JPH06153945A - New protease and microorganism having new protease activity - Google Patents

New protease and microorganism having new protease activity

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JPH06153945A
JPH06153945A JP19011992A JP19011992A JPH06153945A JP H06153945 A JPH06153945 A JP H06153945A JP 19011992 A JP19011992 A JP 19011992A JP 19011992 A JP19011992 A JP 19011992A JP H06153945 A JPH06153945 A JP H06153945A
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JP
Japan
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protease
activity
mutant
amino acid
substrate
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JP19011992A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Kushiro
明 久代
Haruo Ikemura
治夫 池邨
Mayumi Kiwaki
真祐美 木脇
Akikazu Hirashima
昭和 平島
Hiroo Kaneko
寛生 金子
Toshikazu Takada
俊和 高田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yakult Honsha Co Ltd
NEC Corp
Original Assignee
Yakult Honsha Co Ltd
NEC Corp
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Abstract

PURPOSE:To obtain an entirely new protease and a microorganism having the new protease activity. CONSTITUTION:A protease is obtained by replacing an amino acid residue located in the active central site or a substrate binding site of a serine protease derived from Lactococcus.lactis with another amino acid.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、新規なセリンプロテア
ーゼに関し、更に詳しくはラクトコッカス・ラクチス・
サブスピーシズ・ラクチス NCDO763株(Lactoco
ccus lactissubsp. lactis NCDO763)由来のセリンプロ
テアーゼの構成アミノ酸のうちの一部を他のアミノ酸に
置換した、新規なプロテアーゼに関するものである。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a novel serine protease, and more specifically to Lactococcus lactis.
Subspecies Lactis NCDO763 ( Lactoco
The present invention relates to a novel protease in which a part of the constituent amino acids of the serine protease derived from ccus lactis subsp. lactis NCDO763) is replaced with another amino acid.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、酪農乳酸菌のタンパク質分解系
は、その複雑なアミノ酸要求性を満足して牛乳中で良好
に成育するために重要な役割を果している。主にチーズ
の製造に用いられる乳酸球菌ラクトコッカス・ラクチス
(以下、「L.ラクチス」と記す)は、タンパク質分解
系の細胞壁結合プロテアーゼが菌の成育だけでなく、製
品の風味や熟成期間などにも重要な影響を及ぼしている
と考えられ、注目されてきた。
2. Description of the Related Art Conventionally, the protein degradation system of dairy lactic acid bacteria has played an important role in satisfying the complicated amino acid requirements and growing well in milk. Lactococcus lactis (hereinafter referred to as "L. lactis"), which is mainly used for cheese production, is a proteolytic cell wall-bound protease that is used not only for the growth of bacteria but also for the flavor and aging period of products. Has been attracting attention because it is thought to have an important effect.

【0003】L.ラクチスの産生するプロテアーゼに
は、β−カゼインを主として分解するPIタイプと、α
s1−カゼインとβ−カゼインとを同程度に分解するP
III タイプとがある。PIタイプのプロテアーゼによる
β−カゼインの分解産物の一部は、そのアミノ酸配列か
ら苦味ペプチドであると同定されている。
L. Proteases produced by lactis include PI type that mainly decomposes β-casein and α
P that decomposes s1-casein and β-casein to the same degree
There are III types. A part of the degradation product of β-casein by PI type protease has been identified as a bitter peptide by its amino acid sequence.

【0004】上述のPIタイププロテアーゼとPIII タ
イププロテアーゼとは、そのDNA塩基配列及びアミノ
酸配列の相同性が非常に高く、また各々の活性中心部位
のアミノ酸配列は、枯草菌由来のプロテアーゼ、サチラ
イシンの活性中心部位との相同性が高いことが知られて
いる。
The above-mentioned PI type protease and PIII type protease have very high homology in their DNA base sequences and amino acid sequences, and the amino acid sequences of their respective active center sites are the activities of Bacillus subtilis-derived protease, subtilisin. It is known that the homology with the central region is high.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、L.ラクチ
ス由来のセリンプロテアーゼにおいて、活性中心部位又
は基質結合部位に位置するアミノ酸残基を他のアミノ酸
に置換することにより、新規な酵素特異性を有する新規
なプロテアーゼを得ること、及びその新規なプロテアー
ゼの産生遺伝子情報をもとのL.ラクチスに導入し、新
規なプロテアーゼ活性能を導入した新規な微生物を得る
ことを目的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION In a lactis-derived serine protease, a novel protease having a novel enzyme specificity is obtained by substituting an amino acid residue located at the active center site or the substrate binding site with another amino acid, and the novel protease L. based on the produced gene information. It is intended to obtain a novel microorganism introduced into lactis and introduced with a novel protease activity.

【0006】更に具体的には、乳酸菌は培地中のタンパ
ク質をプロテアーゼの働きにより分解し、アミノ酸源と
して利用していると考えられている。乳酸菌由来のプロ
テアーゼは各種単離され、研究も進んでいるが、アミノ
酸配列上の相同性はお互いに非常に高いにも係らず、カ
ゼインに対する基質特異性に関しては大きな違いがある
ことが判明している。それは例えば、乳酸球菌L.ラク
チス・サブスピーシーズ・クレモリス SK11の産生
するSK11プロテアーゼと、L.ラクチス・サブスピ
ーシーズ・ラクチス NCDO763の産生する763
プロテアーゼとを比較した場合に、顕著である。
More specifically, it is considered that lactic acid bacteria decompose proteins in the medium by the action of protease and utilize them as the amino acid source. Although various proteases derived from lactic acid bacteria have been isolated and research is progressing, it has been found that there is a large difference in the substrate specificity for casein despite the fact that the amino acid sequence homology is very high. There is. It is, for example, Lactococcus L. Lactis subspecies cremoris SK11 protease produced by SK11; 763 produced by Lactis subspecies Lactis NCDO763
This is remarkable when compared with protease.

【0007】SK11プロテアーゼと、763プロテア
ーゼとのアミノ酸配列の相同性は97.5%と非常に高
く、1902アミノ酸残基中SK11の繰り返し部分を
除き49個しか異なっていない。しかし、SK11プロ
テアーゼは基質としてα、β、κ−カゼインを切断する
が、763プロテアーゼは主としてβ−カゼインを切断
し、苦味ペプチドの産生がなされており、この基質特異
性の違いは何に由来しているのかが全く不明であった。
The amino acid sequence homology between SK11 protease and 763 protease is as high as 97.5%, and there are only 49 differences in 1902 amino acid residues except for the SK11 repeating portion. However, SK11 protease cleaves α, β, κ-casein as a substrate, but 763 protease mainly cleaves β-casein, producing a bitter peptide. What is the difference in this substrate specificity? It was completely unknown if it was.

【0008】そこで、本発明では、L.ラクチス由来の
セリンプロテアーゼのアミノ酸残基を他のアミノ酸に変
換することで、比活性、耐熱性、至適pH、或は基質特
異性の異なった変異酵素の作出を試み、全く新規の酵素
を産出する微生物を得ることを目的とする。
Therefore, in the present invention, L. By converting an amino acid residue of a lactis-derived serine protease into another amino acid, we tried to create a mutant enzyme with different specific activity, thermostability, optimum pH, or substrate specificity, and produced a completely new enzyme. The purpose is to obtain a microorganism that does.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本請求項1に記載の発明
に係る新規なプロテアーゼでは、L.ラクチス由来のセ
リンプロテアーゼの活性中心部位又は基質結合部位に位
置するアミノ酸残基が他のアミノ酸に置換されているも
のである。
The novel protease according to the invention described in claim 1 comprises L. The amino acid residue located at the active center site or substrate binding site of lactis-derived serine protease is substituted with another amino acid.

【0010】具体的には、本請求項2に記載の発明に係
る新規なプロテアーゼI216Lでは、L.ラクチス由
来の763セリンプロテアーゼにおいて、該763セリ
ンプロテアーゼのアミノ酸配列の216位のイソロイシ
ンがロイシンに置換されているものである。
Specifically, in the novel protease I216L according to the invention described in claim 2, L. In 763 serine protease derived from lactis, isoleucine at position 216 of the amino acid sequence of the 763 serine protease is replaced with leucine.

【0011】更に、本請求項3に記載の発明に係る新規
なプロテアーゼD353K又はD353Nでは、L.ラ
クチス由来の763セリンプロテアーゼにおいて、該7
63セリンプロテアーゼのアミノ酸配列の353位のア
スパラギン酸がリジン又はアスパラギンに置換されてい
るものである。
Furthermore, in the novel protease D353K or D353N according to the invention described in claim 3, L. In the 763 serine protease derived from lactis, the
The aspartic acid at position 353 of the amino acid sequence of 63 serine protease is substituted with lysine or asparagine.

