoding an electron transfer system protein and/or a gene encoding a NADPH regeneration system protein are introduced together and co-expressed. the novel carotenoids are produced more efficiently.
More specifically, the present inventors analyzed carotenoids extracted from the following recombinant Escherichia coli and found that antheraxanthin, violaxanthin, and novel carotenoids were efficiently produced. That is, the plasmid pACHP-Zea containing the IDI gene derived from Haematococcus pluvilias and the crtE , crtB , crtI , crtY and crtZ genes derived from Pantoea ananatis was introduced into Escherichia coli producing zeaxanthin . By introducing genes encoding zeaxanthin epoxidation enzyme CaZEP, chaperone protein AtCYO1 from Arabidopsis thaliana , electron transport protein NsRF from Nostoc sp . We found that antheraxanthin and violaxanthin can be produced at a level of 20.1% of total carotenoids, respectively, and that new carotenoids can be efficiently produced.
The above results were also surprising and unexpected for the inventors. It was discovered that the gene ( CYO1 gene) encoding the protein disulfide isomerase, which was discovered as a chaperone factor necessary for the formation of chloroplasts in the cotyledons of higher plants, functioned in E. coli and assisted in the production of new carotenoids. be. Furthermore, it was completely unpredictable that this novel carotenoid would have a physiological function such as a strong differentiation-inducing activity for adipocytes.

本発明は以下の通りである。
1.式(1)又は式(1A’)で表されるカロテノイド。

Figure 0007294636000001
Figure 0007294636000002
2.前項1に記載のカロテノイドを含む、抗酸化剤。
3.前項1に記載のカロテノイドを含む、脂質過酸化抑制剤。
4.前項1に記載のカロテノイドを含む、一重項酸素消去剤。
5.前項1に記載のカロテノイドを含む、脂質細胞分化誘導剤。
6.以下の(A)又は(B)の遺伝子又は遺伝子群を導入した組換え細胞:
(A)
(1)ファルネシル二リン酸からゼアキサンチンを合成する酵素の遺伝子又は遺伝子群、
(2)ゼアキサンチンエポキシ化酵素遺伝子、及び
(3)シャペロンとして働くタンパク質をコードする遺伝子
又は、
(B)
(1)ファルネシル二リン酸からゼアキサンチンを合成する酵素の遺伝子又は遺伝子群、及び、
(2)ゼアキサンチンエポキシ化酵素遺伝子。
7.さらに、イソペンテニル二リン酸イソメラーゼ遺伝子を導入した、前項6に記載の組換え細胞。
8.さらに、電子伝達系タンパク質をコードする遺伝子及び/又はNADPH再生系タンパク質をコードする遺伝子を導入した、前項6又は7に記載の組換え細胞。
9.前記シャペロンとして働くタンパク質をコードする遺伝子が子葉特異的葉緑体新生因子(cotyledon-specificchloroplast biogenesis factor)遺伝子である、前項6~8のいずれか1に記載の組換え細胞。
10.前項6~9のいずれか1に記載の組換え細胞を培養して得られる培養物又は菌体からカロテノイドを得ることを特徴とする、カロテノイドの製造方法。
11.前項6~9のいずれか1に記載の組換え細胞を培養して得られる培養物又は菌体から式(1)又は式(1A’)で表されるカロテノイド、アンテラキサンチン及びビオラキサンチンのいずれか1以上を得る、又は、アンテラキサンチン及びビオラキサンチンのいずれか1以上を得ることを特徴とする、カロテノイドの製造方法。
Figure 0007294636000003
Figure 0007294636000004
12.前記細胞が大腸菌である、前項6~9のいずれか1に記載の組換え細胞。
13.前記細胞が大腸菌である、前項10又は11に記載のカロテノイドの製造方法。 The present invention is as follows.
1. A carotenoid represented by formula (1) or formula (1A').
Figure 0007294636000001
Figure 0007294636000002
2. An antioxidant comprising the carotenoid according to 1 above.
3. A lipid peroxidation inhibitor comprising the carotenoid according to the preceding item 1.
4. A singlet oxygen quencher comprising the carotenoid according to the preceding item 1.
5. An agent for inducing adipocyte differentiation, comprising the carotenoid according to 1 above.
6. Recombinant cells into which the gene or gene group of (A) or (B) below has been introduced:
(A)
(1) a gene or gene group of an enzyme that synthesizes zeaxanthin from farnesyl diphosphate;
(2) a zeaxanthin epoxidase gene, and (3) a gene encoding a protein that acts as a chaperone, or
(B)
(1) a gene or gene group of an enzyme that synthesizes zeaxanthin from farnesyl diphosphate, and
(2) zeaxanthin epoxidation enzyme gene;
7. 7. The recombinant cell according to 6 above, further containing an isopentenyl diphosphate isomerase gene.
8. 8. The recombinant cell according to item 6 or 7, further comprising a gene encoding an electron transport system protein and/or a gene encoding a NADPH regeneration system protein.
9. 9. The recombinant cell according to any one of 6 to 8 above, wherein the gene encoding the protein that acts as a chaperone is a cotyledon-specific chloroplast biogenesis factor gene.
10. 10. A method for producing carotenoids, which comprises obtaining carotenoids from a culture or bacterial cells obtained by culturing the recombinant cells according to any one of 6 to 9 above.
11. Any carotenoid, antheraxanthin or violaxanthin represented by formula (1) or formula (1A') from a culture or bacterial cell obtained by culturing the recombinant cell according to any one of the preceding items 6 to 9 A method for producing a carotenoid, characterized by obtaining one or more, or obtaining one or more of antheraxanthin and violaxanthin.
Figure 0007294636000003
Figure 0007294636000004
12. 10. The recombinant cell according to any one of 6 to 9 above, wherein the cell is E. coli.
13. 12. The method for producing a carotenoid according to 10 or 11 above, wherein the cells are Escherichia coli.

本発明により、式(1)で表されるカロテロイド、アンテラキサンチン及びビオラキサンチンのいずれか1以上を合成できる製造方法を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a production method capable of synthesizing any one or more of caroteroid, antheraxanthin and violaxanthin represented by formula (1).

植物の葉におけるカロテノイドの生合成経路及び各種カロテノイド生合成酵素の機能を示す図である。 なお、アンテラキサンチン、ビオラキサンチンを生合成する大腸菌の例としては、GGPP合成酵素(GGPP synthase;CrtE)、フィトエン合成酵素(phytoene synthase;CrtB)、フィトエン不飽和化酵素(phytoene desaturase;CrtI)、 リコペンβ-環化酵素(lycopene β-cyclase;CrtY)、β-カロテン水酸化酵素(β-carotene hydroxylase;CrtZ)の各酵素をコードする5種類の遺伝子、及びゼアキサンチンエポキシ化酵素(ZEP)をコードする遺伝子が、少なくとも全て共導入され発現した遺伝子組換え大腸菌が必要である。FIG. 1 shows the carotenoid biosynthetic pathway in plant leaves and the functions of various carotenoid biosynthetic enzymes. Examples of E. coli that biosynthesize antheraxanthin and violaxanthin include GGPP synthase (CrtE), phytoene synthase (CrtB), phytoene desaturase (CrtI), and lycopene. Five genes encoding the enzymes β-lycopene β-cyclase (CrtY), β-carotene hydroxylase (CrtZ), and zeaxanthin epoxidase (ZEP) Genetically modified E. coli in which the genes are at least all co-introduced and expressed is required. 遺伝子組換え大腸菌から抽出されたカロテノイドのHPLC分析結果を示す図である。(A) pACHP-Zea, pUC-CaZEPが導入された遺伝子組換え大腸菌A。(B) pACHP-Zea,pUC-CaZEP, RSF-NsRF-AtCYO1, CDF-gdhが導入された遺伝子組換え大腸菌E。(C) ビオラキサンチン標品。(D) 後述の実施例により大腸菌により生産及び精製され、各種機器分析により同定された新規カロテノイド6’-ヒドロキシ-3’-ジデヒドロルテイン精製品(標品)。(E) 遺伝子組換え大腸菌Eのビオラキサンチンのピークの吸収波長。(F) 遺伝子組換え大腸菌Eの新規カロテノイド6’-ヒドロキシ-3’-ジデヒドロルテインのピークの吸収波長。(G) ビオラキサンチン標品の吸収波長。(H) 新規カロテノイド6’-ヒドロキシ-3’-ジデヒドロルテイン標品の吸収波長。ピーク1:ビオラキサンチン、ピーク2:新規カロテノイド6’-ヒドロキシ-3’-ジデヒドロルテイン。FIG. 2 shows HPLC analysis results of carotenoids extracted from genetically modified E. coli. (A) Recombinant E. coli A into which pACHP-Zea and pUC-CaZEP were introduced. (B) Recombinant E. coli E introduced with pACHP-Zea, pUC-CaZEP, RSF-NsRF-AtCYO1, and CDF-gdh. (C) Violaxanthin preparation. (D) Purified novel carotenoid 6'-hydroxy-3'-didehydrolutein (standard product) produced and purified by E. coli according to Examples described below and identified by various instrumental analyses. (E) Absorption wavelength of violaxanthin peak of recombinant E. coli E. (F) Peak absorption wavelength of the novel carotenoid 6'-hydroxy-3'-didehydrolutein from recombinant E. coli E. (G) Absorption wavelength of violaxanthin preparation. (H) Absorption wavelength of novel carotenoid 6'-hydroxy-3'-didehydrolutein preparation. Peak 1: violaxanthin, peak 2: novel carotenoid 6'-hydroxy-3'-didehydrolutein. 新規カロテノイド6’-ヒドロキシ-3’-ジデヒドロルテインの推測される生合成経路の図である。FIG. 1 is a diagram of the putative biosynthetic pathway of the novel carotenoid 6'-hydroxy-3'-didehydrolutein. 大腸菌形質転換用ベクター、 (A) pUC18, (B)RSFDuet-1, (C) CDFDuet-1の構造を示す図である。FIG. 2 shows the structures of E. coli transformation vectors (A) pUC18, (B) RSFDuet-1, and (C) CDFDuet-1. 大腸菌形質転換用プラスミド、 (A) pUC-CaZEP,(B)RSFD-NsRF-AtCYO1, (C)CDF-gdhの構造を示す図である。Fig. 2 shows the structures of E. coli transformation plasmids, (A) pUC-CaZEP, (B) RSFD-NsRF-AtCYO1, and (C) CDF-gdh. 新規カロテノイドのA:1H-NMR (CDCl3中)、B: 13C-NMR (CDCl3中) を示す図である。Fig. 2 shows A: 1 H-NMR (in CDCl 3 ), B: 13 C-NMR (in CDCl 3 ) of the novel carotenoid. 新規カロテノイドのA:zeaxanthin構造部分、B:β-イオノン環部分の構造、C:確定した全体構造を示す図である。FIG. 2 shows the novel carotenoids: A: zeaxanthin structural portion, B: structure of β-ionone ring portion, and C: determined overall structure. 化合物1のラット脳脂質過酸化抑制活性。Rat brain lipid peroxidation inhibitory activity of compound 1. 化合物1の1O2消去活性。 1 O 2 scavenging activity of compound 1. 化合物1の3T3-L1細胞分化誘導活性。3T3-L1 cell differentiation-inducing activity of compound 1.

本発明は、カロテノイド、特にアンテラキサンチン、ビオラキサンチン及び式(1)で表されるカロテノイドの製造方法に関する。本発明の製造方法は、大腸菌や出芽酵母など微生物宿主に特定の遺伝子及び/又は遺伝子群を導入することにより上記カロテノイドを製造できる。
以下に、本発明を詳細に説明する。
The present invention relates to a method for producing carotenoids, particularly antheraxanthin, violaxanthin and carotenoids represented by formula (1). The production method of the present invention can produce the carotenoid by introducing a specific gene and/or gene group into a microbial host such as Escherichia coli or budding yeast.
The present invention will be described in detail below.

(ファルネシル二リン酸からゼアキサンチンを合成する酵素の遺伝子又は遺伝子群)
大腸菌や出芽酵母は、カロテノイド前駆体のFPP産生能を有するが、ゼアキサンチン産生能を有しない。したがって、ファルネシル二リン酸からゼアキサンチン(Zeaxanthin)を合成する必要がある。ゼアキサンチンは、土壌細菌Pantoea ananatisやPantoea agglomerans等のゼアキサンチン産生微生物由来のカロテノイド生合成遺伝子群(crt遺伝子群)を利用することによりファルネシル二リン酸から産生できる。
本発明でのcrt遺伝子群とは、crtE、crtB、crtI、crtY、crtZのいずれか1以上、2以上、3以上、4以上又は全部を含む。
(Gene or gene group of enzyme for synthesizing zeaxanthin from farnesyl diphosphate)
Escherichia coli and budding yeast have the ability to produce carotenoid precursor FPP, but do not have the ability to produce zeaxanthin. Therefore, there is a need to synthesize zeaxanthin from farnesyl diphosphate. Zeaxanthin can be produced from farnesyl diphosphate using the carotenoid biosynthetic gene cluster (crt gene cluster) derived from zeaxanthin-producing microorganisms such as the soil bacteria Pantoea ananatis and Pantoea agglomerans.
The crt gene group in the present invention includes any one or more, two or more, three or more, four or more, or all of crtE, crtB, crtI, crtY and crtZ.

(イソペンテニル二リン酸イソメラーゼ遺伝子(IDI遺伝子))
イソペンテニル二リン酸イソメラーゼは、大腸菌や出芽酵母のFPP産生過程において、イソペンテニル二リン酸(イソペンテニルピロリン:IPP)をジメチルアリル二リン酸(DMAPP)に変換する。IDI遺伝子は、crt遺伝子群と共に発現させることによりカロテノイドを効率的に製造することが可能である。
イソペンテニル二リン酸イソメラーゼによりIPPとジメチルアリル二リン酸(DMAPP)の量比が調整される(特許文献1)。イソペンテニル二リン酸イソメラーゼには互いに構造が異なる、1型(type 1)と2型(type 2)のものが存在している。2型のIDI遺伝子は、α-プロテオバクテリア綱又はγ-プロテオバクテリア綱に属するカロテノイド産生細菌が有するカロテノイド生合成遺伝子群(carotenoidbiosynthesis gene cluster)の中に時々一緒に存在している(三沢典彦, オレオサイエンス 9 (9): 385-391, 2009)。1型、2型にかかわらず、IDI遺伝子をカロテノイドやセスキテルペンといったテルペンの生合成遺伝子と共に大腸菌に導入して発現させると、IDI遺伝子を導入しない場合と比べて、テルペンの生産量が上昇することがわかっている(S. Kajiwara,P.D. Fraser, K. Kondo and N. Misawa, Biochem J., 324, 421-426. 1997)。
(Isopentenyl diphosphate isomerase gene ( IDI gene))
Isopentenyl diphosphate isomerase converts isopentenyl diphosphate (isopentenyl pyroline: IPP) to dimethylallyl diphosphate (DMAPP) during FPP production in E. coli and budding yeast. The IDI gene can efficiently produce carotenoids by expressing it together with the crt gene group.
Isopentenyl diphosphate isomerase regulates the quantitative ratio of IPP and dimethylallyl diphosphate (DMAPP) (Patent Document 1). There are two types of isopentenyl diphosphate isomerase, type 1 and type 2, which have different structures. Type 2 IDI genes are sometimes present together in the carotenoid biosynthesis gene cluster of carotenoid-producing bacteria belonging to the class α-Proteobacteria or γ-Proteobacteria (Norihiko Misawa, Oreo Science 9 (9): 385-391, 2009). Regardless of type 1 or type 2, when the IDI gene is introduced into Escherichia coli together with the biosynthetic genes for terpenes such as carotenoids and sesquiterpenes and expressed, the amount of terpene produced increases compared to when the IDI gene is not introduced. (S. Kajiwara, PD Fraser, K. Kondo and N. Misawa, Biochem J. , 324, 421-426. 1997).

