JPH10262658A - Sarcosine oxidase crystal, and production and three-dimensional structure of the crystal - Google Patents

Sarcosine oxidase crystal, and production and three-dimensional structure of the crystal

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JPH10262658A
JPH10262658A JP9078524A JP7852497A JPH10262658A JP H10262658 A JPH10262658 A JP H10262658A JP 9078524 A JP9078524 A JP 9078524A JP 7852497 A JP7852497 A JP 7852497A JP H10262658 A JPH10262658 A JP H10262658A
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JP
Japan
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sarcosine oxidase
crystal
sarcosine
dimensional structure
enzyme
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Application number
JP9078524A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshio Ichikawa
利夫 市川
Hiroshi Sasaki
宏 佐々木
Hideaki Koike
英明 小池
Makoto Nishiyama
真 西山
Taiji Koyama
泰二 小山
Masaru Tanokura
優 田之倉
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Kikkoman Corp
Original Assignee
Kikkoman Corp
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Publication date
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Publication of JPH10262658A publication Critical patent/JPH10262658A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently obtain columnar crystals of sarcosine oxidase useful for diagnosis of kidney diseases, etc., in high purity and yield by crystallizing under specific conditions in which ammonium sulfate is added as a precipitant to a solution of purified sarcosine oxidase. SOLUTION: Sarcosine oxidase columnar crystals are obtained from a solution (protein concentration is preferably 10-50 mg/ml) of purified sarcosine oxidase deviated from Bacillus sp. NS-129 by adding ammonium sulfate (concentration is preferably 1.9-2.2M) as a precipitant using a hanging drop method. The obtained crystals has such a high quality that its three dimensional structure can be elucidated up to the level of side chains by X-ray crystal structure analysis. The space group of the crystal is P4, 2, 2, and the lattice constant is (a)=(b)=177.0Å, (c)=72.6Å and α=β=γ=90 deg.. The sizes of the crystals are up to 0.1×0.2×1.5mm.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、臨床医学分野にお
いて腎臓疾患などの診断用酵素として用いられるザルコ
シン・オキシダーゼを任意の変異操作によって改良する
上で、非常に有用な情報となるザルコシン・オキシダー
ゼの三次元構造を知るために必要なザルコシン・オキシ
ダーゼの結晶、その結晶の製造方法及びそのザルコシン
・オキシダーゼの三次元構造に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a sarcosine oxidase which is very useful information for improving sarcosine oxidase used as an enzyme for diagnosis of kidney disease in the field of clinical medicine by an arbitrary mutation operation. The present invention relates to a sarcosine oxidase crystal required to know its three-dimensional structure, a method for producing the crystal, and a three-dimensional structure of the sarcosine oxidase.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、臨床医学分野では、血清、尿中の
クレアチニンあるいはクレアチンは、酵素定量法により
測定され、得られた測定値をもとにして、例えば腎臓機
能の疾患、筋肉疾患などの診断が行なわれている。その
定量法の原理は下記の反応式に示す通りであって、その
定量にザルコシン・オキシダーゼが使用されている。な
お、下記の式中の括弧内は、各反応に使用する酵素を意
味する。
2. Description of the Related Art Conventionally, in the field of clinical medicine, creatinine or creatine in serum and urine has been measured by an enzyme assay, and based on the measured values, for example, diseases of renal function, muscular diseases, etc. A diagnosis has been made. The principle of the quantification method is as shown in the following reaction formula, and sarcosine oxidase is used for the quantification. In addition, the parenthesis in the following formula means the enzyme used for each reaction.

【0003】 クレアチニン+H2O → クレアチン (クレアチニン・アミドヒドロラーゼ) クレアチン+H2O → ザルコシン + 尿素 (クレアチン・アミジノヒドロラーゼ) ザルコシン+H2O+O2 → グリシン+ホルムアルデヒド+H22 (ザルコシン・オキシダーゼ)Creatinine + H 2 O → creatine (creatinine / amide hydrolase) Creatine + H 2 O → sarcosine + urea (creatine / amidinohydrolase) sarcosine + H 2 O + O 2 → glycine + formaldehyde + H 2 O 2 (sarcosine oxidase)