【0012】また、本請求項4に記載の発明に係る新規
なプロテアーゼT409Sでは、L.ラクチス由来の7
63セリンプロテアーゼにおいて、該763セリンプロ
テアーゼのアミノ酸配列の409位のスレオニンがセリ
ンに置換されているものである。
The novel protease T409S according to the invention of claim 4 is L. 7 derived from lactis
In the 63 serine protease, threonine at the 409th position of the amino acid sequence of the 763 serine protease is replaced with serine.

【0013】更に、本請求項5に記載の発明に係る新規
なプロテアーゼT325K又はT325Dでは、L.ラ
クチス由来の763セリンプロテアーゼにおいて、該7
63セリンプロテアーゼのアミノ酸配列の325位のス
レオニンがリジン又はアスパラギン酸に置換されている
ものである。
Furthermore, in the novel protease T325K or T325D according to the invention described in claim 5, L. In the 763 serine protease derived from lactis, the
The threonine at position 325 of the amino acid sequence of 63 serine protease is replaced with lysine or aspartic acid.

【0014】また、本請求項6に記載の発明に係る新規
なプロテアーゼ活性を有するプラスミドpHD−IL2
16,pHD−TK325,pHD−TD325,pH
D−DK353,pHD−DN353及びpHD−TS
409では、前記請求項2〜5の何れかに記載の新規な
プロテアーゼを産生する遺伝子情報を組み込んだもので
ある。
The plasmid pHD-IL2 having the novel protease activity according to the invention of claim 6 is also provided.
16, pHD-TK325, pHD-TD325, pH
D-DK353, pHD-DN353 and pHD-TS
In 409, genetic information for producing the novel protease according to any one of claims 2 to 5 is incorporated.

【0015】更に、本請求項7に記載の発明に係る新規
なプロテアーゼ活性を有する微生物では、前記請求項6
に記載の新規なプロテアーゼを産生する遺伝子情報を組
み込んだプラスミドの何れかを有するものである。
Further, in the microorganism having novel protease activity according to the invention described in claim 7, the method according to claim 6
Which has any of the plasmids incorporating the gene information for producing the novel protease described in 1.

【0016】[0016]

【作用】本発明においては、L.ラクチス由来のセリン
プロテアーゼの活性中心部位又は基質結合部位に位置す
るアミノ酸残基を他のアミノ酸に置換するために、新規
な酵素特異性を有する新規なプロテアーゼを得ることが
できる。この新規なプロテアーゼの産生遺伝子情報をも
とのL.ラクチスに導入し、新規なプロテアーゼ活性能
を導入した新規な微生物を得ることができる。
In the present invention, L. A novel protease having a novel enzyme specificity can be obtained by substituting an amino acid residue located in the active center site or substrate binding site of a lactis-derived serine protease with another amino acid. Based on the gene information of the production of this novel protease, L. It is possible to obtain a novel microorganism introduced into lactis and introduced with a novel protease activity.

【0017】具体的には、変異導入の基となるセリンプ
ロテアーゼは、乳酸菌L.ラクチス・サブスピーシズ・
ラクチスNCDO(National collection of dairy orga
nisms)763株の55Kbプラスミド(pLP763)
上に産生情報が保持されているセリンプロテアーゼであ
る。763プロテアーゼはセリン・プロテアーゼ・ファ
ミリー(serine proteinase family)の一因であり、他
のセリン・プロテアーゼと同様に、Asp,His,Ser 残基が
活性中心を形成している。
Specifically, the serine protease, which is the basis for introducing the mutation, is a lactic acid bacterium L. Lactis Subspecies
Lactis NCDO (National collection of dairy orga
nisms) 563 strain 55Kb plasmid (pLP763)
It is a serine protease whose production information is retained above. The 763 protease contributes to the serine proteinase family, and, like other serine proteases, Asp, His, and Ser residues form the active center.

【0018】本発明では、変異を導入する部位の索定は
次のようにして行った。43アミノ酸残基を全て変換す
るのは効率的とは言えず、この中でもターゲットを絞ら
なければならない。そこで、蛋白工学と医農薬設計のた
めの支援システムBIOCES[E](日本電気(株)
製)を用いた。即ち、763プロテアーゼと立体構造的
な相同性を有していると思われるサチライシン(枯草菌
Bacillus subtilisの分泌するセリンプロテアーゼ)の
3次元構造をコンピュータ・グラフィックス(以下、C
Gと記す)で表示し、763プロテアーゼの構造を視覚
的に3次元イメージで捕らえ、次の条件に該当する部位
について変異の導入を行った。
In the present invention, the site for introducing the mutation was determined as follows. Converting all 43 amino acid residues cannot be said to be efficient and must be targeted among them. Therefore, BIOCES [E], a support system for protein engineering and pharmaceutical / agrochemical design (NEC Corporation)
Manufactured) was used. That is, subtilisin (B. subtilis), which is believed to have three-dimensional structural homology with 763 protease
Computer graphics (hereinafter C) of the three-dimensional structure of the serine protease secreted by Bacillus subtilis
The structure of 763 protease was visually captured in a three-dimensional image, and mutations were introduced at sites corresponding to the following conditions.

【0019】(1) 蛋白質分子中心部の疎水性領域(Hydr
ophobic core)を崩さない位置とアミノ酸残基を選ぶ (2) サチライシン全体と相同性のあるN末端領域(18
8−679位)に限る。 (3) N末端領域の中でもサチライシンと相同性が特に高
く、その立体構造の類似性も高いと考えられる部分に絞
る。 (4) 基質結合部位に立体的に近いと予想される残基を選
(1) Hydrophobic region at the center of protein molecule (Hydr
Select positions and amino acid residues that do not disrupt the ophobic core (2) N-terminal region (18) that has homology with the entire subtilisin
8th-679th) only. (3) Of the N-terminal region, the homology with subtilisin is particularly high, and only the portion considered to have a high similarity in three-dimensional structure is narrowed down. (4) Select residues that are predicted to be sterically close to the substrate binding site

【0020】これらの条件を満たす変異導入の候補とし
て、325番目のThr(T)残基と、353番目のAsp(D)残
基と、409番目のThr(T)残基とが上げられ、Thr-325
はLys [T325K変異体]又はAsp に[T325D変
異体]、Asp-353 はSK11型のAsn(N)に[D353N
変異体]、Thr-409 も同様にSK11型のSer(S)に[T
409S変異体]、各々変換することとした。また、負
電荷を持つAsp-353 を正電荷に持つLys(K)に置換するD
353K変異体の作成も同時に行った。
As a candidate for mutation introduction satisfying these conditions, the 325th Thr (T) residue, the 353rd Asp (D) residue and the 409th Thr (T) residue are raised, Thr-325
Is Lys [T325K mutant] or Asp [T325D mutant], Asp-353 is SK11 type Asn (N) [D353N].
Mutant] and Thr-409 also turned into SK11 type Ser (S) [T
409S mutant], respectively. In addition, D that replaces Asp-353 with negative charge with Lys (K) with positive charge
A 353K mutant was also prepared at the same time.

【0021】また、セリン・プロテアーゼの一種である
サチライシンは、活性中心のAsp 残基をAsn に変換する
と活性が失われることが、Asp 残基の隣のIle 残基をLe
u に置換すると活性が増強されることが示されている。
そこで、763プロテアーゼのC末端が欠損しているH
D2プロテアーゼの活性中心と考えられる217番目の
Asp(D)残基の隣の216番目のIle(I)残基をLeu に置換
し[I216L変異体]、同時に比較のため予想された
活性中心のAsp(D)残基をAsn に置換した[D217N変
異体]を作成することにした。
Subtilisin, which is a serine protease, loses its activity when the Asp residue at the active center is converted to Asn.
Substitution with u has been shown to enhance activity.
Therefore, H in which the C-terminal of 763 protease is deleted
The 217th position which is considered to be the active center of D2 protease
The 216th Ile (I) residue next to the Asp (D) residue was replaced with Leu [I216L mutant], and at the same time, the predicted active center Asp (D) residue was replaced with Asn for comparison. We decided to make [D217N mutant].

【0022】即ち、乳酸球菌L.ラクチスの産生するタ
ンパク質分解酵素763プロテアーゼの基質特異性の変
換を目的として、基質結合部位周辺領域に変異を導入し
た。具体的には、Ile-216 はLeu に[I216L変異
体]、Asp-217 はAsn に[D217N変異体]、Thr-32
5 はLys [T325K変異体]又はAsp に[T325D
変異体]、Asp-353 はAsn(N)に[D353N変異体]又
はLys に[D353K変異体]に、Thr-409 はSer(S)に
[T409S変異体]に各々置換した。図1は変異導入
を行った部位の表示を示す説明図である。
That is, Lactococcus L. For the purpose of converting the substrate specificity of the protease 763 protease produced by lactis, a mutation was introduced in the region around the substrate binding site. Specifically, Ile-216 is Leu [I216L mutant], Asp-217 is Asn [D217N mutant], Thr-32.
5 is Lys [T325K mutant] or Asp [T325D
Mutant] and Asp-353 were replaced with Asn (N) [D353N mutant] or Lys with [D353K mutant], and Thr-409 with Ser (S) replaced with [T409S mutant]. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a display of a site where a mutation has been introduced.