(ゼアキサンチンエポキシ化酵素 をコードする遺伝子)
ゼアキサンチンをエポキシ化しビオラキサンチンを合成するのに必要な酵素遺伝子については、上述したように、ゼアキサンチンエポキシ化酵素をコードする遺伝子が好適である。ゼアキサンチンエポキシ化酵素遺伝子として、パプリカ(Capsicum annuum)から単離されたZEPCaZEP)などが知られている。好ましくは、少なくともゼアキサンチンエポキシ化酵素を用いる。より好ましくは、パプリカから単離されたZEPをコードする遺伝子配列を用いる。しかし必ずしもこれと同じ遺伝子配列を用いる必要はなく、他の生物由来のゼアキサンチンエポキシ化酵素を用いてもよい。
ゼアキサンチンエポキシ化酵素をコードする遺伝子としては、パプリカから単離されたZEP(配列番号2に記載のアミノ酸配列又は配列番号2に記載のアミノ酸配列と相同性がアミノ酸配列の全体で70%以上、好ましくは80%、より好ましくは85%以上、さらに好ましくは90%以上、さらにより好ましくは95%以上、最も好ましくは98%以上同一であるアミノ酸配列でありかつゼアキサンチンをエポキシ化しビオラキサンチンを合成する活性を有する)をコードする遺伝子が好ましく、このような遺伝子として、例えば、配列番号1の塩基配列を含むDNAがより好ましい。
また、ゼアキサンチンエポキシ化酵素をコードする遺伝子として、配列番号1の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAと、ストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつゼアキサンチンをエポキシ化しビオラキサンチンを合成する活性を有するポリペプチドをコードするDNAも、好適に用いられる。また、このようなDNA配列として、配列番号1の塩基配列からなるDNAと通常約90%以上、好ましくは約95%、より好ましくは約98%以上の配列同一性を有し、かつゼアキサンチンをエポキシ化しビオラキサンチンを合成する活性を有するポリペプチドをコードするDNAが好適に用いられる。
(Gene encoding zeaxanthin epoxidase)
As for the enzyme gene necessary for synthesizing violaxanthin by epoxidizing zeaxanthin, a gene encoding zeaxanthin epoxidation enzyme is suitable, as described above. As a zeaxanthin epoxidase gene, ZEP ( CaZEP ) isolated from paprika ( Capsicum annuum ) and the like are known. Preferably, at least zeaxanthin epoxidase is used. More preferably, gene sequences encoding ZEP isolated from paprika are used. However, it is not always necessary to use the same gene sequence, and zeaxanthin epoxidases derived from other organisms may be used.
As a gene encoding zeaxanthin epoxidase, ZEP isolated from paprika (the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2 or homology with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2 in the entire amino acid sequence is 70% or more, preferably is an amino acid sequence that is 80%, more preferably 85% or more, more preferably 90% or more, even more preferably 95% or more, and most preferably 98% or more, and has an activity to epoxidize zeaxanthin and synthesize violaxanthin ) is preferred, and such a gene is, for example, DNA containing the base sequence of SEQ ID NO: 1 is more preferred.
In addition, as a gene encoding zeaxanthin epoxidase, it hybridizes under stringent conditions with a DNA consisting of a nucleotide sequence complementary to the DNA consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, and epoxidizes zeaxanthin to synthesize violaxanthin. A DNA that encodes a polypeptide having an activity to do is also preferably used. In addition, such a DNA sequence generally has about 90% or more, preferably about 95%, more preferably about 98% or more sequence identity with the DNA consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, and zeaxanthin is an epoxy compound. A DNA encoding a polypeptide having the activity of synthesizing violaxanthin is preferably used.

(カロテノイド合成に必要な遺伝子群)
本発明のカロテノイドの製造方法に必要な遺伝子又は遺伝子群を以下に例示するが、特に限定されない。
<アンテラキサンチン及びビオラキサンチン>
(1)ファルネシル二リン酸からゼアキサンチンを合成する酵素の遺伝子又は遺伝子群
(2)ゼアキサンチンからアンテラキサンチン、さらにはビオラキサンチンを合成する酵素であるゼアキサンチンエポキシ化酵素をコードする遺伝子(ゼアキサンチンエポキシ化酵素遺伝子)
<式(1)で表されるカロテノイド>
(1)ファルネシル二リン酸からゼアキサンチンを合成する酵素の遺伝子又は遺伝子群
(2)ゼアキサンチンエポキシ化酵素遺伝子
(3)シャペロンとして働くタンパク質をコードする遺伝子
例えば、子葉特異的葉緑体新生因子(cotyledon-specificchloroplast biogenesis factor)遺伝子を挙げることができ、好ましくはAtCYO1である。
さらに、本発明では、好ましくは、イソペンテニル二リン酸イソメラーゼ遺伝子並びに/又は電子伝達系タンパク質をコードする遺伝子とNADPH再生系タンパク質をコードする遺伝子を宿主に導入する。
(gene cluster required for carotenoid synthesis)
Genes or gene groups necessary for the method for producing carotenoids of the present invention are exemplified below, but are not particularly limited.
<Antheraxanthin and Violaxanthin>
(1) A gene or gene group of an enzyme that synthesizes zeaxanthin from farnesyl diphosphate (2) A gene encoding zeaxanthin epoxidase, an enzyme that synthesizes antheraxanthin and further violaxanthin from zeaxanthin (zeaxanthin epoxidase gene )
<Carotenoid Represented by Formula (1)>
(1) a gene or gene group of an enzyme that synthesizes zeaxanthin from farnesyl diphosphate (2) a zeaxanthin epoxidase gene (3) a gene encoding a protein that acts as a chaperone specificchloroplast biogenesis factor) gene, preferably AtCYO1.
Furthermore, in the present invention, an isopentenyl diphosphate isomerase gene and/or a gene encoding an electron transport system protein and a gene encoding a NADPH regeneration system protein are preferably introduced into the host.

(シャペロンタンパク質をコードする遺伝子)
ゼアキサンチンエポキシ化酵素を活性化する可能性が高く、さらに式(1)で表されるカロテノイドを合成するのに必要なタンパク質遺伝子については、上述したように、シャペロンタンパク質をコードするCYO1遺伝子が好適である。シャペロンタンパク質遺伝子として、シロイヌナズナから単離されたAtCYO1などが知られている。好ましくは、少なくともシャペロンタンパク質を用いる。より好ましくは、シロイヌナズナから単離されたAtCYO1をコードする遺伝子配列を用いる。しかし必ずしもこれと同じ遺伝子配列を用いる必要はなく、他の生物由来のシャペロンタンパク質を用いてもよい。
シャペロンタンパク質をコードする遺伝子としては、シロイヌナズナから単離されたAtCYO1(配列番号4に記載のアミノ酸配列又は配列番号4に記載のアミノ酸配列と相同性がアミノ酸配列の全体で70%以上、好ましくは80%、より好ましくは85%以上、さらに好ましくは90%以上、さらにより好ましくは95%以上、最も好ましくは98%以上同一であるアミノ酸配列でありかつゼアキサンチンエポキシ化酵素の活性を制御する活性を有する)をコードする遺伝子が好ましく、このような遺伝子として、例えば、配列番号3の塩基配列を含むDNAがより好ましい。
また、シャペロンタンパク質をコードする遺伝子として、配列番号3の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAと、ストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつゼアキサンチンエポキシ化酵素の活性を制御する活性を有するポリペプチドをコードするDNAも、好適に用いられる。また、このようなDNA配列として、配列番号3の塩基配列からなるDNAと通常約90%以上、好ましくは約95%、より好ましくは約98%以上の配列同一性を有し、かつゼアキサンチンエポキシ化酵素の活性を制御する活性を有するポリペプチドをコードするDNAが好適に用いられる。
(genes encoding chaperone proteins)
As for the protein gene which is highly likely to activate zeaxanthin epoxidase and is necessary for synthesizing the carotenoid represented by formula (1), the CYO1 gene encoding the chaperone protein is preferable as described above. be. AtCYO1 isolated from Arabidopsis thaliana is known as a chaperone protein gene. Preferably, at least chaperone proteins are used. More preferably, gene sequences encoding AtCYO1 isolated from Arabidopsis thaliana are used. However, it is not always necessary to use the same gene sequence, and chaperone proteins derived from other organisms may be used.
As a gene encoding a chaperone protein, AtCYO1 isolated from Arabidopsis thaliana (the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 4 or homology with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 4 in the entire amino acid sequence is 70% or more, preferably 80%). %, more preferably 85% or more, still more preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, most preferably 98% or more, and having the activity of regulating the activity of zeaxanthin epoxidase ), and as such a gene, for example, a DNA containing the base sequence of SEQ ID NO: 3 is more preferable.
Also, as a gene encoding a chaperone protein, it hybridizes under stringent conditions with a DNA consisting of a nucleotide sequence complementary to the DNA consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3, and has the activity of regulating the activity of zeaxanthin epoxidase. A DNA encoding a polypeptide having is also preferably used. In addition, such a DNA sequence usually has about 90% or more, preferably about 95%, more preferably about 98% or more sequence identity with the DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 3, and has zeaxanthin epoxidation. A DNA encoding a polypeptide having an activity of regulating enzyme activity is preferably used.

(電子伝達系タンパク質をコードする遺伝子)
電子伝達系タンパク質をコードする遺伝子として、Nostoc sp. strain PCC7120から単離されたNsRF (NsRED & NsFER) やPseudomonas putida から単離されたcamABcamA & camB)などが知られている。本発明に用いることができる電子伝達系タンパク質をコードする遺伝子は、特に限定されず、例えば、他の生物由来の電子伝達系タンパク質をコードする遺伝子を用いてもよい。
電子伝達系タンパク質をコードする遺伝子としては、Nostoc sp. strain PCC7120から単離されたNsRF(NsRED及びNsFER)をコードする遺伝子が好ましい。
NsRED(配列番号6に記載のアミノ酸配列又は配列番号6に記載のアミノ酸配列と相同性がアミノ酸配列の全体で70%以上、好ましくは80%、より好ましくは85%以上、さらに好ましくは90%以上、さらにより好ましくは95%以上、最も好ましくは98%以上同一であるアミノ酸配列でありかつ電子を伝達する活性を有する)をコードする遺伝子として、例えば、配列番号5の塩基配列を含むDNAがより好ましい。
NsFER(配列番号8に記載のアミノ酸配列又は配列番号8に記載のアミノ酸配列と相同性がアミノ酸配列の全体で70%以上、好ましくは80%、より好ましくは85%以上、さらに好ましくは90%以上、さらにより好ましくは95%以上、最も好ましくは98%以上同一であるアミノ酸配列でありかつ電子を伝達する活性を有する)をコードする遺伝子として、例えば、配列番号7の塩基配列を含むDNAがより好ましい。
また、電子伝達系タンパク質をコードする遺伝子として、配列番号5からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAと、ストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつ電子を伝達する活性を有するポリペプチドをコードするDNA及び/又は配列番号7からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAと、ストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつ電子を伝達する活性を有するポリペプチドをコードするDNAも、好適に用いられる。また、このようなDNA配列として、配列番号5の塩基配列からなるDNAと通常約90%以上、好ましくは約95%、より好ましくは約98%以上の配列同一性を有し、かつ電子を伝達する活性を有するポリペプチドをコードするDNA及び/又は配列番号7の塩基配列からなるDNAと通常約90%以上、好ましくは約95%、より好ましくは約98%以上の配列同一性を有し、かつ電子を伝達する活性を有するポリペプチドをコードするDNAが好適に用いられる。
(Genes encoding electron transport proteins)
Known genes encoding electron transport proteins include NsRF ( NsRED & NsFER ) isolated from Nostoc sp. strain PCC7120 and camAB ( camA & camB ) isolated from Pseudomonas putida . A gene encoding an electron transport system protein that can be used in the present invention is not particularly limited, and for example, a gene encoding an electron transport system protein derived from another organism may be used.
As genes encoding electron transport proteins, genes encoding NsRF (NsRED and NsFER) isolated from Nostoc sp. strain PCC7120 are preferred.
NsRED (70% or more, preferably 80% or more, more preferably 85% or more, more preferably 90% or more homology to the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6 or the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6 in the entire amino acid sequence , more preferably 95% or more, and most preferably 98% or more, and having an electron transfer activity). preferable.
NsFER (70% or more, preferably 80%, more preferably 85% or more, more preferably 90% or more homology to the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 8 or the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 8 in the entire amino acid sequence , more preferably 95% or more, and most preferably 98% or more, and having an electron transfer activity). preferable.
Also, as a gene encoding an electron transport system protein, it encodes a polypeptide having an electron transfer activity that hybridizes under stringent conditions with a DNA consisting of a nucleotide sequence complementary to the DNA consisting of SEQ ID NO:5. A DNA encoding a polypeptide having an electron-transmitting activity that hybridizes under stringent conditions with a DNA comprising a nucleotide sequence complementary to a DNA comprising SEQ ID NO: 7 and/or a DNA comprising SEQ ID NO: 7 is also preferably used. be done. In addition, such a DNA sequence usually has a sequence identity of about 90% or more, preferably about 95%, more preferably about 98% or more with the DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 5, and can transmit electrons. usually has about 90% or more, preferably about 95%, more preferably about 98% or more sequence identity with the DNA encoding the polypeptide having the activity to and / or the DNA consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 7, A DNA that encodes a polypeptide that also has an electron transfer activity is preferably used.

