JP7319652B2 - protein cell surface expressing yeast - Google Patents

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Description

本発明は、タンパク質細胞表層発現酵母に関する。 The present invention relates to protein cell surface expressing yeast.

例えば、リグノセルロース系バイオマスからのエタノールの生産のために、セルロース分解酵素のようなタンパク質を酵母に発現させ、それをその細胞の表層に効率良く提示する表層提示技術が用いられてきた(例えば、特許文献1および2)。こうした表層提示技術の改良のために、従来、高発現プロモーターを用いてタンパク質の発現量を増やすか、または分泌能力が高いシグナル配列を用いて異種タンパク質を効率良く細胞表層へ輸送するように、表層提示を目的とするタンパク質を含む発現カセットを改良するアプローチが取られてきた。 For example, for the production of ethanol from lignocellulosic biomass, surface display techniques have been used to express proteins such as cellulolytic enzymes in yeast and efficiently display them on the surface of the cells (e.g., Patent Documents 1 and 2). In order to improve such surface display technology, it has been conventional to increase the amount of protein expression using a high-expression promoter, or to efficiently transport heterologous proteins to the cell surface using a signal sequence with high secretion ability. Approaches have been taken to improve expression cassettes containing proteins for display purposes.

このようなアプローチにより作製されたタンパク質表層発現酵母では、細胞表層のタンパク質の活性を所定レベルまで向上させることができる。しかし、実用性の点、例えばエタノールなどの目的物の工業的生産性を向上させる目的でみれば、未だ十分なニーズに応えているとは言い難く、さらなる表層のタンパク質活性の向上が求められている。 In the protein surface-expressing yeast prepared by such an approach, the activity of the protein on the cell surface can be improved to a predetermined level. However, from the point of view of practicality, for example, for the purpose of improving the industrial productivity of the target product such as ethanol, it is difficult to say that the needs have been sufficiently met, and further improvement of the protein activity of the surface layer is required. there is

国際公開第2014/157141号WO2014/157141 国際公開第2016/017736号WO2016/017736

本発明は、従来からの細胞表層提示技術の発現カセット改良アプローチのみに固執することなく、細胞表層のタンパク質の活性を一層向上させることができるタンパク質細胞表層発現酵母を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a protein cell surface-expressing yeast capable of further improving the activity of the protein on the cell surface without adhering only to the expression cassette improvement approach of the conventional cell surface display technology.

本発明は、タンパク質を細胞表層発現する形質転換酵母であって、
CCW12遺伝子、CCW14遺伝子、DAN1遺伝子、TIP1遺伝子、CWP1遺伝子、およびそれらに相当する遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの細胞壁関連遺伝子を保有する宿主酵母における少なくとも1つの該細胞壁関連遺伝子の機能を欠損しており、かつ
プロモーター、分泌シグナル配列、該タンパク質をコードするDNA、アンカードメインをコードするDNAおよびターミネーターを含むポリヌクレオチドが導入されている、
形質転換酵母を提供する。
The present invention provides a transformed yeast that expresses a protein on the cell surface,
Function of at least one cell wall-related gene in a host yeast carrying at least one cell wall-related gene selected from the group consisting of CCW12 gene, CCW14 gene, DAN1 gene, TIP1 gene, CWP1 gene, and corresponding genes deleted, and has introduced a polynucleotide comprising a promoter, a secretory signal sequence, DNA encoding the protein, DNA encoding the anchor domain, and a terminator;
A transformed yeast is provided.

1つの実施形態では、上記形質転換酵母は、CCW12遺伝子およびCCW14遺伝子の少なくとも一方の上記細胞壁関連遺伝子の機能を欠損している。 In one embodiment, the transformed yeast lacks the function of at least one of the CCW12 gene and the CCW14 gene.

1つの実施形態では、上記形質転換酵母は、CCW12遺伝子、CCW14遺伝子、DAN1遺伝子、TIP1遺伝子およびCWP1遺伝子の全ての上記細胞壁関連遺伝子の機能を欠損している。 In one embodiment, the transformed yeast lacks the functions of all of the cell wall-associated genes of CCW12 gene, CCW14 gene, DAN1 gene, TIP1 gene and CWP1 gene.

1つの実施形態では、上記形質転換酵母は、SED1遺伝子の機能をさらに欠損している。 In one embodiment, the transformed yeast further lacks the function of the SED1 gene.

1つの実施形態では、上記タンパク質は酵素である。 In one embodiment, the protein is an enzyme.

1つの実施形態では、上記酵素はセルロース分解酵素である。 In one embodiment, the enzyme is a cellulolytic enzyme.

1つの実施形態では、上記宿主酵母はサッカロマイセス属酵母である。 In one embodiment, the host yeast is Saccharomyces yeast.

本発明は、タンパク質を細胞表層発現する形質転換酵母の製造方法を提供し、この方法は、
CCW12遺伝子、CCW14遺伝子、DAN1遺伝子、TIP1遺伝子、CWP1遺伝子、およびそれらに相当する遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの細胞壁関連遺伝子を保有する宿主酵母における、該宿主酵母の少なくとも1つの該細胞壁関連遺伝子の機能を欠損させる工程、および
該宿主酵母に、プロモーター、分泌シグナル配列、該タンパク質をコードするDNA、アンカードメインをコードするDNAおよびターミネーターを含むポリヌクレオチドを導入する工程
を含む。
The present invention provides a method for producing a transformed yeast that expresses a protein on the cell surface, the method comprising:
At least one cell wall of the host yeast in the host yeast carrying at least one cell wall-associated gene selected from the group consisting of CCW12 gene, CCW14 gene, DAN1 gene, TIP1 gene, CWP1 gene, and corresponding genes. and introducing into said host yeast a polynucleotide comprising a promoter, a secretory signal sequence, DNA encoding said protein, DNA encoding an anchor domain and a terminator.

本発明は、上記形質転換酵母を含む、酵素剤を提供する。 The present invention provides an enzymatic preparation containing the transformed yeast.

1つの実施形態では、上記酵素剤はバイオマスを用いたエタノール製造のために用いられる。 In one embodiment, the enzymatic agent is used for ethanol production using biomass.

本発明は、エタノールの製造方法を提供し、この方法は、上記形質転換酵母を、β-1,4結合したグルコース多糖を含む培地で培養する工程を含む。 The present invention provides a method for producing ethanol, which method comprises the step of culturing the above transformed yeast in a medium containing β-1,4-linked glucose polysaccharides.

本発明によれば、酵母の細胞表層の細胞壁構造を変化させることにより、当該細胞表層におけるタンパク質の活性をより向上させることができる。さらに、本発明によれば、例えば、リグノセルロース系バイオマスからエタノールの生産に有用なセルロース分解酵素を細胞表層に発現させた酵母を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, by changing the cell wall structure of the cell surface layer of yeast, the activity of proteins in the cell surface layer can be further improved. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide, for example, yeast in which a cellulolytic enzyme useful for ethanol production from lignocellulosic biomass is expressed on the cell surface.

サッカロマイセス・セレビシエBY4741株およびその5遺伝子ノックアウト株をそれぞれ宿主として発現カセットX8を含むプラスミドを導入して得られた表層提示形質転換酵母(A:BY-EG-SSSD株およびB:GPIm-EGSD株)のそれぞれの細胞壁の形態を示す電子顕微鏡写真である。Surface display transformed yeast obtained by introducing a plasmid containing expression cassette X8 into Saccharomyces cerevisiae BY4741 strain and its 5-gene knockout strain as hosts (A: BY-EG-SSSD strain and B: GPIm-EGSD strain) 2 is an electron micrograph showing the morphology of the cell wall of each. サッカロマイセス・セレビシエBY4741株およびその5遺伝子ノックアウト株をそれぞれ宿主として発現カセットX7を含むプラスミドを導入して得られた表層提示形質転換酵母(BY-BG-SSSD株およびGPIm-BGSD株)の(A)菌体のβ-グルコシダーゼ活性および(B)菌体増殖の経時変化を示すグラフである。(A) of surface display transformed yeast (BY-BG-SSSD strain and GPIm-BGSD strain) obtained by introducing a plasmid containing expression cassette X7 using Saccharomyces cerevisiae strain BY4741 and its 5-gene knockout strain as hosts. 1 is a graph showing changes over time in β-glucosidase activity of cells and (B) growth of cells. サッカロマイセス・セレビシエBY4741株およびその5遺伝子ノックアウト株を宿主として発現カセットX8を含むプラスミドを導入して得られた表層提示形質転換酵母(BY-EG-SSSD株およびGPIm-EGSD株)の菌体のエンドグルカナーゼ活性を示すグラフである。Cell end of surface display transformed yeast (BY-EG-SSSD strain and GPIm-EGSD strain) obtained by introducing a plasmid containing expression cassette X8 into Saccharomyces cerevisiae strain BY4741 and its 5-gene knockout strain as hosts Fig. 3 is a graph showing glucanase activity; サッカロマイセス・セレビシエBY4741株、5遺伝子ノックアウト株、および5遺伝子のうちの2つ(CCW12およびCCW14)または3つ(TIP1、CWP1、およびDAN1)のみをノックアウトした株を宿主として発現カセットX7を含むプラスミドを導入して得られた表層提示形質転換酵母(BY-BG-SSSD株、GPIm-BGSD株、ccw12/ccw14-BGSD株、tip1/cwp1/dan1-BGSD株)の(A)菌体のβ-グルコシダーゼ活性および(B)菌体増殖の経時変化を示すグラフである。Saccharomyces cerevisiae strain BY4741, a 5-gene knockout strain, and a strain in which only 2 (CCW12 and CCW14) or 3 (TIP1, CWP1, and DAN1) of the 5 genes are knocked out were used as hosts to generate a plasmid containing the expression cassette X7. (A) Cell β-glucosidase of surface display transformed yeast (BY-BG-SSSD strain, GPIm-BGSD strain, ccw12/ccw14-BGSD strain, tip1/cwp1/dan1-BGSD strain) obtained by introduction It is a graph which shows a time-dependent change of activity and (B) bacterial growth. 5遺伝子ノックアウト株を宿主として発現カセットX7を含むプラスミドを導入して得られた表層提示形質転換酵母(GPIm-BGSD株)およびその株のSED1遺伝子を追加でノックアウトした形質転換株(GPIm-sed1-BGSD株)の(A)菌体のβ-グルコシダーゼ活性および(B)菌体増殖の経時変化を示すグラフである。Surface display transformed yeast (GPIm-BGSD strain) obtained by introducing a plasmid containing expression cassette X7 into a 5-gene knockout strain as a host, and a transformant strain (GPIm-sed1- BGSD strain) (A) β-glucosidase activity of cells and (B) time course of cell growth. サッカロマイセス・セレビシエBY4741株、CCW12およびCCW14の2遺伝子ノックアウト株、および5遺伝子ノックアウト株を宿主として発現カセットX7を含むプラスミドを導入して得られた表層提示形質転換酵母(BY-BG-SSSD株、ccw12/ccw14-BGSD株、およびGPIm-BGSD株)のセロビオース含有培地における培養の際の培養液中の(A)セロビオースおよび(B)エタノールの濃度の経時変化を示すグラフである。Saccharomyces cerevisiae BY4741 strain, CCW12 and CCW14 2-gene knockout strains, and 5-gene knockout strains were used as hosts, and surface-displaying transformed yeast obtained by introducing a plasmid containing the expression cassette X7 (BY-BG-SSSD strain, ccw12 2 is a graph showing changes over time in the concentration of (A) cellobiose and (B) ethanol in the culture solution during cultivation of the /ccw14-BGSD strain and the GPIm-BGSD strain) in a cellobiose-containing medium.

本発明について、以下、詳細に説明する。 The present invention will now be described in detail.

(1.細胞表層提示方法)
まず、本発明のタンパク質細胞表層発現酵母に採用される細胞表層提示方法について説明する。この細胞表層提示方法は、プロモーター、分泌シグナル配列、細胞表層に提示する目的のタンパク質(「目的タンパク質」)をコードするDNA、アンカードメインをコードするDNAおよびターミネーターを含むポリヌクレオチドを用いて行われる。
(1. Cell Surface Presentation Method)
First, the cell surface display method adopted for the protein cell surface-expressing yeast of the present invention will be described. This cell surface display method is carried out using a polynucleotide containing a promoter, a secretory signal sequence, a DNA encoding a protein of interest to be displayed on the cell surface (“protein of interest”), a DNA encoding an anchor domain, and a terminator.

(1.1 アンカードメインをコードするDNA)
「アンカードメイン」とは、目的タンパク質を酵母の細胞表層に固定化するアンカー活性を有するドメインをいう。「アンカードメイン」としては、例えば、細胞表層局在タンパク質が用いられ得る。「細胞表層局在タンパク質」は、細胞表層に固定化または付着もしくは接着し、そこに局在するタンパク質をいう。細胞表層局在タンパク質としては、脂質で修飾されたタンパク質が知られており、この脂質が膜成分と共有結合することにより細胞膜に固定される。
(1.1 DNA Encoding Anchor Domain)
The term “anchor domain” refers to a domain having an anchoring activity that immobilizes a target protein on the cell surface of yeast. As the "anchor domain", for example, a cell surface localized protein can be used. A “cell surface-localized protein” refers to a protein that is immobilized or attached or adhered to the cell surface and localized there. A lipid-modified protein is known as a cell surface-localized protein, and is fixed to the cell membrane by covalently binding the lipid to a membrane component.

細胞表層局在タンパク質の代表例として、GPI(glycosyl phosphatidyl inositol(グリコシルホスファチジルイノシトール):エタノールアミンリン酸-6マンノースα-1,2マンノースα-1,6マンノースα-1,4グルコサミンα-1,6イノシトールリン脂質を基本構造とする糖脂質)アンカータンパク質を挙げることができる。GPIアンカータンパク質は、そのC末端に糖脂質であるGPIを有しており、このGPIが細胞膜中のPI(phosphatidyl inositol(ホスファチジルイノシトール))と共有結合することによって細胞膜表面に結合する。 Representative examples of cell surface localized proteins include GPI (glycosyl phosphatidyl inositol): ethanolamine phosphate-6 mannose α-1,2 mannose α-1,6 mannose α-1,4 glucosamine α-1, Glycolipid anchor proteins having a basic structure of 6-inositol phospholipids can be mentioned. A GPI-anchored protein has a glycolipid, GPI, at its C-terminus, and this GPI binds to the cell membrane surface by covalently bonding with PI (phosphatidyl inositol) in the cell membrane.

GPIアンカータンパク質のC末端へのGPIの結合は、例えば以下のようにして行われる。GPIアンカータンパク質は、転写および翻訳の後、N末端側に存在する分泌シグナルの作用により小胞体内腔に分泌される。GPIアンカータンパク質のC末端またはその近傍の領域に、GPIアンカーがGPIアンカータンパク質と結合する際に認識されるGPIアンカー付着シグナルと呼ばれる領域が存在する。小胞体内腔およびゴルジ体において、このGPIアンカー付着シグナル領域が切断され、新たに生じるC末端にGPIが結合する。 Binding of GPI to the C-terminus of a GPI-anchored protein is performed, for example, as follows. After transcription and translation, GPI-anchored proteins are secreted into the lumen of the endoplasmic reticulum by the action of a secretory signal present on the N-terminal side. A region called a GPI-anchor attachment signal that is recognized when the GPI-anchor binds to the GPI-anchor protein exists in the C-terminus of the GPI-anchor protein or in the region near it. In the lumen of the endoplasmic reticulum and the Golgi apparatus, this GPI-anchor attachment signal region is cleaved and GPI binds to the newly generated C-terminus.

GPIが結合したタンパク質は、分泌小胞により細胞膜まで運ばれ、GPIが細胞膜のPIに共有結合することにより、細胞膜に固定される。さらに、ホスファチジルイノシトール依存性ホスホリパーゼC(PI-PLC)によりGPIアンカーが切断され、細胞壁に組み込まれることにより細胞壁に固定された状態で、細胞表面に提示される。 GPI-linked proteins are transported to the cell membrane by secretory vesicles and anchored to the cell membrane by covalent binding of GPI to PI in the cell membrane. Furthermore, the GPI anchor is cleaved by phosphatidylinositol-dependent phospholipase C (PI-PLC), incorporated into the cell wall, and presented on the cell surface in a cell wall-anchored state.

細胞表層提示の方法としては、例えば、GPIアンカリング領域を用いる方法が挙げられる。この方法では、「GPIアンカリング領域」として、細胞表層局在タンパク質であるGPIアンカータンパク質の全体、またはその細胞壁結合領域であるGPIアンカー付着シグナル領域を含む領域をコードするDNAを用いることができる。この方法では、「アンカードメイン」として、GPIアンカータンパク質の全体、またはその細胞壁結合領域であるGPIアンカー付着シグナル領域を含む領域が用いられる。GPIアンカリング領域を用いる方法では、GPIアンカー付着シグナルを細胞表層提示に利用する。細胞壁結合領域(GPIアンカー付着シグナル領域)は、通常、細胞表層局在タンパク質のC末端側の領域である。細胞壁結合領域は、GPIアンカー付着シグナル領域を含んでいればよく、融合タンパク質の酵素活性を阻害しない限り、GPIアンカータンパク質のその他の任意の部分を含んでいてもよい。 Methods of cell surface display include, for example, methods using GPI anchoring regions. In this method, the "GPI anchoring region" can be a DNA encoding the entire GPI anchor protein, which is a cell surface localized protein, or a region containing the GPI anchor attachment signal region, which is its cell wall binding region. In this method, the entire GPI-anchored protein or a region containing the GPI-anchor attachment signal region, which is the cell wall binding region thereof, is used as the “anchor domain”. Methods using GPI-anchored regions utilize GPI-anchor attachment signals for cell surface presentation. The cell wall binding domain (GPI anchor attachment signal domain) is usually the C-terminal domain of the cell surface localized protein. The cell wall-binding region may contain the GPI-anchor attachment signal region, and may contain any other portion of the GPI-anchor protein as long as it does not inhibit the enzymatic activity of the fusion protein.

GPIアンカータンパク質は、酵母細胞で機能するタンパク質であればよい。このようなGPIアンカータンパク質としては、例えば、SED1、α-またはa-アグルチニン(AGα1、AGA1)、TIP1、FLO(例えばFLO1)、CWP1およびCWP2が挙げられる。アンカードメインとして、好ましくは、SED1またはその細胞壁結合領域(GPIアンカー付着シグナル領域)が用いられる。アンカードメインとして、α-アグルチニンのC末端から320アミノ酸を含む領域もまた好適に用いられ、この領域をコードするDNAは、α-アグルチニン遺伝子の3’末端側の半分の領域とも称される。 The GPI-anchored protein may be any protein that functions in yeast cells. Such GPI-anchored proteins include, for example, SED1, α- or a-agglutinin (AGα1, AGA1), TIP1, FLO (eg FLO1), CWP1 and CWP2. As the anchor domain, SED1 or its cell wall binding domain (GPI anchor attachment signal domain) is preferably used. A region containing 320 amino acids from the C-terminus of α-agglutinin is also preferably used as the anchor domain, and the DNA encoding this region is also referred to as the 3′-terminal half region of the α-agglutinin gene.

SED1の遺伝子(Sed1)は、例えば、GenBankに登録された配列情報に基づき、当業者が通常用いる方法を用いて入手することができる(GenBank accession number NM_001180385;NCBI Gene ID:851649)。Sed1のタンパク質コーディング領域の塩基配列を配列番号11(開始メチオニンを除く場合の配列を配列番号47に示す)に示し、コードされるタンパク質のアミノ酸配列を配列番号12(開始メチオニンを除く場合の配列を配列番号48に示す)に示す。SED1の細胞壁結合領域は、例えば、配列番号48の110位から338位を含む領域である。SED1をコードするDNAは、配列番号48のアミノ酸配列の全長をコードするポリヌクレオチドであっても、またはアンカー機能を損なわない限り、一部の配列(例えば、配列番号48の110位から338位のアミノ酸配列を含む配列)をコードするDNAであってもよい。 The SED1 gene (Sed1) can be obtained using a method commonly used by those skilled in the art, for example, based on the sequence information registered in GenBank (GenBank accession number NM — 001180385; NCBI Gene ID: 851649). The nucleotide sequence of the protein coding region of Sed1 is shown in SEQ ID NO: 11 (the sequence without the initiation methionine is shown in SEQ ID NO: 47), and the amino acid sequence of the encoded protein is shown in SEQ ID NO: 12 (the sequence without the initiation methionine is (shown in SEQ ID NO: 48). The cell wall binding region of SED1 is, for example, the region containing positions 110 to 338 of SEQ ID NO:48. The DNA encoding SED1 may be a polynucleotide encoding the full length of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 48, or a partial sequence (for example, positions 110 to 338 of SEQ ID NO: 48) as long as it does not impair the anchor function. sequence (including amino acid sequence)).