【0023】次に上述のように作成した変異プロテアー
ゼの活性を測定した。活性測定の基質としては N-suc-A
la-Ala-Pro-Phe-pNA(以下、PF基質と略す)を用い、
410nmの吸光度を活性の指標とした。763プロテ
アーゼを産生する株の培養上清のプロテアーゼ活性を1
00として、各変異プロテアーゼの活性を数値で表わし
た。
Next, the activity of the mutant protease prepared as described above was measured. N-suc-A as a substrate for activity measurement
Using la-Ala-Pro-Phe-pNA (hereinafter abbreviated as PF substrate),
The absorbance at 410 nm was used as an index of activity. The protease activity of the culture supernatant of the strain producing 763 protease was 1
00, the activity of each mutant protease was expressed numerically.

【0024】具体的に得られた各々の変異プロテアーゼ
の特性は次の通りである。 (1) プロテアーゼI216L プロテアーゼ活性は60であり、活性は減少していた。
The characteristics of each mutant protease specifically obtained are as follows. (1) Protease I216L The protease activity was 60, and the activity was decreased.

【0025】(2) プロテアーゼD353K プロテアーゼ活性は5であり、活性は減少していた。し
かし、N-suc-Ala-Ala-Pro-Leu-pNA (以下、PL基質と
略す)を基質とした場合、活性は上昇し、PF基質の約
1.8倍の活性を示し、PL基質を用いた場合の方が活
性が強かった。763プロテアーゼではPF基質を用い
た方が活性が強かったことより、D353K変異プロテ
アーゼの基質の対する親和性は明かに763プロテアー
ゼとは異なっていた。基質に対する親和性の変化を裏付
けるためにα−メイティング・ファクター(Mating Fac
tor )を基質として用いたところ、763プロテアーゼ
とD353K変異プロテアーゼとは明かに異なる酵素反
応の傾向を示した。
(2) Protease D353K The protease activity was 5, and the activity was decreased. However, when N-suc-Ala-Ala-Pro-Leu-pNA (hereinafter abbreviated as PL substrate) is used as a substrate, the activity is increased and the PL substrate shows about 1.8 times the activity of the PF substrate. The activity was stronger when used. The affinity of the 763 protease for the substrate of the D353K mutant protease was clearly different from that of the 763 protease because the activity of the 763 protease was stronger when the PF substrate was used. To confirm the change in affinity for the substrate, α-Mating Factor (Mating Fac
tor) was used as a substrate, the 763 protease and the D353K mutant protease showed a clearly different tendency of enzymatic reaction.

【0026】(3) プロテアーゼD323N プロテアーゼ活性は130であり、活性は増大してい
た。
(3) Protease D323N The protease activity was 130, and the activity was increased.

【0027】(4) プロテアーゼT409S プロテアーゼ活性は70であり、活性は減少していた。(4) Protease T409S The protease activity was 70, which was decreased.

【0028】(5) プロテアーゼT325K プロテアーゼ活性は50であり、活性は減少していた。(5) Protease T325K The protease activity was 50, and the activity was decreased.

【0029】(6) プロテアーゼT325D プロテアーゼ活性は5であり、活性は減少していた。ま
た、この変異プロテアーゼはプロセッシングの進行が極
度に遅く、活性発現まで時間が係る特徴を有していた。
(6) Protease T325D The protease activity was 5, and the activity was decreased. Further, this mutant protease was characterized in that the progress of processing was extremely slow, and it took time until the activity was expressed.

【0030】尚、前述のプロテアーゼI216Lを産生
するプラスミドpHD−IL216は微工研菌寄第13
019号(平成4年6月23日付)として、プロテアー
ゼT325Kを産生するプラスミドpHD−TK325
は微工研菌寄第13022号(平成4年6月23日
付)、プロテアーゼT325Dを産生するプラスミドp
HD−TD325は微工研菌寄第13018号(平成4
年6月23日付)、プロテアーゼD353Kを産生する
プラスミドpHD−DK353は微工研菌寄第1302
1号(平成4年6月23日付)、プロテアーゼD353
Nを産生するプラスミドpHD−DN353は微工研菌
寄第13020号(平成4年6月23日付)、及びプロ
テアーゼT409Sを産生するプラスミドpHD−TS
409は微工研菌寄第13023号(平成4年6月23
日付)として各々寄託済である。
The above-mentioned plasmid pHD-IL216 producing the protease I216L was used as a microorganism
No. 019 (June 23, 1992), the plasmid pHD-TK325 producing the protease T325K.
Is a plasmid p that produces the protease T325D, which is based on Microtechnology Research Institute No. 13022 (June 23, 1992).
HD-TD325 is based on Micro Engineering Research Institute No. 13018 (1992
June 23, 2013), the plasmid pHD-DK353 which produces protease D353K
No. 1 (June 23, 1992), Protease D353
The plasmid pHD-DN353 which produces N is the plasmid No. 13020 of Micro Incorporated (June 23, 1992), and the plasmid pHD-TS which produces protease T409S.
Reference numeral 409 is Microbiology Research Institute No. 13023 (23 June 1992)
The date) has been deposited.

【0031】[0031]

【実施例】以下、具体的な実施例により、本発明を詳細
に説明する。I)変異プロテアーゼの作成 図2はpHD−IL216の作成工程を示す説明図であ
る。以下に、その作成工程を説明する。尚、図中の*は
変異を導入した部分を示す。
EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to specific examples. I) Preparation of mutant protease FIG. 2 is an explanatory view showing the preparation process of pHD-IL216. The manufacturing process will be described below. In addition, * in the figure indicates a portion into which a mutation has been introduced.

【0032】1)プラスミドpHD2作成 763プロテアーゼのC末端が欠損している763プロ
テアーゼ遺伝子をpGKV11に組み込んだ乳酸菌用ベ
クターpHD2を得た。
1) Construction of plasmid pHD2 A lactic acid bacterium vector pHD2 was obtained in which the 763 protease gene lacking the C-terminal of 763 protease was incorporated into pGKV11.

【0033】2)プラスミドpHD119作成 得られたpHD2の HpaI断片を大腸菌を宿主とするプ
ラスミドpUC119(宝酒造社製)の SmaI断片部位
に組み込み、pHD119を得た。このプラスミドpH
D119を基に大腸菌内でサイト−ディレクティド・ミ
ュータジェネシス(site-directed mutagenesis)法によ
り変異を導入した。
2) Construction of plasmid pHD119 The obtained HpaI fragment of pHD2 was incorporated into the SmaI fragment site of plasmid pUC119 (Takara Shuzo Co., Ltd.) using E. coli as a host to obtain pHD119. This plasmid pH
Based on D119, a mutation was introduced in E. coli by the site-directed mutagenesis method.

【0034】3)変異導入プロテアーゼ遺伝子(プラス
ミド)の作成工程 サイト−ディレクティド・ミュータジェネシス法はdU
を含む一本鎖DNAを鋳型として用いるKunkel法で行っ
た。試薬は(株)宝酒造製のMutan−Kキットを用
いた。即ち、詳しくは、変異を導入したい遺伝子をpU
C119に挿入し、このプラスミドをdut-,ung-の大腸
菌BW313に導入し、チミンの一部がウラシルに置換
された一本鎖DNAを抽出し、鋳型として用いた。この
鋳型DNAに変異導入用プライマーをアニールさせ、 T
4 DNA ポリメラーゼと、 E.coliDNA リガーゼを用いて
相補鎖を合成し、環状二本鎖DNAとして大腸菌に再び
導入した。得られた形質転換株から目的とした変異が導
入されたプラスミドを選び出し、それらを乳酸菌に導入
して変異プロテアーゼを発現させた。
3) Mutagenesis protease gene (plus
(Mido) site-Directed mutagenesis method is dU
Was performed by the Kunkel method using a single-stranded DNA containing DNA as a template. A Mutan-K kit manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd. was used as a reagent. That is, specifically, the gene whose mutation is to be
This plasmid was inserted into C119, and this plasmid was introduced into Escherichia coli BW313 of dut , ung , and single-stranded DNA in which a part of thymine was replaced with uracil was extracted and used as a template. A mutation-introducing primer is annealed to this template DNA,
4 Complementary strands were synthesized using DNA polymerase and E. coli DNA ligase and reintroduced into E. coli as circular double-stranded DNA. Plasmids in which the desired mutation was introduced were selected from the obtained transformants and introduced into lactic acid bacteria to express the mutant protease.