(NADPH再生系タンパク質をコードする遺伝子)
NADPH再生系タンパク質遺伝子として、枯草菌(Bacillus subtilis)から単離されたgdhや大腸菌から単離されたzwfなどが知られている。好ましくは、少なくともNADPH再生系タンパク質を用いる。より好ましくは、Bacillus subtilisから単離されたGdhや大腸菌から単離されたZwfをコードする遺伝子配列を用いる。しかし必ずしもこれと同じ遺伝子配列を用いる必要はなく、他の生物由来のNADPH再生系タンパク質を用いてもよい。
NADPH再生系タンパク質をコードする遺伝子としては、Bacillus subtilisから単離されたGdh(配列番号10に記載のアミノ酸配列又は配列番号10に記載のアミノ酸配列と相同性がアミノ酸配列の全体で70%以上、好ましくは80%、より好ましくは85%以上、さらに好ましくは90%以上、さらにより好ましくは95%以上、最も好ましくは98%以上同一であるアミノ酸配列でありかつNADPHを再生する活性を有する)をコードする遺伝子が好ましく、このような遺伝子として、例えば、配列番号9の塩基配列を含むDNAがより好ましい。
また、NADPH再生系タンパク質をコードする遺伝子として、配列番号9の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAと、ストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつNADPHを再生する活性を有するポリペプチドをコードするDNAも、好適に用いられる。また、このようなDNA配列として、配列番号9の塩基配列からなるDNAと通常約90%以上、好ましくは約95%、より好ましくは約98%以上の配列同一性を有し、かつNADPHを再生する活性を有するポリペプチドをコードするDNAが好適に用いられる。
(Gene encoding NADPH regeneration system protein)
As NADPH regeneration system protein genes, gdh isolated from Bacillus subtilis and zwf isolated from Escherichia coli are known. Preferably, at least a NADPH regeneration system protein is used. More preferably, gene sequences encoding Gdh isolated from Bacillus subtilis or Zwf isolated from E. coli are used. However, it is not always necessary to use the same gene sequence as this, and NADPH regeneration system proteins derived from other organisms may be used.
Examples of the gene encoding the NADPH-regenerating system protein include Gdh isolated from Bacillus subtilis (the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 10, or having 70% or more homology to the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 10 in the entire amino acid sequence; preferably 80%, more preferably 85% or more, still more preferably 90% or more, even more preferably 95% or more, most preferably 98% or more, and having an activity to regenerate NADPH). A coding gene is preferred, and such a gene is more preferably, for example, a DNA containing the nucleotide sequence of SEQ ID NO:9.
In addition, as a gene encoding a NADPH regeneration system protein, a polyhybridization under stringent conditions with a DNA consisting of a nucleotide sequence complementary to the DNA consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 9 and having an activity to regenerate NADPH. DNAs encoding peptides are also preferably used. In addition, such a DNA sequence usually has about 90% or more, preferably about 95%, more preferably about 98% or more sequence identity with the DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 9, and regenerates NADPH. A DNA that encodes a polypeptide having the activity to do so is preferably used.

(遺伝子)
本明細書において、遺伝子(DNA分子)とは、2本鎖DNAのみならず、それを構成するセンス鎖及びアンチセンス鎖という各1本鎖DNAを包含する趣旨であり、またその長さに制限されるものではない。
したがって、本発明のアミノ酸配列をコードする遺伝子(ポリヌクレオチド)には、特に言及しない限り、ゲノムDNAを含む2本鎖DNA及びcDNAを含む1本鎖DNA(センス鎖)並びに該センス鎖と相補的な配列を有する1本鎖DNA(アンチセンス鎖)及び合成DNA、それらの断片のいずれもが含まれる。
(gene)
As used herein, the term "gene (DNA molecule)" is intended to include not only double-stranded DNA, but also single-stranded DNA such as the sense strand and antisense strand that constitute it, and is limited in length. not to be
Therefore, unless otherwise specified, the gene (polynucleotide) encoding the amino acid sequence of the present invention includes double-stranded DNA including genomic DNA, single-stranded DNA including cDNA (sense strand), and complementary to the sense strand. Both single-stranded DNA (antisense strand) and synthetic DNA having similar sequences and fragments thereof are included.

(式(1)で表されるカロテノイド)
本発明は、下記の式(1)で表されるカロテノイド(4-hydroxy-4-((1E,3E,5E,7E,9E,11E,13E,15E,17E)-18-(4-hydroxy-2,6,6-trimethylcyclohex-1-en-1-yl)-3,7,12,16-tetramethyloctadeca-1,3,5,7,9,11,13,15,17-nonaen-1-yl)-3,5,5-trimethylcyclohex-2-enone)も対象とする。式(1)で表されるカロテノイドは、本発明のカロテノイドの製造方法により得られる。
式(1)で表されるカロテノイドは、6’-ヒドロキシ-3’-ジデヒドロルテインを包含する。6’-ヒドロキシ-3’-ジデヒドロルテインは、式(1A)で表されるカロテノイド、式(1A’)で表されるカロテノイド及び式(1B)で表されるカロテノイド、又は、式(1A)で表されるカロテノイド及び式(1B)で表されるカロテノイドを包含する。
(Carotenoid represented by formula (1))
The present invention provides a carotenoid represented by the following formula (1) (4-hydroxy-4-((1E,3E,5E,7E,9E,11E,13E,15E,17E)-18-(4-hydroxy- 2,6,6-trimethylcyclohex-1-en-1-yl)-3,7,12,16-tetramethyloctadeca-1,3,5,7,9,11,13,15,17-nonaen-1-yl )-3,5,5-trimethylcyclohex-2-enone). The carotenoid represented by formula (1) is obtained by the carotenoid production method of the present invention.
Carotenoids represented by formula (1) include 6'-hydroxy-3'-didehydrolutein. 6'-Hydroxy-3'-didehydrolutein is a carotenoid represented by formula (1A), a carotenoid represented by formula (1A') and a carotenoid represented by formula (1B), or formula (1A) It includes carotenoids represented by and carotenoids represented by formula (1B).

Figure 0007294636000005
Figure 0007294636000005

本明細書において、式(1)で表されるカロテノイドは、下記の式(1A)で表されるカロテノイド((S)-4-hydroxy-4-((1E,3E,5E,7E,9E,11E,13E,15E,17E)-18-((R)-4-hydroxy-2,6,6-trimethylcyclohex-1-en-1-yl)-3,7,12,16-tetramethyloctadeca-1,3,5,7,9,11,13,15,17-nonaen-1-yl)-3,5,5-trimethylcyclohex-2-enone)を包含する。式(1A)で表されるカロテノイドは、本発明のカロテノイドの製造方法により得られる。 In the present specification, the carotenoid represented by formula (1) is a carotenoid represented by the following formula (1A) ((S)-4-hydroxy-4-((1E,3E,5E,7E,9E, 11E,13E,15E,17E)-18-((R)-4-hydroxy-2,6,6-trimethylcyclohex-1-en-1-yl)-3,7,12,16-tetramethyloctadeca-1,3 ,5,7,9,11,13,15,17-nonaen-1-yl)-3,5,5-trimethylcyclohex-2-enone). The carotenoid represented by formula (1A) is obtained by the carotenoid production method of the present invention.

Figure 0007294636000006
Figure 0007294636000006

本明細書において、式(1)で表されるカロテノイドは、下記の式(1A’)で表されるカロテノイド(4-hydroxy-4-((1E,3E,5E,7E,9E,11E,13E,15E,17E)-18-((R)-4-hydroxy-2,6,6-trimethylcyclohex-1-en-1-yl)-3,7,12,16-tetramethyloctadeca-1,3,5,7,9,11,13,15,17-nonaen-1-yl)-3,5,5-trimethylcyclohex-2-enone)を包含する。式(1A’)で表されるカロテノイドは、本発明のカロテノイドの製造方法により得られる。 In the present specification, the carotenoid represented by formula (1) is a carotenoid represented by the following formula (1A') (4-hydroxy-4-((1E,3E,5E,7E,9E,11E,13E ,15E,17E)-18-((R)-4-hydroxy-2,6,6-trimethylcyclohex-1-en-1-yl)-3,7,12,16-tetramethyloctadeca-1,3,5, 7,9,11,13,15,17-nonaen-1-yl)-3,5,5-trimethylcyclohex-2-enone). The carotenoid represented by formula (1A') is obtained by the carotenoid production method of the present invention.

Figure 0007294636000007
Figure 0007294636000007

本明細書において、式(1){好ましくは、式(1B)}で表されるカロテノイドは、下記の式(1B)で表されるカロテノイド((S)-4-hydroxy-4-((1E,3E,5E,7E,9E,11E,13E,15E,17E)-18-((R)-4-hydroxy-2,6,6-trimethylcyclohex-1-en-1-yl)-3,7,12,16-tetramethyloctadeca-1,3,5,7,9,11,13,15,17-nonaen-1-yl)-3,5,5-trimethylcyclohex-2-enone)を包含する。式(1B)で表されるカロテノイドは、本発明のカロテノイドの製造方法により得られる。 In the present specification, the carotenoid represented by formula (1) {preferably formula (1B)} is a carotenoid represented by formula (1B) below ((S)-4-hydroxy-4-((1E ,3E,5E,7E,9E,11E,13E,15E,17E)-18-((R)-4-hydroxy-2,6,6-trimethylcyclohex-1-en-1-yl)-3,7, 12,16-tetramethyloctadeca-1,3,5,7,9,11,13,15,17-nonaen-1-yl)-3,5,5-trimethylcyclohex-2-enone). The carotenoid represented by formula (1B) is obtained by the carotenoid production method of the present invention.

Figure 0007294636000008
Figure 0007294636000008

本発明は式(1)で表されるカロテノイドを含む、下記の剤も対象とする:
式(1)で表されるカロテノイドを含む抗酸化剤、
式(1)で表されるカロテノイドを含む脂質過酸化抑制剤、
式(1)で表されるカロテノイドを含む一重項酸素消去剤、及び
式(1)で表されるカロテノイドを含む脂質細胞分化誘導剤。
式(1)で表されるカロテノイドを含有する剤は、医薬製剤の製造法として自体公知の方法(例、日本薬局方記載の方法等)に従って、本発明化合物を単独で、または薬理学的に許容される担体と混合して製造できる。
式(1)で表されるカロテノイドを含有する剤中の含有量は、剤全体の0.01~100重量%であり、例えば0.01~0.1重量%、0.1~1重量%、1~10重量%、10~50重量%、50~90重量%、90~100重量%であってもよい。
該剤の投与量は、投与対象、投与経路、疾患、症状などにより異なるが、例えば、経口投与する場合、1日当たり、式(1)で表されるカロテノイドを有効成分として0.01~100mg/kg体重、0.1~50mg/kg体重、1~20mg/kg体重であってもよい。1日当たり複数回、例えば2~3回に分けて投与してもよい。
式(1)で表されるカロテノイドは、式(1)で表されるカロテノイドを含む飲食品とすることが可能である。例えば、飲食品へ添加・配合することにより抗酸化効果、脂質過酸化抑制効果、一重項酸素消去効果、脂質細胞分化効果を持った食用組成物(例えば、健康食品等)として利用することも可能である。飲食品中の式(1)で表されるカロテノイドの含有量及び該飲食品の摂取量は、式(1)で表されるカロテノイドを含有する剤に準じる。
The present invention also covers the following agents containing carotenoids represented by formula (1):
An antioxidant containing a carotenoid represented by formula (1),
A lipid peroxidation inhibitor containing a carotenoid represented by formula (1),
A singlet oxygen quenching agent containing a carotenoid represented by formula (1), and an adipocyte differentiation inducer containing a carotenoid represented by formula (1).
The carotenoid-containing agent represented by formula (1) can be prepared by using the compound of the present invention alone or pharmacologically according to a method known per se as a method for producing pharmaceutical preparations (e.g., the method described in the Japanese Pharmacopoeia). It can be produced by mixing with an acceptable carrier.
The content in the agent containing the carotenoid represented by formula (1) is 0.01 to 100% by weight of the total agent, for example 0.01 to 0.1% by weight, 0.1 to 1% by weight. , 1-10% by weight, 10-50% by weight, 50-90% by weight, 90-100% by weight.
The dosage of the agent varies depending on the administration subject, administration route, disease, symptoms, etc. For example, in the case of oral administration, 0.01 to 100 mg / day of the carotenoid represented by formula (1) as an active ingredient kg body weight, 0.1 to 50 mg/kg body weight, or 1 to 20 mg/kg body weight. It may be administered in multiple doses per day, for example, in 2 to 3 divided doses.
The carotenoid represented by formula (1) can be food and drink containing the carotenoid represented by formula (1). For example, it can be used as an edible composition (e.g., health food, etc.) with antioxidant effect, lipid peroxidation inhibitory effect, singlet oxygen scavenging effect, and adipocyte differentiation effect by adding or blending it to food and drink. is. The content of the carotenoid represented by the formula (1) in the food and drink and the intake of the food and drink conform to the agent containing the carotenoid represented by the formula (1).

(本発明のカロテノイドの製造方法)
本発明のカロテノイドの製造方法は、以下の(1)~(2)又は(1)~(3)の遺伝子又は遺伝子群を導入した組換え細胞を培養する工程を含む。
(1)ファルネシル二リン酸からゼアキサンチンを合成する酵素の遺伝子又は遺伝子群
(2)ゼアキサンチンエポキシ化酵素遺伝子
(3)シャペロンとして働くタンパク質をコードする遺伝子
前記組換え細胞は、好ましくは、イソペンテニル二リン酸イソメラーゼ遺伝子並びに/又は電子伝達系タンパク質をコードする遺伝子又はNADPH再生系タンパク質をコードする遺伝子、より好ましくは電子伝達系タンパク質をコードする遺伝子及びNADPH再生系タンパク質をコードする遺伝子をさらに導入した組換え細胞である。
また、本発明のカロテノイドの製造方法の別の態様として、無細胞系(コムギ胚芽等)等を使用して、上記の(1)~(3)又は(1)~(2)の遺伝子又は遺伝子群、好ましくは上記の(1)~(3)又は(1)~(2)の遺伝子又は遺伝子群に加えて、イソペンテニル二リン酸イソメラーゼ遺伝子並びに/又は電子伝達系タンパク質をコードする遺伝子及び/又はNADPH再生系タンパク質をコードする遺伝子を発現する工程を含んでもよい。
(Method for producing carotenoid of the present invention)
The method for producing carotenoids of the present invention includes a step of culturing recombinant cells into which the following genes or gene groups (1) to (2) or (1) to (3) have been introduced.
(1) a gene or gene group of an enzyme that synthesizes zeaxanthin from farnesyl diphosphate (2) a zeaxanthin epoxidase gene (3) a gene encoding a protein that acts as a chaperone Recombination further introducing an acid isomerase gene and/or a gene encoding an electron transport system protein or a gene encoding a NADPH regeneration system protein, more preferably a gene encoding an electron transport system protein and a gene encoding a NADPH regeneration system protein are cells.
Further, as another aspect of the method for producing carotenoids of the present invention, a cell-free system (wheat germ, etc.) or the like is used to obtain the genes or genes of (1) to (3) or (1) to (2) above. In addition to the group, preferably the genes or gene groups of (1) to (3) or (1) to (2) above, an isopentenyl diphosphate isomerase gene and/or a gene encoding an electron transport system protein and/or Alternatively, the step of expressing a gene encoding a NADPH regeneration system protein may be included.