【0004】従来、ザルコシン・オキシダーゼは、コリ
ネバクテリウム属〔J. Biochem.、第89
巻、599頁、1981年、参照〕、バチルス属(特開
平8−238087号公報、特公平1−34035号公
報参照)、シリンドロカーボン属(特開昭56−927
90号公報参照)、シュードモナス属(特開昭60−4
3379号公報参照)、アースロバクター属(特開平6
−113840号公報参照)、ストレプトマイセス属
(特開平4−94688号公報参照)などの微生物によ
り生産されることが知られている。しかしながら、それ
らの酵素は、ザルコシンに対するKm値が大きいもの、
あるいはザルコシンにだけでなくエチル・グリシンやプ
ロリンにもある程度作用するなどの基質特異性が劣るな
どの欠点を有し、必ずしも満足すべきものではなかっ
た。何故ならば、例えば前記したエチル・グリシンやプ
ロリンは、治療の際の投薬などの由来によって血清中に
存在し得る化合物であり、これらにもザルコシン・オキ
シダーゼが作用することとなり、正の測定誤差を与え、
診断上問題となるからである。
Conventionally, sarcosine oxidase has been used in the genus Corynebacterium [J. Biochem. , 89
Vol., P. 599, 1981], genus Bacillus (see JP-A-8-238087 and JP-B-1-34035), genus Cylindrocarbon (see JP-A-56-927).
No. 90), Pseudomonas sp.
No. 3379), the genus Arthrobacter (Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
It is known that it is produced by microorganisms such as Streptomyces (see JP-A-4-94688). However, those enzymes have high Km values for sarcosine,
Alternatively, it has a drawback that its substrate specificity is inferior, for example, it acts not only on sarcosine but also on ethyl glycine and proline to some extent, and is not always satisfactory. This is because, for example, the above-mentioned ethyl glycine and proline are compounds that can be present in serum due to the origin of medication during treatment or the like, and sarcosine oxidase acts on these as well, resulting in a positive measurement error. Give
This is because it causes a problem in diagnosis.

【0005】このようなことから、前記欠点を解決すべ
く、ザルコシン・オキシダーゼをコードする遺伝子の変
異による酵素の改良が試みられてきた。しかしながら、
ザルコシン・オキシダーゼ蛋白質又はホモロジーの高い
近縁の酵素蛋白質の三次元構造が未知であるため、活性
中心近傍の残基をターゲットとした部位特異的変異によ
る酵素の改良は不可能であり、したがってこれまでは、
ランダム変異法を用いた、確率のみに依存する不確かな
改良方法に頼らざるを得なかった。
[0005] Under such circumstances, in order to solve the above-mentioned drawbacks, attempts have been made to improve enzymes by mutation of the gene encoding sarcosine oxidase. However,
Since the three-dimensional structure of the sarcosine oxidase protein or a closely related enzyme protein with high homology is unknown, it is impossible to improve the enzyme by site-directed mutation targeting residues near the active center. Is
We had to rely on uncertain improvements that depended only on probability, using the random mutation method.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記したように、クレ
アチニンあるいはクレアチンの定量には、酵素的な定量
方法が用いられているが、血清、尿中に含まれているク
レアチニン量あるいはクレアチン量は極めて微量である
ため、投薬由来の物質にも作用すると、その測定値の信
頼性が失われる。したがって、その定量に際しては、高
感度で、しかも基質特異性の高い酵素的測定法が期待さ
れている。
As described above, enzymatic quantification is used for quantifying creatinine or creatine, but the amount of creatinine or creatine contained in serum or urine is extremely low. Since it is so small that it also acts on substances from the dosage, the measurements are unreliable. Therefore, in the quantification, an enzymatic measurement method with high sensitivity and high substrate specificity is expected.

【0007】上記した問題を解決するため、改良された
酵素を得ようとして用いられるランダム変異法による酵
素の改良方法には、種々の問題点がある。すなわち、K
m値や基質特異性などの微妙なパラメーターの差を有す
る菌株を、ランダム変異法により得られた多数の変異体
の中から選出することは非常に困難であり、さらに一塩
基置換によるランダム変異では決して得られることのな
い変異が無数に存在する(例えば、TTTでコードされ
ているフェニルアラニンがATGでコードされるメチオ
ニンに置換されるには同時に二塩基の置換が必要とされ
るが、確率的にみてほとんど得られないと考えられ
る)。
[0007] In order to solve the above-mentioned problems, there are various problems in a method of improving an enzyme by a random mutation method used to obtain an improved enzyme. That is, K
It is very difficult to select strains having subtle parameter differences such as m value and substrate specificity from a large number of mutants obtained by random mutagenesis. There are countless mutations that can never be obtained (for example, the substitution of phenylalanine encoded by TTT with methionine encoded by ATG requires simultaneous two-base substitution, It is hardly possible to see it).