【0035】以上の操作で、Asp-217 をAsn に置換した
D217N変異を導入したプラスミドをpDN217
(または、Ile-216 をLeu に置換したI216L変異を
導入したプラスミドをpIL216)とし、これらのプ
ラスミドより AvaII断片を切り出し、pHD2につな
げ、変異が導入されたHD2プロテアーゼをコードする
プラスミドpHD−DN217(または、pHD−IL
216)を作成した。
By the above operation, a plasmid into which the D217N mutation in which Asp-217 had been replaced with Asn was introduced was transformed into pDN217.
(Alternatively, a plasmid introduced with the I216L mutation in which Ile-216 was replaced with Leu was designated as pIL216), and the AvaII fragment was excised from these plasmids and ligated to pHD2, and the plasmid pHD-DN217 ( Or pHD-IL
216) was created.

【0036】尚、宿主としては、ラクトコッカス・ラク
チス NCDO505株から、その保持している5種
(55Kb,15Kb,8.5Kb,3Kb,1.5K
b)のプラスミドを除去してプロファージフリーとした
ラクトコッカス・ラクチス MQ954を用いた。
As the host, five species (55 Kb, 15 Kb, 8.5 Kb, 3 Kb, 1.5 K, which are retained by Lactococcus lactis NCDO505 strain, are retained.
Lactococcus lactis MQ954, which was prophage-free by removing the plasmid of b), was used.

【0037】また、同様の操作によって、pHD−TK
325,pHD−TD325,pHD−DK353,p
HD−DN353,pHD−TS409を得た。尚、目
的の変異導入に対応したプライマーDNAはABI社の
DNA synthesizer 380B を用いて合成した。合成方法は
亜リン酸固相法で行った。0.5μmolスケールで反
応を行い、約2〜5ODのDNAオリゴマーを得た。こ
のようにして合成したDNAオリゴマーのうち0.00
1ODを以下に述べる変異導入プロテアーゼ作製の際の
プライマーに用いた。
By the same operation, pHD-TK
325, pHD-TD325, pHD-DK353, p
HD-DN353, pHD-TS409 was obtained. In addition, the primer DNA corresponding to the target mutation introduction is from ABI
It was synthesized using DNA synthesizer 380B. The synthesis method was the phosphorous acid solid phase method. The reaction was performed on a 0.5 μmol scale to obtain a DNA oligomer of about 2 to 5 OD. 0.00 of the DNA oligomers synthesized in this way
1 OD was used as a primer for the production of the mutated protease described below.

【0038】変異導入用プライマーDNAの設計は変異
を導入したいアミノ酸残基に対応するコドンを選択し、
そのうちでも乳酸菌でよく用いられているコドンを選ん
だ。プライマーの長さは17〜27塩基とし、効率よく
変異を導入できるよう設計した。変異導入に用いたプラ
イマーの配列は以下に示す通りである。
The design of the mutation-introducing primer DNA is carried out by selecting the codon corresponding to the amino acid residue to be mutated.
Of these, we chose codons that are commonly used in lactic acid bacteria. The length of the primer was 17 to 27 bases and was designed so that mutations could be introduced efficiently. The sequences of the primers used for mutagenesis are as shown below.

【0039】 I216L 変異用プライマー; TCT CGG TTC TTG ACA GT
(17mer) D217N 変異用プライマー; CGG TTA TTA ACA GTG GC
(17mer) D353N 変異用プライマー; TGT CCT TAG GTT CGA ATT C
AG GCA A (25mer) D353K 変異用プライマー; TGT CCT TAG GTT CGA AAT C
AG GCA ACC (27mer) T409S 変異用プライマー; AAT GGT GGG ATC TCC CGG G
AC ATC AC (26mer) T325K 変異用プライマー; ACA CTT CTG CTA AAA CCG G
GT CA (23mer) T325D 変異用プライマー; ACA CTT CTG CTG AAA CCG G
GT CA (23mer)
I216L mutation primer; TCT CGG TTC TTG ACA GT
(17mer) D217N mutation primer; CGG TTA TTA ACA GTG GC
(17mer) D353N mutation primer; TGT CCT TAG GTT CGA ATT C
AG GCA A (25mer) D353K mutation primer; TGT CCT TAG GTT CGA AAT C
AG GCA ACC (27mer) T409S Mutation primer; AAT GGT GGG ATC TCC CGG G
AC ATC AC (26mer) T325K mutation primer; ACA CTT CTG CTA AAA CCG G
GT CA (23mer) T325D mutation primer; ACA CTT CTG CTG AAA CCG G
GT CA (23mer)

【0040】II)変異プロテアーゼの生産及びその特性 前述の工程で作成した各々の変異プロテアーゼ導入プラ
スミドをMQ954株に形質転換し、この乳酸菌を定常
状態まで増殖させた。次いで、菌体を除いた上清液を集
め、セルロース・アセテート・フィルターで濾過し、こ
の濾液の50μリットルを取り、各々の変異プロテアー
ゼの特性を確認した。
II) Production of Mutant Protease and Its Characteristics Each mutant protease-introduced plasmid prepared in the above step was transformed into strain MQ954, and this lactic acid bacterium was grown to a steady state. Then, the supernatant liquid from which the bacterial cells were removed was collected and filtered through a cellulose acetate filter, and 50 μl of this filtrate was taken to confirm the characteristics of each mutant protease.

【0041】1)プロテアーゼI216L及びD217
得られた変異プロテアーゼ産生プラスミドpHD−IL
216及びpHD−DN217を用いて、プロテアーゼ
I216L及びD217Nのプロテアーゼ活性及び抗7
63プロテアーゼ抗血清との反応を確認した。
1) Proteases I216L and D217
N Mutant protease producing plasmid pHD-IL obtained
216 and pHD-DN217 were used to detect the protease activity and anti-7 activity of proteases I216L and D217N.
The reaction with 63 protease antiserum was confirmed.

【0042】先ず、D217N及びI216L変異体遺
伝子を組み込んだpHD−IL217及びpHD−IL
216の培養上清をSDS−PAGEを用いてpHD2
と比較検討した。その結果D217NではpHD2に比
べ、高分子量側に太いバンドが認められ、I216Lで
はpHD2とほぼ同じ泳動パターンが得られた。
First, pHD-IL217 and pHD-IL incorporating the D217N and I216L mutant genes were incorporated.
The culture supernatant of 216 was subjected to pHD2 using SDS-PAGE.
We compared and examined. As a result, in D217N, a thick band was observed on the high molecular weight side as compared with pHD2, and in I216L, a migration pattern almost the same as that of pHD2 was obtained.

【0043】そこで、D217N及びI216Lでのバ
ンドがプロテアーゼ由来のものかどうかを抗763プロ
テアーゼ抗血清を用いて抗原抗体反応を試みた。その結
果、高分子量側のバンドは、抗血清とクロス反応したこ
とにより、このバンドはプロテアーゼ由来のものと判断
できた。尚、D217Nでは、8クローン中3クローン
が、I216Lでは8クローン中1クローンが目的とし
たものであった。
Therefore, an antigen-antibody reaction was tried using an anti-763 protease antiserum to determine whether the bands at D217N and I216L were derived from protease. As a result, the band on the high molecular weight side was judged to be derived from protease because the band cross-reacted with the antiserum. In D217N, 3 out of 8 clones were targeted, and in I216L, 1 out of 8 clones was targeted.

【0044】次に、プロテアーゼの活性測定を行った。
D217Nについては活性は検出されなかった。I21
6Lについては、HD2プロテアーゼをコントロールと
した場合に、その約半分の実測値を示した。今回の変異
導入により、D217Nは失活し、I216Lも活性が
減少した。このことより、Asp-217 は活性の発現に強く
係っていることが示唆された。
Next, the activity of protease was measured.
No activity was detected for D217N. I21
Regarding 6L, when HD2 protease was used as a control, the measured value of about half thereof was shown. By this mutation introduction, D217N was inactivated and I216L also decreased in activity. This suggests that Asp-217 is strongly involved in the expression of activity.

【0045】尚、プロテアーゼ活性測定は、サンプル5
0μlに2×反応液(0.1M酢酸緩衝液;pH5.
4,10mM塩化カルシウム,1mM Suc-Ala-Ala-Pr
o-Phe-pNA)50μlを加え、37℃、12時間反応
させ、410nmの可視光線の吸収により、活性を測定
した。尚、pNA基質(Suc-Ala-Ala-Pro-Phe-pNA)
は(株)ペプチド研究所より購入した。
Sample 5 was used to measure the protease activity.
2x reaction solution (0.1 M acetate buffer; pH 5.
4,10 mM calcium chloride, 1 mM Suc-Ala-Ala-Pr
50 μl of o-Phe-pNA) was added, the mixture was reacted at 37 ° C. for 12 hours, and the activity was measured by absorption of visible light at 410 nm. In addition, pNA substrate (Suc-Ala-Ala-Pro-Phe-pNA)
Was purchased from Peptide Institute Inc.