(本発明の組換え細胞)
本発明の組換え細胞は、ファルネシル二リン酸からゼアキサンチンを合成する酵素の遺伝子又は遺伝子群、ゼアキサンチンエポキシ化酵素の遺伝子、及び子葉特異的葉緑体新生因子遺伝子を導入した組換え細胞であり、好ましくはイソペンテニル二リン酸イソメラーゼ遺伝子、電子伝達系タンパク質をコードする遺伝子又はNADPH再生系タンパク質をコードする遺伝子(より好ましくは電子伝達系タンパク質をコードする遺伝子及びNADPH再生系タンパク質をコードする遺伝子)をさらに導入した組換え細胞である。
本発明の組換え細胞は、アンテラキサンチン、ビオラキサンチン及び式(1)で表されるカロテノイドのいずれか1以上を産生できる。
本発明の組換え細胞は、好ましくはアンテラキサンチン、ビオラキサンチン及び式(1)で表されるカロテノイドを産生できる。
アンテラキサンチン、ビオラキサンチン及び/又は式(1)で表されるカロテノイド、を産生する組換え細胞は、具体的には、下記を例示できるが、特に限定されない。
(1)ゼアキサンチンエポキシ化酵素をコードする遺伝子(ZEP遺伝子)、ファルネシル二リン酸からゼアキサンチンを合成する酵素の遺伝子又は遺伝子群及びイソペンテニル二リン酸イソメラーゼ遺伝子(IDI遺伝子)、シャペロンタンパク質をコードする遺伝子、電子伝達系タンパク質をコードする遺伝子及びNADPH再生系タンパク質をコードする遺伝子が導入された組換え細胞。
(2)ゼアキサンチンエポキシ化酵素をコードする遺伝子(ZEP遺伝子)、ファルネシル二リン酸からゼアキサンチンを合成する酵素の遺伝子又は遺伝子群及びイソペンテニル二リン酸イソメラーゼ遺伝子(IDI遺伝子)、シャペロンタンパク質をコードする遺伝子及び電子伝達系タンパク質をコードする遺伝子が導入された組換え細胞。
(3)ゼアキサンチンエポキシ化酵素をコードする遺伝子(ZEP遺伝子)、ファルネシル二リン酸からゼアキサンチンを合成する酵素の遺伝子又は遺伝子群及びイソペンテニル二リン酸イソメラーゼ遺伝子(IDI遺伝子)、シャペロンタンパク質をコードする遺伝子及びNADPH再生系タンパク質をコードする遺伝子が導入された組換え細胞。
(4)ゼアキサンチンエポキシ化酵素をコードする遺伝子(ZEP遺伝子)、ファルネシル二リン酸からゼアキサンチンを合成する酵素の遺伝子又は遺伝子群及びイソペンテニル二リン酸イソメラーゼ遺伝子(IDI遺伝子)及びシャペロンタンパク質をコードする遺伝子が導入された組換え細胞。
ファルネシル二リン酸からゼアキサンチンを合成する酵素の遺伝子又は遺伝子群及びIDI遺伝子を持つ組換え細胞としては、例えばゼアキサンチン産生能を持つ組換え細胞が挙げられ、ゼアキサンチン産生能を持つ組換え細胞としては、例えばプラスミドpACHP-Zeaを有する組換え細胞が挙げられる。
細胞(宿主)としては、大腸菌、昆虫系、酵母系、植物細胞系等の細胞を使用することができる。
各細胞の場合に導入する合成酵素遺伝子の好ましい組み合わせは、以下の通りである。
大腸菌:IDIcrtE、crtB、crtI、crtY、crtZ、ZEP、AtCYO1、NsRF、gdh
酵母系:IDIcrtE、crtB、crtI、crtY、crtZ、ZEP、AtCYO1、NsRF、gdh
昆虫系:IDIcrtE、crtB、crtI、crtY、crtZ、ZEP、AtCYO1、NsRF、gdh
植物系:IDI、ZEP、AtCYO1、NsRF、gdh
加えて、パーティクルガンによる葉緑体の形質転換により葉緑体内に、直接、外来遺伝子を導入し発現させる場合は、イソペンテニル二リン酸(IPP)イソメラーゼ(1型及び/又は2型)遺伝子を共発現させることにより、目的のカロテノイド生産量が向上することができると考えられる。
これらの中で特に好ましいのは、idicrtE、crtB、crtI、crtY、crtZ、ZEP、AtCYO1、NsRF及びgdhを導入した組換え大腸菌である。
(Recombinant cells of the present invention)
The recombinant cell of the present invention is a recombinant cell into which a gene or gene group for an enzyme that synthesizes zeaxanthin from farnesyl diphosphate, a gene for zeaxanthin epoxidase, and a cotyledon-specific chloroplast gene have been introduced, Preferably, an isopentenyl diphosphate isomerase gene, a gene encoding an electron transport system protein, or a gene encoding a NADPH regeneration system protein (more preferably, a gene encoding an electron transport system protein and a gene encoding a NADPH regeneration system protein) It is a recombinant cell that has been further introduced.
The recombinant cells of the present invention can produce any one or more of antheraxanthin, violaxanthin and carotenoid represented by formula (1).
The recombinant cells of the present invention are preferably capable of producing antheraxanthin, violaxanthin and carotenoids of formula (1).
Recombinant cells that produce antheraxanthin, violaxanthin and/or the carotenoid represented by formula (1) are specifically exemplified below, but are not particularly limited.
(1) Gene encoding zeaxanthin epoxidation enzyme ( ZEP gene), gene or gene group of enzyme that synthesizes zeaxanthin from farnesyl diphosphate, isopentenyl diphosphate isomerase gene ( IDI gene), gene encoding chaperone protein , a recombinant cell into which a gene encoding an electron transport system protein and a gene encoding a NADPH regeneration system protein have been introduced.
(2) Gene encoding zeaxanthin epoxidation enzyme ( ZEP gene), gene or gene group of enzyme that synthesizes zeaxanthin from farnesyl diphosphate, isopentenyl diphosphate isomerase gene ( IDI gene), gene encoding chaperone protein and recombinant cells into which a gene encoding an electron transport system protein has been introduced.
(3) Gene encoding zeaxanthin epoxidation enzyme ( ZEP gene), gene or gene group of enzyme that synthesizes zeaxanthin from farnesyl diphosphate, isopentenyl diphosphate isomerase gene ( IDI gene), gene encoding chaperone protein and recombinant cells into which a gene encoding a NADPH regeneration system protein has been introduced.
(4) A gene encoding zeaxanthin epoxidation enzyme ( ZEP gene), a gene or gene group of an enzyme that synthesizes zeaxanthin from farnesyl diphosphate, an isopentenyl diphosphate isomerase gene ( IDI gene), and a gene encoding a chaperone protein Recombinant cells into which is introduced.
Recombinant cells having the gene or gene group of an enzyme that synthesizes zeaxanthin from farnesyl diphosphate and the IDI gene include, for example, recombinant cells having zeaxanthin-producing ability. Examples of recombinant cells having zeaxanthin-producing ability include: For example, recombinant cells harboring the plasmid pACHP-Zea.
Cells (hosts) that can be used include E. coli cells, insect cells, yeast cells, plant cell cells, and the like.
Preferred combinations of synthase genes to be introduced for each cell are as follows.
E. coli: IDI , crtE , crtB, crtI, crtY, crtZ, ZEP, AtCYO1, NsRF, gdh
Yeast system: IDI , crtE , crtB, crtI, crtY, crtZ, ZEP, AtCYO1, NsRF, gdh
Insect system: IDI , crtE , crtB, crtI, crtY, crtZ, ZEP, AtCYO1, NsRF, gdh
Plant system: IDI , ZEP, AtCYO1, NsRF, gdh
In addition, when a foreign gene is directly introduced into the chloroplast by particle gun transformation and expressed, isopentenyl diphosphate (IPP) isomerase (type 1 and / or type 2) gene It is believed that co-expression can improve the production of the desired carotenoid.
Among these, particularly preferred are recombinant E. coli into which idi , crtE , crtB, crtI, crtY, crtZ, ZEP, AtCYO1, NsRF and gdh have been introduced.

(大腸菌形質転換ベクター)
前記アンテラキサンチン、ビオラキサンチン及び/又は式(1)で表されるカロテノイドを合成する酵素遺伝子は、公知の方法により、例えば、大腸菌に導入される。大腸菌への外来性遺伝子の導入方法は特に限定されず、例えば、導入したい外来性遺伝子を、公知の方法により適当なプロモータとターミネータの利用により発現する形にして大腸菌の形質転換用ベクターに挿入してプラスミドを作製し、該プラスミドを大腸菌の細胞に導入すればよい。複数の遺伝子を導入する場合、それらの遺伝子は、1つの形質転換用ベクターにより導入されてもよく、それぞれ異なる形質転換用ベクターにより導入されてもよい。
大腸菌の形質転換用ベクターは、導入遺伝子の数や種類等により適宜選択すればよいが、大腸菌のタンパク質発現用ベクター等が好ましく、例えば、pUC18やRSFDuet-1(図4)等が挙げられる。また、プロモータは、大腸菌中で発現できるものであればいずれを用いてもよい。例えば、T7プロモータ、lacZプロモータ、tacプロモータ等が挙げられる。中でも、導入した遺伝子が大腸菌において高発現することが好ましいことから、tacプロモータがより好ましい。また、導入した遺伝子が大腸菌において一過的に発現することが好ましい場合は、誘導プロモータを用いることが好ましく、IPTG等による誘導型T7プロモータ等がより好ましい。ターミネータとしては、導入する遺伝子等により適宜選択することができるが、例えば、T7ターミネータ、rrnBターミネータ等が挙げられる。
また、大腸菌形質転換ベクターにより目的とする外来性遺伝子(例えば、Idiをコードする遺伝子等)が導入された大腸菌細胞を効率よく選抜するために、各種選抜マーカー遺伝子を用いてもよい。選抜マーカー遺伝子は、特に限定されず、自体公知のものを用いてよい。例えば、薬剤耐性を付与する遺伝子を選抜マーカーとして用い、この選抜マーカー遺伝子と前記ビオラキサンチンの生合成に関わる遺伝子とを含むプラスミド等を大腸菌形質転換ベクターとして大腸菌細胞に導入することが好ましい。これによって選抜マーカー遺伝子の発現から効率良く外来性遺伝子が導入された大腸菌細胞を選抜することができる。このような選抜マーカー遺伝子として、例えば、各種の薬剤耐性遺伝子等が挙げられる。より具体的には、例えば、アンピシリン耐性遺伝子、カナマイシン耐性遺伝子、テトラサイクリン耐性遺伝子等が挙げられる。また、該選抜マーカー遺伝子の上流及び下流には、該遺伝子を発現するためのプロモータ及びターミネータを有することが好ましい。
大腸菌の形質転換用ベクター、及びこれを用いた大腸菌の形質転換法は、公知のものを用いることができる。一例として、ビオラキサンチンを合成する酵素遺伝子を大腸菌に導入するために発明者らが用いた大腸菌形質転換用ベクターを図3に示した。大腸菌の形質転換用ベクターのクローニング部位に、発現させたい外来遺伝子を導入すればよい。プロモータやターミネータは大腸菌で機能するものを用いればよいが、例として、T7プロモータとT7ターミネータを挙げることができる。さらに、プロモータとターミネータに囲まれた薬剤耐性遺伝子を形質転換のマーカー遺伝子として一緒に用いることが好ましい。
(E. coli transformation vector)
The enzyme gene for synthesizing the antheraxanthin, violaxanthin and/or carotenoid represented by formula (1) is introduced into, for example, Escherichia coli by a known method. The method of introducing the exogenous gene into Escherichia coli is not particularly limited. For example, the exogenous gene to be introduced is inserted into an Escherichia coli transformation vector in a form in which it is expressed by using an appropriate promoter and terminator by a known method. A plasmid may be prepared by the method described above, and the plasmid may be introduced into Escherichia coli cells. When introducing a plurality of genes, those genes may be introduced by one transformation vector, or may be introduced by different transformation vectors.
E. coli transformation vectors may be appropriately selected according to the number and type of transgenes, but E. coli protein expression vectors are preferred, such as pUC18 and RSFDuet-1 (FIG. 4). Any promoter may be used as long as it can be expressed in E. coli. Examples include T7 promoter, lacZ promoter, tac promoter and the like. Among them, the tac promoter is more preferable because the introduced gene is highly expressed in E. coli. When it is preferable that the introduced gene be transiently expressed in E. coli, it is preferable to use an inducible promoter, more preferably an inducible T7 promoter by IPTG or the like. The terminator can be appropriately selected depending on the gene to be introduced, and examples thereof include T7 terminator, rrnB terminator and the like.
In addition, various selection marker genes may be used to efficiently select E. coli cells into which a target exogenous gene (eg, a gene encoding Idi) has been introduced by an E. coli transformation vector. The selectable marker gene is not particularly limited, and one known per se may be used. For example, it is preferable to use a gene conferring drug resistance as a selectable marker, and introduce a plasmid or the like containing this selectable marker gene and the gene involved in the biosynthesis of violaxanthin into E. coli cells as an E. coli transformation vector. Thus, Escherichia coli cells into which exogenous genes have been introduced can be efficiently selected from the expression of selectable marker genes. Examples of such selectable marker genes include various drug resistance genes. More specific examples include ampicillin resistance gene, kanamycin resistance gene, tetracycline resistance gene and the like. Moreover, it is preferable to have a promoter and terminator for expressing the gene upstream and downstream of the selectable marker gene.
A known E. coli transformation vector and E. coli transformation method using the vector can be used. As an example, FIG. 3 shows an E. coli transformation vector used by the inventors to introduce an enzyme gene for synthesizing violaxanthin into E. coli. A foreign gene to be expressed may be introduced into the cloning site of an E. coli transformation vector. Promoters and terminators that function in E. coli may be used, and examples include T7 promoter and T7 terminator. Furthermore, it is preferable to use a drug resistance gene surrounded by a promoter and a terminator together as a marker gene for transformation.