ここで、本明細書において記載されるタンパク質またはペプチドは、開示されたアミノ酸配列において1または数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、本発明において所望の機能または効果を実質的に有するタンパク質またはペプチドであってもよく、DNAまたはポリヌクレオチドは、そのようなタンパク質またはペプチドをコードするものを含んでもよい。開示されるアミノ酸配列に対するアミノ酸の変異(例えば、欠失、置換もしくは付加)は、いずれか1種類であってもよいし、2種類以上が組み合わされていてもよい。また、これらの変異の総数は、1または数個であるが、その所望の機能または効果を実質的に有する限り特に限定されず、タンパク質またはペプチドの大きさにも依存し得る。変異の総数としては、例えば、1個以上10個以下、1個以上5個以下、1個以上4個以下、1個以上3個以下、または1個以上2個以下が挙げられるが、これらに限定されない。また、変異の総数は、例えば、以下に説明する配列同一性を満たす範囲内であり得る。アミノ酸置換の例としては、各機能または効果を実質的に保持する限りにおいていずれの置換であってもよい。例えば、保存的置換が挙げられる。保存的置換としては、具体的には以下のグループ内(すなわち、括弧内に示すアミノ酸間)での置換が挙げられる:(グリシン、アラニン)、(バリン、イソロイシン、ロイシン)、(アスパラギン酸、グルタミン酸)、(アスパラギン、グルタミン)、(セリン、トレオニン)、(リジン、アルギニン)、(フェニルアラニン、チロシン)。 Here, the protein or peptide described herein consists of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the disclosed amino acid sequence, and has the desired function or effect in the present invention. It may be a protein or peptide substantially comprising, and DNA or polynucleotides may include those encoding such proteins or peptides. Any one type of amino acid mutation (eg, deletion, substitution, or addition) to the disclosed amino acid sequence may be used, or two or more types may be combined. Moreover, the total number of these mutations is one or several, but is not particularly limited as long as it substantially has the desired function or effect, and may also depend on the size of the protein or peptide. The total number of mutations includes, for example, 1 or more and 10 or less, 1 or more and 5 or less, 1 or more and 4 or less, 1 or more and 3 or less, or 1 or more and 2 or less. Not limited. Also, the total number of mutations can be within a range that satisfies sequence identity, eg, as described below. Examples of amino acid substitutions may be any substitutions as long as each function or effect is substantially retained. For example, conservative substitutions are included. Conservative substitutions specifically include substitutions within the following groups (i.e., between the amino acids shown in parentheses): (glycine, alanine), (valine, isoleucine, leucine), (aspartic acid, glutamic acid) ), (asparagine, glutamine), (serine, threonine), (lysine, arginine), (phenylalanine, tyrosine).

他の実施形態としては、本明細書において記載されるタンパク質またはペプチドは、開示されるアミノ酸配列に対して、例えば、70%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を有し、かつ本発明において所望の機能または効果を実質的に有するタンパク質またはペプチドであってもよく、ポリヌクレオチドは、そのようなタンパク質またはペプチドをコードするものであってもよい。アミノ酸配列における配列同一性はまた、開示されるアミノ酸配列に対して、例えば、70%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を有し、かつ本発明において所望の機能または効果を実質的に有するタンパク質またはペプチドをコードするものであってもよい。アミノ酸配列における配列同一性はまた、74%以上、78%以上、80%以上、85%以上、90%以上、91%以上、92%以上、93%以上、94%以上、95%以上、96%以上、97%以上、98%以上、または99%以上であり得る。 In other embodiments, the proteins or peptides described herein have amino acid sequences that have, for example, 70% or greater sequence identity to the disclosed amino acid sequences, and the desired in the present invention. and the polynucleotide may encode such a protein or peptide. Sequence identity in the amino acid sequence also refers to a protein that has an amino acid sequence that has, for example, 70% or more sequence identity with the disclosed amino acid sequence, and that substantially has the desired function or effect in the present invention. Or it may encode a peptide. The sequence identity in the amino acid sequence is also greater than 74%, greater than 78%, greater than 80%, greater than 85%, greater than 90%, greater than 91%, greater than 92%, greater than 93%, greater than 94%, greater than 95%, 96% % or greater, 97% or greater, 98% or greater, or 99% or greater.

本明細書において配列の同一性または類似性とは、当該技術分野で知られているとおり、配列を比較することにより決定される、2以上のタンパク質あるいは2以上のポリヌクレオチドの間の関係である。配列の「同一性」とは、タンパク質またはポリヌクレオチド配列の間のアラインメントによって、あるいは場合によっては、一連の、部分的な配列間のアラインメントによって決定されるような、タンパク質またはポリヌクレオチド配列の間の配列不変性の程度を意味する。また、「類似性」とは、タンパク質またはポリヌクレオチド配列の間のアラインメントによって、あるいは場合によっては、一連の、部分的な配列間のアラインメントによって決定されるような、タンパク質またはポリヌクレオチド配列の間の相関性の程度を意味する。より具体的には、配列の同一性と保存性(配列中の特定アミノ酸または配列における物理化学特性を維持する置換)によって決定される。なお、類似性は、後述するBLASTの配列相同性検索結果においてSimilarityと称される。同一性および類似性を決定する方法は、対比する配列間で最も長くアラインメントするように設計される方法であることが好ましい。同一性および類似性を決定するための方法は、公衆に利用可能なプログラムとして提供されている。例えば、AltschulらによるBLAST(Basic Local Alignment Search Tool)プログラム(例えば、Altschulら, J. Mol. Biol.,1990,215:403-410;Altschylら,Nucleic Acids Res., 1997,25:3389-3402)を利用し決定することができる。BLASTのようなソフトウェアを用いる場合の条件は、特に限定するものではないが、デフォルト値を用いるのが好ましい。 Sequence identity or similarity, as used herein, is a relationship between two or more proteins or two or more polynucleotides determined by comparing the sequences, as is known in the art. . Sequence "identity" refers to the identity between protein or polynucleotide sequences, as determined by an alignment between the protein or polynucleotide sequences, or optionally by an alignment between a series of partial sequences. Denotes the degree of sequence invariance. Also, "similarity" refers to the relationship between protein or polynucleotide sequences, as determined by an alignment between protein or polynucleotide sequences, or optionally by an alignment between a series of partial sequences. means the degree of correlation. More specifically, it is determined by sequence identity and conservation (substitutions that maintain specific amino acids in the sequence or physicochemical properties in the sequence). The similarity is referred to as similarity in the sequence homology search results of BLAST, which will be described later. Methods to determine identity and similarity are preferably those designed to give the longest alignment between the sequences being compared. Methods to determine identity and similarity are provided as publicly available programs. For example, the BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) program by Altschul et al. ) can be used to determine Conditions for using software such as BLAST are not particularly limited, but default values are preferably used.

さらに他の実施形態として、本明細書に記載されるタンパク質またはペプチドは、開示される塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとハイブリダイズしたDNAによりコードされたものであってもよく、そしてポリヌクレオチドは、そのようなハイブリダイズしたDNAを含むものでもよい。開示される塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとのハイブリダイズについては、好ましくは、ストリンジェントな条件でハイブリダイズする。 In still other embodiments, the proteins or peptides described herein may be encoded by DNA hybridized with DNA comprising a nucleotide sequence complementary to the DNA comprising the disclosed nucleotide sequence. Well, and the polynucleotide may comprise such hybridized DNA. Hybridization between a DNA consisting of a disclosed base sequence and a DNA consisting of a complementary base sequence is preferably carried out under stringent conditions.

ストリンジェントな条件とは、例えば、いわゆる特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件をいう。例えば、塩基配列の同一性が高い核酸、すなわち開示される塩基配列と例えば、65%以上、70%以上、75%以上、78%以上、80%以上、85%以上、90%以上、91%以上、92%以上、93%以上、94%以上、95%以上、96%以上、97%以上、98%以上、または99%以上の同一性を有する塩基配列からなるDNAの相補鎖がハイブリダイズし、それより相同性が低い核酸の相補鎖がハイブリダイズしない条件が挙げられる。より具体的には、ナトリウム塩濃度が例えば、15mM~750mM、50mM~750mM、または300mM~750mM、温度が例えば、25℃~70℃、50℃~70℃、または55℃~65℃、そしてホルムアミド濃度が例えば、0%~50%、20%~50%、または35%~45%での条件をいう。さらに、ストリンジェントな条件では、ハイブリダイゼーション後のフィルターの洗浄条件が、ナトリウム塩濃度が例えば、15mM~600mM、50mM~600mM、または300mM~600mM、そして温度が例えば50℃~70℃、55℃~70℃、または60℃~65℃である。また、ストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAとは、例えば、DNAを固定化したフィルターを用いて、0.7~1.0MのNaClの存在下、65℃でハイブリダイゼーションを行った後、0.1~2倍濃度のSSC溶液(1倍濃度のSSC溶液の組成は、150mM NaCl、15mM クエン酸ナトリウムである)の中、65℃でフィルターを洗浄することにより取得できるDNAが挙げられる。ハイブリダイゼーションは、例えば、Sambrookら、Molecular Cloning,A Laboratory Manual,3rd Ed,, Cold Spring Harbor Laboratory(2001)に記載されている方法などの周知の方法で行うことができる。温度が高いほど、または塩濃度が低いほどストリンジェンシーは高くなり、より相同性(配列同一性)の高いポリヌクレオチドを単離できる。 Stringent conditions are, for example, conditions under which so-called specific hybrids are formed and non-specific hybrids are not formed. For example, nucleic acids with high nucleotide sequence identity, i.e., disclosed nucleotide sequences, e.g. 92% or more, 93% or more, 94% or more, 95% or more, 96% or more, 97% or more, 98% or more, or a complementary strand of DNA consisting of a base sequence having 99% or more identity hybridizes and a complementary strand of nucleic acid with lower homology does not hybridize. More specifically, the sodium salt concentration is, for example, 15 mM to 750 mM, 50 mM to 750 mM, or 300 mM to 750 mM, the temperature is, for example, 25° C. to 70° C., 50° C. to 70° C., or 55° C. to 65° C., and formamide It refers to conditions where the concentration is, for example, 0% to 50%, 20% to 50%, or 35% to 45%. Further, stringent conditions include washing conditions for the post-hybridization filter with a sodium salt concentration of, for example, 15 mM to 600 mM, 50 mM to 600 mM, or 300 mM to 600 mM, and a temperature of, for example, 50°C to 70°C, 55°C to 70°C, or 60°C to 65°C. DNA that hybridizes under stringent conditions means, for example, DNA-immobilized filters are used to perform hybridization at 65° C. in the presence of 0.7 to 1.0 M NaCl, followed by Examples include DNA that can be obtained by washing a filter at 65° C. in a 0.1- to 2-fold SSC solution (the composition of a 1-fold SSC solution is 150 mM NaCl and 15 mM sodium citrate). Hybridization can be performed by well-known methods such as those described in, for example, Sambrook et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 3rd Ed, Cold Spring Harbor Laboratory (2001). Higher temperatures or lower salt concentrations increase stringency and allow the isolation of polynucleotides with higher homology (sequence identity).

さらなる他の実施形態として、DNAまたはポリヌクレオチドは、開示される塩基配列と例えば、65%以上、70%以上、75%以上、78%以上、80%以上、85%以上、90%以上、91%以上、92%以上、93%以上、94%以上、95%以上、96%以上、97%以上、98%以上、または99%以上の同一性を有する塩基配列を有し、かつその所望の機能または効果を実質的に有するポリヌクレオチドが挙げられる。 In still other embodiments, the DNA or polynucleotide comprises a disclosed base sequence, e.g. % or more, 92% or more, 93% or more, 94% or more, 95% or more, 96% or more, 97% or more, 98% or more, or 99% or more of the identity, and the desired Polynucleotides that substantially have a function or effect are included.

所定のアミノ酸配列をコードする塩基配列は、遺伝暗号の縮重に基づく置換によって、タンパク質のアミノ酸配列を変えることなく、所定のアミノ酸配列をコードする塩基配列の少なくとも1つの塩基を他の塩基に置換することもできる。 A base sequence encoding a given amino acid sequence is obtained by substituting at least one base with another base without changing the amino acid sequence of the protein by substitution based on the degeneracy of the genetic code. You can also

「アンカードメイン」としては、例えば、細胞表層局在タンパク質が糖鎖結合タンパク質である場合(例えば、FLO(例えばFLO1))、その糖鎖結合タンパク質ドメイン(国際公開第02/085935号)を利用することもできる。糖鎖結合タンパク質ドメインを用いた酵母の細胞表層提示方法としては、例えば、細胞表層局在タンパク質の糖鎖結合タンパク質ドメインのN末端側、C末端側、またはN末端側とC末端側との両方に目的タンパク質を融合させた融合タンパク質を発現するように設計されたDNAを、宿主酵母に導入する方法が挙げられる。このような導入されたDNAから発現され、細胞膜外に分泌されたタンパク質は、その糖鎖結合タンパク質ドメインが有する複数の糖鎖が細胞壁中の糖鎖と相互作用を行うことによって、細胞表層に留まり得る。例えば、レクチン、レクチン様タンパク質などの糖鎖結合部位などが挙げられる。糖鎖結合タンパク質ドメインとしては、例えば、代表的には、GPIアンカータンパク質の凝集機能ドメインが挙げられる。「GPIアンカータンパク質の凝集機能ドメイン」とは、GPIアンカリング領域よりもN末端側にあり、複数の糖鎖を有し、酵母細胞間の凝集に関与していると考えられているドメインをいう。 As the "anchor domain", for example, when the cell surface-localized protein is a sugar chain-binding protein (eg, FLO (eg, FLO1)), the sugar chain-binding protein domain (International Publication No. 02/085935) is used. can also Yeast cell surface display methods using a sugar chain-binding protein domain include, for example, the N-terminal side, the C-terminal side, or both the N-terminal side and the C-terminal side of the sugar chain-binding protein domain of a cell surface localized protein. and a method of introducing into a host yeast a DNA designed to express a fusion protein in which a target protein is fused to. Proteins expressed from such introduced DNA and secreted to the outside of the cell membrane remain on the cell surface due to the interaction of multiple sugar chains possessed by the sugar chain-binding protein domain with sugar chains in the cell wall. obtain. Examples thereof include sugar chain binding sites of lectins and lectin-like proteins. Examples of sugar chain-binding protein domains typically include aggregation functional domains of GPI-anchored proteins. The term "aggregation functional domain of GPI-anchored protein" refers to a domain that is located on the N-terminal side of the GPI-anchored region, has multiple sugar chains, and is thought to be involved in aggregation between yeast cells. .

アンカードメインをコードするDNAは、これらを有する微生物から抽出したDNA、各種cDNAライブラリーまたはゲノムDNAライブラリーに由来する核酸を鋳型として、既知の配列情報に基づいて設計したプライマーを用いてPCRによってDNA断片として取得し得る。アンカードメインをコードするDNAは、既知の配列情報に基づいて設計したプローブを用いて、上記ライブラリー由来の核酸に対してハイブリダイゼーションを行うことによって、DNA断片として取得してもよい。アンカードメインをコードするDNAを含む既存のベクターから、DNA断片として切り出して利用することもできる。アンカードメインをコードするDNAは、化学合成法等の当該技術分野で公知の各種の核酸配列合成法によって、DNA断片として合成してもよい。 The DNA encoding the anchor domain is obtained by PCR using DNA extracted from microorganisms having these, nucleic acids derived from various cDNA libraries or genomic DNA libraries as templates, and primers designed based on known sequence information. Can be obtained as fragments. A DNA encoding an anchor domain may be obtained as a DNA fragment by hybridizing a nucleic acid derived from the library with a probe designed based on known sequence information. It can also be used by excising it as a DNA fragment from an existing vector containing DNA encoding the anchor domain. A DNA encoding an anchor domain may be synthesized as a DNA fragment by various nucleic acid sequence synthesis methods known in the art, such as chemical synthesis methods.

(1.2 分泌シグナル配列)
「分泌シグナル配列」は、分泌シグナルペプチドをコードするDNAである。分泌シグナルペプチドは、ペリプラズムを含む細胞外に分泌される分泌性タンパク質のN末端に通常結合しているペプチドである。このペプチドは、生物間で類似した構造を有しており、例えば20個程度のアミノ酸からなり、N末端付近に塩基性アミノ酸配列を有し、その後に疎水性アミノ酸を多く含んでいる。分泌シグナルは、通常、分泌性タンパク質が細胞内から細胞膜を通過して細胞外へ分泌される際にシグナルペプチダーゼにより分解されることにより除去される。
(1.2 Secretory signal sequence)
A "secretory signal sequence" is DNA that encodes a secretory signal peptide. Secretory signal peptides are peptides normally attached to the N-terminus of secretory proteins that are secreted extracellularly, including the periplasm. This peptide has a similar structure among organisms, for example, it consists of about 20 amino acids, has a basic amino acid sequence near the N-terminus, and contains many hydrophobic amino acids after that. Secretory signals are usually removed by being cleaved by signal peptidase when a secretory protein is secreted from inside the cell through the cell membrane to the outside of the cell.

本発明においては、目的タンパク質を酵母の細胞外に分泌させることができる分泌シグナルペプチドをコードするDNAであれば、どのようなものでも用いることができ、その起源は問わない。目的タンパク質が本来有する分泌シグナルペプチドをコードするDNAを利用することもできる。分泌シグナルの活性を示す限り、天然型タンパク質をコードする塩基配列において、1または2以上(例えば数個)のヌクレオチドが欠失、付加または置換などの変異を含む塩基配列であってもよく、あるいは1または2以上(例えば数個)アミノ酸が欠失、付加または置換などの変異を含むアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする塩基配列であってもよい。分泌シグナルペプチドをコードするDNAの塩基配列およびコードするタンパク質のアミノ酸配列に関して、上記で説明した配列の同一性およびハイブリダイズ条件等が適用される。 In the present invention, any DNA can be used as long as it encodes a secretory signal peptide capable of extracellularly secreting a target protein from yeast, and the origin of the DNA is not limited. A DNA encoding a secretion signal peptide inherent in the target protein can also be used. It may be a nucleotide sequence containing mutations such as deletion, addition or substitution of one or more (for example, several) nucleotides in the nucleotide sequence encoding the native protein, as long as it exhibits the activity of a secretory signal, or It may be a nucleotide sequence encoding a protein consisting of an amino acid sequence containing mutations such as deletion, addition or substitution of one or more (eg, several) amino acids. With respect to the base sequence of the DNA encoding the secretory signal peptide and the amino acid sequence of the encoding protein, the sequence identity and hybridization conditions etc. described above apply.

例えば、酵母サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)の定常期における主要な細胞表層局在タンパク質であるSED1(上記)の分泌シグナルペプチドが挙げられる。この分泌シグナルペプチドのアミノ酸配列を配列番号45に示し、それをコードするDNAの塩基配列を配列番号44に示す。さらに、例えば、リゾプス・オリゼ(Rhizopus oryzae)などのグルコアミラーゼの分泌シグナルペプチド、アスペルギルス・オリゼ(Aspergillus oryzae)のグルコアミラーゼの分泌シグナルペプチド、酵母サッカロマイセス・セレビシエのα-またはa-アグルチニンの分泌シグナルペプチド、酵母サッカロマイセス・セレビシエのα因子の分泌シグナルペプチドなどをコードするDNAを好適に用いることができる。リゾプス・オリゼ由来グルコアミラーゼの分泌シグナルペプチド配列は、分泌効率の点で好ましい。また、アスペルギルス・オリゼ由来グルコアミラーゼの分泌シグナルペプチドをコードするDNAも好ましいものとして挙げられる。 For example, the secretory signal peptide of SED1 (described above), which is the major cell surface localized protein in the stationary phase of the yeast Saccharomyces cerevisiae. The amino acid sequence of this secretory signal peptide is shown in SEQ ID NO:45, and the nucleotide sequence of the DNA encoding it is shown in SEQ ID NO:44. Furthermore, for example, secretion signal peptides of glucoamylases such as Rhizopus oryzae, secretion signal peptides of glucoamylases of Aspergillus oryzae, secretion signal peptides of α- or a-agglutinin of the yeast Saccharomyces cerevisiae , a DNA encoding a secretory signal peptide of α-factor of the yeast Saccharomyces cerevisiae, and the like can be preferably used. The secretory signal peptide sequence of Rhizopus oryzae-derived glucoamylase is preferred in terms of secretory efficiency. DNA encoding the secretory signal peptide of Aspergillus oryzae-derived glucoamylase is also preferred.