【0046】また、抗763プロテアーゼ抗血清との反
応は、培養上清をSDS−ポリアクリルアミドゲル電気
泳動(SDS−PAGE)により分画後、ニトロセルロ
ースフィルターにエレクトロブロッティングし、プロメ
ガ(Promega) 社のプロトブロットウェスタンブロットA
Pシステム(Proto Blot Westerm Blot AP System) を用
いて行った。
The reaction with the anti-763 protease antiserum was carried out by fractionating the culture supernatant by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) and then electroblotting on a nitrocellulose filter, which was supplied by Promega. Protoblot Western Blot A
The P system (Proto Blot Westerm Blot AP System) was used.

【0047】以上の結果より、セリン・プロテアーゼの
一種である763プロテアーゼは、他のセリン・プロテ
アーゼとのアミノ酸配列の比較から予想されていたよう
に、Asp-217 が活性中心であることが示唆された。ま
た、DNA塩基配列の解析の結果から、最初に発現され
る763プロテアーゼは、前々駆体物質であると推測さ
れた。その後、膜透過の際に切断されて前駆体物質とな
り、活性が発現される成熟体(mature form) になる際
に、更に切断されると考えられている。活性を発現しな
いD217Nのみ高分子量側にバンドが検出されたこと
により、前駆体物質の切断に763プロテアーゼのプロ
テアーゼ活性が必要であることが示唆された。
From the above results, it is suggested that Asp-217 is the active center of 763 protease, which is one of serine proteases, as expected from comparison of the amino acid sequences with other serine proteases. It was In addition, from the result of the analysis of the DNA base sequence, it was presumed that the first expressed 763 protease was a precursor substance before. After that, it is considered to be cleaved at the time of membrane permeation to become a precursor substance, and further cleaved at the time of becoming a mature form in which the activity is expressed. A band was detected on the high molecular weight side only for D217N that does not express activity, suggesting that the cleavage of the precursor substance requires the protease activity of 763 protease.

【0048】2)プロテアーゼD353K 本プロテアーゼは合成基質である、PF基質、PL基質
を用いた試験で、基質特異性が逆転していた。また、β
−カゼインに対する切断活性が失活していた。しかし、
スキムミルク培地における定常状態での生菌数に変化は
なかった。そこで、培養上清を用い、合成ペプチドを基
質としてその基質特異性の傾向を探った結果、α−メイ
ティング・ファクター(Mating Factor) を基質として用
いた場合において野生型とは明らかに異なる酵素反応の
傾向を示した。
2) Protease D353K In the test using the PF substrate and the PL substrate, which are synthetic substrates, the present protease was found to have reversed substrate specificity. Also, β
-The cleavage activity for casein was inactivated. But,
There was no change in the viable cell count in the skim milk medium at steady state. Therefore, as a result of investigating the tendency of the substrate specificity using the culture supernatant using the synthetic peptide as a substrate, an enzymatic reaction which is clearly different from the wild type when α-Mating Factor was used as the substrate. Showed a tendency.

【0049】更に、変異体プロテアーゼの基質特異性の
変化を理解するために、L.ラクチス MQ954をp
HD2,D217N,及びD353Kの各プラスミドで
形質転換した菌体を用いて、合成ペプチド基質;B−s
ite2(合成ペプチド)、モデルペプチド(Serva 社
製)、α−メイティング・ファクター((株)ペプチド
研究所製)の各基質と反応させた。
Furthermore, in order to understand the changes in the substrate specificity of the mutant protease, L. et al. Lactis MQ954 p
Using the cells transformed with the HD2, D217N, and D353K plasmids, a synthetic peptide substrate; Bs
It was reacted with each substrate of ite2 (synthetic peptide), model peptide (manufactured by Serva), and α-mate factor (manufactured by Peptide Institute, Inc.).

【0050】各々の基質の特徴は次の通りである。 (1) B−site2;β−カゼインの部分配列(10残
基)763プロテアーゼが特異的に切断する位置の一つ
を中央に持つ。Val-Pro-Tyr-Pro-Gln-Arg-Asp-Met-Pro-
Ile-NH2 の構造を有する。 (2) モデルペプチド;種々のプロテアーゼの特異性を調
べるために考案されたペプチド(5残基)。Leu-Met-Ar
g-Phe-Ala の構造を有する。 (3) α−メイティング・ファクター;13残基、763
プロテアーゼの特異性を調べるため、市販のペプチドホ
ルモンより任意に選択されたものの一つ。
The characteristics of each substrate are as follows. (1) B-site2; β-casein partial sequence (10 residues) 763 has one of the positions at which the protease specifically cleaves in the center. Val-Pro-Tyr-Pro-Gln-Arg-Asp-Met-Pro-
It has the structure of Ile-NH 2 . (2) Model peptide; a peptide (5 residues) designed to investigate the specificity of various proteases. Leu-Met-Ar
It has the structure of g-Phe-Ala. (3) α-mate factor; 13 residues, 763
One of the arbitrarily selected peptide hormones on the market to investigate the specificity of proteases.

【0051】HPLCはウォータス(Waters)社製の60
0Eシステムによって行い、同じくウォータス社のMaxi
ma825 システムによって解析を行った。カラムもウォー
タスのμBondasphere 5μm C18−100A 3.9m
m ×15cmを用いた。
HPLC is 60 manufactured by Waters.
It is performed by the OE system and also Maxi of Waters
The analysis was performed by the ma825 system. The column is also Waterus μBondasphere 5μm C18-100A 3.9m
m × 15 cm was used.

【0052】酵素溶液の調製は、M17培地(polypept
one 5.0g, phytone pepton 5.0g, yeast extract 2.5g,
beef extract 5.0g, ascorbic acid 5.0g, β-glycero
phosphate 19.0g ;H2O 900ml /滅菌後 1M MgSO4 1ml,
5% glucose 100ml )で前培養した菌体1mlを50mlの
CAYE−GP培地(yeast extract 2.5g, sugar 5.0
g, NaCl 1.5g, CaCl2 0.55g;H2O 890ml /滅菌後 20%
casamino acid 25ml, 5mg/ml Tryptophane 10ml, 1M Mg
SO4 1ml, 1Mβ-glycerophosphate 75ml)に植菌し、3
0℃で終夜静置培養した。培養液を5000×gで10
分間冷却遠心し、上清液を4℃で透析し(水、10mM
炭酸アンモニウム水溶液の順で各2リットルを2回)、
凍結乾燥した。透析乾燥粉末を50%グリセロール水溶
液2mlに溶解し、以降の実験に用いた。
The enzyme solution was prepared by using M17 medium (polypept
one 5.0g, phytone pepton 5.0g, yeast extract 2.5g,
beef extract 5.0g, ascorbic acid 5.0g, β-glycero
phosphate 19.0g ; H 2 O 900ml / After sterilization 1M MgSO 4 1ml,
1 ml of cells pre-cultured with 5% glucose 100 ml) was added to 50 ml of CAYE-GP medium (yeast extract 2.5 g, sugar 5.0).
g, NaCl 1.5g, CaCl 2 0.55g; H 2 O 890ml / 20% after sterilization
casamino acid 25ml, 5mg / ml Tryptophane 10ml, 1M Mg
SO 4 1ml, 1M β-glycerophosphate 75ml)
The culture was allowed to stand overnight at 0 ° C. Culture medium at 5000 xg for 10
After cooling and centrifuging for minutes, the supernatant is dialyzed at 4 ° C (water, 10 mM
2 times each 2 liters in order of ammonium carbonate aqueous solution),
Lyophilized. The dialysis dry powder was dissolved in 2 ml of 50% glycerol aqueous solution and used in the subsequent experiments.

【0053】合成ペプチド基質との反応は、水30μl
に10×Assay バッファ(0.5M AcONH4(pH6.0), 10mM
(AcO)2Ca )20μl、ペプチド基質溶液(10mM)
10μlを加えたのち、酵素溶液40μlを加えて30
℃で反応させた。所定時間(10,30,60分、3時
間、一夜)の値に20μlの反応液を取出、180μl
の1%TFA水溶液に加えて反応を停止させ、HPLC
による解析を行った。
The reaction with the synthetic peptide substrate was carried out using 30 μl of water.
10 × Assay buffer (0.5M AcONH 4 (pH6.0), 10mM
(AcO) 2 Ca) 20 μl, peptide substrate solution (10 mM)
After adding 10 μl, add 40 μl of enzyme solution to 30
The reaction was carried out at ° C. 20 μl of reaction solution was taken out at a predetermined time (10, 30, 60 minutes, 3 hours, overnight), 180 μl
Was added to 1% aqueous TFA solution to stop the reaction, and HPLC
Was analyzed.