(大腸菌の形質転換と遺伝子組換え大腸菌の取得)
大腸菌の形質転換は、公知の方法により行うことができる。例えば、導入したい外来遺伝子や選抜マーカー遺伝子(薬剤耐性遺伝子など)を適当なプロモータとターミネータの利用により発現する形にしたDNA断片を作製し、該DNA断片を熱ショック法等により導入すればよい。遺伝子が導入された大腸菌は、薬剤により選抜することにより得られる。
大腸菌に導入した外来性遺伝子が遺伝子組換え大腸菌において発現していることは、例えば、ノザンブロッティング、RT-PCR、ウェスタンブロッティング等の方法により確認することができる。また、該大腸菌においてビオラキサンチンが産生されていることは、例えば、HPLC分析等の方法により確認することができる。
(Transformation of E. coli and acquisition of genetically modified E. coli)
Transformation of E. coli can be performed by a known method. For example, a DNA fragment is prepared in which a foreign gene to be introduced or a selection marker gene (such as a drug resistance gene) is expressed by using an appropriate promoter and terminator, and the DNA fragment is introduced by a heat shock method or the like. Escherichia coli into which the gene has been introduced is obtained by selection with a drug.
Expression of exogenous genes introduced into E. coli can be confirmed by methods such as Northern blotting, RT-PCR, and Western blotting, for example. Moreover, the production of violaxanthin in the E. coli can be confirmed by, for example, a method such as HPLC analysis.

(遺伝子組換え大腸菌のアンテラキサンチン、ビオラキサンチン及び/又は式(1)で表されるカロテノイドを製造するための使用)
本発明は、該遺伝子組換え大腸菌から、アンテラキサンチン、ビオラキサンチン及び/又は式(1)で表されるカロテノイドを製造するための使用も包含する。遺伝子組換え大腸菌やその作製方法等の好ましい態様は、上述した通りであり、ゼアキサンチンエポキシ化酵素、電子伝達系タンパク質、NADPH再生系タンパク質、シャペロンタンパク質の各酵素をコードする遺伝子群のうち、そのすべて、または一部の遺伝子群を、ゼアキサンチン生産大腸菌(イソペンテニル二リン酸イソメラーゼ、GGPP合成酵素、フィトエン合成酵素、リコペン合成酵素、 リコペンβ環化酵素、βカロテン水酸化酵素をコードする遺伝子群を持つ)に導入した遺伝子組換え大腸菌が好ましい。
各遺伝子及びその好ましい態様は、上述した通りである。
作出した遺伝子組換え大腸菌を、通常、培養することにより、該大腸菌内にビオラキサンチン及び/又は式(1)で表されるカロテノイドが産生される。遺伝子組換え大腸菌の培養方法は、特に限定されない。
例えば、遺伝子組換え大腸菌には、アンテラキサンチン、ビオラキサンチン及び/又は式(1)で表されるカロテノイドが含まれる。このため公知の抽出方法により、アンテラキサンチン、ビオラキサンチン及び/又は式(1)で表されるカロテノイドが得られる。
(Use of genetically modified Escherichia coli to produce antheraxanthin, violaxanthin and/or carotenoid represented by formula (1))
The present invention also includes use for producing antheraxanthin, violaxanthin and/or carotenoid represented by formula (1) from the genetically modified E. coli. Preferred embodiments of the genetically modified Escherichia coli and the method for producing the same are as described above. , or a part of the gene group that encodes zeaxanthin-producing Escherichia coli (isopentenyl diphosphate isomerase, GGPP synthase, phytoene synthase, lycopene synthase, lycopene β-cyclase, β-carotene hydroxylase) ) is preferred.
Each gene and its preferred embodiment are as described above.
Violaxanthin and/or the carotenoid represented by formula (1) are produced in the E. coli by culturing the produced genetically modified E. coli. A method for culturing the genetically modified E. coli is not particularly limited.
For example, genetically modified E. coli contains antheraxanthin, violaxanthin and/or carotenoid represented by formula (1). Therefore, antheraxanthin, violaxanthin and/or carotenoid represented by formula (1) can be obtained by a known extraction method.

以下に具体例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。 The present invention will be described in detail below with specific examples, but the present invention is not limited to these examples.

(アンテラキサンチン、ビオラキサンチン及び式(1)で表されるカロテノイド生産用プラスミドの作製)
アンテラキサンチン、ビオラキサンチン及び式(1)で表されるカロテノイド生産用プラスミドを作製した。詳細は以下の通りである。
パプリカ由来のZEP遺伝子(CaZEP)の配列は、大腸菌のコドン使用頻度に適した塩基配列に改変したものを用いて作成した。作成した配列を配列番号1に示す。AtCYO1遺伝子の配列はシロイヌナズナのcDNAより増幅した。増幅した配列を、配列番号3に示す。Nostoc sp. PCC7120由来の電子伝達タンパク質NsREDとNsFERをコードする遺伝子(NsRF)の配列は、Nostoc sp. PCC7120のcDNAより増幅した。増幅した配列を、配列番号5に示す。Bacillus subtilisのGdhをコードするgdh遺伝子の配列は、Bacillus subtilusのcDNAより増幅した。増幅した配列を、配列番号9に示す。AtCYO1, NsRF, gdh,の塩基配列(配列番号1、3、5、9)はそれぞれ、DDBJアクセッション番号SCO2_ARATH, FENR_NOSS1とFER1_NOSS1, G4EZZ9_BACIUから入手することができる。
大腸菌形質転換用ベクターとして、pUC18(図4A)、RSFDuet-1(図4B)、CDFDuet-1(図4C)を用いた。EcoRIおよびBamHIで切断したCaZEP断片を切り出し、ベクターpUC18のEcoRI- BamHI部位に挿入し、プラスミドpUC-CaZEPを作製した(図5A)。NcoIおよびBamHIで切断したNostoc sp. PCC7120のNsRF断片を切り出し、ベクターRSFDuet-1のNcoI-BamHI部位に挿入し、プラスミドRSFD-NsRFを作製した。さらに、NdeIおよびKpnIで切断したシロイヌナズナのAtCYO1断片を切り出し、RSFD-camABのNdeI-KpnI部位に挿入し、プラスミドRSFD-NsRF-AtCYO1を作製した (図5B)。NcoIおよびSalIで切断したGdh断片を、ベクターCDFDuet-1のNcoI-SalI部位に挿入し、プラスミドCDFD-Gdhを作製した(図5C)。
(Preparation of carotenoid-producing plasmids represented by antheraxanthin, violaxanthin and formula (1))
Antheraxanthin, violaxanthin, and carotenoid-producing plasmids represented by formula (1) were prepared. Details are as follows.
The paprika-derived ZEP gene ( CaZEP ) sequence was prepared by modifying the base sequence to match the codon usage frequency of E. coli. The prepared sequence is shown in SEQ ID NO:1. The sequence of AtCYO1 gene was amplified from Arabidopsis cDNA. The amplified sequence is shown in SEQ ID NO:3. The sequences of the genes ( NsRF ) encoding the electron transfer proteins NsRED and NsFER from Nostoc sp. PCC7120 were amplified from cDNA of Nostoc sp . PCC7120. The amplified sequence is shown in SEQ ID NO:5. The gdh gene sequence encoding Bacillus subtilis Gdh was amplified from Bacillus subtilus cDNA. The amplified sequence is shown in SEQ ID NO:9. The nucleotide sequences of AtCYO1 , NsRF and gdh (SEQ ID NOs: 1, 3, 5 and 9) can be obtained from DDBJ accession numbers SCO2_ARATH, FENR_NOSS1 and FER1_NOSS1, G4EZZ9_BACIU, respectively.
pUC18 (Fig. 4A), RSFDuet-1 (Fig. 4B) and CDFDuet-1 (Fig. 4C) were used as E. coli transformation vectors. The CaZEP fragment cleaved with Eco RI and Bam HI was excised and inserted into the Eco RI- Bam HI site of the vector pUC18 to construct the plasmid pUC-CaZEP (Fig. 5A). The NsRF fragment of Nostoc sp. PCC7120 cleaved with Nco I and Bam HI was excised and inserted into the Nco I- Bam HI site of vector RSFDuet-1 to generate plasmid RSFD-NsRF. Furthermore, the Arabidopsis thaliana AtCYO1 fragment cleaved with Nde I and Kpn I was excised and inserted into the Nde I- Kpn I site of RSFD-camAB to construct the plasmid RSFD-NsRF-AtCYO1 (FIG. 5B). The Gdh fragment cut with Nco I and Sal I was inserted into the Nco I- Sal I site of vector CDFDuet-1 to generate plasmid CDFD-Gdh (FIG. 5C).

表1にPCR増幅に用いたプライマーを示す。CaZEPはCaZEPFとCaZEPR、NsRFはNsRFFとNsRFRR、gdhはgdhFとgdhR、AtCYO1はAtCYO1FとAtCYO1Rを用いた。 Table 1 shows the primers used for PCR amplification. CaZEPF and CaZEPR were used for CaZEP, NsRFF and NsRFRR for NsRF, gdhF and gdhR for gdh, and AtCYO1F and AtCYO1R for AtCYO1.

Figure 0007294636000009
Figure 0007294636000009

(大腸菌の形質転換及び組換え大腸菌によるカロテノイド生産)
実施例1で作製したプラスミドpUC-CaZEP(図5A)、RSFD-NsRF-AtCYO1 (図5B)およびCDFD-gdh (図5C)を用いて、ゼアキサンチン及び式(1)で表されるカロテノイド生産大腸菌を公知の方法により形質転換した。詳細は、以下の通りである。
ゼアキサンチン大腸菌{pACHP-Zeaを持つJM101(DE3)}を、SOB培地(2%バクトトリプトン、0.5%イーストイクストラクト、10 mM NaCl、2.5 mM KCl、10 mM MgCl2、10 mM MgSO4)で培養した後、TBバッファー(10 mM PIPES (pH6.7), 15 mM CaCl2,250 mM KCl, 55 mM MnCl2・4H2O)で処理した。そして、実施例1で作製したプラスミドを組み合わせて、処理した大腸菌と混合し、氷上で静置した。42℃の熱ショックをかけた後、SOC培地で培養し、薬剤含有培地に撒いた。一晩培養後、出てきた薬剤耐性コロニーを、形質転換大腸菌(遺伝子組換え大腸菌)として得た。薬剤(抗生物質)としては、クロラムフェニコール(33mg/L)、スペクチノマイシン(100mg/L)、アンピシリン(40 mg/L)とカナマイシン(40 mg/L) を培地に加えた。
(Transformation of E. coli and carotenoid production by recombinant E. coli)
Using the plasmids pUC-CaZEP (Fig. 5A), RSFD-NsRF-AtCYO1 (Fig. 5B) and CDFD-gdh (Fig. 5C) prepared in Example 1, carotenoid-producing E. coli represented by zeaxanthin and formula (1) Transformation was performed by a known method. Details are as follows.
Zeaxanthin Escherichia coli {JM101(DE3) with pACHP-Zea} was cultured in SOB medium (2% bactotryptone, 0.5% yeast extract, 10 mM NaCl, 2.5 mM KCl, 10 mM MgCl2 , 10 mM MgSO4 ). After that, it was treated with TB buffer (10 mM PIPES (pH 6.7), 15 mM CaCl2 , 250 mM KCl, 55 mM MnCl2.4H2O ). Then, the plasmids prepared in Example 1 were combined, mixed with the treated E. coli, and allowed to stand on ice. After being heat-shocked at 42°C, they were cultured in SOC medium and plated on drug-containing medium. After overnight culture, drug-resistant colonies that appeared were obtained as transformed E. coli (genetically modified E. coli). As drugs (antibiotics), chloramphenicol (33 mg/L), spectinomycin (100 mg/L), ampicillin (40 mg/L) and kanamycin (40 mg/L) were added to the medium.