分泌シグナルペプチドをコードするDNAは、例えば、既知の配列情報に基づいて設計したプライマーを用いて、所定の酵母(例えば、サッカロマイセス・セレビシエ)から抽出したDNA、各種cDNAライブラリーまたはゲノムDNAライブラリーに由来する核酸を鋳型としてPCRを行うことによって、DNA断片として取得し得る。分泌シグナルペプチドをコードするDNAは、既知の配列情報に基づいて設計したプローブを用いて、上記ライブラリー由来の核酸に対してハイブリダイゼーションを行うことによって、DNA断片として取得し得る。分泌シグナルペプチドをコードするDNAは、化学合成法等の当技術分野で公知の各種の核酸配列合成法によって、DNA断片として合成してもよい。また、分泌シグナルペプチドをコードするDNAを含む既存のベクターから、DNA断片(発現カセットの形態であってもよい)として切り出して利用することもできる。 The DNA encoding the secretory signal peptide is, for example, DNA extracted from a given yeast (eg, Saccharomyces cerevisiae) using primers designed based on known sequence information, various cDNA libraries, or genomic DNA libraries. A DNA fragment can be obtained by performing PCR using the derived nucleic acid as a template. A DNA encoding a secretory signal peptide can be obtained as a DNA fragment by hybridizing a nucleic acid derived from the library with a probe designed based on known sequence information. A DNA encoding a secretory signal peptide may be synthesized as a DNA fragment by various nucleic acid sequence synthesis methods known in the art, such as chemical synthesis methods. It can also be used by excising it as a DNA fragment (which may be in the form of an expression cassette) from an existing vector containing DNA encoding a secretory signal peptide.

例えば、SED1の分泌シグナル配列は、アンカードメインをコードするDNAとしてSED1の遺伝子Sed1のコーディング領域およびプロモーターとしてその遺伝子Sed1のプロモーターとともに用いることができる。 For example, the secretory signal sequence of SED1 can be used with the coding region of the gene Sed1 of SED1 as the DNA encoding the anchor domain and the promoter of the gene Sed1 as the promoter.

(1.3 目的タンパク質)
目的タンパク質の種類、もしくはその起源は特に限定されない。目的タンパク質の種類として、例えば、酵素、抗体、リガンド、蛍光タンパク質などが挙げられる。酵素としては、例えば、セルロース分解酵素、デンプン分解酵素、グリコーゲン分解酵素、キシラン分解酵素、キチン分解酵素、脂質分解酵素などが挙げられ、より具体的には、例えば、エンドグルカナーゼ、セロビオヒドロラーゼ、およびβ-グルコシダーゼ、アミラーゼ(例えば、グルコアミラーゼおよびα-アミラーゼ)、リパーゼなどが挙げられる。
(1.3 Target protein)
The type of target protein or its origin is not particularly limited. Types of target proteins include, for example, enzymes, antibodies, ligands, and fluorescent proteins. Examples of enzymes include cellulolytic enzymes, amylolytic enzymes, glycogenolytic enzymes, xylan degrading enzymes, chitinolytic enzymes, lipolytic enzymes, etc. More specifically, for example, endoglucanase, cellobiohydrolase, and β-glucosidase, amylase (eg, glucoamylase and α-amylase), lipase, and the like.

目的タンパク質をコードするDNAは、イントロンを除いたcDNA配列が好ましい。 The DNA encoding the target protein is preferably a cDNA sequence excluding introns.

目的タンパク質をコードするDNAは、その全長をコードする配列であってもよく、目的タンパク質の活性を示すものであれば目的タンパク質の一部領域をコードする配列であってもよい。また、上記のように、目的タンパク質の活性を示す限り、天然型タンパク質をコードする塩基配列において、1または2以上(例えば数個)のヌクレオチドが欠失、付加または置換などの変異を含む塩基配列であってもよく、あるいは1または2以上(例えば数個)アミノ酸が欠失、付加または置換などの変異を含むアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする塩基配列であってもよい。目的タンパク質をコードするDNAの塩基配列およびコードするタンパク質のアミノ酸配列に関して、上記で説明した配列の同一性およびハイブリダイズ条件等が適用される。 The DNA encoding the target protein may be a sequence encoding the entire length of the target protein, or may be a sequence encoding a partial region of the target protein as long as it exhibits the activity of the target protein. In addition, as described above, a nucleotide sequence containing mutations such as deletion, addition, or substitution of one or more (for example, several) nucleotides in the nucleotide sequence encoding the native protein as long as it exhibits the activity of the target protein. Alternatively, it may be a nucleotide sequence encoding a protein consisting of an amino acid sequence containing mutations such as deletion, addition or substitution of one or more (eg, several) amino acids. Regarding the base sequence of the DNA encoding the target protein and the amino acid sequence of the encoding protein, the sequence identity and hybridization conditions described above are applied.

目的タンパク質をコードするDNA(遺伝子)は、そのタンパク質を有するまたは産生する微生物から抽出したDNA、各種cDNAライブラリーまたはゲノムDNAライブラリーに由来する核酸を鋳型として、既知の配列情報に基づいて設計したプライマーを用いてPCRによって核酸断片として取得し得る。このようなポリヌクレオチドは、既知の配列情報に基づいて設計したプローブを用いて、上記ライブラリー由来の核酸に対してハイブリダイゼーションを行うことによって、DNA断片として取得し得る。また、目的タンパク質をコードするDNAを含む既存のベクターから、DNA断片(発現カセットの形態であってもよい)として切り出して利用することもできる。このような遺伝子は、必要に応じて宿主のコドン頻度を考慮して最適化した配列に基づいて、人工的に合成して得ることもできる。 The DNA (gene) encoding the target protein was designed based on known sequence information using DNA extracted from microorganisms that have or produce the protein, nucleic acids derived from various cDNA libraries or genomic DNA libraries as templates. It can be obtained as a nucleic acid fragment by PCR using primers. Such polynucleotides can be obtained as DNA fragments by hybridizing nucleic acids derived from the library with probes designed based on known sequence information. It can also be used by excising it as a DNA fragment (which may be in the form of an expression cassette) from an existing vector containing DNA encoding the target protein. Such genes can also be obtained by artificial synthesis, if necessary, based on sequences optimized in consideration of the codon frequency of the host.

目的タンパク質の一例として、以下、セルロース分解酵素を例に挙げて説明する。 As an example of the target protein, a cellulolytic enzyme will be described below.

セルロース分解酵素は、β1,4-グリコシド結合を切断し得る任意の酵素をいう。セルロース分解酵素は、任意のセルロース加水分解酵素生産菌に由来し得る。セルロース加水分解酵素生産菌としては、代表的には、アスペルギルス属(例えば、アスペルギルス・アクレアタス(Aspergillus aculeatus)、アスペルギルス・ニガー(Aspergillus niger)、およびアスペルギルス・オリゼ(Aspergillus oryzae))、トリコデルマ属(例えば、トリコデルマ・リーセイ(Trichoderma reesei))、クロストリディウム属(例えば、クロストリディウム・テルモセラム(Clostridium thermocellum)、セルロモナス属(例えば、セルロモナス・フィミ(Cellulomonas fimi)およびセルロモナス・ウダ(Cellulomonas uda))、シュードモナス属(例えば、シュードモナス・フルオレセンス(Pseudomonas fluorescence))などに属する微生物が挙げられる。 Cellulolytic enzyme refers to any enzyme capable of cleaving β1,4-glycosidic bonds. The cellulolytic enzyme can be derived from any cellulolytic enzyme-producing fungus. Cellulose hydrolase-producing bacteria typically include the genus Aspergillus (e.g., Aspergillus aculeatus, Aspergillus niger, and Aspergillus oryzae), the genus Trichoderma (e.g., Trichoderma reesei), Clostridium (e.g. Clostridium thermocellum), Cellulomonas (e.g. Cellulomonas fimi and Cellulomonas uda), Examples thereof include microorganisms belonging to the genus Pseudomonas (for example, Pseudomonas fluorescence).

以下、代表的なセルロース分解酵素として、エンドグルカナーゼ、セロビオヒドロラーゼ、およびβ-グルコシダーゼについて説明するが、セルロース分解酵素はこれらに限定されない。 Although endoglucanase, cellobiohydrolase, and β-glucosidase will be described below as typical cellulolytic enzymes, cellulolytic enzymes are not limited to these.

エンドグルカナーゼは、通常、セルラーゼとも称される酵素であり、セルロースを分子内部から切断し、グルコース、セロビオース、およびセロオリゴ糖を生じる(「セルロース分子内切断」)。エンドグルカナーゼには5種類あり、それぞれエンドグルカナーゼI、エンドグルカナーゼII、エンドグルカナーゼIII、エンドグルカナーゼIV、およびエンドグルカナーゼVと称される。これらの区別は、アミノ酸配列の差異であるが、セルロース分子内切断作用を有する点では共通する。例えば、トリコデルマ・リーセイ由来エンドグルカナーゼ(特に、エンドグルカナーゼII:EGII)が用いられ得るが、これに限定されない。 Endoglucanases, also commonly referred to as cellulases, are enzymes that cleave cellulose from within the molecule to yield glucose, cellobiose, and cellooligosaccharides (“cellulose intramolecular cleavage”). There are five types of endoglucanases, termed endoglucanase I, endoglucanase II, endoglucanase III, endoglucanase IV, and endoglucanase V, respectively. Although these are distinguished by the difference in amino acid sequence, they are common in that they have a cellulose intramolecular scission action. For example, Trichoderma reesei-derived endoglucanase (in particular, endoglucanase II: EGII) can be used, but is not limited thereto.

セロビオヒドロラーゼは、セルロースの還元末端または非還元末端のいずれかから分解してセロビオースを遊離する(「セルロース分子末端切断」)。セロビオヒドロラーゼには2種類あり、それぞれセロビオヒドロラーゼIおよびセロビオヒドロラーゼIIと称される。これらの区別は、アミノ酸配列の差異であるが、セルロース分子末端切断作用を有する点では共通する。例えば、トリコデルマ・リーセイ由来セロビオヒドロラーゼ(特に、セロビオヒドロラーゼII:CBHII)が用いられ得るが、これに限定されない。 Cellobiohydrolases degrade to release cellobiose from either the reducing or non-reducing end of cellulose (“cellulose truncating”). There are two types of cellobiohydrolases, termed cellobiohydrolase I and cellobiohydrolase II, respectively. These distinctions are made by differences in amino acid sequences, but they are common in that they have a cellulose molecule terminal cleaving action. For example, Trichoderma reesei-derived cellobiohydrolase (especially cellobiohydrolase II: CBHII) can be used, but is not limited thereto.

β-グルコシダーゼは、セルロースの非還元末端からグルコース単位を切り離していくエキソ型の加水分解酵素である(「グルコース単位切断」)。β-グルコシダーゼは、アグリコンまたは糖鎖とβ-D-グルコースとのβ1,4-グリコシド結合を切断し得、セロビオースまたはセロオリゴ糖を加水分解してグルコースを生成し得る。β-グルコシダーゼは、セロビオースまたはセロオリゴ糖を加水分解し得る酵素の代表例である。β-グルコシダーゼは現在、1種類知られており、β-グルコシダーゼ1と称される。例えば、アスペルギルス・アクレアタス由来β-グルコシダーゼ(特に、β-グルコシダーゼ1:BGL1)が用いられ得るが、これに限定されない。 β-Glucosidase is an exo-type hydrolase that cleaves glucose units from the non-reducing end of cellulose (“glucose unit cleavage”). β-Glucosidase can cleave the β1,4-glycosidic bond between the aglycone or sugar chain and β-D-glucose and hydrolyze cellobiose or cellooligosaccharide to produce glucose. β-Glucosidase is a representative example of an enzyme that can hydrolyze cellobiose or cellooligosaccharides. One type of β-glucosidase is currently known and designated as β-glucosidase-1. For example, β-glucosidase derived from Aspergillus aculatus (especially β-glucosidase 1: BGL1) can be used, but is not limited thereto.

セルロースの良好な加水分解のために、セルロース加水分解様式の異なる酵素を組み合わせてもよい。セルロース分子内切断、セルロース分子末端切断、およびグルコース単位切断などの種々の異なるセルロース加水分解様式で作用する酵素が適宜、組み合わされ得る。それぞれの加水分解様式を有する酵素の例として、エンドグルカナーゼ、セロビオヒドロラーゼ、およびβ-グルコシダーゼが挙げられるがこれらに限定されない。セルロース加水分解様式の異なる酵素の組合せは、例えば、エンドグルカナーゼ、セロビオヒドロラーゼ、およびβ-グルコシダーゼからなる群から選択され得る。セルロースの構成糖であるグルコースを最終的に生産できることが望ましいので、グルコースを生成し得る酵素を少なくとも1つ含むことが好ましい。グルコースを生成し得る酵素としては、グルコース単位切断酵素(例えば、β-グルコシダーゼ)に加え、エンドグルカナーゼもグルコースを生成し得る。例えば、酵母において、β-グルコシダーゼ、エンドグルカナーゼ、およびセロビオヒドロラーゼを分泌または表層提示させ得る。 Enzymes with different cellulose hydrolysis modes may be combined for good hydrolysis of cellulose. Enzymes that act in a variety of different cellulose hydrolysis modes, such as cellulose intramolecular scission, cellulose end scission, and glucose unit scission, can be appropriately combined. Examples of enzymes with respective hydrolysis modes include, but are not limited to, endoglucanases, cellobiohydrolases, and β-glucosidases. A combination of enzymes that hydrolyze cellulose differently can be selected, for example, from the group consisting of endoglucanases, cellobiohydrolases, and β-glucosidases. Since it is desirable to be able to ultimately produce glucose, which is the constituent sugar of cellulose, it is preferable to include at least one enzyme capable of producing glucose. As enzymes capable of producing glucose, in addition to glucose unit-cleaving enzymes (eg, β-glucosidases), endoglucanases can also produce glucose. For example, in yeast, β-glucosidases, endoglucanases, and cellobiohydrolases can be secreted or surface-displayed.

(1.4 プロモーター)
プロモーターは、プロモーター活性を有するDNAであり、「プロモーター活性」とは、プロモーター領域に転写因子が結合し、転写を惹起する活性をいう。プロモーターは、例えば、所望のプロモーター領域を保有する菌体、ファージなどから、制限酵素を用いて切り出し得る。必要に応じて制限酵素認識部位またはクローニングベクターとの重複部位を設けたプライマーを用い、PCRで所望のプロモーター領域を増幅することによりプロモーター領域のDNA断片を得ることができる。また、既に判明しているプロモーター領域の塩基配列情報をもとにして、所望のプロモーターを化学合成してもよい。目的の機能を果たすものであれば、プロモーターは、上記のように、1または2以上(例えば数個)のヌクレオチドが欠失、付加または置換などの変異された塩基配列を有するものであってもよい。このプロモーターを構成する塩基配列には、上記で説明した配列の同一性およびハイブリダイズ条件等が適用される。
(1.4 Promoter)
A promoter is a DNA having promoter activity, and the term "promoter activity" refers to the activity of binding a transcription factor to a promoter region to induce transcription. Promoters can be excised, for example, from bacterial cells, phages, etc. that possess a desired promoter region, using restriction enzymes. A DNA fragment of the promoter region can be obtained by amplifying the desired promoter region by PCR using primers provided with restriction enzyme recognition sites or overlapping sites with the cloning vector, if necessary. Alternatively, a desired promoter may be chemically synthesized based on already known nucleotide sequence information of the promoter region. As described above, the promoter may have a mutated base sequence such as deletion, addition or substitution of one or more (for example, several) nucleotides, as long as the desired function is achieved. good. The sequence identity, hybridization conditions, etc. described above are applied to the nucleotide sequence that constitutes this promoter.

プロモーターは、酵母においてプロモーター活性を有する限り、任意のプロモーターであり得る。プロモーターは、発現を目的とする遺伝子自身のものであっても、他の遺伝子由来のものを利用してもよい。また、アンカードメインとして用いられる細胞表層局在タンパク質をコードする遺伝子のプロモーターであってもよい。例えば、SED1プロモーター、TDH3プロモーター、PGK1プロモーター、CWP2プロモーター、およびTDH1プロモーターが挙げられる。 The promoter can be any promoter as long as it has promoter activity in yeast. The promoter may be of the gene itself to be expressed, or may be derived from another gene. It may also be a promoter of a gene encoding a cell surface-localized protein used as an anchor domain. Examples include the SED1 promoter, TDH3 promoter, PGK1 promoter, CWP2 promoter, and TDH1 promoter.

SED1プロモーターは、SED1(上述)の遺伝子(Sed1)のプロモーターであり、その塩基配列を配列番号46に示す。SED1プロモーターは、SED1の遺伝子Sed1のコーディング領域をアンカードメインとしてコードするDNAと併用されることが好ましい。さらに、SED1分泌シグナル配列と併用することもできる。 The SED1 promoter is the promoter of the SED1 (described above) gene (Sed1), and its nucleotide sequence is shown in SEQ ID NO:46. The SED1 promoter is preferably used in combination with DNA encoding the coding region of the SED1 gene Sed1 as an anchor domain. Furthermore, it can be used in combination with the SED1 secretion signal sequence.

(1.5 ターミネーター)
ターミネーターは、ターミネーター活性を有するDNAであり、「ターミネーター活性」とは、ターミネーター領域において転写を終結させる活性をいう。ターミネーターは、例えば、所望のターミネーター領域を保有する菌体、ファージなどから、制限酵素を用いて切り出し得る。必要に応じて制限酵素認識部位またはクローニングベクターの挿入部位を設けたプライマーを用い、PCRで所望のターミネーター領域を増幅することによりターミネーター領域のDNA断片を得ることができる。また、既に判明しているターミネーター領域の塩基配列情報をもとにして、所望のターミネーターを化学合成してもよい。目的の機能を果たすものであれば、ターミネーターは、上記のように、1または2以上(例えば数個)のヌクレオチドが欠失、付加または置換などの変異された塩基配列を有するものであってもよい。このターミネーターを構成する塩基配列には、上記で説明した配列の同一性およびハイブリダイズ条件等が適用される。
(1.5 Terminator)
A terminator is a DNA having terminator activity, and "terminator activity" refers to the activity of terminating transcription in the terminator region. Terminators can be excised, for example, from bacterial cells, phages, etc. that possess the desired terminator region, using restriction enzymes. A DNA fragment of the terminator region can be obtained by amplifying the desired terminator region by PCR using primers provided with a restriction enzyme recognition site or an insertion site for a cloning vector, if necessary. Alternatively, a desired terminator may be chemically synthesized based on already known base sequence information of the terminator region. A terminator may have a mutated base sequence such as deletion, addition or substitution of one or more (for example, several) nucleotides, as described above, as long as it fulfills the desired function. good. The sequence identity, hybridization conditions, and the like described above are applied to the nucleotide sequence that constitutes this terminator.

ターミネーターとしては、例えば、α-アグルチニンターミネーター、ADH1(アルデヒドデヒドロゲナーゼ)ターミネーター、TDH3(グリセルアルデヒド-3’-リン酸デヒドロゲナーゼ)ターミネーター、DIT1ターミネーターなどが挙げられる。 Terminators include, for example, α-agglutinin terminator, ADH1 (aldehyde dehydrogenase) terminator, TDH3 (glyceraldehyde-3'-phosphate dehydrogenase) terminator, DIT1 terminator and the like.

(1.6 発現カセットおよび発現ベクターの構築)
本発明中において、「発現カセット」とは、目的タンパク質が発現し得るように、該目的タンパク質をコードするDNAと、その発現を調節するための種々の調節エレメントとが、宿主の微生物または細胞中で機能し得る状態で連結されているDNAまたはポリヌクレオチドをいう。ここで「機能し得る状態で連結されている」とは、目的タンパク質をコードするDNAが、プロモーターの制御下で、そして場合により他の調節エレメントの制御下で、発現されるように、発現カセットまたは発現ベクターに含まれる各構成要素が連結されていることを意味する。各構成要素は、目的タンパク質が発現し得る限りにおいて、それらの要素間にリンカーなどの配列をさらに含んで連結されていてもよい。
(1.6 Construction of Expression Cassette and Expression Vector)
In the present invention, the term "expression cassette" means that a DNA encoding a target protein and various regulatory elements for regulating its expression are combined in host microorganisms or cells so that the target protein can be expressed. DNA or polynucleotide that is operably linked to As used herein, "operably linked" means an expression cassette such that the DNA encoding the protein of interest is expressed under the control of a promoter, and optionally under the control of other regulatory elements. Alternatively, it means that each component contained in the expression vector is linked. Each component may be linked by further including a sequence such as a linker between those components as long as the target protein can be expressed.