【0054】HPLCによる酵素消化の解析は、上述の
停止液100μlをHPLCに注入し、0.1%TFA
を含む10%から45%アセトニトリル水溶液の直線グ
ラジエントで溶出を行い、220nmの吸光度で検出し
た。
The analysis of enzyme digestion by HPLC was carried out by injecting 100 μl of the above-mentioned stop solution into the HPLC and adding 0.1% TFA.
Elution was performed with a linear gradient of a 10% to 45% acetonitrile aqueous solution containing the above, and the absorbance was detected at 220 nm.

【0055】結果は、B−site2を用いた場合、1
6時間経過後も何れの酵素溶液によっても全く消化され
なかった。これは今回の実験の酵素濃度が低いことと、
生成した野生型プロテアーゼでもこのペプチド基質がβ
−カゼインよりも切断されにくいことから説明される。
The result is 1 when B-site 2 is used.
After 6 hours, it was not digested at all by any enzyme solution. This is because the enzyme concentration in this experiment is low,
Even in the produced wild-type protease, this peptide substrate was β
-Explained because it is less likely to be cleaved than casein.

【0056】モデルペプチドを基質として用いた場合は
何れの酵素でもほぼ同様に消化された。このペプチドも
B−site2と同様本来消化速度が余りに速くないの
で、観察された消化反応は夾雑物として存在する他のペ
プチダーゼによるものと推定された。
When the model peptide was used as a substrate, almost all the enzymes were digested in the same manner. Since the digestive rate of this peptide was originally not so fast as B-site2, it was presumed that the observed digestive reaction was due to other peptidases existing as contaminants.

【0057】ところで、α−メイティング・ファクター
を基質として各プロテアーゼD217N,D353K,
HD2の作用を比較したところ、プロテアーゼD353
Kが、HD2プロテアーゼとは異なる基質特異性をもつ
ことを示唆することが確認された。
By the way, each protease D217N, D353K, using α-mate factor as a substrate,
Comparing the action of HD2, protease D353
It was confirmed that K suggests that it has a different substrate specificity from HD2 protease.

【0058】3)プロテアーゼD353N 得られた変異プロテアーゼ産生プラスミドpHD−DN
353を用いて、前述のようにプロテアーゼD353N
のプロテアーゼ活性を確認したところ、プロテアーゼ活
性は130であり、活性は増大していた。
3) Protease D353N Obtained mutant protease producing plasmid pHD-DN
353 using the protease D353N as described above.
The protease activity was confirmed to be 130, and the activity was increased.

【0059】4)プロテアーゼT409S 得られた変異プロテアーゼ産生プラスミドpHD−TS
409を用いて、前述のようにプロテアーゼT409S
のプロテアーゼ活性を確認したところ、プロテアーゼ活
性は70であり、活性は減少していた。
4) Protease T409S Obtained mutant protease producing plasmid pHD-TS
409 using the protease T409S as described above.
The protease activity was confirmed to be 70, and the activity was decreased.

【0060】5)プロテアーゼT325K 得られた変異プロテアーゼ産生プラスミドpHD−TK
325を用いて、前述のようにプロテアーゼT325K
のプロテアーゼ活性を確認したところ、プロテアーゼ活
性は50であり、活性は減少していた。
5) Protease T325K Obtained mutant protease producing plasmid pHD-TK
325 with the protease T325K as described above.
The protease activity was confirmed to be 50, and the activity was decreased.

【0061】6)プロテアーゼT325D 得られた変異プロテアーゼ産生プラスミドpHD−TD
325を用いて、前述のようにプロテアーゼT325D
のプロテアーゼ活性を確認したところ、プロテアーゼ活
性は5であり、活性は減少していた。また、この変異プ
ロテアーゼはプロセッシングの進行が極度に遅く、活性
発現まで時間が係る特徴を有していことが確認された。
6) Protease T325D Obtained mutant protease producing plasmid pHD-TD
325 with the protease T325D as described above.
The protease activity was confirmed to be 5, and the activity was decreased. It was also confirmed that this mutant protease has an extremely slow progress of processing and has a characteristic that it takes time until the activity is expressed.

【0062】III )各変異プロテアーゼの特性の比較 D353Kプロテアーゼはα−、κ−の各カゼインのみ
ならずβ−カゼインをもほとんど分解しないこと、更に
一方で不活性型変異体(D217N)とは異なりミルク
培地中では宿主の成育に役立っていることが確認されて
いる。このことから、D353Kプロテアーゼは基質特
異性が野生型から変化したために、カゼインを分解せず
に牛乳由来の他のタンパク質を消化することで宿主にア
ミノ酸を供給していることが推察された。 そこで作成
した変異タンパク質のプロテアーゼ活性を測定し、基質
特異性に変化が見られたかどうかを調べた。
III) Comparison of Properties of Mutant Proteases D353K protease hardly decomposes not only α- and κ-caseins but also β-casein, and on the other hand, unlike inactive mutant (D217N) It has been confirmed that it is useful for the growth of the host in the milk medium. From this, it was inferred that the substrate specificity of D353K protease changed from the wild type, so that it digested other proteins derived from milk without degrading casein to supply amino acids to the host. The protease activity of the mutant protein prepared there was measured, and it was examined whether or not the substrate specificity was changed.

【0063】変異タンパク質の調製は、変異遺伝子を保
持する乳酸菌を定常状態まで増殖させ、集菌後、上清液
を集め、セルロース・アセテート・フィルターで濾過
後、50μlを活性測定に用いた。また、タンパク質の
産生を確認するために上清液にトリクロロ酢酸(TC
A)を加え、タンパク質を沈殿として回収し、SDS−
ポリアクリルアミドゲル電気泳動でタンパク質の生成及
びその分子量の確認を行った。
For the preparation of the mutant protein, lactic acid bacteria carrying the mutant gene were grown to a steady state, and after collecting the bacteria, the supernatant was collected and filtered with a cellulose acetate filter, and 50 μl was used for activity measurement. In addition, in order to confirm the production of protein, trichloroacetic acid (TC
A) was added to collect the protein as a precipitate, and SDS-
The production of protein and its molecular weight were confirmed by polyacrylamide gel electrophoresis.

【0064】活性測定条件として、基質は次のものを使
用し、50μlのbufferA(100mM sodium aceta
te buffer(pH 5.4) ,10mM CaCl2,1mM substrate )に
50μlの上記上清液を加え、30℃で反応を行い、4
10nmの吸収を測定し、活性の指標とした。 合成ペプチド; N-suc-Ala-Ala-Pro-Phe-pNA (PF subs
trate) N-suc-Ala-Ala-Pro-Leu-pNA (PL substrate) タンパク質; α−カゼイン β−カゼイン κ−カゼイン
As the activity measurement conditions, the following substrates were used, and 50 μl of buffer A (100 mM sodium aceta) was used.
50 μl of the above supernatant was added to te buffer (pH 5.4), 10 mM CaCl 2 , 1 mM substrate) and the reaction was carried out at 30 ° C.
The absorption at 10 nm was measured and used as an index of activity. Synthetic peptide; N-suc-Ala-Ala-Pro-Phe-pNA (PF subs
trate) N-suc-Ala-Ala-Pro-Leu-pNA (PL substrate) protein; α-casein β-casein κ-casein

【0065】1)変異タンパク質のPF基質に対する各
種変異体のプロテアーゼ活性 図3は各種変異タンパク質のPF基質に対する各種変異
体のプロテアーゼ活性の測定結果を示す線図である。ま
た、次の表1に各種変異タンパク質のPF基質に対する
活性及びプロセッシング様式をまとめた。図において活
性の定義は便宜上野生株の活性を100として、数値で
各変異タンパク質の活性を表示している。この測定は精
製したタンパク質を用いている訳ではなく、また、比活
性を求めているのでもないので数値の持つ意味の重要性
は高いといえないが、活性の有無などの大雑把な判断を
行う際に有効である。
1) Each of mutated protein to PF substrate
Protease Activity of Species Variants FIG. 3 is a diagram showing the measurement results of the protease activity of various mutants with respect to the PF substrate of various mutant proteins. Further, the following Table 1 summarizes the activity of various mutant proteins on the PF substrate and the processing mode. In the figure, the activity is defined with the activity of the wild strain as 100 for convenience, and the activity of each mutant protein is shown by a numerical value. This measurement does not use purified protein, nor does it require specific activity, so the significance of the value is not very important, but a rough judgment such as the presence or absence of activity is made. It is effective when