(組換え大腸菌によるカロテノイド生産)
土壌細菌Pantoea ananatis由来のcrtE(GGPP合成酵素)、crtB (フィトエン合成酵素)、crtI(フィトエン不飽和化酵素)、crtY (リコペンβ-環化酵素)、crtZ (β-カロテン水酸化酵素) 遺伝子、及び緑藻Haematococcus pluvialis由来のIDI(IPP イソメラーゼ)遺伝子(idiと記載することもある)の発現用プラスミドpACHP-Zea(非特許文献6)に加えて、パプリカ(赤ピーマン;Capsicum annuum)由来のZEP(ゼアキサンチンエポキシ化酵素;zeaxanthinepoxidase;CaZEP)酵素をコードする遺伝子の発現用プラスミドが同時に導入された大腸菌Aを作製した。この(遺伝子)組換え大腸菌Aが生産したメインのカロテノイドはゼアキサンチンであり、アンテラキサンチン、ビオラキサンチンの生産量は微量ではあったが製造されていることを確認した(表2)。
一方、シロイヌナズナ由来のAtCYO1(シャペロン)、Nostoc sp. PCC7120由来の電子伝達系タンパク質 (NsRF)、Bacillus subtilis由来のNADPH再生系タンパク質 (Gdh) をコードする遺伝子の発現用プラスミドがさらに導入された大腸菌Eを作製した。この組換え大腸菌Eでは、ビオラキサンチンならびにアンテラキサンチンが検出され、両者の生産量は全カロテノイドのいずれも20.1%を占めていた。
また、AtCYO1遺伝子に加えて電子伝達系あるいはNADPH再生系タンパク質遺伝子を導入した大腸菌G, Hではビオラキサンチンとアンテラキサンチンが検出されたが、その生産量は大腸菌Eに比べて半分以下だった。一方、AtCYO1, 電子伝達系、NADPH再生系遺伝子のいずれかを単独で導入した大腸菌F, B, Cでは、ビオラキサンチン及びアンテラキサンチンを微量検出した。また、AtCYO1を含まず、電子伝達系とNADPH再生系の両方を導入した大腸菌Dでは、ビオラキサンチン及びアンテラキサンチンを微量検出した。
表2は、遺伝子組換え大腸菌により生産されたカロテノイド組成の比較を示す。大腸菌E、F、G、Hでは新規カロテノイド6’-ヒドロキシ-3’-ジデヒドロルテインが検出されたが、大腸菌A、B、C、Dでは検出されなかったので、新規カロテノイドを生産するにはAtCYO1の働きが必要であることを確認した。なお、表2では非特許文献6に示された分析方法により簡易定量化しかしていないが、新規カロテノイドを生産するためのAtCYO1の働きは、電子伝達系又は/及びNADPH再生系タンパク質との共存により、その機能が効率的に発揮されることを確認した。特に、AtCYO1遺伝子に加えて、電子伝達系及びNADPH再生系タンパク質遺伝子との共存組換え大腸菌Eによる新規カロテノイドは6’-ヒドロキシ-3’-ジデヒドロルテインの生産量は高く、カロテノイド全体の16.8%であった。
(Carotenoid production by recombinant E. coli)
crtE (GGPP synthase), crtB (phytoene synthase), crtI (phytoene desaturase), crtY (lycopene β-cyclase), crtZ (β-carotene hydroxylase) genes derived from the soil bacterium Pantoea ananatis , and the green alga Haematococcus pluvialis -derived IDI (IPP isomerase) gene (sometimes referred to as idi ) expression plasmid pACHP-Zea (Non-Patent Document 6), in addition to paprika (red pepper; Capsicum annuum )-derived ZEP ( Escherichia coli A into which a plasmid for expression of a gene encoding a zeaxanthinepoxidase ( CaZEP ) enzyme was simultaneously introduced was prepared. The main carotenoid produced by this (genetically) recombinant E. coli A is zeaxanthin, and it was confirmed that antheraxanthin and violaxanthin were produced, albeit in very small amounts (Table 2).
On the other hand, Escherichia coli E into which expression plasmids for genes encoding AtCYO1 (chaperone) derived from Arabidopsis thaliana, electron transfer system protein (NsRF) derived from Nostoc sp. PCC7120, and NADPH regeneration system protein (Gdh) derived from Bacillus subtilis were introduced was made. In this recombinant Escherichia coli E, violaxanthin and antheraxanthin were detected, and the production of both of them accounted for 20.1% of the total carotenoids.
Violaxanthin and antheraxanthin were also detected in E.coli G and H, which had the AtCYO1 gene and the electron transport system or NADPH regeneration system protein gene introduced, but their production was less than half that of E.coli. On the other hand, trace amounts of violaxanthin and antheraxanthin were detected in Escherichia coli F, B, and C into which AtCYO1 , electron transport system, or NADPH regeneration system genes were introduced. Violaxanthin and antheraxanthin were also detected in trace amounts in E. coli D, which did not contain AtCYO1 and had both the electron transfer system and the NADPH regeneration system.
Table 2 shows a comparison of carotenoid compositions produced by transgenic E. coli. The novel carotenoid 6'-hydroxy-3'-didehydrolutein was detected in E. coli E, F, G, and H, but not in E. coli A, B, C, and D. We confirmed that the function of AtCYO1 is necessary. In Table 2, only simple quantification is performed by the analysis method shown in Non-Patent Document 6, but the function of AtCYO1 for producing novel carotenoids is determined by coexistence with electron transport system and/or NADPH regeneration system proteins. , confirmed that its function is efficiently exhibited. In particular, in addition to the AtCYO1 gene, the novel carotenoid produced by coexisting recombinant E. coli E with the electron transport system and NADPH regeneration system protein genes has a high production of 6'-hydroxy-3'-didehydrolutein, accounting for 16.8% of the total carotenoids. Met.

Figure 0007294636000010
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(組換え大腸菌からカロテノイドの抽出とHPLC分析)
実施例2で得た遺伝子組換え大腸菌を37℃、2YT(2 x YT)培地(1.6%バクトトリプトン、1%イーストイクストラクト、0.5% NaCl)で培養した。その際に、培地は試験管に10 mL入れたものを1本用い、抗生物質を、クロラムフェニコール(33mg/L)、スペクチノマイシン(100mg/L)、アンピシリン(40 mg/L)とカナマイシン(40 mg/L) を培地に加えた。OD600が0.4-0.6になるまで培養した後、0.05 mMのIPTGを加え、20℃で2晩培養した。培養した菌液を遠心分離し、菌体を得た。菌体にメタノールを加え、よく懸濁した後、1 M Tris (pH7.5)と1 M NaCl溶液を加えた。さらにクロロホルムを加え、よく懸濁した後、遠心分離を行った。カロテノイド抽出液(クロロホルム層)を回収した。
上記の抽出溶液をエバポレーターで濃縮乾固した後、酢酸エチルに溶解し、それぞれのカロテノイド成分をHPLCにより分離し、精製した。
HPLCの条件:
HPLCカラム TSKgel ODS-80Ts 4.6×150 mm, 5μm
移動層0-5分 メタノール/水(95:5)、5-10分 メタノール/水(95:5)からメタノール/テトラヒドロフラン(7:3)への勾配、10-18分 メタノール/テトラヒドロフラン(7:3)、18分以降 メタノール/水(95:5)、流速 1.0 ml/min、検出 マックスプロット(280-550nm)
各カロテノイドの組成はHPLCのピーク面積より求めた。また、各ピーク化合物の同定は、標品の保持時間との比較、および吸収曲線の比較により行った。
プラスミドpACHP-Zea(非特許文献6)が導入されゼアキサンチンを合成する大腸菌(ゼアキサンチン産生大腸菌)に、3つのプラスミドpUC-CaZEP、pRSF-NsRF-AtCYO1及びCDF-gdhを導入した遺伝子組換え大腸菌Eにより生産されたカロテノイドのHPLC分析を行った。その結果を図2に示した。
(Extraction of carotenoids from recombinant E. coli and HPLC analysis)
The genetically modified E. coli obtained in Example 2 was cultured at 37° C. in 2YT (2×YT) medium (1.6% bactotryptone, 1% yeast extract, 0.5% NaCl). At that time, one medium was put in a test tube of 10 mL, and the antibiotics were chloramphenicol (33 mg/L), spectinomycin (100 mg/L), and ampicillin (40 mg/L). Kanamycin (40 mg/L) was added to the medium. After culturing until OD 600 reached 0.4-0.6, 0.05 mM IPTG was added and cultured at 20° C. for 2 nights. The cultured bacterial solution was centrifuged to obtain bacterial cells. After adding methanol to the cells and suspending them well, 1 M Tris (pH 7.5) and 1 M NaCl solution were added. Further, chloroform was added, and after well suspended, centrifugation was performed. A carotenoid extract (chloroform layer) was collected.
After the extract solution was concentrated to dryness using an evaporator, it was dissolved in ethyl acetate, and each carotenoid component was separated and purified by HPLC.
HPLC conditions:
HPLC column TSKgel ODS-80Ts 4.6×150mm, 5μm
Mobile phase 0-5 min methanol/water (95:5), 5-10 min gradient from methanol/water (95:5) to methanol/tetrahydrofuran (7:3), 10-18 min methanol/tetrahydrofuran (7: 3), after 18 minutes methanol/water (95:5), flow rate 1.0 ml/min, detection maxplot (280-550 nm)
The composition of each carotenoid was obtained from the peak area of HPLC. In addition, each peak compound was identified by comparison with the retention time of a standard and comparison of absorption curves.
By transgenic E. coli E introduced with three plasmids pUC-CaZEP, pRSF-NsRF-AtCYO1 and CDF-gdh into E. coli (zeaxanthin-producing E. coli) introduced with plasmid pACHP-Zea (Non-Patent Document 6) to synthesize zeaxanthin HPLC analysis of the carotenoids produced was performed. The results are shown in FIG.

(組換え大腸菌により生産されたカロテノイドの同定)
組換え大腸菌Eが生産したカロテノイドについて、非特許文献6に記載された方法又は以下の方法によって培養し、各種カロテノイド毎にそれぞれ分取して精製し、UV-VIS及びFAB MS分析を行い、必要に応じて、1H-NMR、13C-NMR、及びCD分析を行った。これらの機器分析により各種カロテノイドの同定を行った(各スペクトルデータは後記)。
(Identification of carotenoids produced by recombinant E. coli)
Carotenoids produced by recombinant E. coli E were cultured by the method described in Non-Patent Document 6 or the following method, separated and purified for each carotenoid, and subjected to UV-VIS and FAB MS analysis. 1 H-NMR, 13 C-NMR and CD analyzes were performed according to. Various carotenoids were identified by these instrumental analyses (spectral data will be described later).

(新規カロテノイド同定のための組換え大腸菌Eの培養方法)
組換え大腸菌Eを以下の培養方法で培養した。
(1)組換え大腸菌Eを100 mLの2-YT(Amp:100 μg/mL、Cm:100 μg/mL、km:100 μg/mL、Sp:100 μg/mLを含む)中に植菌し、30℃で一晩前培養した。
(2)前培養液を100 mLの2-YT(Amp:100 μg/mL、Cm:100 μg/mL、km:100 μg/mL、Sp:100 μg/mL、IPTG:50 μg/mLを含む)中に10%(v/v)植菌し、20℃で二晩培養した。
(Method of culturing recombinant E. coli E for identification of novel carotenoids)
Recombinant E. coli E was cultured by the following culture method.
(1) Recombinant E. coli E was inoculated into 100 mL of 2-YT (Amp: 100 μg/mL, Cm: 100 μg/mL, km: 100 μg/mL, Sp: 100 μg/mL). , pre-incubated overnight at 30°C.
(2) 100 mL of preculture medium containing 2-YT (Amp: 100 μg/mL, Cm: 100 μg/mL, km: 100 μg/mL, Sp: 100 μg/mL, IPTG: 50 μg/mL ) and cultured at 20°C for two nights.

(組換え大腸菌Eにより生産されるカロテノイドの分析)
生産されたカロテノイドは培養上清には存在せず、組換え大腸菌Eの菌体に含有されていたため、培養の完了した組み換え大腸菌培養液 (2 L)を遠心処理し (7000 rpm, 15 min)、菌体を回収した。各遠心管にCH2Cl2-MeOH (1 : 1)の溶液50 mlを加え、超音波菌体破砕しながら室温にて5分抽出した (× 3回)。(本抽出で含有される黄色色素はすべて抽出された。)抽出液は濾過後合一し、いったん濃縮乾固した。その後200 mlのEtOAcに溶解し、等量のH2Oと分液漏斗中で振盪して分画した。黄色色素の含まれるEtOAc層を濃縮乾固後 (0.14 g)、シリカゲルTLCにて分析した結果、CH2Cl2-diethylether (4 : 1)の展開溶媒で、Rf 0.7-0.2に5種類以上の黄色スポット(=カロテノイド類)が検出された。そこでシリカゲルカラム{CHROMATOREX FL60D, 20 mm × 200 mm、溶媒CH2Cl2:diethylether (6 : 1)}で展開して、溶出されるカロテノイドを集めて粗分画画分とした (45.3 mg)。これを次にシリカゲルHPLC { Cosmosil 5SL 10 mm × 250 mm, 10 mm × 250 mm、溶媒CH2Cl2:diethylether (4 : 1)、流速3.0 ml/min}で展開した。
(Analysis of carotenoids produced by recombinant E. coli E)
Since the carotenoids produced were not present in the culture supernatant and were contained in the recombinant E. coli E cells, the cultured recombinant E. coli culture (2 L) was centrifuged (7000 rpm, 15 min). , the cells were collected. 50 ml of a solution of CH 2 Cl 2 -MeOH (1:1) was added to each centrifuge tube, and extraction was performed for 5 minutes at room temperature while ultrasonically disrupting the cells (× 3 times). (All of the yellow pigment contained in this extraction was extracted.) The extracts were filtered, combined, and once concentrated to dryness. It was then dissolved in 200 ml of EtOAc and shaken in a separatory funnel with an equal volume of H 2 O to fractionate. The EtOAc layer containing the yellow pigment was concentrated to dryness ( 0.14 g) and analyzed by silica gel TLC. Yellow spots (=carotenoids) were detected. Therefore, it was developed with a silica gel column {CHROMATOREX FL60D, 20 mm × 200 mm, solvent CH 2 Cl 2 :diethylether (6:1)}, and the eluted carotenoids were collected and used as a crude fraction (45.3 mg). This was then developed by silica gel HPLC {Cosmosil 5SL 10 mm×250 mm, 10 mm×250 mm, solvent CH 2 Cl 2 :diethylether (4:1), flow rate 3.0 ml/min}.

(組換え大腸菌Eにより生産される新規カロテノイドの同定)
シリカゲルHPLCにおいて保持時間12 minについては、当研究室で確立しているカロテノイドライブラリーには該当するものがなかったので、同条件で保持時間12 minのピーク(以降、化合物1とする)のHPLC分取を行い、0.06 mgの純品を得ることができた。
化合物1をMeOHに溶解し、HRESI-MSを測定した。その結果、(M+Na)+イオンピークがm/z 605.40498に観測され、1の分子式はC40H54O3と決定された {calcd. for 605.40570(C40H54O3Na)}。次に1の1H-NMR (図6A), 13C-NMR (図6B)を化合物1がよく溶解し、他のカロテノイドとの比較に便利なCDCl3中で測定した。
まず、1H, 13C-NMRでは、それぞれ52個の1H, 40個の13Cシグナルが観測され、これにより化合物は非対称 (asymmetric) なカロテノイドであることが明らかとなった。
次に1の1H-1H DQF COSYスペクトル、HMQCスペクトル、HMBCスペクトルを測定し、化合物1に存在する部分構造を詳細に解析した。
まず1H-NMR, 13C-NMR,1H-1H DQF COSY、HMQC, HMBCスペクトルを詳細に解析していくと、図7Aに示すようにC-1~C-20までの非対称構造の半分についてはzeaxanthin構造であることが確定した。報告されているzeaxanthinの1H, 13C-NMR化学シフト値は、1で観測されているピークのC-1~C-20とよく一致した。
(Identification of novel carotenoids produced by recombinant E. coli E)
Regarding the retention time of 12 min in silica gel HPLC, there was no corresponding carotenoid library established in our laboratory, so HPLC of the peak with a retention time of 12 min (hereinafter referred to as compound 1) under the same conditions After fractionation, 0.06 mg of pure product was obtained.
Compound 1 was dissolved in MeOH and HRESI-MS was measured. As a result, a (M+Na) + ion peak was observed at m/z 605.40498, and the molecular formula of 1 was determined to be C40H54O3 {calcd. for 605.40570 ( C40H54O3Na )}. Next, 1 H-NMR (FIG. 6A) and 13 C-NMR (FIG. 6B) of 1 were measured in CDCl 3 in which compound 1 is well soluble and convenient for comparison with other carotenoids.
First, 52 1 H, 40 13 C signals were observed in 1 H, 13 C-NMR, respectively, which revealed that the compounds were asymmetric carotenoids.
Next, the 1 H- 1 H DQF COZY spectrum, HMQC spectrum, and HMBC spectrum of 1 were measured, and the partial structure existing in compound 1 was analyzed in detail.
First, when the 1 H-NMR, 13 C-NMR, 1 H- 1 H DQF COZY, HMQC, and HMBC spectra are analyzed in detail, as shown in FIG. 7A, the asymmetric structure from C-1 to C-20 Half of them were confirmed to be zeaxanthin structures. The reported 1 H, 13 C-NMR chemical shift values of zeaxanthin were in good agreement with the C-1 to C-20 peak observed in 1.