【0008】本発明の目的は、臨床医学分野において腎
臓疾患などの診断用酵素として用いられているザルコシ
ン・オキシダーゼを任意の変異操作によって改良する上
で、非常に有用な情報となるザルコシン・オキシダーゼ
の三次元構造を知るために必要な高品位のザルコシン・
オキシダーゼの柱状結晶、その柱状結晶の製造方法並び
に該柱状結晶を用いてX線結晶構造解析により得られる
ザルコシン・オキシダーゼの三次元構造を提供すること
である。
An object of the present invention is to improve sarcosine oxidase, which is used as an enzyme for diagnosing kidney disease in the field of clinical medicine, by any mutation, and to obtain sarcosine oxidase which is very useful information. High-quality sarcosine required to know the three-dimensional structure
An object of the present invention is to provide a columnar crystal of oxidase, a method for producing the columnar crystal, and a three-dimensional structure of sarcosine oxidase obtained by X-ray crystal structure analysis using the columnar crystal.

【0009】そしてそのザルコシン・オキシダーゼの三
次元構造は、該三次元構造に基づき部位特異的変異を行
うことによって、効率よく有用な変異型ザルコシン・オ
キシダーゼを作り出すことができのできわめて有用であ
る。
[0009] The three-dimensional structure of sarcosine oxidase is extremely useful since a useful mutant sarcosine oxidase can be efficiently produced by performing site-specific mutation based on the three-dimensional structure.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、クレアチ
ニンあるいはクレアチンの高感度な酵素的測定法などに
好適な、熱に安定で、かつザルコシンに対する基質特異
性が比較的高い性質を有する、特公平1−34035号
公報記載の耐熱性のザルコシン・オキシダーゼNを素材
として用い、該酵素の三次元構造を解明し得る高品位の
該酵素の結晶を得るべく鋭意検討を重ねた結果、約2M
の硫酸アンモニウムを沈澱剤として用いることにより、
該酵素の柱状結晶を得ることに成功した。そして、その
柱状結晶にX線を当てることによって、分解能約2.7
ÅのX線回折強度データが得られることを確認した。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have a heat-stable and relatively high substrate specificity for sarcosine, which is suitable for a highly sensitive enzymatic assay of creatinine or creatine, etc. As a result of intensive studies using a heat-resistant sarcosine oxidase N described in Japanese Patent Publication No. 1-34035 as a material to obtain a high-quality crystal of the enzyme capable of elucidating the three-dimensional structure of the enzyme, about 2M was obtained.
By using ammonium sulfate as a precipitant,
We succeeded in obtaining columnar crystals of the enzyme. Then, X-rays are applied to the columnar crystal to obtain a resolution of about 2.7.
It was confirmed that X-ray diffraction intensity data of Å could be obtained.

【0011】さらに、本発明者らは、前記ザルコシン・
オキシダーゼNの柱状結晶についてX線結晶構造解析を
行うことにより、その三次元構造を明らかにすることが
可能であることを実証し、これらの知見に基づき本発明
を完成するに至った。
Further, the present inventors have proposed that the sarcosine
By performing X-ray crystal structure analysis on the columnar crystal of oxidase N, it was demonstrated that the three-dimensional structure could be clarified, and the present invention was completed based on these findings.

【0012】すなわち、本発明は、X線結晶構造解析に
よりその三次元構造を側鎖のレベルまで解明し得る品位
を有することを特徴とするザルコシン・オキシダーゼの
柱状結晶である。上記ザルコシン・オキシダーゼとして
は、バチルス・エスピー(Bacillus sp.)
NS−129に由来するものが挙げられる。
That is, the present invention is a columnar crystal of sarcosine oxidase characterized by having a grade capable of elucidating its three-dimensional structure to the level of a side chain by X-ray crystal structure analysis. Examples of the sarcosine oxidase include Bacillus sp.
And those derived from NS-129.