【0066】[0066]

【表1】 [Table 1]

【0067】プロッセッシングに関してここで少し触れ
てみたい。以前活性中心に変異を導入し、活性を失活さ
せた変異タンパク質に付いて報告したが、その変異タン
パク質は野生株に比べ、電気泳動における移動度が遅く
なり、高分子量側にシフトすることが明らかになった。
この移動度の遅れは何に起因しているかを調べるために
変異タンパク質のN末端アミノ酸配列を決定したとこ
ろ、pro配列と呼ばれる本来タンパク質の成熟化(mat
uration)の過程で切断されるべき断片が付いたままであ
ることが判明した。これらの実験よりプロテアーゼの活
性発現とpro配列の切断は密接な関係があると示唆さ
れ、活性の消失したプロテアーゼは自身のpro配列を
切断できないと考えられる。
I would like to touch on processing for a moment. Previously, we reported on a mutant protein in which a mutation was introduced at the active center to inactivate the activity, but the mutant protein has a slower mobility in electrophoresis and a shift to a higher molecular weight side than the wild type strain. It was revealed.
The N-terminal amino acid sequence of the mutant protein was determined in order to investigate what is responsible for this delay in mobility.
It was found that the fragments to be cleaved remained attached during the process of (uration). From these experiments, it was suggested that the activity expression of protease and the cleavage of pro sequence are closely related, and it is considered that the protease having lost the activity cannot cleave its own pro sequence.

【0068】以上のように、前記3種類の変異タンパク
質のうちD353Nは野生株より活性が強く、また、T
409Sは活性が弱い結果が得られたが、何れにせよ基
質結合部位周辺に変異を導入しても活性を保持した変異
タンパク質の作成に成功することができた。
As described above, among the above three kinds of mutant proteins, D353N was more active than the wild type strain, and
409S resulted in weak activity, but in any case, even if a mutation was introduced around the substrate binding site, it was possible to successfully create a mutant protein that retained the activity.

【0069】次にD353K変異体に注目するとPF基
質を用いた活性は野生株に比べ1/20しかなく大幅に
減少していた。しかし、電気泳動の結果よりプロセッシ
ングは完全に行われていることが確認された。先にも述
べたように活性の消失したプロテアーゼはプロセッシン
グは行われないと考えられていることより、D353K
変異体のPF基質(AAPF)に対する切断活性は大幅
に減少しているが、pro配列を切断する活性は余り減
少していない可能性が示唆された。即ち、D353K変
異体の活性が野生株同様に高い可能性がある。
Next, paying attention to the D353K mutant, the activity using the PF substrate was only 1/20 as compared with the wild type strain, and was greatly reduced. However, it was confirmed from the result of electrophoresis that the processing was completely performed. As described above, it is considered that the protease whose activity has disappeared is not processed, and thus D353K
It was suggested that the cleavage activity of the mutant towards the PF substrate (AAPF) was significantly reduced, but the activity of cleaving the pro sequence was not significantly reduced. That is, the activity of the D353K mutant may be as high as that of the wild strain.

【0070】2)野生株とD353K変異体のPF,P
L基質に対する活性の相違 図4は野生株とD353K変異体のPF,PL基質に対
する活性の相違を示した線図である。D353K変異体
の基質特異性が野生株と異なっていることを明かにする
ために、種々の合成基質をスクリーニングしたところ、
PF基質と構造の似ているPL基質(AAPL)が候補
に上げられた。D353K変異体ではPL基質を用いる
ことによりPF基質を用いたときに比べ、約1.8倍活
性が増加したが、野生株では逆に0.6倍減少した。以
上の結果よりPF,PL基質に対する親和性は、明らか
にD353K変異体と野生株とでは異なっていることが
判明した。
2) PF and P of wild strain and D353K mutant
Difference in activity for L substrate FIG. 4 is a diagram showing the difference in activity for the PF and PL substrates between the wild strain and the D353K mutant. In order to clarify that the substrate specificity of the D353K mutant is different from that of the wild type strain, various synthetic substrates were screened,
A PL substrate (AAPL) having a structure similar to that of the PF substrate was selected as a candidate. The activity of the D353K mutant was increased by about 1.8 times by using the PL substrate as compared with the case of using the PF substrate, but was decreased by 0.6 times in the wild strain. From the above results, it was revealed that the affinity for the PF and PL substrates was clearly different between the D353K mutant and the wild strain.

【0071】3)カゼインに対する活性の相違 合成基質に対しては上記のような結果が得られたが、実
際の基質であるカゼインに対しての活性を次に調べてみ
た。培養上清を先に述べた方法で処理し、そこから一部
を取り、α、β、κ−カゼインの切断を試みた。
3) Difference in activity against casein Although the above results were obtained for synthetic substrates, the activity against actual substrate casein was examined next. The culture supernatant was treated by the method described above, a part thereof was taken, and an attempt was made to cleave α, β, κ-casein.

【0072】結果は、野生株はβ−カゼインを分解した
が、D353K変異タンパク質は何れのカゼインも切断
しなかった。結論としては、353番目のAsp残基を
Lys残基に変換することにより、プロテアーゼ活性は
保持しているが、β−カゼインを切断しないような変異
プロテアーゼを作成することができた。
As a result, the wild type strain decomposed β-casein, but the D353K mutein did not cleave any casein. In conclusion, by converting the Asp residue at position 353 to a Lys residue, a mutant protease that retains protease activity but does not cleave β-casein could be constructed.

【0073】4)変異プロテアーゼの宿主の増殖に及ぼ
す影響(1) 前述のように、野生株に比べ基質に対する親和性の変化
した変異タンパク質の作出に付いて述べたが、では、次
にこの変異タンパク質が実際に培地中のタンパク質を切
断し、菌の増殖を助長しているかどうかを検証した。ま
た、培地中のタンパク質がプロテアーゼにより切断され
ることにより、分解産物であるペプチドが培地中にどの
程度放出されているかも測定した。
4) Effect of mutant protease on host growth
Effect (1) As mentioned above, the production of a mutant protein with an altered affinity for a substrate as compared to the wild strain was described. Then, this mutant protein actually cleaves the protein in the medium, It was verified whether or not the growth of bacteria was promoted. In addition, it was also measured to what extent the peptide, which is a degradation product, was released into the medium by cleaving the protein in the medium with a protease.

【0074】先ず、スキムミルク培地(10% skim milk,
75mM β-glycerophosphate, 1% glucose )で上記4種
類のプラスミドを保持する菌株を24時間培養後、生菌
数の測定を行った。結果は次の表2に示す通りである。
First, a skim milk medium (10% skim milk,
After culturing the strains retaining the above four kinds of plasmids with 75 mM β-glycerophosphate, 1% glucose) for 24 hours, the viable cell count was measured. The results are shown in Table 2 below.

【0075】[0075]

【表2】 [Table 2]

【0076】プロテアーゼ遺伝子を持たない菌(pGK
V11)や活性の消失したプロテアーゼ遺伝子を有する
菌(pHD−DN217)では3〜4×108/mlである
のに対し、763プロテアーゼ遺伝子(pHD2)また
は変異プロテアーゼ遺伝子を保持する菌(pHD−DK
353)では約10倍の3〜4×109/mlの生菌数が観
測された。この結果より、前項で述べたようにD353
K変異タンパク質はβ−カゼインに対する活性は消失し
たが、スキムミルク培地中のタンパク質を切断して、ア
ミノ酸源を供給し、野生株と同程度に菌の増殖を助けて
いることが明らかになった。
Bacteria not having a protease gene (pGK
V11) and a bacterium having a protease gene whose activity has disappeared (pHD-DN217) have a concentration of 3 to 4 × 10 8 / ml, whereas a bacterium having a 763 protease gene (pHD2) or a mutant protease gene (pHD-DK)
In 353), the viable cell count of 3 to 4 × 10 9 / ml, which is about 10 times, was observed. From this result, as described in the previous section, D353
Although the activity of K mutant protein against β-casein disappeared, it was revealed that the protein in the skim milk medium was cleaved to supply the amino acid source, and the growth of the bacteria was promoted to the same extent as the wild strain.

【0077】5)変異プロテアーゼの宿主の増殖に及ぼ
す影響(2) 次に、実際にプロテアーゼによりどの程度ペプチドが遊
離したかをOPA試薬(50mM Na2B4O7, 1% SDS, 0.2%(v
/v) β-mercaptoethanol, 0.08%(w/v)OPA(o-phathaldia
ldehyde))を用いて測定した。結果を次の表3に示す。
5) Effect of mutant protease on host growth
Effect (2) Next, the OPA reagent (50 mM Na 2 B 4 O 7 , 1% SDS, 0.2% (v
/ v) β-mercaptoethanol, 0.08% (w / v) OPA (o-phathaldia
ldehyde)). The results are shown in Table 3 below.