次に残りの半分であるC-1’~C-20’について測定スペクトルの解析を進めた。その結果、残り構造のオレフィン (C-7’~C-15’)及びここに結合したメチル基 (C-19’, C-20’)については (all E) 構造が維持されていることが、オレフィンメチンのJHH値及びメチル貴の13C化学シフト値より判明した。一方、β-イオノン環部分の構造はzeaxanthinとは異なることが明らかとなったので、β-イオノン環部分の構造解析を進めることとした。
1のHMBCスペクトルにおいて、 β-イオノン環のC-1’に結合したメチル基であるH-16’ (dH 1.02), H-17’ (dH 1.10)からは、C-1’ (dC 41.6), C-2’ (dC 49.8), C-6’ (dC 79.8)に対して1H-13C遠隔スピン結合が観測された(図7B)。
Next, we proceeded with the analysis of the measured spectra for the remaining half, C-1' to C-20'. As a result, it was found that the (all E) structure was maintained for the remaining structural olefins (C-7' to C-15') and the methyl groups (C-19', C-20') bonded thereto. , was determined from the J HH values of olefinic methines and the 13 C chemical shift values of methyl nobles. On the other hand, it became clear that the structure of the β-ionone ring portion was different from that of zeaxanthin, so we proceeded with the structural analysis of the β-ionone ring portion.
In the HMBC spectrum of 1, C- 1 ' (d 1 H- 13 C distant spin coupling was observed for C 41.6), C-2' (d C 49.8), C-6' (d C 79.8) (Fig. 7B).

またC-5’に結合したH-16’ (dH 1.91)からはC-4’ (dC 126.8), C-5’ (dC 162.9), C-6’ に対して1H-13C遠隔スピン結合が観測された。さらにH-2’ (dH 2.23, dH 2.48)からはC-1’, C-2’, C-4’及びdC 198.1のケトンに対して1H-13C遠隔スピン結合が観測された。この結果、1のもう一方の末端構造もC-1’~C-6’からなる6員環構造を取っており、C-3’がケトンであることが判明した。
またHMBCスペクトルでは、オレフィン構造のH-7’ (dH 5.72)からC-6’に対しても1H-13C遠隔スピン結合が観測されており (図7B)、オレフィン構造と6員環がC-6’ &#8211; C-7’で結合していることが判明した。
この時点で1の構造で不明で残っているのは、C-6’に結合した置換基 図7B中のX) のみであるが、1の分子式と既に明らかになっている構造に存在するC, H, Oの数を考慮すると、X=OHであることが確定し、この結果、化合物1の構造は図7Cに示すように一義的に決定された。
なお、ここまでのNMRスペクトル解析ではC-6’に結合したOH基の立体は議論できないが、1は遺伝子組換えで生産された化合物であることから、1の生合成中間体では、zeaxanthin epoxidase (ZEP)の作用でC-6’にOH基が導入されたはずであるので、紙面の裏側に配向していると判断される。化合物1はCAS data baseに登録の無い、新規化合物であった。カロテノイドの命名法のルールを適用すると、化合物1の名称は、6’-hydroxy-3’-didehydro-lutein(6’-ヒドロキシ-3’-ジデヒドロルテイン)となる。
なお、参考までに、新規カロテノイドのアンテラキサンチンからの推定上の代謝経路を図3に示した。
参考のため、化合物1のアサインされた各1H, 13C NMR化学シフトを表3として示す。
In addition, from H -16' (d H 1.91) bound to C-5', 1 H- 13 C distant spin coupling was observed. Furthermore, 1 H- 13 C distant spin coupling was observed from H-2' (d H 2.23, d H 2.48) to ketones at C-1', C-2', C-4' and d C 198.1. rice field. As a result, it was found that the other terminal structure of 1 also has a six-membered ring structure consisting of C-1' to C-6', and C-3' is a ketone.
In the HMBC spectrum, 1 H- 13 C distant spin bonds were also observed from H-7' (d H 5.72) to C-6' of the olefin structure (Fig. 7B). was found to be bound at C-6'&#8211;C-7'.
At this point, the only thing that remains unknown in the structure of 1 is the substituent X) attached to C-6' in FIG. 7B, but C Considering the number of , H, and O, it was established that X=OH, and as a result, the structure of compound 1 was uniquely determined as shown in FIG. 7C.
Although the steric structure of the OH group bound to C-6' cannot be discussed in the NMR spectrum analysis so far, since 1 is a compound produced by genetic recombination, the biosynthetic intermediate of 1 is zeaxanthin epoxidase. Since an OH group should have been introduced to C-6' by the action of (ZEP), it is judged to be oriented on the back side of the paper. Compound 1 was a novel compound not registered in the CAS database. Applying the rules of carotenoid nomenclature, the name of Compound 1 is 6'-hydroxy-3'-didehydro-lutein.
For reference, FIG. 3 shows a putative metabolic pathway from the novel carotenoid antheraxanthin.
For reference, the assigned 1 H, 13 C NMR chemical shifts of Compound 1 are shown in Table 3.

Figure 0007294636000011
Figure 0007294636000011

(新規カロテノイドの機能性試験)
実施例4で単離された化合物1の各種機能を解析した。
(Functional test of novel carotenoid)
Various functions of Compound 1 isolated in Example 4 were analyzed.

(化合物1の抗酸化活性)
化合物1の抗酸化活性について、ラット脳脂質過酸化抑制活性、一重項酸素消去活性を用いて検討した。
(Antioxidant activity of compound 1)
Antioxidant activity of Compound 1 was examined using rat brain lipid peroxidation inhibitory activity and singlet oxygen scavenging activity.

(ラット脳脂質過酸化抑制活性)
脂質の酸化の進行により生じるマロンジアルデヒド(MDA)の量を測定し、脂質の酸化の進行度合いから化合物1の脂質過酸化抑制活性を評価した。
アッセイは基本的にディスポカルチャーチューブ (φ13 mm×100 mm) 中で行うこととした。
(1)100mMリン酸緩衝液 (pH 7.4)0.6 ml中に、被検試料(実施例4で単離された化合物1)のメタノール溶液0.05 ml、1 mMアスコルビン酸0.1 ml(終濃度100 μM)、及びH2O 0.05 mlを添加した。コントロールとして、被検試料のメタノール溶液の代わりにメタノール溶液を0.05 ml添加した。
(2)37℃で5分間のプレインキュベーションを行った後、2.5 % (w&#8725;v)ラット脳ホモジネートを0.2 ml添加することで反応を開始させ、37 ℃で1時間、振盪しながらインキュベートを行った。
(3)その後、0.2 N塩酸中に20% (w&#8725;v)トリクロロ酢酸、0.5% (w&#8725;v) 2-チオバルビツール酸(TBA)を含む混合液1 mlを上記反応液に添加することで反応を停止した。
(4)これを100 ℃で30分間煮沸処理して発色させ、冷却後、3000 rpmで10 分間遠心分離した。
(5)遠心分離上清について、MDAとTBAの反応生成物が極大吸収を持つ532 nmでの吸光度 (Abs 532) を測定し、MDA量を求めた。
なお、ラット脳ホモジネートは市販の凍結ラット脳をテフロン(登録商標)ホモジナイザーにて、氷冷下67mMリン酸緩衝液 (pH 7.4) 中で5分ほどホモジナイズすることにより調製した。これを10%(w/v)となるように同緩衝液で希釈してから、2 mlずつ15 ml容ファルコンチューブに分注し、使用時まで-80℃で冷凍保存した。使用時に5 ℃の冷蔵庫中で解凍を行い、ここに6 mlのリン酸緩衝液(pH 7.4)を加えて、2.5%(w/v)ラット脳ホモジネートを作製した。
(6)過酸化脂質生成抑制率(脂質過酸化抑制率)は、以下の式に従って求めた。
(過酸化脂質生成抑制率(%))={1―(T―B)&#8725;(C―B)}×100
T:薬物処置群のA532
C:コントロール群(メタノール処置群)のA532
B:無反応群(ブランク群)のA532
各種濃度における化合物の過酸化脂質抑制率から、脂質過酸化を50%抑制するのに必要な化合物の濃度をIC50 値として算出し、これをラット脳脂質過酸化抑制活性として表した。
本実施例では、ラット脳脂質を加えないものをブランクとし、これの532 nmにおける吸光度を0.00とした。本アッセイ系ではコントロール(薬剤無添加条件)の532 nmにおける吸光度 (O.D.)は、平均するとおよそ0.37程度であった。
(rat brain lipid peroxidation inhibitory activity)
The amount of malondialdehyde (MDA) produced by the progress of lipid oxidation was measured, and the lipid peroxidation inhibitory activity of compound 1 was evaluated from the degree of progress of lipid oxidation.
The assay was basically performed in disposable culture tubes (φ13 mm×100 mm).
(1) In 0.6 ml of 100 mM phosphate buffer (pH 7.4), 0.05 ml of a methanol solution of the test sample (compound 1 isolated in Example 4), 0.1 ml of 1 mM ascorbic acid (final concentration 100 μM) , and 0.05 ml of H2O were added. As a control, 0.05 ml of a methanol solution was added instead of the methanol solution of the test sample.
(2) After pre-incubation at 37°C for 5 minutes, the reaction was initiated by adding 0.2 ml of 2.5% (w&#8725;v) rat brain homogenate and incubated at 37°C for 1 hour with shaking. did
(3) Then, 1 ml of a mixture containing 20% (w&#8725;v) trichloroacetic acid and 0.5% (w&#8725;v) 2-thiobarbituric acid (TBA) in 0.2N hydrochloric acid was added to the above reaction solution. The reaction was stopped by adding to
(4) This was boiled at 100°C for 30 minutes to develop color, cooled, and centrifuged at 3000 rpm for 10 minutes.
(5) The absorbance (Abs 532 ) at 532 nm, where the reaction product of MDA and TBA has maximum absorption, was measured for the centrifugation supernatant to determine the amount of MDA.
The rat brain homogenate was prepared by homogenizing commercially available frozen rat brain in 67 mM phosphate buffer (pH 7.4) under ice-cooling with a Teflon (registered trademark) homogenizer for about 5 minutes. After diluting this with the same buffer to 10% (w/v), aliquots of 2 ml were dispensed into 15 ml falcon tubes and stored frozen at -80°C until use. At the time of use, it was thawed in a refrigerator at 5°C, and 6 ml of phosphate buffer (pH 7.4) was added to prepare a 2.5% (w/v) rat brain homogenate.
(6) The lipid peroxidation suppression rate (lipid peroxidation suppression rate) was obtained according to the following formula.
(Lipid peroxide production inhibition rate (%)) = {1-(T-B)&#8725;(C-B)}×100
T: A 532 in the drug-treated group
C: A 532 in the control group (methanol-treated group)
B: A 532 in the non-response group (blank group)
From the lipid peroxidation inhibition rate of the compound at various concentrations, the concentration of the compound required to inhibit lipid peroxidation by 50% was calculated as the IC50 value, which was expressed as rat brain lipid peroxidation inhibition activity.
In this example, a blank without rat brain lipid was used, and its absorbance at 532 nm was set to 0.00. In this assay system, the average absorbance (OD) at 532 nm of the control (drug-free condition) was about 0.37.

(結果)
化合物1のラット脳脂質過酸化抑制活性の結果を図8に示す。化合物1のIC50値は 2.5 μM であった。従って試験した化合物1は、生体脂質過酸化抑制活性を有していることが明らかとなった。ポジティブコントロールとして用いたβ-caroteneは72 μMであった。また、astaxanthinは100 μMでも抑制活性を示さなかった。
(result)
FIG. 8 shows the rat brain lipid peroxidation inhibitory activity of Compound 1. FIG. The IC50 value for compound 1 was 2.5 μM. Therefore, it was revealed that the tested compound 1 has biolipid peroxidation inhibitory activity. β-carotene used as a positive control was 72 μM. Moreover, astaxanthin did not show inhibitory activity even at 100 µM.

(一重項酸素消去活性)
一重項酸素によって産生する酸化リノール酸の量を測定した。
(1)ディスポカルチャーチューブに0.025 mMメチレンブルー溶液80 μl、0.24 Mリノール酸溶液100 μl、サンプル溶液40 μl(以上すべてEtOH溶液)、EtOH180 μlを加えて(計400 μl)よく撹拌した。
(2)EtOHの蒸発を抑えるためにビー玉をチューブに乗せた状態で、蛍光灯の下で3時間光照射を行い、一重項酸素を発生させた。なお光照射量が一定になるように実験は発泡スチロール箱中で行い、蛍光灯スタンドとサンプルの距離は17 cm程度となるように設定した。実験は3連で行い、その平均値をデータとして用いた。
(3)3時間後、反応液120 μlを別のチューブに移し、ここに3,480 μlのEtOHを加えた希釈液(=30倍希釈)について、λ235 nmの吸光度(Abs235)を測定し、一重項酸素によって産生した酸化リノール酸量を求めた。
(4)サンプルの1O2消去率は、式 {100-(S-B2)/(C-B1)}×100を計算することによって求めた。
ここで、S (sample)は光照射・サンプル添加でのA235を、C (Control)は光照射・サンプル無添加でのA235を、B1 (Blank1)は光無照射・サンプル無添加でのA235を、B2 (Blank2)は光無照射・サンプル添加でのA235を示す。Controlの吸光度は1.2、Blankの吸光度は0.3程度であった。
(5)各化合物に対する評価はC, B1, B2はシングル、Sは各濃度3連で行った。得られたデータ(Sについては得られた吸光度の平均値)を用いて、縦軸阻害%、横軸化合物濃度とする回帰直線を求め、ここからIC501O2によるリノール酸酸化を50%阻害する濃度)を求めた。
実験は、吸収極大波長における吸光度と分子吸光係数(ε,mM-1cm-1)から算出した各サンプルの物質量をもとに調整した1 μM, 10 μM, 100 μM液(最終濃度)について3連で実施した。ポジティブコントロールには、自然界に広く分布するカロテノイドであるβ-carotene、astaxanthinを用いた。IC50は作成した回帰直線を用いて算出した。
(Singlet oxygen scavenging activity)
The amount of oxidized linoleic acid produced by singlet oxygen was measured.
(1) 80 μl of 0.025 mM methylene blue solution, 100 μl of 0.24 M linoleic acid solution, 40 μl of sample solution (all EtOH solutions), and 180 μl of EtOH were added to a disposable culture tube (400 μl in total) and stirred well.
(2) Singlet oxygen was generated by light irradiation under a fluorescent lamp for 3 hours with a marble placed on the tube to suppress the evaporation of EtOH. The experiment was conducted in a polystyrene foam box so that the amount of light irradiation was constant, and the distance between the fluorescent lamp stand and the sample was set to about 17 cm. The experiment was performed in triplicate, and the average value was used as data.
(3) After 3 hours, 120 μl of the reaction solution was transferred to another tube, and 3,480 μl of EtOH was added to the diluted solution (= 30-fold dilution), and the absorbance at λ 235 nm (Abs 235 ) was measured, The amount of oxidized linoleic acid produced by singlet oxygen was determined.
(4) The 1 O 2 scavenging rate of the sample was obtained by calculating the formula {100−(S−B2)/(C−B1)}×100.
Here, S (sample) is A 235 with light irradiation and sample addition, C (Control) is A 235 with light irradiation and no sample addition, and B1 (Blank 1) is without light irradiation and no sample addition. A 235 is shown, and B2 (Blank 2) shows A 235 with no light irradiation and sample addition. The control absorbance was 1.2, and the blank absorbance was about 0.3.
(5) Evaluation of each compound was performed in singles for C, B1, and B2, and in triplicate for each concentration for S. Using the data obtained (average absorbance obtained for S), a regression line was determined with % inhibition on the vertical axis and compound concentration on the horizontal axis . % inhibitory concentration) was determined.
Experiments were carried out on 1 μM, 10 μM, and 100 μM solutions (final concentrations) adjusted based on the amount of substance in each sample calculated from the absorbance at the absorption maximum wavelength and the molecular extinction coefficient (ε, mM -1 cm -1 ) It was performed in triplicate. β-carotene and astaxanthin, which are carotenoids widely distributed in nature, were used as positive controls. IC50 was calculated using the generated regression line.