細胞表層提示技術に用いられる発現カセット(「表層提示用カセット」ともいう)では、分泌シグナル配列、目的タンパク質をコードするDNA、およびアンカードメインをコードするDNAが、宿主微生物または宿主細胞中で機能し得る状態で連結され得る。分泌シグナル配列は、目的タンパク質をコードするDNAの上流に位置する。目的タンパク質をコードするDNAとアンカードメインをコードするDNAとの配置は、アンカードメインの種類に応じて、発現されるタンパク質が、アンカードメインのN末端またはC末端側に目的タンパク質を融合するように配置される。表層提示用カセットは、例えば、5’末端から3’末端に向かって、分泌シグナル配列、目的タンパク質をコードするDNAおよびアンカードメインをコードするDNAを記載の順に含むか、あるいは分泌シグナル配列、アンカードメインをコードするDNAおよび目的タンパク質をコードするDNAを記載の順に含むように構築される。表層提示用カセットは、分泌シグナル配列の上流にプロモーターをさらに含む。また、表層提示用カセットは、目的タンパク質をコードするDNAおよびアンカードメインをコードするDNAの下流にターミネーターをさらに含む。 In expression cassettes used in cell surface display technology (also referred to as "surface display cassettes"), a secretory signal sequence, a DNA encoding a target protein, and a DNA encoding an anchor domain function in host microorganisms or host cells. It can be connected in a state to obtain. A secretory signal sequence is located upstream of the DNA encoding the protein of interest. The arrangement of the DNA encoding the target protein and the DNA encoding the anchor domain is such that the expressed protein is fused to the N-terminal or C-terminal side of the anchor domain with the target protein, depending on the type of anchor domain. be done. The surface display cassette, for example, contains, from the 5′ end to the 3′ end, a secretory signal sequence, a DNA encoding a target protein, and a DNA encoding an anchor domain in the order described, or alternatively, the secretory signal sequence, the anchor domain, and the like. and a DNA encoding the target protein in the order listed. The surface display cassette further comprises a promoter upstream of the secretory signal sequence. In addition, the surface display cassette further includes a terminator downstream of the DNA encoding the target protein and the DNA encoding the anchor domain.

本明細書において「発現ベクター」とは、目的タンパク質をコードするDNAの発現のためのユニット(発現カセット)が挿入されたベクターをいい、目的タンパク質をコードするDNAが挿入されたものを含む。発現ベクターは、プラスミドベクターであってもよく、あるいは人工染色体であってもよい。酵母を宿主とする場合、ベクターの調製が容易であり、また酵母細胞の形質転換が容易である点で、プラスミドの形態が好ましい。DNAの取得の簡易化の点からは、酵母と大腸菌とのシャトルベクターであることが好ましい。必要に応じて、ベクターは、調節配列(オペレーター、エンハンサーなど)を含み得る。このようなベクターは、例えば、酵母の2μmプラスミドの複製開始点(Ori)とColE1の複製開始点とを有しており、酵母選択マーカー(以下に説明)および大腸菌の選択マーカー(薬剤耐性遺伝子など)を有する。 As used herein, the term "expression vector" refers to a vector into which a unit (expression cassette) for expressing DNA encoding a target protein has been inserted, and includes those into which DNA encoding the target protein has been inserted. Expression vectors may be plasmid vectors or artificial chromosomes. When yeast is used as a host, the form of plasmid is preferable because the vector can be easily prepared and yeast cells can be easily transformed. From the viewpoint of simplification of DNA acquisition, a shuttle vector between yeast and E. coli is preferred. Optionally, the vector may contain regulatory sequences (operators, enhancers, etc.). Such a vector has, for example, a yeast 2 μm plasmid replication origin (Ori) and a ColE1 replication origin, a yeast selectable marker (described below) and an E. coli selectable marker (drug resistance gene, etc.). ).

酵母選択マーカーとしては、公知の任意のマーカーが利用され得る。例えば、薬剤耐性遺伝子、栄養要求性マーカー遺伝子(例えば、イミダゾールグリセロールリン酸デヒドロゲナーゼ(HIS3)をコードする遺伝子、リンゴ酸ベータ-イソプロピルデヒドロゲナーゼ(LEU2)をコードする遺伝子、O-アセチルホモセリンO-アセチルセリンスルフィドリラーゼ(MET15)をコードする遺伝子、トリプトファンシンターゼ(TRP5)をコードする遺伝子、アルギニノコハク酸リアーゼ(ARG4)をコードする遺伝子、N-(5'-ホスホリボシル)アントラニル酸イソメラーゼ(TRP1)をコードする遺伝子、ヒスチジノールデヒドロゲナーゼ(HIS4)をコードする遺伝子、オロチジン-5-リン酸デカルボキシラーゼ(URA3)をコードする遺伝子、ジヒドロオロト酸デヒドロゲナーゼ(URA1)をコードする遺伝子、ガラクトキナーゼ(GAL1)をコードする遺伝子、およびアルファ-アミノアジピン酸レダクターゼ(LYS2)をコードする遺伝子など)が挙げられる。例えば、栄養要求性マーカー遺伝子(例えば、HIS3、LEU2、URA3、MET15欠損マーカーなど)が好ましく用いられ得る。 Any known marker can be used as the yeast selectable marker. For example, drug resistance genes, auxotrophic marker genes (e.g., genes encoding imidazole glycerol phosphate dehydrogenase (HIS3), genes encoding beta-isopropyl dehydrogenase malate (LEU2), O-acetylhomoserine O-acetylserine sulfide a gene encoding lylase (MET15), a gene encoding tryptophan synthase (TRP5), a gene encoding argininosuccinate lyase (ARG4), a gene encoding N-(5'-phosphoribosyl) anthranilate isomerase (TRP1), a gene encoding histidinol dehydrogenase (HIS4), a gene encoding orotidine-5-phosphate decarboxylase (URA3), a gene encoding dihydroorotate dehydrogenase (URA1), a gene encoding galactokinase (GAL1), and and the gene encoding alpha-aminoadipate reductase (LYS2). For example, an auxotrophic marker gene (eg, HIS3, LEU2, URA3, MET15 deficiency marker, etc.) can be preferably used.

各種配列を含むDNAの合成および結合は、当業者が通常用い得る方法で行われ得る。各構成要素の結合については、例えば、PCR法により適当な制限酵素の認識配列を付与された各構成要素のDNAをその制限酵素で切断し、リガーゼなどを用いて連結すること、One-step isothermal assembly(Nature Methods,2009,6:343-345)を用いて行うこと、あるいはIn-Fusion法(Biotechniques,2007,43:354-359)を用いて行うことができる。 Synthesis and ligation of DNA containing various sequences can be performed by methods commonly used by those skilled in the art. For binding of each component, for example, the DNA of each component provided with an appropriate restriction enzyme recognition sequence by PCR is cleaved with the restriction enzyme and ligated using ligase or the like, One-step isothermal assembly (Nature Methods, 2009, 6:343-345), or the In-Fusion method (Biotechniques, 2007, 43:354-359).

目的タンパク質(例えば、エンドグルカナーゼ、セロビオヒドロラーゼ、β-グルコシダーゼなどの酵素、蛍光タンパク質、または各種抗体)をコードする領域(構造遺伝子)、およびプロモーターおよびターミネーターなどの発現調節配列を含むプラスミドから、適宜、ベクターの調製に適した形態で切り出して、インサートを調製することによって利用することもできる。 A plasmid containing a region (structural gene) encoding a target protein (e.g., enzymes such as endoglucanase, cellobiohydrolase, β-glucosidase, fluorescent proteins, or various antibodies) and expression regulatory sequences such as promoters and terminators, , can also be used by excising it in a form suitable for vector preparation and preparing an insert.

(2.形質転換酵母の調製)
本発明の形質転換酵母は、上記1で説明した細胞表層提示方法を宿主酵母に適用することにより作製される。本発明の形質転換酵母は、目的のタンパク質を細胞表層にて発現して、その細胞表層に提示するため、「細胞表層発現酵母」または「細胞表層提示酵母」とも称することができる。
(2. Preparation of transformed yeast)
The transformed yeast of the present invention is produced by applying the cell surface display method described in 1 above to the host yeast. Since the transformed yeast of the present invention expresses a target protein on the cell surface and displays it on the cell surface, it can also be called "cell surface expressing yeast" or "cell surface displaying yeast".

「宿主酵母」は、子のう菌酵母(Ascomycetous yeast)に属するものであればよく、特に限定されない。例えば、サッカロマイセス属(Saccharomyces)、クルイウェロマイセス属(Kluyveromyces)、カンジダ属(Candida)、ピキア属(Pichia)、スキゾサッカロマイセス属(Schizosaccharomyces)、ハンセヌラ属(Hancenula)、クロッケラ属(Kloeckera)、シュワニオマイセス属(Schwanniomyces)、コマガタエラ属(Komagataella)およびヤロウィア属(Yarrowia)などの酵母が挙げられる。 The "host yeast" is not particularly limited as long as it belongs to Ascomycetous yeast. For example, Saccharomyces, Kluyveromyces, Candida, Pichia, Schizosaccharomyces, Hansenula, Kloeckera, Schwa Yeast such as Schwanniomyces, Komagataella and Yarrowia.

本発明においては、「宿主酵母」は、所定の細胞壁関連遺伝子を保有する宿主酵母である。この所定の細胞壁関連遺伝子とは、CCW12遺伝子、CCW14遺伝子、DAN1遺伝子、TIP1遺伝子およびCWP1遺伝子、およびそれらに相当する遺伝子、ならびにそれらの組み合わせである。 In the present invention, a "host yeast" is a host yeast carrying a given cell wall-related gene. The predetermined cell wall-associated genes are the CCW12 gene, CCW14 gene, DAN1 gene, TIP1 gene and CWP1 gene, their equivalent genes, and combinations thereof.

本発明の形質転換酵母の製造方法は、上記所定の細胞壁関連遺伝子を保有する宿主酵母において、この宿主酵母が保有する細胞壁関連遺伝子の少なくとも1つの遺伝子の機能を欠失させる工程、および上記1で説明したようなポリヌクレオチドを宿主酵母に導入する工程を含む。ポリヌクレオチドは、発現カセットの形態であっても発現ベクターの形態であってもよい。遺伝子の機能を欠失させる工程と、ポリヌクレオチドを導入する工程とは、いずれの工程を先に行ってもよい。特に、細胞表層発現するタンパク質を用途に応じて切り替えるのが容易になるという理由から、遺伝子の機能を欠失させる工程を先に行うことが好ましい。 The method for producing a transformed yeast of the present invention comprises the step of deleting the function of at least one of the cell wall-related genes possessed by the host yeast in the host yeast carrying the predetermined cell wall-related gene; Including the step of introducing a polynucleotide as described into the host yeast. A polynucleotide may be in the form of an expression cassette or an expression vector. Either the step of deleting the function of the gene or the step of introducing the polynucleotide may be performed first. In particular, it is preferable to carry out the step of deleting the function of the gene first, because it becomes easy to switch the protein expressed on the cell surface depending on the application.

CCW12遺伝子、CCW14遺伝子、DAN1遺伝子、TIP1遺伝子およびCWP1遺伝子はサッカロマイセス属の酵母の細胞壁関連遺伝子として知られている。これらの遺伝子の配列情報は、Saccharomyces genome database(SGD)により入手可能である。CCW12遺伝子は、YLR110Cとも称され、SGD IDは、SGD:S000004100である。この遺伝子のタンパク質コーディング領域の塩基配列およびコードされたタンパク質のアミノ酸配列をそれぞれ配列番号1および2に示す。CCW14遺伝子は、YLR390W-Aとも称され、SGD IDは、SGD:S000006429である。この遺伝子のタンパク質コーディング領域の塩基配列およびコードされたタンパク質のアミノ酸配列をそれぞれ配列番号3および4に示す。DAN1遺伝子は、YJR150Cとも称され、SGD IDは、SGD:S000003911である。この遺伝子のタンパク質コーディング領域の塩基配列およびコードされたタンパク質のアミノ酸配列をそれぞれ配列番号5および6に示す。TIP1遺伝子は、YBR067Cとも称され、SGD IDは、SGD:S000000271である。この遺伝子のタンパク質コーディング領域の塩基配列およびコードされたタンパク質のアミノ酸配列をそれぞれ配列番号7および8に示す。CWP1遺伝子は、YKL096Wとも称され、SGD IDは、SGD:S000001579である。この遺伝子のタンパク質コーディング領域の塩基配列およびコードされたタンパク質のアミノ酸配列をそれぞれ配列番号9および10に示す。 The CCW12 gene, CCW14 gene, DAN1 gene, TIP1 gene and CWP1 gene are known as yeast cell wall-related genes of the genus Saccharomyces. Sequence information for these genes is available from the Saccharomyces genome database (SGD). The CCW12 gene is also referred to as YLR110C and has an SGD ID of SGD: S000004100. The nucleotide sequence of the protein-coding region of this gene and the amino acid sequence of the encoded protein are shown in SEQ ID NOS: 1 and 2, respectively. CCW14 gene is also called YLR390W-A and SGD ID is SGD: S000006429. The nucleotide sequence of the protein-coding region of this gene and the amino acid sequence of the encoded protein are shown in SEQ ID NOS:3 and 4, respectively. The DAN1 gene is also called YJR150C and the SGD ID is SGD: S000003911. The nucleotide sequence of the protein-coding region of this gene and the amino acid sequence of the encoded protein are shown in SEQ ID NOS:5 and 6, respectively. The TIP1 gene is also called YBR067C and the SGD ID is SGD: S000000271. The nucleotide sequence of the protein-coding region of this gene and the amino acid sequence of the encoded protein are shown in SEQ ID NOS:7 and 8, respectively. The CWP1 gene is also called YKL096W and the SGD ID is SGD: S000001579. The nucleotide sequence of the protein-coding region of this gene and the amino acid sequence of the encoded protein are shown in SEQ ID NOS:9 and 10, respectively.

「相当する遺伝子」とは、酵母の細胞壁の構築に影響を及ぼし得る遺伝子であって、CCW12遺伝子、CCW14遺伝子、DAN1遺伝子、TIP1遺伝子、またはCWP1遺伝子と機能的に等価な遺伝子(例えば、異なる名称が付された遺伝子)をいい、これらも本発明における「細胞壁関連遺伝子」として包含される。このような「相当する遺伝子」としては、例えば、サッカロマイセス属以外の酵母における機能的に等価な遺伝子が挙げられる。このような機能的に等価な遺伝子は、例えば、上記各遺伝子によりコードされるタンパク質のアミノ酸配列と上記の配列同一性、例えば、74%以上、78%以上、80%以上、85%以上、90%以上、91%以上、92%以上、93%以上、94%以上、95%以上、96%以上、97%以上、98%以上、または99%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列であるタンパク質をコードする遺伝子であり得る。 The “corresponding gene” is a gene that can affect the construction of the yeast cell wall and is functionally equivalent to the CCW12 gene, CCW14 gene, DAN1 gene, TIP1 gene, or CWP1 gene (e.g., different name ), which are also included as "cell wall-associated genes" in the present invention. Such "corresponding genes" include, for example, functionally equivalent genes in yeast other than Saccharomyces. Such functionally equivalent genes have, for example, the above sequence identity with the amino acid sequence of the protein encoded by each of the above genes, for example, 74% or more, 78% or more, 80% or more, 85% or more, 90% or more. % or greater, 91% or greater, 92% or greater, 93% or greater, 94% or greater, 95% or greater, 96% or greater, 97% or greater, 98% or greater, or 99% or greater amino acid sequence identity. can be a gene encoding

1つの実施形態では、本発明の形質転換酵母は、宿主酵母におけるこれらの遺伝子のうち、CCW12遺伝子およびCCW14遺伝子の少なくとも1つ(または相当する遺伝子)の機能を欠損している。CCW12遺伝子およびCCW14遺伝子の両方の機能を欠損していてもよい。別の実施形態では、本発明の形質転換酵母は、宿主酵母における、CCW12遺伝子、CCW14遺伝子、DAN1遺伝子、TIP1遺伝子およびCWP1遺伝子の全て(または相当する遺伝子)の機能を欠損している。 In one embodiment, the transformed yeast of the present invention lacks the function of at least one of the CCW12 and CCW14 genes (or corresponding genes) among these genes in the host yeast. Both the CCW12 gene and the CCW14 gene may be functionally deficient. In another embodiment, the transformed yeast of the present invention lacks the function of all of the CCW12 gene, CCW14 gene, DAN1 gene, TIP1 gene and CWP1 gene (or corresponding genes) in the host yeast.

さらに、宿主酵母は、上記の遺伝子の機能の欠損に加えて、SED1遺伝子(または相当する遺伝子)の機能を欠損していてもよい。SED1遺伝子(Sed1)は、上述の通り、酵母サッカロマイセス・セレビシエの定常期における主要な細胞表層局在タンパク質である。この遺伝子は、YDR077Wとも称され、SGD IDは、SGD:S000002484である。SED1の遺伝子のタンパク質コーディング領域の塩基配列およびコードされたタンパク質のアミノ酸配列をそれぞれ配列番号11および配列番号12に示す。「相当する遺伝子」は、上記と同様に、機能的に等価である遺伝子をいい、例えば、配列番号12のアミノ酸配列と上記の配列同一性を有するタンパク質をコードする遺伝子が挙げられる。 Furthermore, the host yeast may be deficient in the function of the SED1 gene (or corresponding gene) in addition to the deficient function of the above genes. The SED1 gene (Sed1) is a major cell surface-localized protein in the stationary phase of the yeast Saccharomyces cerevisiae, as described above. This gene is also called YDR077W and the SGD ID is SGD: S000002484. The nucleotide sequence of the protein-coding region of the gene for SED1 and the amino acid sequence of the encoded protein are shown in SEQ ID NO: 11 and SEQ ID NO: 12, respectively. A "corresponding gene" refers to a functionally equivalent gene as described above, and includes, for example, a gene encoding a protein having the above sequence identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO:12.

宿主酵母におけるこのような遺伝子の「機能の欠損」は、後述する人為的な操作を通じて対象となる遺伝子の機能が失われることを意味し、宿主酵母に、対象となる遺伝子自体が元々含まれていない場合は除外される。当該遺伝子の機能の欠損は、例えば、宿主酵母におけるこれらの遺伝子の破壊または発現を抑制することによって行われ得る。このような「欠損」の実施形態としては、タンパク質の発現抑制、正常タンパク質の生産量の抑制、および機能しない変異体タンパク質の生産もしくは促進などが挙げられる。そのための遺伝子操作としては、トランスジェニック、遺伝子ノックアウト、ノックインなどが挙げられる。例えば、宿主細胞への遺伝子ノックアウトにより、当該宿主細胞からその遺伝子を完全に欠失させてしまってもよい。遺伝子ノックアウトの方法として、例えば、CRISPR-Cas9システムを用いることができる。 Such "loss of function" of the gene in the host yeast means that the function of the target gene is lost through the artificial manipulation described later, and the host yeast originally contains the target gene itself. otherwise excluded. Loss of function of the gene can be achieved, for example, by disrupting or suppressing the expression of these genes in the host yeast. Such "deficient" embodiments include suppression of protein expression, suppression of normal protein production, and production or enhancement of non-functional mutant proteins. Genetic manipulations for this purpose include transgenics, gene knockouts, knockins, and the like. For example, gene knockout into a host cell may result in the complete deletion of that gene from the host cell. As a method of gene knockout, for example, the CRISPR-Cas9 system can be used.

このような欠損酵母は、公知の遺伝子配列情報に基づいて適宜プライマー等を作製し、上記遺伝子操作を行うことによって作製してもよく、市販の欠損株(ノックアウト株)を利用してもよい。市販の欠損株としては、例えば、酵母サッカロマイセス・セレビシエBY4741株(MATα his3 leu2 met15 ura3株)のYeast Knockout Collection(Open Biosystems社、Thermo Fisher Scientific社などより入手)などが挙げられる。 Such deficient yeast may be prepared by appropriately preparing primers and the like based on known gene sequence information and carrying out the genetic manipulation described above, or commercially available deficient strains (knockout strains) may be used. Commercially available defective strains include, for example, Yeast Knockout Collection of yeast Saccharomyces cerevisiae BY4741 strain (MATα his3 leu2 met15 ura3 strain) (obtained from Open Biosystems, Thermo Fisher Scientific, etc.).

ポリヌクレオチドの宿主酵母への「導入」とは、ポリヌクレオチドまたは発現カセットまたは発現ベクター中の発現を目的とする遺伝子(目的タンパク質をコードするDNA)が宿主細胞に導入されるだけでなく、宿主細胞で発現されることも含む。導入方法は特に限定されず、公知の方法を採用できる。代表的には、上記説明した本発明の発現ベクターを用いて酵母を形質転換する方法が挙げられる。形質転換方法は、特に限定されず、リン酸カルシウム法、エレクトロポレーション法、リポフェクション法、DEAEデキストラン法、酢酸リチウム法、プロトプラスト法などのトランスフェクション法やマイクロインジェクション法のような公知の方法を制限なく使用できる。導入された遺伝子は、プラスミドの形態で存在してもよく、または酵母の染色体に挿入された形態あるいは酵母の染色体に相同組換えにより組み込まれた形態で存在してもよい。 "Introduction" of a polynucleotide into a host yeast means not only introduction of a polynucleotide or a gene (DNA encoding a protein of interest) for expression in an expression cassette or expression vector into a host cell, but also It also includes being expressed in The introduction method is not particularly limited, and a known method can be adopted. A typical example is a method of transforming yeast using the expression vector of the present invention described above. The transformation method is not particularly limited, and known methods such as transfection methods such as calcium phosphate method, electroporation method, lipofection method, DEAE dextran method, lithium acetate method, protoplast method, and microinjection method are used without limitation. can. The introduced gene may exist in the form of a plasmid, or may exist in the form of being inserted into the yeast chromosome or in the form of being integrated into the yeast chromosome by homologous recombination.