【0078】[0078]

【表3】 [Table 3]

【0079】この結果よりも明らかなようにプロテアー
ゼ活性を持たない菌(pGKV11,pHD−DN21
7)に比べプロテアーゼ活性を有する菌(pHD−DK
353,pHD2)ではペプチドが培地中に多く遊離し
ていることが判る。遊離ペプチドの量はpHD2の方が
多いが、これはカゼインの切断によるものと考えられる
が、pHD−DK353が遊離する程度のペプチド量が
あれば、菌の増殖の助けになり得る。
As is clear from this result, the bacteria having no protease activity (pGKV11, pHD-DN21
Bacteria that have protease activity compared to 7) (pHD-DK
353, pHD2), it is found that a large amount of peptide is released in the medium. Although the amount of free peptide is higher in pHD2, which is considered to be due to cleavage of casein, if the amount of peptide is such that pHD-DK353 is released, it can help the growth of bacteria.

【0080】以上のように、3種類の変異体のうち、D
353K変異体について主に述べてきたが、基質結合部
位近傍の点変異により野生株に比べて基質に対する親和
性(β−カゼインに対する親和性及びPF,PL基質に
対する親和性)が変化した活性のある変異体を作成する
ことができた。しかし、野生株ほどの強い活性を有して
いるかどうかは疑問が残るところである。
As described above, among the three types of mutants, D
Although the 353K mutant has been mainly described, it has an activity in which the affinity for the substrate (affinity for β-casein and affinity for PF and PL substrates) is changed as compared with the wild strain due to a point mutation near the substrate binding site. A mutant could be created. However, it is doubtful whether it has the activity as strong as the wild strain.

【0081】前述のD353K変異体を始めとする変異
プロテアーゼは天然には未だ発見されていない酵素であ
り、新規の物質である。今回用いた手法のように、76
3プロテアーゼとSK11プロテアーゼを比較し、置換
が起きている部位を重点的に調べることにより新しいタ
ンパク質を作出することができた。353番目の残基は
基質特異性を規定するホットスポットである可能性が考
えられるので、この残基を更にいろいろなアミノ酸残基
に変換したり、点変異だけでなく、欠失,重複,逆位等
の種々の変異やキメラ遺伝子を構築する等の方法で新規
な酵素を構築することができる。
Mutant proteases such as the aforementioned D353K mutants are enzymes that have not been found in nature and are novel substances. Like the method used this time, 76
It was possible to create a new protein by comparing 3 protease and SK11 protease and focusing on the site where the substitution occurred. Since the 353rd residue may be a hotspot that regulates the substrate specificity, this residue may be further converted into various amino acid residues, and not only point mutation but also deletion, duplication, reverse A novel enzyme can be constructed by a method such as various mutations of position and chimera gene.

【0082】[0082]

【発明の効果】本発明は以上説明したとおり、L.ラク
チス由来のセリンプロテアーゼの活性中心部位又は基質
結合部位に位置するアミノ酸残基を他のアミノ酸に置換
することにより、新規な酵素特異性を有する新規なプロ
テアーゼを得ることができる。この新規なプロテアーゼ
の産生遺伝子情報をもとのL.ラクチスに導入し、新規
なプロテアーゼ活性能を導入した新規な微生物を得るこ
とができるという効果がある。
As described above, the present invention can be applied to the L. A novel protease having a novel enzyme specificity can be obtained by substituting an amino acid residue located in the active center site or substrate binding site of a lactis-derived serine protease with another amino acid. Based on the gene information of the production of this novel protease, L. There is an effect that a novel microorganism introduced into lactis and having a novel protease activity can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】変異導入を行った部位の表示を示す説明図であ
る。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a display of a site where a mutation has been introduced.

【図2】pHD−IL216の作成工程を示す説明図で
ある。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a production process of pHD-IL216.

【図3】各種変異蛋白質のPF基質に対する各種変異体
のプロテアーゼ活性の測定結果を示す線図である。
FIG. 3 is a diagram showing the measurement results of the protease activity of various mutants against PF substrates of various mutant proteins.

【図4】野生株とD353K変異体のPF,PL基質に
対する活性の相違を示した線図である。
FIG. 4 is a diagram showing the difference in the activity of the wild strain and the D353K mutant on PF and PL substrates.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C12R 1:01) (C12N 1/21 C12R 1:01) (72)発明者 木脇 真祐美 東京都港区東新橋1丁目1番19号 株式会 社ヤクルト本社内 (72)発明者 平島 昭和 東京都港区東新橋1丁目1番19号 株式会 社ヤクルト本社内 (72)発明者 金子 寛生 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 高田 俊和 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気株 式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI Technical display location C12R 1:01) (C12N 1/21 C12R 1:01) (72) Inventor Mayumi Kiwaki Tokyo Port Higashi-Shimbashi, 1-119, Yakult Honsha Co., Ltd. (72) Inventor Hirashima Showa, Minato-ku, Tokyo Higashi-Shimbashi, 1-1-19 Yakult Honsha (72) Inventor, Hiroshi Kaneko 5-7-1, Shiba Ward, NEC Corporation (72) Inventor Toshikazu Takada 5-7-1, Shiba, Minato-ku, Tokyo NEC Corporation

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ラクトコッカス・ラクチス(Lactococcus
lactis)由来のセリンプロテアーゼの活性中心部位又は
基質結合部位に位置するアミノ酸残基が他のアミノ酸に
置換されていることを特徴とする新規なプロテアーゼ。
1. A Lactococcus ( Lactococcus)
A novel protease characterized in that an amino acid residue located at the active center site or substrate binding site of a lactis- derived serine protease is substituted with another amino acid.
【請求項2】 ラクトコッカス・ラクチス(Lactococcus
lactis)由来の763セリンプロテアーゼにおいて、 該763セリンプロテアーゼのアミノ酸配列の216位
のイソロイシンがロイシンに置換されていることを特徴
とする新規なプロテアーゼI216L。
2. Lactococcus Lactococcus
lactis ) -derived 763 serine protease, wherein isoleucine at position 216 of the amino acid sequence of the 763 serine protease is replaced with leucine.
【請求項3】 ラクトコッカス・ラクチス(Lactococcus
lactis)由来の763セリンプロテアーゼにおいて、 該763セリンプロテアーゼのアミノ酸配列の353位
のアスパラギン酸がリジン又はアスパラギンに置換され
ていることを特徴とする新規なプロテアーゼD353K
又はD353N。
3. Lactococcus Lactococcus
lactis ) -derived 763 serine protease, wherein the aspartic acid at position 353 of the amino acid sequence of the 763 serine protease is substituted with lysine or asparagine.
Or D353N.
【請求項4】 ラクトコッカス・ラクチス(Lactococcus
lactis)由来の763セリンプロテアーゼにおいて、 該763セリンプロテアーゼのアミノ酸配列の409位
のスレオニンがセリンに置換されていることを特徴とす
る新規なプロテアーゼT409S。
4. Lactococcus
lactis ) -derived 763 serine protease, wherein the threonine at the 409th position of the amino acid sequence of the 763 serine protease is substituted with serine, a novel protease T409S.
【請求項5】 ラクトコッカス・ラクチス(Lactococcus
lactis)由来の763セリンプロテアーゼにおいて、 該763セリンプロテアーゼのアミノ酸配列の325位
のスレオニンがリジン又はアスパラギン酸に置換されて
いることを特徴とする新規なプロテアーゼT325K又
はT325D。
5. Lactococcus
lactis ) -derived 763 serine protease, wherein a threonine at position 325 of the amino acid sequence of the 763 serine protease is substituted with lysine or aspartic acid, T325K or T325D.
【請求項6】 前記請求項2〜5の何れかに記載の新規
なプロテアーゼを産生する遺伝子情報を組み込んだプラ
スミドpHD−IL216,pHD−TK325,pH
D−TD325,pHD−DK353,pHD−DN3
53及びpHD−TS409。
6. A plasmid pHD-IL216, pHD-TK325, pH in which gene information for producing the novel protease according to any one of claims 2 to 5 is incorporated.
D-TD325, pHD-DK353, pHD-DN3
53 and pHD-TS409.
【請求項7】 前記請求項6に記載の新規なプロテアー
ゼを産生する遺伝子情報を組み込んだプラスミドの何れ
かを有する微生物。
7. A microorganism having any of the plasmids into which the gene information for producing the novel protease according to claim 6 is incorporated.
JP19011992A 1992-06-25 1992-06-25 New protease and microorganism having new protease activity Pending JPH06153945A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015093507A1 (en) * 2013-12-19 2015-06-25 独立行政法人産業技術総合研究所 Novel modified protein of extracellular domain of protein g

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