(結果)
図9に化合物1の1O2消去活性の結果を示す。IC50値はそれぞれ、化合物1 3.2 μM、 β-carotene 12 μM、astaxanthin 1.2 μMであった。化合物1は、ポジティブコントロールであるastaxanthinと比較し、弱い活性しか示さなかったが、β-caroteneと比較すると強い活性を示した。
(result)
FIG. 9 shows the results of the 1 O 2 scavenging activity of Compound 1. The IC50 values were 3.2 μM for compound 1, 12 μM for β-carotene and 1.2 μM for astaxanthin, respectively. Compound 1 exhibited only weak activity compared to the positive control astaxanthin, but exhibited strong activity compared to β-carotene.

(化合物1の脂肪細胞分化誘導活性)
脂肪細胞の分化を誘導する化合物(例: PPARg agonist)には、血糖値を下げ糖尿病を改善する作用が期待される。そこでこのような作用を化合物1が有するかどうかを、mouse 3T3-L1細胞の分化誘導実験を用いて検討した。分化程度の定量にはoil red染色を用いた。有意差検定を行うため、すべて3連(triplicate)の実験として実施した。
(Adipocyte differentiation-inducing activity of compound 1)
Compounds that induce adipocyte differentiation (eg, PPARg agonists) are expected to have the effect of lowering blood sugar levels and improving diabetes. Therefore, whether or not compound 1 has such an effect was examined using mouse 3T3-L1 cell differentiation induction experiments. Oil red staining was used to quantify the degree of differentiation. All experiments were performed in triplicate for significance testing.

(細胞培養)
(1)継代数10以下の3T3-L1細胞を4.0 x106 cell/wellとなるように12 well plateにまきこんだ(DMEM + 10%Bovine Calf Serm, BCS)。
(2)表4に示す実験スケジュールで培地交換し、実施例4で単離された化合物1(最終濃度2.5 mM、5.0 mM、10 mM)又はポジティブコントロールとしてロシグリタゾン(最終濃度10 nM、1000 nM)をDMSOに溶解したサンプルを培地1 mLに対して1 μL添加し、Oil red O染色に用いた。各濃度3連で実施した。
ロシグリタゾン(rosiglitazone)は、代表的なPPARg agonistとして知られ、糖尿病の薬としても使用されている。
分化誘導培地Iの組成は、DMEM + 10%Fetalcalf serum(FBS), insulin(6 μg/mL), 0.6 μM dexamthazone, 0.5mM IBMXであり、分化誘導培地IIの組成は、DMEM + 10%FBS, insulin(6 μg/mL)である。
(cell culture)
(1) 3T3-L1 cells at passage number 10 or less were seeded in a 12-well plate (DMEM + 10% Bovine Calf Serm, BCS) at 4.0 x 106 cells/well.
(2) The medium was exchanged according to the experimental schedule shown in Table 4, and compound 1 isolated in Example 4 (final concentrations 2.5 mM, 5.0 mM, 10 mM) or rosiglitazone (final concentrations 10 nM, 1000 nM) as a positive control ) was dissolved in DMSO, and 1 μL of the sample was added to 1 mL of the medium and used for Oil red O staining. Each concentration was performed in triplicate.
Rosiglitazone is known as a representative PPARg agonist and is also used as a diabetes drug.
The composition of differentiation-inducing medium I is DMEM + 10% Fetalcalf serum (FBS), insulin (6 μg/mL), 0.6 μM dexamthazone, 0.5 mM IBMX, and the composition of differentiation-inducing medium II is DMEM + 10% FBS, insulin (6 μg/mL).

Figure 0007294636000012
Figure 0007294636000012

(Oil red O染色)
(1)OilRed O(和光、病理研究用、コードNo. 154-02072)30 mgと100 % isopropanol10 mLを50 mLファルコンコンチューブに入れ、30秒間ボルテックスをした。その中から9 mLを別のファルコンチューブに移しMilliQ waterを6 mL加えて遠心し、静置して溶けきらないOil Red O粉末を沈殿させた。その後、0.45 μmフィルターを通し、濾過した。濾過後の液は長時間(約2時間)空気中にさらすと結晶が析出してくることがあるので、当日用意した。
(2)培養した3T3-L1細胞の培地を吸引除去し、PBS(-)(1 mL/well)で2回細胞を洗浄した。
(3)4%Paraformaldehyde Phosphate Buffer Solution(PFA)(和光、組織固定用、コードNo. 163-20145) を1 mLずつwellに入れ、45分間室温で放置した。
(4)4%PFAを吸引除去し、PBS(-)(1 mL/well)で2回洗浄した。その後、60 % isopropanol(1mL/well)を加えて5分間室温で放置した。
(5)作成済みのOil red O染色液を1 mLずつ入れ、10分間室温で放置し染色した。染色液を吸引除去し、60 % isopropanol(1 mL/well)で1回洗浄して吸引除去した。
(6)さらにPBS(-)(1 mL/well)で2回洗浄し、PBS(-)中で顕微鏡観察した。
(7)観察後、PBS(-)を吸引除去し、100 % isopropanol(1 mL/well)を加えて30分ほど放置してからピペッティングを行い、染色液を溶解させた。ここから200 μLを96穴プレートに移し、マイクロプレートリーダーで492 nmの吸光度を測定した。
サンプルを含まないDMSOのみ添加した群の吸光度平均値をコントロール値(C)とし、測定したサンプルの各濃度の吸光度の平均値(T)からCを引いて、Cで割った数値((T-C)/C)を吸光度の増加率とし、有意に増加率が1より大きいものを分化誘導活性ありと判定した(図10中、**印がついたものは有意差あり)。統計処理は全てのデータにおいて、一元配置分散分析及び多重比較を行った。統計的有意性はP < 0.05で示した。
(Oil red O staining)
(1) 30 mg of OilRed O (Wako, for pathological research, Code No. 154-02072) and 10 mL of 100% isopropanol were placed in a 50 mL Falcon tube and vortexed for 30 seconds. 9 mL of it was transferred to another falcon tube, 6 mL of MilliQ water was added, centrifuged, and allowed to stand to precipitate the insoluble Oil Red O powder. It was then filtered through a 0.45 μm filter. If the liquid after filtration is exposed to the air for a long time (about 2 hours), crystals may precipitate, so it was prepared on the day.
(2) The medium of the cultured 3T3-L1 cells was removed by aspiration, and the cells were washed twice with PBS(-) (1 mL/well).
(3) 1 mL of 4% Paraformaldehyde Phosphate Buffer Solution (PFA) (Wako, for tissue fixation, Code No. 163-20145) was added to each well and allowed to stand at room temperature for 45 minutes.
(4) 4% PFA was removed by aspiration and washed twice with PBS(-) (1 mL/well). After that, 60% isopropanol (1 mL/well) was added and allowed to stand at room temperature for 5 minutes.
(5) 1 mL of the previously prepared Oil red O staining solution was added to each tube and allowed to stand at room temperature for 10 minutes for staining. The staining solution was removed by suction, washed once with 60% isopropanol (1 mL/well), and removed by suction.
(6) Further washed twice with PBS(-) (1 mL/well) and observed under a microscope in PBS(-).
(7) After observation, PBS(-) was removed by aspiration, 100% isopropanol (1 mL/well) was added, and after standing for about 30 minutes, pipetting was performed to dissolve the staining solution. From here, 200 μL was transferred to a 96-well plate, and the absorbance at 492 nm was measured using a microplate reader.
The control value (C) is the average absorbance value of the group to which only DMSO was added without the sample, and the value obtained by subtracting C from the average absorbance value (T) of each concentration of the measured sample and dividing it by C ((TC) /C) was defined as the rate of increase in absorbance, and those with a significantly greater rate of increase than 1 were determined to have differentiation-inducing activity (in FIG. 10, those marked with ** indicate significant differences). For statistical processing, one-way analysis of variance and multiple comparisons were performed for all data. Statistical significance was indicated at P < 0.05.

(結果)
実験結果を図10に示す。化合物1は2.5 &#8211; 10 μMの範囲で濃度依存的に3T3-L1細胞の脂肪細胞分化誘導活性を示し、5.0 μM以上において有意に脂肪細胞分化誘導活性を示した。
加えて、最も有効な濃度での誘導活性の強さはポジティブコントロールとして用いたロシグリタゾンに匹敵する強さであった。
(result)
Experimental results are shown in FIG. Compound 1 showed adipocyte differentiation-inducing activity of 3T3-L1 cells in a concentration-dependent manner in the range of 2.5 &#8211;
In addition, the strength of induction activity at the most effective concentration was comparable to that of rosiglitazone used as a positive control.

本発明では、式(1)で表されるカロテノイド、アンテラキサンチン及びビオラキサンチンのいずれか1以上を合成できる製造方法を提供することができる。 The present invention can provide a production method capable of synthesizing any one or more of carotenoid, antheraxanthin and violaxanthin represented by formula (1).

Claims (10)

式(1)又は式(1A’)で表されるカロテノイド。
Figure 0007294636000013
Figure 0007294636000014
A carotenoid represented by formula (1) or formula (1A').
Figure 0007294636000013
Figure 0007294636000014
式(1)で表されるカロテノイドを含む、抗酸化剤。
Figure 0007294636000015
An antioxidant containing a carotenoid represented by formula (1).
Figure 0007294636000015
式(1)で表されるカロテノイドを含む、脂質過酸化抑制剤。
Figure 0007294636000016

A lipid peroxidation inhibitor containing a carotenoid represented by formula (1).
Figure 0007294636000016

式(1)で表されるカロテノイドを含む、一重項酸素消去剤。
Figure 0007294636000017
A singlet oxygen quencher containing a carotenoid represented by formula (1).
Figure 0007294636000017
式(1)で表されるカロテノイドを含む、脂質細胞分化誘導剤。
Figure 0007294636000018
An adipocyte differentiation inducer containing a carotenoid represented by formula (1).
Figure 0007294636000018
以下の(A)又は(B)の遺伝子を導入した大腸菌由来の組換え細胞:
(A)
(1)Pantoea ananatis由来のcrtE遺伝子、crtB遺伝子、crtI遺伝子、crtY遺伝子及びcrtZ遺伝子、
(2)Capsicum annuum由来のCaZEP遺伝子、及び
(3)Arabidopsis thaliana由来のAtCYO1遺伝子
又は、
(B)
(1)Pantoea ananatis由来のcrtE遺伝子、crtB遺伝子、crtI遺伝子、crtY遺伝子及びcrtZ遺伝子、及び、
(2)Capsicum annuum由来のCaZEP遺伝子。
Recombinant cells derived from Escherichia coli into which the following genes (A) or (B) have been introduced:
(A)
(1) crtE gene, crtB gene, crtI gene, crtY gene and crtZ gene derived from Pantoea ananatis ,
(2) CaZEP gene derived from Capsicum annuum , and (3) AtCYO1 gene derived from Arabidopsis thaliana , or
(B)
(1) crtE gene, crtB gene, crtI gene, crtY gene and crtZ gene derived from Pantoea ananatis , and
(2) CaZEP gene derived from Capsicum annuum .
さらに、Haematococcus pluvialis由来のIDI遺伝子を導入した、請求項6に記載の大腸菌由来の組換え細胞。
7. The recombinant cell derived from Escherichia coli according to claim 6, further into which an IDI gene derived from Haematococcus pluvialis has been introduced.
さらに、Nostoc sp. PCC7120由来のNsRF遺伝子及び/又はBacillus subtilis由来のgdh遺伝子を導入した、請求項6又は7に記載の大腸菌由来の組換え細胞。
8. The recombinant cell derived from Escherichia coli according to claim 6 or 7, further into which the NsRF gene derived from Nostoc sp. PCC7120 and/or the gdh gene derived from Bacillus subtilis has been introduced.
請求項6~8のいずれか1に記載の大腸菌由来の組換え細胞を培養して得られる培養物又は菌体からカロテノイドを得ることを特徴とする、カロテノイドの製造方法。
A method for producing carotenoids, which comprises obtaining carotenoids from a culture or bacterial cells obtained by culturing the E. coli-derived recombinant cells according to any one of claims 6 to 8.
請求項6~8のいずれか1に記載の大腸菌由来の組換え細胞を培養して得られる培養物又は菌体から式(1)又は式(1A’)で表されるカロテノイド、アンテラキサンチン及びビオラキサンチンのいずれか1以上を得る、又は、アンテラキサンチン及びビオラキサンチンのいずれか1以上を得ることを特徴とする、カロテノイドの製造方法。
Figure 0007294636000019

Figure 0007294636000020
Carotenoids, antheraxanthins and viola represented by formula (1) or formula (1A') from cultures or cells obtained by culturing the E. coli -derived recombinant cells according to any one of claims 6 to 8 A method for producing a carotenoid, characterized by obtaining one or more of xanthines, or obtaining one or more of antheraxanthins and violaxanthins.
Figure 0007294636000019

Figure 0007294636000020
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