ポリヌクレオチドが導入された酵母は、常法に従い、酵母選択マーカーによる形質または目的タンパク質の活性などを指標として選択することができる。 Yeast into which a polynucleotide has been introduced can be selected according to a conventional method, using traits by a yeast selectable marker, activity of a target protein, or the like as an index.

また、得られた酵母の細胞表層に目的タンパク質が固定(細胞表層提示)されていることは、常法により確認することができる。例えば、被験酵母に、このタンパク質に対する抗体と、FITCのような蛍光標識2次抗体またはアルカリフォスファターゼのような酵素標識2次抗体などとを作用させる方法、このタンパク質に対する抗体とビオチン標識2次抗体とを反応させた後さらに蛍光標識ストレプトアビジンを作用させる方法などが挙げられる。 In addition, it can be confirmed by a conventional method that the target protein is immobilized on the cell surface of the obtained yeast (cell surface display). For example, a method in which an antibody against this protein and a fluorescence-labeled secondary antibody such as FITC or an enzyme-labeled secondary antibody such as alkaline phosphatase are allowed to act on the yeast to be tested; an antibody against this protein and a biotin-labeled secondary antibody; and a method in which fluorescent-labeled streptavidin is allowed to act after the reaction.

複数種のタンパク質を細胞表層提示発現するように、酵母を形質転換することもできる。この場合、複数種のタンパク質のそれぞれをコードする配列の遺伝子発現カセットを含むそれぞれの発現ベクターを構築してもよく、複数の遺伝子発現カセットを1つの発現ベクターに入れることもできる。 Yeast can also be transformed to express multiple types of proteins on the cell surface. In this case, each expression vector containing gene expression cassettes of sequences encoding each of a plurality of proteins may be constructed, or a plurality of gene expression cassettes may be put into one expression vector.

本発明の形質転換酵母は、一般的に酵母に適用可能な培養条件下で培養し得る。形質転換酵母の培養は、当業者に周知の方法により適宜実施できる。培地組成、培養pHおよび培養温度は、その酵母の性質および目的タンパク質に応じて、適宜設定し得る。培養の際の菌体密度および培養時間もまた、その酵母の性質および目的タンパク質に応じて適宜設定し得る。 The transformed yeast of the present invention can be cultured under culture conditions generally applicable to yeast. Cultivation of transformed yeast can be carried out as appropriate by methods well known to those skilled in the art. The medium composition, culture pH and culture temperature can be appropriately set according to the properties of the yeast and the target protein. Cell density and culture time during culture can also be appropriately set according to the properties of the yeast and the target protein.

本発明の形質転換酵母は、目的タンパク質に応じて、種々の用途に用いられる。例えば、目的タンパク質が酵素である実施形態では、本発明の形質転換酵母(酵素表層提示酵母)を含む酵素剤がさらに提供される。このような酵素剤は、例えば、酵素表層提示酵母および当該表層提示酵母を維持し得る培地を含む懸濁液、または凍結乾燥した酵素表層提示酵母の形態が挙げられる。このような酵素剤は、生体触媒として用いることができる。「生体触媒」は、酵素表層提示酵母の細胞表層に提示された酵素の活性を利用する用途で用いられるもの、ならびに酵素表層提示酵母の細胞表層に提示された酵素の活性と当該酵母自体の発酵能との両方を利用する用途で用いられるものの両方を包含する。酵素剤が、例えば、セルロース分解酵素、デンプン分解酵素などを細胞表層発現する酵母を含む場合、その酵素剤は、表層提示された酵素が基質とする多糖の分解(糖化)と酵母の発酵との両方の反応を触媒することができる。例えば、セルロース分解酵素を細胞表層発現する酵母を含む酵素剤は、例えば、バイオマスを用いたエタノール製造のために用いることができる。さらに、例えば、リパーゼを細胞表層発現する酵母は、生体触媒として、バイオディーゼルの製造に用いることができる。例えば、抗体またはリガンドを細胞表層発現する酵母は、抗体またはリガンドのライブラリーとして利用し得る。 The transformed yeast of the present invention can be used for various purposes depending on the target protein. For example, in an embodiment in which the target protein is an enzyme, an enzymatic agent containing the transformed yeast of the present invention (enzyme surface-displaying yeast) is further provided. Examples of such an enzyme preparation include suspensions containing enzyme surface-displaying yeast and a medium capable of maintaining the surface-displaying yeast, and freeze-dried enzyme surface-displaying yeast. Such enzymatic agents can be used as biocatalysts. "Biocatalyst" is used in applications that utilize the activity of enzymes displayed on the cell surface of enzyme surface-displaying yeast, and the activity of enzymes displayed on the cell surface of enzyme surface-displaying yeast and the fermentation of the yeast itself and those used in applications that utilize both capabilities. For example, when the enzymatic agent contains yeast that expresses cellulolytic enzymes, amylolytic enzymes, etc. on the cell surface, the enzymatic agent causes decomposition (saccharification) of polysaccharides whose substrates are displayed on the surface of the enzymes and yeast fermentation. Both reactions can be catalyzed. For example, an enzymatic agent containing yeast that expresses a cellulolytic enzyme on the cell surface can be used, for example, for ethanol production using biomass. Furthermore, for example, yeast expressing lipase on the cell surface can be used as a biocatalyst for the production of biodiesel. For example, yeast that express antibodies or ligands on their cell surfaces can serve as libraries of antibodies or ligands.

(3.エタノールの製造方法)
本発明によるセルロース分解酵素を細胞表層発現する酵母は、例えばエタノールの製造に用いられ得る。このような酵母は、例えば、エンドグルカナーゼ、セロビオヒドロラーゼ、およびβ-グルコシダーゼからなる群から選択される少なくとも1つの酵素を細胞表層提示する酵母(本明細書中、「セルラーゼ細胞表層提示酵母」ともいう)である。あるいは、このような酵母は、エンドグルカナーゼ、セロビオヒドロラーゼ、およびβ-グルコシダーゼからなる群から選択される2種の酵素;またはエンドグルカナーゼ、セロビオヒドロラーゼ、およびβ-グルコシダーゼを細胞表層提示する酵母であってもよい。
(3. Method for producing ethanol)
Yeast expressing a cellulolytic enzyme according to the present invention on the cell surface can be used, for example, for the production of ethanol. Such yeasts are, for example, yeasts that display at least one enzyme selected from the group consisting of endoglucanase, cellobiohydrolase, and β-glucosidase on the cell surface (herein, also referred to as "cellulase cell surface-displaying yeast"). is called). Alternatively, such yeast is a yeast that displays two enzymes selected from the group consisting of endoglucanase, cellobiohydrolase, and β-glucosidase; or endoglucanase, cellobiohydrolase, and β-glucosidase. There may be.

セルラーゼ細胞表層提示酵母は、β-1,4結合したグルコース多糖を発酵基質として利用し得る。β-1,4結合したグルコース多糖では、多糖を構成する1つのβ-グルコースの1位と別のβ-グルコースの4位との間でグリコシド結合(β-1,4グリコシド結合)が形成されている。β-1,4結合したグルコース多糖としては、セルロースおよびその糖化物(例えば、セロビオース、セロオリゴ糖)が挙げられる。β-1,4結合したグルコース多糖について、それらの入手源または材料として、例えば、バイオマスが挙げられる。バイオマスとは、枯渇性資源ではない、現生生物体構成物質起源の産業資源をいう。すなわち、バイオマスとは、再生可能な、生物由来の有機性資源から化石資源を除いたものをいう。バイオマスは、セルロースを含み得る。バイオマスとしては、特に限定されず、例えば、資源作物またはその廃棄物が挙げられる。資源作物としては、特に限定されず、例えば、トウモロコシ、サトウキビが挙げられ、さらに資源作物の廃棄物の例としては、これらの処理工程で発生する廃棄物が挙げられる。リグノセルロース系バイオマスは、食糧と競合しない点で好ましい材料である。リグノセルロース系バイオマスとしては、特に限定されず、例えば、イネ、ムギ、ススキ、ヨシなどのイネ科植物の食糧となる部位を除く部位(例えば、籾殻、根、茎、葉)、およびこれらの部位でなる製品から生じた廃棄物が挙げられる。 Cellulase cell surface-displaying yeast can utilize β-1,4-linked glucose polysaccharides as fermentation substrates. In the β-1,4-linked glucose polysaccharide, a glycosidic bond (β-1,4 glycosidic bond) is formed between the 1-position of one β-glucose and the 4-position of another β-glucose that constitute the polysaccharide. ing. β-1,4-linked glucose polysaccharides include cellulose and its glycated products (eg, cellobiose, cellooligosaccharides). For β-1,4-linked glucose polysaccharides, their sources or materials include, for example, biomass. Biomass refers to industrial resources originating from substances that constitute living organisms, which are not exhaustible resources. In other words, biomass refers to renewable organic resources derived from living organisms, excluding fossil resources. Biomass may include cellulose. Biomass is not particularly limited, and examples thereof include resource crops and their wastes. The resource crops are not particularly limited, and examples thereof include corn and sugarcane, and examples of wastes of resource crops include wastes generated in the treatment process thereof. Lignocellulosic biomass is a preferred material because it does not compete with food. The lignocellulosic biomass is not particularly limited. waste generated from products consisting of

必要に応じて、発酵基質材料(例えば、バイオマス)を、発酵に供する前に前処理してもよい。このような前処理は、「糖化」により、バイオマス中の多糖類(例えば、セルロース)をオリゴ糖または単糖に分解し得る。前処理方法としては、特に限定されないが、例えば、酵素法、希硫酸法、水熱分解法が挙げられる。コストの点で、希硫酸法、水熱分解法が好ましい。希硫酸法では、例えば、1%(v/v)~5%(v/v)の希硫酸で材料を180℃~200℃にて5分~1時間程度処理する。水熱分解法では、例えば、130℃~300℃にて10MPa程度の水で材料を処理する。 If desired, the fermentation substrate material (eg biomass) may be pretreated prior to being subjected to fermentation. Such pretreatment can break down polysaccharides (eg, cellulose) in the biomass into oligosaccharides or monosaccharides by "saccharification." The pretreatment method is not particularly limited, but includes, for example, an enzymatic method, a dilute sulfuric acid method, and a hydrothermal decomposition method. From the viewpoint of cost, the dilute sulfuric acid method and the hydrothermal decomposition method are preferred. In the dilute sulfuric acid method, for example, a material is treated with 1% (v/v) to 5% (v/v) dilute sulfuric acid at 180° C. to 200° C. for about 5 minutes to 1 hour. In the hydrothermal decomposition method, for example, materials are treated with water of about 10 MPa at 130°C to 300°C.

セルラーゼ細胞表層提示酵母は、発酵に供する前に好気的条件下で培養することにより、その菌体量を増加させ得る。形質転換酵母の培養は、当業者に周知の方法により適宜実施できる。培地のpHは、例えば4~6、好ましくは5である。好気的培養時の培地中の溶存酸素濃度は、例えば0.5ppm~6ppm、好ましくは1ppm~4ppm、より好ましくは2ppmである。培養温度は、例えば20℃~45℃、好ましくは25℃~35℃、より好ましくは30℃である。酵母菌体量が例えば10g(湿潤量)/L以上、好ましくは12.5g(湿潤量)/L、より好ましくは15g(湿潤量)/L以上になるまで培養することが好ましく、培養時間は例えば24時間~96時間程度である。 The cellulase cell surface-displaying yeast can be cultured under aerobic conditions before being subjected to fermentation to increase its cell mass. Cultivation of transformed yeast can be carried out as appropriate by methods well known to those skilled in the art. The pH of the medium is, for example, 4-6, preferably 5. The dissolved oxygen concentration in the medium during aerobic culture is, for example, 0.5 ppm to 6 ppm, preferably 1 ppm to 4 ppm, and more preferably 2 ppm. The culture temperature is, for example, 20°C to 45°C, preferably 25°C to 35°C, more preferably 30°C. It is preferable to culture until the amount of yeast cells is, for example, 10 g (wet weight) / L or more, preferably 12.5 g (wet weight) / L, more preferably 15 g (wet weight) / L or more, and the culture time is For example, it is about 24 hours to 96 hours.

発酵培養では、酵母に一般的に適用される培養条件を適宜選択して用いることができる。典型的には、発酵のための培養のために、静置培養、振とう培養または通気攪拌培養等を用いることができる。通気条件は、嫌気条件下、微好気条件下、および好気条件などから適宜選択することができる。培養温度は、例えば25℃~45℃、好ましくは30℃~40℃、より好ましくは35℃である。培養時間は、必要に応じて任意の時間が設定され得、例えば24時間~120時間などの範囲内の培養時間に設定することができる。pHの調整は、無機あるいは有機酸、アルカリ溶液などを用いて行うことができる。発酵培地には、発酵基質に加えて、酵母の培養のために添加され得る培地成分を必要に応じてさらに含めることもできる。 In fermentation culture, culture conditions generally applied to yeast can be appropriately selected and used. Typically, static culture, shaking culture, aeration-stirring culture, or the like can be used for culture for fermentation. Aeration conditions can be appropriately selected from anaerobic conditions, microaerobic conditions, aerobic conditions, and the like. The culture temperature is, for example, 25°C to 45°C, preferably 30°C to 40°C, more preferably 35°C. Any culture time can be set as necessary, and the culture time can be set within a range of, for example, 24 hours to 120 hours. Adjustment of pH can be performed using an inorganic or organic acid, an alkaline solution, or the like. In addition to the fermentation substrate, the fermentation medium can optionally further contain medium components that can be added for culturing yeast.

エタノール発酵終了後、培養液(発酵液)からエタノール含有画分を回収する工程、さらにこれを精製または濃縮する工程を実施することもできる。これらの工程およびそれらに要する手段は、当業者によって適宜選択される。 After completion of ethanol fermentation, a step of recovering an ethanol-containing fraction from the culture solution (fermentation solution) and a step of further purifying or concentrating it can also be carried out. These steps and the means required for them are appropriately selected by those skilled in the art.

以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

本実施例で用いた酵母サッカロマイセス・セレビシエのBY4741株およびBY4741sed1Δ株は、Thermo Fisher Scientific社より入手した。 The yeast Saccharomyces cerevisiae BY4741 and BY4741sed1Δ strains used in this example were obtained from Thermo Fisher Scientific.

本実施例に示す全てのPCR法には、KOD-Plus-Neo-DNAポリメラーゼ(東洋紡績株式会社製)を用いて実施した。 All PCR methods shown in this example were carried out using KOD-Plus-Neo-DNA polymerase (manufactured by Toyobo Co., Ltd.).

本実施例に示す全ての酵母への遺伝子導入は、酢酸リチウム法によって実施した。 Gene transfer into all yeasts shown in this example was performed by the lithium acetate method.

(調製例1:Cas9エンドヌクレアーゼ発現カセットを含有するベクタープラスミドの調製)
下記発現カセットX1を含むプラスミドを調製した:
X1:TEF1プロモーター+Cas9エンドヌクレアーゼ+CYC1ターミネーター
(Preparation Example 1: Preparation of vector plasmid containing Cas9 endonuclease expression cassette)
A plasmid containing the following expression cassette X1 was prepared:
X1: TEF1 promoter + Cas9 endonuclease + CYC1 terminator

上記発現カセットに含まれる各構成要素の塩基配列およびアミノ酸配列は、以下に示されるとおりである:
配列番号13:サッカロマイセス・セレビシエ由来のTEF1のプロモーターの塩基配列
配列番号14:ストレプトコッカス・パイロジェネス由来のCas9エンドヌクレアーゼをコードするDNAの塩基配列(両端にシミアンウイルス40由来の核移行シグナル(SV40 NLS)配列を含む)
配列番号15:ストレプトコッカス・パイロジェネス由来のCas9エンドヌクレアーゼのアミノ酸配列(両端にシミアンウイルス40由来の核移行シグナル(SV40 NLS)配列を含む)
配列番号16:サッカロマイセス・セレビシエ由来のCYC1のターミネーターの塩基配列
The nucleotide sequence and amino acid sequence of each component contained in the above expression cassette are as shown below:
SEQ ID NO: 13: Nucleotide sequence of promoter of TEF1 derived from Saccharomyces cerevisiae SEQ ID NO: 14: Nucleotide sequence of DNA encoding Cas9 endonuclease derived from Streptococcus pyrogenes (nuclear localization signal (SV40 NLS) derived from simian virus 40 at both ends array)
SEQ ID NO: 15: Amino acid sequence of Cas9 endonuclease derived from Streptococcus pyrogenes (including simian virus 40-derived nuclear localization signal (SV40 NLS) sequences at both ends)
SEQ ID NO: 16: nucleotide sequence of CYC1 terminator derived from Saccharomyces cerevisiae

以下、本実施例で用いるCas9発現カセットを含有するプラスミドの調製手順について説明する。 Hereinafter, the procedure for preparing a plasmid containing the Cas9 expression cassette used in this example will be described.

サッカロマイセス・セレビシエ由来の遺伝子TEF1について、PCR法により、サッカロマイセス・セレビシエBY4741株ゲノムを鋳型とし、プライマー対TEF1pCas9-F(配列番号17)およびTEF1pCas9-R(配列番号18)を用いて増幅し、TEF1プロモーター領域を含むDNA断片を調製した。同様に、サッカロマイセス・セレビシエ由来の遺伝子CYC1について、PCR法により、サッカロマイセス・セレビシエBY4741株ゲノムを鋳型とし、プライマー対CYC1tCas9-F(配列番号19)およびDIT1t-NcoI-R(配列番号20)を用いて増幅し、CYC1遺伝子のコーディング領域下流のターミネーター領域を含むDNA断片を調製した。さらに、PCR法により、プラスミドCas9_Base(SCIENTIFIC REPORTS, 7: 8993, DOI:10.1038/s41598-017-08356-5)を鋳型とし、プライマー対Cas9-F(配列番号21)およびCas9-R(配列番号22)を用いて増幅し、ストレプトコッカス・パイロジェネス由来Cas9エンドヌクレアーゼ遺伝子のコーディング領域を含むDNA断片を調製した。これらの断片を、TEF1プロモーター領域、Cas9エンドヌクレアーゼ遺伝子コーディング領域、CYC1ターミネーター領域の順番になるようにOverlap extension PCR法により連結し、発現カセットX1を含むDNA断片を調製した。最後に、このDNA断片をXhoIおよびNotI-HFで処理したプラスミドpGK415(栄養要求性マーカー遺伝子LEU2を有する低コピープラスミドベクター:J. Biochem. 2009;145(6)701-708)にIn-Fusion法により連結し、得られたプラスミドをpCL-Cas9と命名した。 The Saccharomyces cerevisiae-derived gene TEF1 was amplified by PCR using the Saccharomyces cerevisiae BY4741 strain genome as a template and the primer pair TEF1pCas9-F (SEQ ID NO: 17) and TEF1pCas9-R (SEQ ID NO: 18) to obtain the TEF1 promoter. A DNA fragment containing the region was prepared. Similarly, for the Saccharomyces cerevisiae-derived gene CYC1, a PCR method was performed using the Saccharomyces cerevisiae BY4741 strain genome as a template and a primer pair CYC1tCas9-F (SEQ ID NO: 19) and DIT1t-NcoI-R (SEQ ID NO: 20). Amplified, a DNA fragment containing the terminator region downstream of the coding region of the CYC1 gene was prepared. Furthermore, by the PCR method, using the plasmid Cas9_Base (SCIENTIFIC REPORTS, 7: 8993, DOI: 10.1038/s41598-017-08356-5) as a template, a primer pair Cas9-F (SEQ ID NO: 21) and Cas9-R (SEQ ID NO: 22 ) to prepare a DNA fragment containing the coding region of the Cas9 endonuclease gene derived from Streptococcus pyrogenes. These fragments were ligated by overlap extension PCR in the order of the TEF1 promoter region, the Cas9 endonuclease gene coding region, and the CYC1 terminator region to prepare a DNA fragment containing the expression cassette X1. Finally, this DNA fragment was transferred to XhoI and NotI-HF-treated plasmid pGK415 (low-copy plasmid vector having auxotrophic marker gene LEU2: J. Biochem. 2009; 145(6) 701-708) by In-Fusion method. and the resulting plasmid was named pCL-Cas9.

(調製例2:ガイドRNA(gRNA)発現カセットを含有するベクタープラスミドの調製)
下記発現カセットX2~X6をそれぞれ、または複数含むプラスミドを調製した:
X2:SNR52プロモーター+CCW12用gRNA+gRNAscafold+SUP4ターミネーター
X3:SNR52プロモーター+CCW14用gRNA+gRNAscafold+SUP4ターミネーター
X4:SNR52プロモーター+DAN1用gRNA+gRNAscafold+SUP4ターミネーター
X5:SNR52プロモーター+TIP1用gRNA+gRNAscafold+SUP4ターミネーター
X6:SNR52プロモーター+CWP1用gRNA+gRNAscafold+SUP4ターミネーター
(Preparation Example 2: Preparation of vector plasmid containing guide RNA (gRNA) expression cassette)
Plasmids containing each or a plurality of the following expression cassettes X2 to X6 were prepared:
X2: SNR52 promoter + gRNA for CCW12 + gRNA scaffold + SUP4 terminator X3: SNR52 promoter + gRNA for CCW14 + gRNA scaffold + SUP4 terminator X4: SNR52 promoter + gRNA for DAN1 + gRNA scaffold + SUP4 terminator X5: SNR52 promoter + gRNA + gRNA sc for TIP1 afold + SUP4 terminator X6: SNR52 promoter + gRNA for CWP1 + gRNA scaffold + SUP4 terminator

上記発現カセットに含まれる各構成要素の塩基配列およびアミノ酸配列は、以下に示されるとおりである:
配列番号23:サッカロマイセス・セレビシエ由来の核小体低分子RNA(snoRNA)遺伝子SNR52のプロモーターの塩基配列
配列番号24:CCW12用gRNAの塩基配列
配列番号25:CCW14用gRNAの塩基配列
配列番号26:DAN1用gRNAの塩基配列
配列番号27:TIP1用gRNAの塩基配列
配列番号28:CWP1用gRNA
配列番号29:gRNAscafoldの塩基配列
配列番号30:サッカロマイセス・セレビシエ由来のtRNA遺伝子SUP4のターミネーターの塩基配列
The nucleotide sequence and amino acid sequence of each component contained in the above expression cassette are as shown below:
SEQ ID NO: 23: Nucleotide sequence of promoter of small nucleolar RNA (snoRNA) gene SNR52 derived from Saccharomyces cerevisiae SEQ ID NO: 24: Base sequence of gRNA for CCW12 SEQ ID NO: 25: Base sequence of gRNA for CCW14 SEQ ID NO: 26: DAN1 Base sequence of gRNA for SEQ ID NO: 27: Base sequence of gRNA for TIP1 SEQ ID NO: 28: gRNA for CWP1
SEQ ID NO: 29: base sequence of gRNA scaffold SEQ ID NO: 30: base sequence of terminator of tRNA gene SUP4 derived from Saccharomyces cerevisiae

以下、本実施例で用いるガイドRNA(gRNA)発現カセットを含有する各種プラスミドの調製手順について説明する。 The procedures for preparing various plasmids containing the guide RNA (gRNA) expression cassettes used in the Examples are described below.

PCR法により、プラスミドpGK426(栄養要求性マーカー遺伝子URA3を有する高コピープラスミドベクター:J. Biochem. 2009;145(6)701-708)を鋳型とし、プライマー対Guide-F1(配列番号31)およびGuide-R1(配列番号32)を用いて増幅し、得られたDNA断片をIn-Fusion法により環状化した。さらに、PCR法により、この環状DNAを鋳型とし、プライマー対Guide-F2(配列番号33)およびGuide-R2(配列番号34)を用いて増幅することで、gRNAscafold配列およびサッカロマイセス・セレビシエ由来のtRNA遺伝子SUP4のコーディング領域下流のターミネーター領域を含むベクターDNA断片を調製した。続いて、サッカロマイセス・セレビシエ由来の核小体低分子RNA(snoRNA)遺伝子SNR52について、PCR法により、サッカロマイセス・セレビシエBY4741株ゲノムを鋳型とし、プライマー対SNR52p-F(配列番号35)およびSNR52p-R(配列番号36)を用いて増幅し、SNR52プロモーター領域を含むDNA断片を調製した。さらに、このDNA断片を鋳型とし、プライマー対SNR52p-F(配列番号35)およびSNR52p-R-CCW12(配列番号37)、SNR52p-R-CCW14(配列番号38)SNR52p-R-DAN1(配列番号39)、SNR52p-R-TIP1(配列番号40)、またはSNR52p-R-CWP1(配列番号41)を用いて増幅することで、SNR52プロモーター領域の下流にCCW12用gRNA、CCW14用gRNA、DAN1用gRNA、TIP1用gRNA、またはCWP1用gRNAが連結されたDNA断片をそれぞれ調製した。これらのDNA断片をそれぞれ上記のベクターDNA断片にIn-Fusion法により連結し、得られた発現カセットX2、X3、X4、X5、またはX6を含むプラスミドをそれぞれp2gRNA-CCW12、p2gRNA-CCW14、p2gRNA-DAN1、p2gRNA-TIP1、およびp2gRNA-CWP1と命名した。 By PCR method, using plasmid pGK426 (high-copy plasmid vector having auxotrophic marker gene URA3: J. Biochem. 2009; 145(6) 701-708) as a template, primer pair Guide-F1 (SEQ ID NO: 31) and Guide -R1 (SEQ ID NO: 32) was used to amplify, and the resulting DNA fragment was circularized by the In-Fusion method. Furthermore, by PCR method, this circular DNA is used as a template and amplified using a primer pair Guide-F2 (SEQ ID NO: 33) and Guide-R2 (SEQ ID NO: 34) to obtain a gRNA scaffold sequence and a tRNA gene derived from Saccharomyces cerevisiae. A vector DNA fragment containing the terminator region downstream of the SUP4 coding region was prepared. Subsequently, the Saccharomyces cerevisiae-derived low nucleolar RNA (snoRNA) gene SNR52 was subjected to PCR using the Saccharomyces cerevisiae BY4741 strain genome as a template, and the primer pair SNR52p-F (SEQ ID NO: 35) and SNR52p-R ( 36) to prepare a DNA fragment containing the SNR52 promoter region. Furthermore, using this DNA fragment as a template, a primer pair SNR52p-F (SEQ ID NO: 35) and SNR52p-R-CCW12 (SEQ ID NO: 37), SNR52p-R-CCW14 (SEQ ID NO: 38), SNR52p-R-DAN1 (SEQ ID NO: 39) ), SNR52p-R-TIP1 (SEQ ID NO: 40), or SNR52p-R-CWP1 (SEQ ID NO: 41), downstream of the SNR52 promoter region CCW12 gRNA, CCW14 gRNA, DAN1 gRNA, A DNA fragment ligated with gRNA for TIP1 or gRNA for CWP1 was prepared. These DNA fragments were ligated to the vector DNA fragments described above by the In-Fusion method, and the resulting plasmids containing expression cassettes X2, X3, X4, X5, or X6 were p2gRNA-CCW12, p2gRNA-CCW14, and p2gRNA-CCW12, respectively. We named them DAN1, p2gRNA-TIP1, and p2gRNA-CWP1.

PCR法により、プラスミドp2gRNA-CCW14を鋳型とし、プライマー対gRNA-F(配列番号42)およびgRNA-R(配列番号43)を用いて増幅し、発現カセットX3を含むDNA断片を調製した。この断片を、SmaIで処理したプラスミドp2gRNA-CCW12にIn-Fusion法により連結し、得られた発現カセットX2およびX3を含むプラスミドをp2gRNA-CCW12/CCW14と命名した。 Using the plasmid p2gRNA-CCW14 as a template, amplification was performed by PCR using a primer pair gRNA-F (SEQ ID NO: 42) and gRNA-R (SEQ ID NO: 43) to prepare a DNA fragment containing the expression cassette X3. This fragment was ligated to the SmaI-treated plasmid p2gRNA-CCW12 by the In-Fusion method, and the resulting plasmid containing the expression cassettes X2 and X3 was named p2gRNA-CCW12/CCW14.

PCR法により、プラスミドp2gRNA-CWP1を鋳型とし、プライマー対gRNA-F(配列番号42)およびgRNA-R(配列番号43)を用いて増幅し、発現カセットX6を含むDNA断片を調製した。この断片を、SmaIで処理したプラスミドp2gRNA-TIP1にIn-Fusion法により連結し、得られた発現カセットX5およびX6を含むプラスミドをp2gRNA-TIP1/CWP1と命名した。 Using the plasmid p2gRNA-CWP1 as a template, amplification was performed by PCR using a primer pair gRNA-F (SEQ ID NO: 42) and gRNA-R (SEQ ID NO: 43) to prepare a DNA fragment containing the expression cassette X6. This fragment was ligated to the SmaI-treated plasmid p2gRNA-TIP1 by the In-Fusion method, and the resulting plasmid containing the expression cassettes X5 and X6 was named p2gRNA-TIP1/CWP1.

PCR法により、プラスミドp2gRNA-DAN1を鋳型とし、プライマー対gRNA-F(配列番号42)およびgRNA-R(配列番号43)を用いて増幅し、発現カセットX4を含むDNA断片を調製した。この断片を、SmaIで処理したプラスミドp2gRNA-CCW12/CCW14にIn-Fusion法により連結し、得られた発現カセットX2、X3、およびX4を含むプラスミドをp2gRNA-CCW12/CCW14/DAN1と命名した。 Using the plasmid p2gRNA-DAN1 as a template, amplification was performed by PCR using a primer pair gRNA-F (SEQ ID NO: 42) and gRNA-R (SEQ ID NO: 43) to prepare a DNA fragment containing the expression cassette X4. This fragment was ligated to the SmaI-treated plasmid p2gRNA-CCW12/CCW14 by the In-Fusion method, and the resulting plasmid containing the expression cassettes X2, X3 and X4 was named p2gRNA-CCW12/CCW14/DAN1.

PCR法により、プラスミドp2gRNA-DAN1を鋳型とし、プライマー対gRNA-F(配列番号42)およびgRNA-R(配列番号43)を用いて増幅し、発現カセットX4を含むDNA断片を調製した。この断片を、SmaIで処理したプラスミドp2gRNA-TIP1/CWP1にIn-Fusion法により連結し、得られた発現カセットX4、X5、およびX6を含むプラスミドをp2gRNA-TIP1/CWP1/DAN1と命名した。 Using the plasmid p2gRNA-DAN1 as a template, amplification was performed by PCR using a primer pair gRNA-F (SEQ ID NO: 42) and gRNA-R (SEQ ID NO: 43) to prepare a DNA fragment containing the expression cassette X4. This fragment was ligated to the SmaI-treated plasmid p2gRNA-TIP1/CWP1 by the In-Fusion method, and the resulting plasmid containing the expression cassettes X4, X5 and X6 was named p2gRNA-TIP1/CWP1/DAN1.

(調製例3:細胞表層発現カセットを含有するベクタープラスミドの調製)
下記発現カセットX7およびX8をそれぞれ含むプラスミドを調製した:
X7:SED1プロモーター+SED1分泌シグナル+BGL1+SED1アンカードメイン+DIT1ターミネーター
X8:SED1プロモーター+SED1分泌シグナル+EGII+SED1アンカードメイン+DIT1ターミネーター
(Preparation Example 3: Preparation of vector plasmid containing cell surface expression cassette)
Plasmids were prepared containing the following expression cassettes X7 and X8, respectively:
X7: SED1 promoter + SED1 secretion signal + BGL1 + SED1 anchor domain + DIT1 terminator X8: SED1 promoter + SED1 secretion signal + EGII + SED1 anchor domain + DIT1 terminator

上記発現カセットに含まれる各構成要素の塩基配列およびアミノ酸配列は、以下に示されるとおりである:
配列番号44:サッカロマイセス・セレビシエ由来のSED1の分泌シグナルペプチドをコードするDNAの塩基配列
配列番号45:サッカロマイセス・セレビシエ由来のSED1の分泌シグナルペプチドのアミノ酸配列
配列番号46:サッカロマイセス・セレビシエ由来のSED1のプロモーターの塩基配列
配列番号47:本発明の実施例においてSED1アンカードメインとして用いた、サッカロマイセス・セレビシエ由来のSED1アンカータンパク質のコーディング領域から開始コドンを除いた領域のDNAの塩基配列
配列番号48:本発明の実施例においてSED1アンカードメインとして用いた、サッカロマイセス・セレビシエ由来のSED1アンカータンパク質(但し開始メチオニンを含まない)のアミノ酸配列
配列番号49:アスペルギルス・アクレアタス由来β-グルコシダーゼ1(BGL1)をコードするDNAの塩基配列
配列番号50:アスペルギルス・アクレアタス由来β-グルコシダーゼ1(BGL1)のアミノ酸配列
配列番号51:トリコデルマ・リーセイ由来エンドグルカナーゼII(EGII)をコードするDNAの塩基配列
配列番号52:トリコデルマ・リーセイ由来エンドグルカナーゼII(EGII)のアミノ酸
配列番号53:サッカロマイセス・セレビシエ由来のDIT1のターミネーターの塩基配列
The nucleotide sequence and amino acid sequence of each component contained in the above expression cassette are as shown below:
SEQ ID NO: 44: base sequence of DNA encoding Saccharomyces cerevisiae-derived SED1 secretory signal peptide SEQ ID NO: 45: amino acid sequence of Saccharomyces cerevisiae-derived SED1 secretory signal peptide SEQ ID NO: 46: Saccharomyces cerevisiae-derived SED1 promoter Nucleotide sequence SEQ ID NO: 47: the base sequence of the DNA of the region excluding the start codon from the coding region of the SED1 anchor protein derived from Saccharomyces cerevisiae used as the SED1 anchor domain in the examples of the present invention SEQ ID NO: 48: of the present invention Amino acid sequence of the SED1 anchor protein derived from Saccharomyces cerevisiae (but not including the initiation methionine) used as the SED1 anchor domain in the Examples SEQ ID NO: 49: base of DNA encoding Aspergillus aculatus β-glucosidase 1 (BGL1) SEQ ID NO: 50: amino acid sequence of Aspergillus aculatus β-glucosidase 1 (BGL1) SEQ ID NO: 51: base sequence of DNA encoding Trichoderma reesei endoglucanase II (EGII) SEQ ID NO: 52: Trichoderma reesei endoglucanase II (EGII) amino acid SEQ ID NO: 53: Nucleotide sequence of the terminator of DIT1 from Saccharomyces cerevisiae

以下、本実施例で用いる細胞表層発現カセットを含有するプラスミドの調製手順について説明する。 The procedure for preparing the plasmid containing the cell surface expression cassette used in this example is described below.

サッカロマイセス・セレビシエ由来の遺伝子DIT1について、PCR法により、サッカロマイセス・セレビシエBY4741株ゲノム(Biotechniques.2011, 50(5):325-328に記載の方法により調製した)を鋳型とし、プライマー対DIT1t-BsrGI-F(配列番号54)およびDIT1t-NcoI-R(配列番号55)を用いて増幅し、DIT1遺伝子のコーディング領域下流のターミネーター領域を含むDNA断片を調製した。他方で、ベクタープラスミドpIEG-SSS(栄養要求性マーカー遺伝子HIS3、およびEG発現カセット(すなわち、SED1プロモーター、SED1の分泌シグナルペプチド配列、トリコデルマ・リーセイ由来エンドグルカナーゼII(「EGII」)遺伝子のコーディング領域、SED1遺伝子のコーディング領域、およびα-アグルチニン遺伝子のコーディング領域下流445bpのターミネーター領域がこの順に配置されているカセットを有する表層発現用ベクター: Biotechnology and Bioengineering, Vol.113, No.11, 2016, 2358-2366)を鋳型とし、プライマー対pRS403-NcoI-F(配列番号56)およびSED1a-BsrGI-R(配列番号57)を用いて増幅することにより、このプラスミドのα-アグルチニン遺伝子のターミネーター領域を除いた全長を含むDNA断片を調製した。これらの断片をそれぞれBsrGIおよびNcoIで処理し、ライゲーション法により連結した。得られた発現カセットX8を含むプラスミドをpIEG-SSSDと命名した。 For the Saccharomyces cerevisiae-derived gene DIT1, a primer pair DIT1t-BsrGI- Amplified using F (SEQ ID NO: 54) and DIT1t-NcoI-R (SEQ ID NO: 55), a DNA fragment containing the terminator region downstream of the coding region of the DIT1 gene was prepared. On the other hand, the vector plasmid pIEG-SSS (containing the auxotrophic marker gene HIS3 and the EG expression cassette (i.e., the SED1 promoter, the secretory signal peptide sequence of SED1, the coding region of the endoglucanase II (“EGII”) gene from Trichoderma reesei, Surface expression vector having a cassette in which the coding region of the SED1 gene and the terminator region of 445 bp downstream of the coding region of the α-agglutinin gene are arranged in this order: Biotechnology and Bioengineering, Vol.113, No.11, 2016, 2358- 2366) as a template, the terminator region of the α-agglutinin gene of this plasmid was removed by amplification using the primer pair pRS403-NcoI-F (SEQ ID NO: 56) and SED1a-BsrGI-R (SEQ ID NO: 57). A DNA fragment containing the full length was prepared, treated with BsrGI and NcoI, respectively, and ligated, and the resulting plasmid containing the expression cassette X8 was named pIEG-SSSD.

プラスミドpIBG-SSS(栄養要求性マーカー遺伝子HIS3、およびBGL発現カセット(すなわち、SED1プロモーター、SED1の分泌シグナルペプチド配列、アスペルギルス・アクレアータス由来β-グルコシダーゼ1(「BGL1」)遺伝子のコーディング領域、SED1遺伝子のコーディング領域、およびα-アグルチニン遺伝子のコーディング領域下流445bpのターミネーター領域がこの順に配置されているカセットを有する表層発現用ベクター:Biotechnology and Bioengineering, Vol.113, No.11, 2016, 2358-2366)をNdeIおよびBsrGIで処理し、栄養要求性マーカー遺伝子HIS3の一部、SED1プロモーター、SED1の分泌シグナルペプチド配列、BGL遺伝子のコーディング領域、およびSED1遺伝子のコーディング領域を含むDNA断片を調製した。このDNA断片を、同様にNdeIおよびBsrGIで処理したプラスミドpIEG-SSSDにライゲーション法により連結した。得られた発現カセットX7を含むプラスミドをpIBG-SSSDと命名した。 Plasmid pIBG-SSS, containing the auxotrophic marker gene HIS3 and the BGL expression cassette (i.e., the SED1 promoter, the secretory signal peptide sequence of SED1, the coding region of the β-glucosidase 1 (“BGL1”) gene from Aspergillus aculeatus, the Surface expression vector having a cassette in which the coding region and the terminator region of 445 bp downstream of the coding region of the α-agglutinin gene are arranged in this order: Biotechnology and Bioengineering, Vol.113, No.11, 2016, 2358-2366) Treated with NdeI and BsrGI, a DNA fragment containing a portion of the auxotrophic marker gene HIS3, the SED1 promoter, the secretory signal peptide sequence of SED1, the coding region of the BGL gene, and the coding region of the SED1 gene was prepared. was similarly ligated with NdeI and BsrGI-treated plasmid pIEG-SSSD, and the resulting plasmid containing expression cassette X7 was named pIBG-SSSD.

(調製例4:遺伝子ノックアウト酵母の調製)
以下、本実施例で用いる遺伝子ノックアウト酵母のCRISPR-Cas9システムを介した調製手順について説明する。
(Preparation Example 4: Preparation of gene knockout yeast)
Hereinafter, the preparation procedure via the CRISPR-Cas9 system of the gene knockout yeast used in this example will be described.

調製例1に記載のプラスミドpCL-Cas9を酵母サッカロマイセス・セレビシエBY4741株(MATα his3 leu2 met15 ura3株)に供し、酢酸リチウム法により導入した。その後、SD培地(ヒスチジン、メチオニン、およびウラシルを補充)にて選択を行うことで、pCL-Cas9を保持する形質転換株を獲得した。次に、調製例2に記載のプラスミドp2gRNA-CCW12/CCW14/DAN1と、CCW12、CCW14、およびDAN1遺伝子のコーディング領域とそれぞれ相同性を有し、かつ特定のアミノ酸コドンが終止コドンに置き換えられた配列を持つ2本鎖のオリゴDNA(配列番号58、59、および60)を混合して上記の形質転換株に供し、酢酸リチウム法により導入した。その後、SD培地(ヒスチジンおよびメチオニンを補充)にて選択を行うことで、pCL-Cas9およびp2gRNA-CCW12/CCW14/DAN1を保持する形質転換株を獲得した。得られた形質転換株のうち、シーケンス解析によりゲノム上のCCW12、CCW14、およびDAN1遺伝子の標的コドンがすべて終止コドンに置換されていることが確認できた株について、SD培地(ヒスチジン、メチオニン、およびウラシルを補充)にて数日間培養してプラスミドp2gRNA-CCW12/CCW14/DAN1を菌体から脱落させた。その後、SD培地(ヒスチジンおよびメチオニンを補充)において生育が見られないことが確認できた株を、CCW12、CCW14、およびDAN1遺伝子がノックアウトされた株として選択した。この株をBY-ccw12/ccw14/dan1株と称する。 The plasmid pCL-Cas9 described in Preparation Example 1 was introduced into the yeast Saccharomyces cerevisiae BY4741 strain (MATα his3 leu2 met15 ura3 strain) by the lithium acetate method. Subsequently, a transformant carrying pCL-Cas9 was obtained by selection on SD medium (supplemented with histidine, methionine, and uracil). Next, the plasmid p2gRNA-CCW12/CCW14/DAN1 described in Preparation Example 2 has homology with the coding regions of the CCW12, CCW14, and DAN1 genes, respectively, and a specific amino acid codon is replaced with a stop codon. A mixture of double-stranded oligo DNAs (SEQ ID NOS: 58, 59 and 60) having the SEQ ID NOS: 58, 59 and 60 was applied to the above transformant and introduced by the lithium acetate method. Subsequently, selection was performed on SD medium (supplemented with histidine and methionine) to obtain transformants carrying pCL-Cas9 and p2gRNA-CCW12/CCW14/DAN1. Among the resulting transformants, sequence analysis confirmed that the target codons of the CCW12, CCW14, and DAN1 genes on the genome were all replaced with stop codons. (supplemented with uracil) for several days to remove the plasmid p2gRNA-CCW12/CCW14/DAN1 from the cells. After that, strains in which no growth was confirmed in SD medium (supplemented with histidine and methionine) were selected as strains in which the CCW12, CCW14 and DAN1 genes were knocked out. This strain is called the BY-ccw12/ccw14/dan1 strain.

調製例2に記載のプラスミドp2gRNA-TIP1/CWP1と、TIP1およびCWP1遺伝子のコーディング領域とそれぞれ相同性を有し、かつ特定のアミノ酸コドンが終止コドンに置き換えられた配列を持つ2本鎖のオリゴDNA(配列番号61および62)を混合してBY-ccw12/ccw14/dan1株に供し、酢酸リチウム法により導入した。その後、SD培地(ヒスチジンおよびメチオニンを補充)にて選択を行うことで、pCL-Cas9およびp2gRNA-TIP1/CWP1を保持する形質転換株を獲得した。得られた形質転換株のうち、シーケンス解析によりゲノム上のTIP1およびCWP1遺伝子の標的コドンがすべて終止コドンに置換されていることが確認できた株について、YPD培地にて数日間培養してプラスミドpCL-Cas9およびp2gRNA-TIP1/CWP1を菌体から脱落させた。その後、SD培地(ヒスチジン、メチオニン、およびロイシンを補充)およびSD培地(ヒスチジン、メチオニン、およびウラシルを補充)の両方において生育が見られないことが確認できた株を、CCW12、CCW14、DAN1、TIP1、およびCWP1遺伝子がノックアウトされた株として選択した。この株をGPImutant株と称する。 A double-stranded oligo DNA having a sequence homologous to the plasmid p2gRNA-TIP1/CWP1 described in Preparation Example 2 and the coding regions of the TIP1 and CWP1 genes, respectively, and having specific amino acid codons replaced with termination codons. (SEQ ID NOS: 61 and 62) were mixed and introduced into the BY-ccw12/ccw14/dan1 strain by the lithium acetate method. Subsequently, selection was performed on SD medium (supplemented with histidine and methionine) to obtain transformants carrying pCL-Cas9 and p2gRNA-TIP1/CWP1. Among the resulting transformants, sequence analysis confirmed that all the target codons of the TIP1 and CWP1 genes on the genome had been replaced with stop codons. -Cas9 and p2gRNA-TIP1/CWP1 were detached from the cells. After that, CCW12, CCW14, DAN1, and TIP1 were confirmed to show no growth on both SD medium (supplemented with histidine, methionine, and leucine) and SD medium (supplemented with histidine, methionine, and uracil). , and the strain in which the CWP1 gene was knocked out. This strain is referred to as the GPImutant strain.

(調製例5:細胞表層発現酵母の調製)
以下、各種細胞表層発現酵母の調製手順について説明する。
(Preparation Example 5: Preparation of cell surface expressing yeast)
Procedures for preparing various cell surface-expressing yeasts are described below.

(5-1:5遺伝子ノックアウト株を宿主とするβ-グルコシダーゼ(BGL)表層提示株)
調製例3に記載のプラスミドpIBG-SSSDをNdeIで処理し、それぞれ酵母サッカロマイセス・セレビシエBY4741株およびGPImutant株に供し、酢酸リチウム法により導入した。その後、SD培地(メチオニン、ロイシン、およびウラシルを補充)にて選択を行うことで、形質転換株を獲得した。これらの形質転換株をそれぞれBY-BG-SSSD株(BY4741株を宿主とするBGL細胞表層提示株)およびGPIm-BGSD株(5遺伝子ノックアウト株を宿主とするBGL細胞表層提示株)と称する。
(5-1: β-Glucosidase (BGL) Surface Display Strain Hosted by 5 Gene Knockout Strain)
The plasmid pIBG-SSSD described in Preparation Example 3 was treated with NdeI and introduced into the yeast Saccharomyces cerevisiae BY4741 strain and GPImutant strain, respectively, by the lithium acetate method. Transformants were then obtained by selection on SD medium (supplemented with methionine, leucine and uracil). These transformed strains are called BY-BG-SSSD strain (BGL cell surface display strain with BY4741 strain as host) and GPIm-BGSD strain (BGL cell surface display strain with 5-gene knockout strain as host), respectively.

(5-2:5遺伝子ノックアウト株を宿主とするエンドグルカナーゼ(EG)表層提示株)
調製例3に記載のプラスミドpIEG-SSSDをNdeIで処理し、それぞれ酵母サッカロマイセス・セレビシエBY4741株およびGPImutant株に供し、酢酸リチウム法により導入した。その後、SD培地(メチオニン、ロイシン、およびウラシルを補充)にて選択を行うことで、形質転換株を獲得した。これらの形質転換株をそれぞれBY-EG-SSSD株(BY4741株を宿主とするEG細胞表層提示形質転換株)およびGPIm-EGSD株(5遺伝子ノックアウト株を宿主とするEG細胞表層提示形質転換株)と称する。
(5-2: Endoglucanase (EG) Surface Display Strain Hosted by 5 Gene Knockout Strain)
The plasmid pIEG-SSSD described in Preparation Example 3 was treated with NdeI and introduced into yeast Saccharomyces cerevisiae BY4741 strain and GPImutant strain, respectively, by the lithium acetate method. Transformants were then obtained by selection on SD medium (supplemented with methionine, leucine and uracil). BY-EG-SSSD strain (EG cell surface display transformant with BY4741 strain as host) and GPIm-EGSD strain (EG cell surface display transformant with 5-gene knockout strain as host), respectively. called.

BY-EG-SSSD株およびGPIm-EGSD株のそれぞれの細胞壁を透過型電子顕微鏡にて観察した。これらの電子顕微鏡写真を図1に示す(A:BY-EG-SSSD株およびB:GPIm-EGSD株)。GPIm-EGSD株では、BY-EG-SSSD株と比べて、細胞壁の細胞外側の表面にブラシ状構造の乱れが観察された。細胞壁の厚みには両株間であまり大きな差は見られなかった。 Cell walls of the BY-EG-SSSD and GPIm-EGSD strains were observed with a transmission electron microscope. These electron micrographs are shown in FIG. 1 (A: BY-EG-SSSD strain and B: GPIm-EGSD strain). Disordered brush-like structures were observed on the extracellular surface of the cell wall in the GPIm-EGSD strain compared to the BY-EG-SSSD strain. There was not much difference in cell wall thickness between the two strains.

(5-3:CCW12およびCCW14遺伝子がノックアウトされた細胞表層発現酵母株)
調製例1に記載のプラスミドpCL-Cas9をBY-BG-SSSD株に供し、酢酸リチウム法により導入した。その後、SD培地(メチオニンおよびウラシルを補充)にて選択を行うことで、pCL-Cas9を保持する形質転換株を獲得した。次に、調製例2に記載のプラスミドp2gRNA-CCW12/CCW14と、CCW12およびCCW14遺伝子のコーディング領域とそれぞれ相同性を有し、かつ特定のアミノ酸コドンが終止コドンに置き換えられた配列を持つ2本鎖のオリゴDNA(配列番号58および59)を混合して上記の形質転換株に供し、酢酸リチウム法により導入した。その後、SD培地(メチオニンを補充)にて選択を行うことで、pCL-Cas9およびp2gRNA-CCW12/CCW14を保持する形質転換株を獲得した。得られた形質転換株のうち、シーケンス解析によりゲノム上のCCW12およびCCW14遺伝子の標的コドンがすべて終止コドンに置換されていることが確認できた株について、SD培地(メチオニン、ロイシン、およびウラシルを補充)にて数日間培養してプラスミドpCL-Cas9およびp2gRNA-CCW12/CCW14を菌体から脱落させた。その後、SD培地(メチオニンおよびロイシンを補充)およびSD培地(メチオニンおよびウラシルを補充)の両方において生育が見られないことが確認できた株を、CCW12およびCCW14遺伝子がノックアウトされた細胞表層発現酵母株として選択した。この株をccw12/ccw14-BGSD株と称する。
(5-3: Cell surface expression yeast strain in which CCW12 and CCW14 genes are knocked out)
The plasmid pCL-Cas9 described in Preparation Example 1 was applied to the BY-BG-SSSD strain and introduced by the lithium acetate method. Then, a transformant carrying pCL-Cas9 was obtained by selection on SD medium (supplemented with methionine and uracil). Next, the plasmid p2gRNA-CCW12/CCW14 described in Preparation Example 2 and a double strand having a sequence homologous to the coding regions of the CCW12 and CCW14 genes, and having specific amino acid codons replaced with termination codons oligo DNAs (SEQ ID NOS: 58 and 59) were mixed and applied to the above transformant, and introduced by the lithium acetate method. Then, by performing selection on SD medium (supplemented with methionine), transformants retaining pCL-Cas9 and p2gRNA-CCW12/CCW14 were obtained. Among the resulting transformants, sequence analysis confirmed that all the target codons of the CCW12 and CCW14 genes on the genome had been replaced with stop codons. ) for several days to remove the plasmids pCL-Cas9 and p2gRNA-CCW12/CCW14 from the cells. After that, yeast strains in which CCW12 and CCW14 genes were knocked out and expressed on the cell surface were confirmed to have no growth in both SD medium (supplemented with methionine and leucine) and SD medium (supplemented with methionine and uracil). selected as This strain is referred to as the ccw12/ccw14-BGSD strain.

(5-4:TIP1、CWP1、およびDAN1遺伝子がノックアウトされた細胞表層発現酵母株)
調製例1に記載のプラスミドpCL-Cas9をBY-BG-SSSD株に供し、酢酸リチウム法により導入した。その後、SD培地(メチオニンおよびウラシルを補充)にて選択を行うことで、pCL-Cas9を保持する形質転換株を獲得した。次に、調製例2に記載のプラスミドp2gRNA-TIP1/CWP1/DAN1と、DAN1、TIP1、およびCWP1遺伝子のコーディング領域とそれぞれ相同性を有し、かつ特定のアミノ酸コドンが終止コドンに置き換えられた配列を持つ2本鎖のオリゴDNA(配列番号60、61、および62)を混合して上記の形質転換株に供し、酢酸リチウム法により導入した。その後、SD培地(メチオニンを補充)にて選択を行うことで、pCL-Cas9およびp2gRNA-CCW12/CCW14/DAN1を保持する形質転換株を獲得した。得られた形質転換株のうち、シーケンス解析によりゲノム上のTIP1、CWP1、およびDAN1遺伝子の標的コドンがすべて終止コドンに置換されていることが確認できた株について、SD培地(メチオニン、ロイシン、およびウラシルを補充)にて数日間培養してプラスミドpCL-Cas9およびp2gRNA-TIP1/CWP1/DAN1を菌体から脱落させた。その後、SD培地(メチオニンおよびロイシンを補充)およびSD培地(メチオニンおよびウラシルを補充)の両方において生育が見られないことが確認できた株を、TIP1、CWP1、およびDAN1遺伝子がノックアウトされた細胞表層発現酵母株として選択した。この株をtip1/cwp1/dan1-BGSD株と称する。
(5-4: TIP1, CWP1, and cell surface expression yeast strain in which DAN1 genes are knocked out)
The plasmid pCL-Cas9 described in Preparation Example 1 was applied to the BY-BG-SSSD strain and introduced by the lithium acetate method. Then, a transformant carrying pCL-Cas9 was obtained by selection on SD medium (supplemented with methionine and uracil). Next, the plasmid p2gRNA-TIP1/CWP1/DAN1 described in Preparation Example 2 has homology with the coding regions of the DAN1, TIP1, and CWP1 genes, respectively, and a specific amino acid codon is replaced with a termination codon. A mixture of double-stranded oligo DNAs (SEQ ID NOS: 60, 61, and 62) having the SEQ ID NOS: 60, 61, and 62 was applied to the above transformant and introduced by the lithium acetate method. Subsequently, selection was performed on SD medium (supplemented with methionine) to obtain transformants carrying pCL-Cas9 and p2gRNA-CCW12/CCW14/DAN1. Among the resulting transformants, sequence analysis confirmed that the target codons of the TIP1, CWP1, and DAN1 genes on the genome were all replaced with stop codons. (supplemented with uracil) for several days to remove the plasmids pCL-Cas9 and p2gRNA-TIP1/CWP1/DAN1 from the cells. After that, strains in which it was confirmed that no growth was observed in both SD medium (supplemented with methionine and leucine) and SD medium (supplemented with methionine and uracil) were treated with TIP1, CWP1, and DAN1 gene knockout cell surface layers. It was selected as an expression yeast strain. This strain is called tip1/cwp1/dan1-BGSD strain.

(5-5:6遺伝子ノックアウト細胞表層発現酵母株)
PCR法により、サッカロマイセス・セレビシエBY4741sed1Δ株ゲノム(Biotechniques.2011, 50(5):325-328に記載の方法により調製した)を鋳型とし、プライマー対sed1-F(配列番号63)およびsed1-R(配列番号64)を用いて増幅し、SED1遺伝子のコーディング領域上流520bpの領域、抗生物質G418耐性マーカー遺伝子kanMX遺伝子、およびSED1遺伝子のコーディング領域下流526bpの領域をこの順番で含むDNA断片を調製した。このDNA断片をGPIm-BGSD株に供し、酢酸リチウム法により導入した。その後、SD培地(メチオニン、ロイシン、ウラシル、およびG418を補充)にて選択を行うことで、形質転換株を獲得した。この形質転換株をGPIm-sed1-BGSD株と称する。
(5-5: 6 gene knockout cell surface expression yeast strain)
By PCR method, Saccharomyces cerevisiae BY4741 sed1Δ strain genome (Biotechniques.2011, 50(5):325-328) was used as a template, and a primer pair sed1-F (SEQ ID NO: 63) and sed1-R ( 64) to prepare a DNA fragment containing, in this order, a 520 bp region upstream of the coding region of the SED1 gene, the kanMX gene of the antibiotic G418 resistance marker gene, and a 526 bp region downstream of the coding region of the SED1 gene. This DNA fragment was applied to the GPIm-BGSD strain and introduced by the lithium acetate method. Transformants were then obtained by selection on SD medium (supplemented with methionine, leucine, uracil, and G418). This transformed strain is called GPIm-sed1-BGSD strain.

(試験例1:β-グルコシダーゼ(BGL)活性の検討)
酵母菌体のβ-グルコシダーゼ(BGL)活性(乾燥菌体重量当たりの活性量(U)の検討を以下の手順に従って行った。
(Test Example 1: Examination of β-glucosidase (BGL) activity)
The β-glucosidase (BGL) activity of yeast cells (active amount (U) per dry cell weight) was examined according to the following procedure.

菌体をSD培地(ロイシン、メチオニン、およびウラシルを補充)5mLに移植し、30℃、180rpmにて18時間培養し(前培養)、次いで1×YPD培地50mLに移植し(初発OD600=0.05)、30℃、150rpmにて培養した(本培養)。本培養開始からの24時間経過ごとに培養液をそれぞれ回収し、1,000g、5分間の遠心分離にて菌体と培地とを分離した。 Cells were transferred to 5 mL of SD medium (supplemented with leucine, methionine, and uracil), cultured at 30° C. and 180 rpm for 18 hours (preculture), and then transferred to 50 mL of 1×YPD medium (initial OD 600 =0 .05) and cultured at 30° C. and 150 rpm (main culture). The culture medium was collected every 24 hours from the start of the main culture, and centrifuged at 1,000 g for 5 minutes to separate the cells and the medium.

菌体のβ-グルコシダーゼ活性の測定は、以下のように行った:
(1)菌体を蒸留水で2回洗浄;
(2)反応液500μL(組成:10mM pNPG(p-ニトロフェニル-β-D-グルコピラノシド)100μL(最終濃度2mM);500mM クエン酸ナトリウム緩衝液(pH5.0) 50μL(最終濃度50mM);蒸留水250μL;および酵母懸濁液100μL)(最終菌体濃度1~10g湿潤菌体/L))を調製し、500rpm、30℃にて10分間反応;
(3)反応終了後、3M NaCO 500μLを加え反応を停止;そして
(4)10,000gで5分間遠心後、上清の400nmにおける吸光度ABS400を測定。1分間で1μmolのpNP(p-ニトロフェノール)を遊離する酵素量を1Uとする。
The β-glucosidase activity of the cells was measured as follows:
(1) washing the cells twice with distilled water;
(2) 500 μL reaction solution (composition: 100 μL 10 mM pNPG (p-nitrophenyl-β-D-glucopyranoside) (final concentration 2 mM); 500 μL sodium citrate buffer (pH 5.0) 50 μL (final concentration 50 mM); distilled water) 250 μL; and 100 μL yeast suspension) (final cell concentration 1-10 g wet cells/L)) and react at 500 rpm, 30° C. for 10 minutes;
(3) After completion of the reaction, 500 μL of 3M Na 2 CO 3 was added to stop the reaction; and (4) After centrifugation at 10,000 g for 5 minutes, the absorbance ABS 400 of the supernatant at 400 nm was measured. The amount of enzyme that liberates 1 μmol of pNP (p-nitrophenol) per minute is defined as 1 U.

(試験例2:エンドグルカナーゼ(EG)活性の検討)
酵母菌体のエンドグルカナーゼ(EG)活性(乾燥菌体重量当たりの活性量)の検討を以下の手順に従って行った。
(Test Example 2: Examination of endoglucanase (EG) activity)
The endoglucanase (EG) activity of yeast cells (active amount per dry cell weight) was examined according to the following procedure.

菌体をSD培地(ロイシン、メチオニン、およびウラシルを補充)5mLに移植し、30℃、180rpmにて18時間培養し(前培養)、次いで1×YPD培地50mLに移植し(初発OD600=0.05)、30℃、150rpmにて培養した(本培養)。本培養開始からの48時間後に培養液をそれぞれ回収し、1,000g、5分間の遠心分離にて菌体と培地とを分離した。 Cells were transferred to 5 mL of SD medium (supplemented with leucine, methionine, and uracil), cultured at 30° C. and 180 rpm for 18 hours (preculture), and then transferred to 50 mL of 1×YPD medium (initial OD 600 =0 .05) and cultured at 30° C. and 150 rpm (main culture). After 48 hours from the start of the main culture, each culture solution was collected and centrifuged at 1,000 g for 5 minutes to separate the cells and the medium.

菌体のエンドグルカナーゼ活性の測定は、以下のように行った:
(1)菌体を蒸留水で2回洗浄;
(2)反応液2500μL(組成:セラザイムCタブレット(Megazyme社製)1錠;500mM クエン酸ナトリウム緩衝液(pH5.0) 250μL(最終濃度50mM);蒸留水2000μL;および酵母懸濁液250μL(最終菌体濃度10g湿潤菌体/L))を調製し、静置、38℃にて3時間反応;
(3)反応終了後、10,000gで5分間遠心後、上清の590nmの吸光度ABS590を測定。
Measurement of bacterial endoglucanase activity was performed as follows:
(1) washing the cells twice with distilled water;
(2) 2500 μL reaction solution (composition: 1 Cerazyme C tablet (manufactured by Megazyme); 250 μL 500 mM sodium citrate buffer (pH 5.0) (final concentration 50 mM); 2000 μL distilled water; and 250 μL yeast suspension (final Prepare a bacterial cell concentration of 10 g wet bacterial cells / L)), stand, and react at 38 ° C. for 3 hours;
(3) After completion of the reaction, centrifuge at 10,000 g for 5 minutes and measure the absorbance ABS 590 at 590 nm of the supernatant.

(試験例3:β-グルコシダーゼ表層提示酵母を用いたセロビオースからのエタノール生産能力の検討)
β-グルコシダーゼ(BGL)表層提示酵母を用いたセロビオースからのエタノール生産能力の検討を以下の手順に従って行った。
(Test Example 3: Examination of ethanol production ability from cellobiose using β-glucosidase surface-displaying yeast)
β-Glucosidase (BGL) surface-displaying yeast was used to examine the ability to produce ethanol from cellobiose according to the following procedure.

菌体をSD培地(ロイシン、メチオニン、およびウラシルを補充)5mLに移植し、30℃、180rpmにて18時間培養し(前培養)、次いで1×YPD培地500mLに移植し(初発OD600=0.05)、30℃、150rpmにて培養した(本培養)。本培養開始からの48時間後に培養液をそれぞれ回収し、菌体を蒸留水で2回洗浄し、エタノール生産試験に用いた。 Cells were transferred to 5 mL of SD medium (supplemented with leucine, methionine, and uracil), cultured at 30° C. and 180 rpm for 18 hours (preculture), and then transferred to 500 mL of 1×YPD medium (initial OD 600 =0 .05) and cultured at 30° C. and 150 rpm (main culture). After 48 hours from the start of the main culture, each culture solution was collected, and the cells were washed twice with distilled water and used for the ethanol production test.

エタノール生産試験は、以下の条件下で行った:
セロビオース 20g/L
酵母エキス 10g/L
ペプトン 20g/L
酵母菌体 10g湿潤菌体重量/L
合計 20mL
上記を回転式発酵装置に入れ、市販酵素剤を添加せずに、30℃、150rpm、8時間反応させた。
Ethanol production tests were conducted under the following conditions:
Cellobiose 20g/L
Yeast extract 10g/L
Peptone 20g/L
Yeast cell 10 g wet cell weight / L
Total 20mL
The above was placed in a rotary fermentation apparatus and reacted at 30° C. and 150 rpm for 8 hours without adding a commercially available enzyme agent.

(実施例1:β-グルコシダーゼ(BGL)細胞表層提示における宿主酵母の比較)
本実施例では、サッカロマイセス・セレビシエBY4741株およびその5遺伝子ノックアウト株を宿主として発現カセットX7を含むプラスミドを導入して得られた細胞表層提示形質転換酵母(BY-BG-SSSD株およびGPIm-BGSD株:それぞれ調製例5の5-1にて調製した)について、菌体のβ-グルコシダーゼ(BGL)活性を測定した。
(Example 1: Comparison of host yeast in β-glucosidase (BGL) cell surface display)
In this example, cell surface display transformed yeast (BY-BG-SSSD strain and GPIm-BGSD strain) obtained by introducing a plasmid containing expression cassette X7 using Saccharomyces cerevisiae BY4741 strain and its 5-gene knockout strain as hosts : prepared in 5-1 of Preparation Example 5), the β-glucosidase (BGL) activity of the cells was measured.

この結果を図2に示す。(A)β-グルコシダーゼ活性および(B)菌体増殖の経時変化を示す。図2(A)(B)とも横軸は培養時間(「時間(時間)」)を示し、そして縦軸は、(A)ではβ-グルコシダーゼ活性(乾燥菌体重量当たりの活性量(「U/g乾燥菌体重量」)、(B)では菌体増殖(OD600)を示す。図2中の記号は以下の通りである:黒丸、BY-BG-SSSD株;および黒四角、GPIm-BGSD株。 This result is shown in FIG. (A) β-glucosidase activity and (B) cell growth over time. In both FIGS. 2 (A) and (B), the horizontal axis indicates the culture time (“time (hour)”), and the vertical axis indicates the β-glucosidase activity (activity amount per dry cell weight (“U /g dry cell weight"), and (B) shows cell growth ( OD600 ).The symbols in Figure 2 are as follows: black circles, strain BY-BG-SSSD; and black squares, GPIm- BGSD strain.

図2に示されるように、5遺伝子ノックアウト株を宿主に用いたBGL細胞表層提示形質転換株(GPIm-BGSD株)は、従来のBY4741株を宿主に用いた形質転換株(BY-BG-SSSD株)と比較しても、相当に高い表層BGL活性を示すことが分かった。 As shown in FIG. 2, the BGL cell surface display transformant (GPIm-BGSD strain) using a 5-gene knockout strain as a host is a transformant (BY-BG-SSSD strain) using the conventional BY4741 strain as a host. strain), it was found to exhibit considerably higher surface layer BGL activity.

(実施例2:エンドグルカナーゼ(EG)細胞表層提示における宿主酵母の比較)
本実施例では、サッカロマイセス・セレビシエBY4741株およびその5遺伝子ノックアウト株を宿主として発現カセットX8を含むプラスミドを導入して得られた細胞表層提示形質転換酵母(BY-EG-SSSD株およびGPIm-EGSD株:それぞれ調製例5の5-2にて調製した)について、菌体のエンドグルカナーゼ(EG)活性を測定した。
(Example 2: Comparison of host yeast in endoglucanase (EG) cell surface display)
In this example, cell surface display transformed yeast (BY-EG-SSSD strain and GPIm-EGSD strain) obtained by introducing a plasmid containing expression cassette X8 using Saccharomyces cerevisiae BY4741 strain and its 5-gene knockout strain as hosts : prepared in 5-2 of Preparation Example 5), the endoglucanase (EG) activity of the cells was measured.

この結果を図3に示す。図3の縦軸は、EG相対活性(吸光度測定値(「ABS590」)を示す。図3の棒グラフは、左から順に:BY-EG-SSSD株およびGPIm-EGSD株を表す。 The results are shown in FIG. The vertical axis in FIG. 3 indicates EG relative activity (absorbance measurements (“ABS 590 ”). The bar graphs in FIG. 3 represent, from left to right: BY-EG-SSSD and GPIm-EGSD strains.

図3に示されるように、EG活性を指標とした場合でも、5遺伝子ノックアウト株を宿主に用いたEG細胞表層提示形質転換株(GPIm-EGSD株)は、従来のBY4741株を宿主に用いた形質転換株(BY-EG-SSSD株)よりも高い細胞表層EG活性を示すことが観察された。 As shown in FIG. 3, even when EG activity was used as an index, the EG cell surface display transformant (GPIm-EGSD strain) using the 5-gene knockout strain as the host was the conventional BY4741 strain as the host. It was observed to exhibit higher cell surface EG activity than the transformed strain (BY-EG-SSSD strain).

(実施例3:ノックアウトする遺伝子の組み合わせの検討)
本実施例では、サッカロマイセス・セレビシエBY4741株、5遺伝子ノックアウト株、および5遺伝子のうちの2つ(CCW12およびCCW14)または3つ(TIP1、CWP1、およびDAN1)のみをノックアウトした株を宿主として発現カセットX1を含むプラスミドを導入して得られた表層提示形質転換酵母(BY-BG-SSSD株、GPIm-BGSD株(上記5-1)、ccw12/ccw14-BGSD株(上記5-3)、tip1/cwp1/dan1-BGSD株(上記5-4))について、菌体のBGL活性を測定した。
(Example 3: Examination of combinations of genes to be knocked out)
In this example, Saccharomyces cerevisiae strain BY4741, a 5-gene knockout strain, and a strain in which only two (CCW12 and CCW14) or three (TIP1, CWP1, and DAN1) of the five genes were knocked out were used as hosts for expression cassettes. Surface display transformed yeast obtained by introducing a plasmid containing X1 (BY-BG-SSSD strain, GPIm-BGSD strain (5-1 above), ccw12/ccw14-BGSD strain (5-3 above), tip1/ With regard to the cwp1/dan1-BGSD strain (above 5-4)), the BGL activity of the cells was measured.

この結果を図4に示す。(A)β-グルコシダーゼ活性および(B)菌体増殖の経時変化を示す。図4(A)(B)とも横軸は培養時間(「時間(時間)」)を示し、そして縦軸は、(A)ではβ-グルコシダーゼ活性(乾燥菌体重量当たりの活性量(「U/g乾燥菌体重量」)、(B)では菌体増殖(OD600)を示す。図4中の記号は以下の通りである:黒丸、BY-BG-SSSD株;および黒四角、GPIm-BGSD株。黒菱形、ccw12/ccw14-BGSD株;および黒三角、tip1/cwp1/dan1-BGSD株。 The results are shown in FIG. (A) β-glucosidase activity and (B) cell growth over time. 4 (A) and (B), the horizontal axis indicates the culture time (“time (hour)”), and the vertical axis indicates the β-glucosidase activity (activity amount per dry cell weight (“U /g dry cell weight"), and (B) shows cell growth ( OD600 ).The symbols in Figure 4 are as follows: black circles, strain BY-BG-SSSD; and black squares, GPIm- BGSD strains: filled diamonds, ccw12/ccw14-BGSD strains; and filled triangles, tip1/cwp1/dan1-BGSD strains.

図4に示されるように、CCW12およびCCW14のみをノックアウトした株を宿主に用いたBGL細胞表層提示形質転換株(ccw12/ccw14-BGSD株)は、5遺伝子ノックアウト株を宿主に用いた形質転換株(GPIm-BGSD株)とほぼ同等の、高い細胞表層BGL活性を示すことが分かった。また、TIP1、CWP1、およびDAN1のみをノックアウトした株を宿主に用いた形質転換株(tip1/cwp1/dan1-BGSD株)についても、従来のBY4741株を宿主に用いた形質転換株(BY-BG-SSSD株)と比較して、わずかに高い表層BGL活性を示すことが観察された。 As shown in FIG. 4, the BGL cell surface display transformant strain (ccw12/ccw14-BGSD strain) using a strain in which only CCW12 and CCW14 are knocked out as a host is a transformant strain using a 5-gene knockout strain as a host. (GPIm-BGSD strain), it was found to exhibit high cell surface BGL activity, which is almost equivalent to that of (GPIm-BGSD strain). In addition, the transformed strain (tip1/cwp1/dan1-BGSD strain) using a strain in which only TIP1, CWP1, and DAN1 were knocked out as a host was also transformed using the conventional BY4741 strain as a host (BY-BG -SSSD strain) was observed to exhibit slightly higher surface BGL activity.

(実施例4:ノックアウトする遺伝子を追加された宿主酵母の比較)
本実施例では、5遺伝子ノックアウト株を宿主として発現カセットX7を含むプラスミドを導入して得られた細胞表層提示形質転換酵母(GPIm-BGSD株)(上記5-1)およびその株のSED1遺伝子を追加でノックアウトした形質転換株(GPIm-sed1-BGSD株)(上記5-5)について、菌体のBGL活性を測定した。
(Example 4: Comparison of host yeast to which a knockout gene was added)
In this example, a cell surface display transformed yeast (GPIm-BGSD strain) (5-1 above) obtained by introducing a plasmid containing an expression cassette X7 into a 5-gene knockout strain as a host and the SED1 gene of the strain were used. With regard to the additionally knocked out transformed strain (GPIm-sed1-BGSD strain) (5-5 above), the BGL activity of the cells was measured.

この結果を図5に示す。(A)β-グルコシダーゼ活性および(B)菌体増殖の経時変化を示す。図5(A)(B)とも横軸は培養時間(「時間(時間)」)を示し、そして縦軸は、(A)ではβ-グルコシダーゼ活性(乾燥菌体重量当たりの活性量(「U/g乾燥菌体重量」)、(B)では菌体増殖(OD600)を示す。図5中の記号は以下の通りである:黒四角、GPIm-BGSD株;および黒菱形、GPIm-sed1-BGSD株。 The results are shown in FIG. (A) β-glucosidase activity and (B) cell growth over time. In both FIGS. 5 (A) and (B), the horizontal axis indicates the culture time (“time (hour)”), and the vertical axis indicates the β-glucosidase activity (activity amount per dry cell weight (“U /g dry cell weight"), and (B) shows cell growth (OD 600 ). Symbols in Fig. 5 are as follows: black squares, strain GPIm-BGSD; and black diamonds, GPIm-sed1. -BGSD strain.

図5に示されるように、5遺伝子ノックアウト株を宿主に用いたBGL細胞表層提示形質転換株(GPIm-BGSD株)と比較して、SED1遺伝子を追加でノックアウトした形質転換株(GPIm-sed1-BGSD株)は、培養時間72時間以降において、高い細胞表層BGL活性を示すことが分かった。 As shown in FIG. 5, a transformant strain (GPIm-sed1- BGSD strain) was found to exhibit high cell surface BGL activity after 72 hours of culture.

(実施例5:β-グルコシダーゼ細胞表層提示酵母を用いたセロビオースからのエタノール生産における宿主酵母の比較)
本実施例では、サッカロマイセス・セレビシエBY4741株、CCW12およびCCW14の2遺伝子ノックアウト株、CCW12、CCW14、TIP1、CWP1、およびDAN1の5遺伝子ノックアウト株を宿主として発現カセットX7を含むプラスミドを導入して得られた細胞表層提示形質転換酵母(BY-BG-SSSD株、ccw12/ccw14-BGSD株、およびGPIm-BGSD株)(上記5-1、5-3)について、グルコース2分子の重合体であるセロビオースからのエタノール生産能力を比較した。
(Example 5: Comparison of host yeast in ethanol production from cellobiose using β-glucosidase cell surface display yeast)
In this example, Saccharomyces cerevisiae BY4741 strain, CCW12 and CCW14 two-gene knockout strains, CCW12, CCW14, TIP1, CWP1, and DAN1 five-gene knockout strains were used as hosts, and plasmids containing expression cassette X7 were introduced. For cell surface display transformed yeast (BY-BG-SSSD strain, ccw12/ccw14-BGSD strain, and GPIm-BGSD strain) (5-1, 5-3 above), cellobiose, which is a polymer of two molecules of glucose, compared the ethanol production capacity of

この結果を図6に示す。図6(A)(B)とも横軸は発酵時間(「時間(時間)」)を示し、そして縦軸は、(A)ではセロビオース濃度(g/L)、(B)ではエタノール濃度(g/L)を示す。図6中の記号は以下の通りである:黒丸、BY-BG-SSSD株;黒菱形、ccw12/ccw14-BGSD株;および黒四角、GPIm-BGSD株。 The results are shown in FIG. In both FIGS. 6A and 6B, the horizontal axis indicates the fermentation time (“time (hour)”), and the vertical axis indicates the cellobiose concentration (g/L) in (A) and the ethanol concentration (g/L) in (B). /L). Symbols in FIG. 6 are as follows: filled circles, BY-BG-SSSD strain; filled diamonds, ccw12/ccw14-BGSD strain; and filled squares, GPIm-BGSD strain.

図6に示されるように、2遺伝子ノックアウト株を宿主に用いたBGL細胞表層提示形質転換株(ccw12/ccw14-BGSD株)および5遺伝子ノックアウト株を宿主に用いたBGL細胞表層提示形質転換株(GPIm-BGSD株)は、従来のBY4741株を宿主に用いた形質転換株(BY-EG-SSSD株)よりもセロビオースからエタノールを生産する速度が速いことが確認された。 As shown in FIG. 6, a BGL cell surface display transformant (ccw12/ccw14-BGSD strain) using a 2-gene knockout strain as a host and a BGL cell surface display transformant (ccw12/ccw14-BGSD strain) using a 5-gene knockout strain as a host ( GPIm-BGSD strain) was confirmed to produce ethanol from cellobiose at a faster rate than the conventional transformed strain using BY4741 strain as a host (BY-EG-SSSD strain).

本発明によれば、酵母を用いた物質生産の効率化、低コスト化およびその普及の促進に非常に有用である。より具体的な応用分野としては、セルロース分解酵素を細胞表層に提示した酵母によるセルロース系バイオマスからの化学品生産等の効率化、低コスト化が考えられる。さらに、例えばリパーゼを細胞表層に提示した酵母によるバイオディーゼルの製造の効率化、抗体またはリガンドを細胞表層に提示した酵母ライブラリーによる薬剤スクリーニングへの利用が考えられる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is extremely useful for improving the efficiency of substance production using yeast, reducing costs, and promoting its spread. As a more specific application field, it is possible to improve the efficiency and reduce the cost of chemical production from cellulosic biomass by yeast that presents cellulolytic enzymes on the cell surface. Furthermore, for example, the efficiency of biodiesel production using yeast displaying lipase on the cell surface, and the use of yeast libraries displaying antibodies or ligands on the cell surface for drug screening are conceivable.

Claims (10)

タンパク質を細胞表層発現する形質転換酵母であって、
胞壁関連遺伝子を保有する宿主酵母における該細胞壁関連遺伝子のうち、少なくともCCW12遺伝子、CCW14遺伝子、およびそれらの遺伝子によりコードされるタンパク質のアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列であるタンパク質をコードする遺伝子の機能を欠損しており、かつ
プロモーター、分泌シグナル配列、該タンパク質をコードするDNA、アンカードメインをコードするDNAおよびターミネーターを含むポリヌクレオチドが導入されている、
形質転換酵母。
A transformed yeast that expresses a protein on the cell surface,
Amino acids having a sequence identity of 90% or more with the amino acid sequences of at least the CCW12 gene, the CCW14 gene, and the proteins encoded by these genes among the cell wall-related genes in the host yeast harboring the cell wall-related genes The sequence lacks the function of a gene encoding a protein , and a polynucleotide containing a promoter, a secretory signal sequence, a DNA encoding the protein, a DNA encoding an anchor domain and a terminator has been introduced.
transformed yeast.
CCW12遺伝子、CCW14遺伝子、DAN1遺伝子、TIP1遺伝子およびCWP1遺伝子の全ての上記細胞壁関連遺伝子の機能を欠損している、請求項1に記載の形質転換酵母。 2. The transformed yeast according to claim 1, wherein the functions of all of the cell wall-associated genes of CCW12 gene, CCW14 gene, DAN1 gene, TIP1 gene and CWP1 gene are deficient. SED1遺伝子の機能をさらに欠損している、請求項1または2に記載の形質転換酵母。 3. The transformed yeast according to claim 1, further lacking the function of the SED1 gene. 前記タンパク質が酵素である、請求項1からのいずれかに記載の形質転換酵母。 4. The transformed yeast according to any one of claims 1 to 3 , wherein said protein is an enzyme. 前記酵素がセルロース分解酵素である、請求項に記載の形質転換酵母。 5. The transformed yeast of claim 4 , wherein said enzyme is a cellulolytic enzyme. 前記宿主酵母がサッカロマイセス属酵母である、請求項1からのいずれかに記載の形質転換酵母。 The transformed yeast according to any one of claims 1 to 5 , wherein the host yeast is a yeast belonging to the genus Saccharomyces. タンパク質を細胞表層発現する形質転換酵母の製造方法であって、
胞壁関連遺伝子を保有する宿主酵母における該細胞壁関連遺伝子のうち、少なくともCCW12遺伝子、CCW14遺伝子、およびそれらの遺伝子によりコードされるタンパク質のアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列であるタンパク質をコードする遺伝子の機能を欠損させる工程、および
該宿主酵母に、プロモーター、分泌シグナル配列、該タンパク質をコードするDNA、アンカードメインをコードするDNAおよびターミネーターを含むポリヌクレオチドを導入する工程
を含む、方法。
A method for producing a transformed yeast that expresses a protein on the cell surface, comprising:
Amino acids having a sequence identity of 90% or more with the amino acid sequences of at least the CCW12 gene, the CCW14 gene, and the proteins encoded by these genes among the cell wall-related genes in the host yeast harboring the cell wall-related genes Deactivating the gene encoding the protein, which is the sequence, and introducing into the host yeast a polynucleotide comprising a promoter, a secretory signal sequence, DNA encoding the protein, DNA encoding the anchor domain and a terminator. A method, including
請求項またはに記載の形質転換酵母を含む、酵素剤。 An enzymatic agent comprising the transformed yeast according to claim 4 or 5 . バイオマスを用いたエタノール製造のために用いられるエタノール製造のために用いられる、請求項に記載の酵素剤。 The enzymatic agent according to claim 8 , which is used for ethanol production using biomass. エタノールの製造方法であって、
請求項に記載の形質転換酵母を、β-1,4結合したグルコース多糖を含む培地で培養する工程
を含む、方法。
A method for producing ethanol,
A method comprising culturing the transformed yeast according to claim 5 in a medium containing β-1,4-linked glucose polysaccharides.
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