【0013】上記柱状結晶においては、結晶の空間群が
P4112であり、格子定数がa=b=177.0Å,
c=72.6Åであり、α=β=γ=90゜である。ま
た、その結晶の大きさは、約0.2×0.2×1.5m
mまでのものである。
In the above columnar crystal, the space group of the crystal is P4 1 2 1 2 and the lattice constant is a = b = 177.0 °,
c = 72.6 ° and α = β = γ = 90 °. The size of the crystal is about 0.2 × 0.2 × 1.5 m
m.

【0014】さらに、本発明は、精製ザルコシン・オキ
シダーゼ溶液に沈殿剤として硫酸アンモニウムを用い、
ハンギングドロップ法により結晶化することを特徴とす
る、上記ザルコシン・オキシダーゼの柱状結晶の製造方
法である。
Further, the present invention provides a method for preparing a purified sarcosine oxidase solution using ammonium sulfate as a precipitant,
A method for producing a columnar crystal of sarcosine oxidase, characterized by crystallizing by a hanging drop method.

【0015】さらに、本発明は、上記ザルコシン・オキ
シダーゼの柱状結晶を用いて、X線結晶構造解析を行う
ことによって得られるザルコシン・オキシダーゼの三次
元構造である。
Further, the present invention relates to a three-dimensional structure of sarcosine oxidase obtained by performing an X-ray crystal structure analysis using the columnar crystal of sarcosine oxidase.

【0016】このようにして得られた本発明のザルコシ
ン・オキシダーゼの柱状結晶に基づいて得られるザルコ
シン・オキシダーゼの三次元構造を用いれば、その活性
中心の残基の配置が明らかとなり、それによって改良型
の酵素を得るために変異させるべき残基をかなり絞りこ
むことができる。つまり、ランダム変異による確率的な
変異操作に頼らず、部位特異的変異によって特定の残基
を任意のアミノ酸に置換し、得られた少数の変異体につ
いて細かな比較検討を行って、基質特異性などの優れた
変異体を選抜することが可能となった。
By using the three-dimensional structure of the sarcosine oxidase obtained based on the columnar crystals of the sarcosine oxidase of the present invention thus obtained, the arrangement of the residues at the active center becomes clear, thereby improving the structure. The residues to be mutated to obtain a type of enzyme can be considerably narrowed down. In other words, instead of relying on stochastic mutation operations by random mutation, a specific residue is replaced with an arbitrary amino acid by site-specific mutation, and a small number of obtained mutants are compared in detail, and the substrate specificity is determined. It has become possible to select such excellent mutants.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
まず、本発明のザルコシン・オキシダーゼ柱状結晶を得
るための素材としては、ザルコシン・オキシダーゼ生産
能を有する微生物、例えばコリネバクテリウム属、バチ
ルス属、シリンドロカーボン属、シュードモナス属、ア
ースロバクター属、ストレプトマイセス属などに属する
菌株により生産されるいずれのザルコシン・オキシダー
ゼでも用いることができる。それらのうち、バチルス・
エスピー(Bacillus sp.)NS−129
〔微工研条寄第671号(FERMBP−671)〕に
由来するザルコシン・オキシダーゼN(以下SONとい
う、特公平1−34035号公報参照)が好ましく用い
られる。なお、前記したSONの主な理化学的性質を以
下に示す。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail.
First, as a material for obtaining the sarcosine oxidase columnar crystals of the present invention, microorganisms having a sarcosine oxidase producing ability, for example, Corynebacterium, Bacillus, Cylindrocarbon, Pseudomonas, Arthrobacter, Strepto Any sarcosine oxidase produced by a strain belonging to the genus Myces or the like can be used. Among them, Bacillus
SP (Bacillus sp.) NS-129
Sarcosine oxidase N (hereinafter referred to as SON, see Japanese Patent Publication No. 1-334035) derived from [Microtechnical Research Institute No. 671 (FERMBP-671)] is preferably used. The main physicochemical properties of the above-mentioned SON are shown below.

【0018】a.作用:本酵素は、下記反応式に示すご
とく、ザルコシンを酸化分解して、グリシン、ホルムア
ルデヒドと過酸化水素を生成する反応を触媒する酵素で
ある。 ザルコシン+H2O+O2 → グリシン+ホルムアルデ
ヒド+H22
A. Action: As shown in the following reaction formula, this enzyme is an enzyme that catalyzes the reaction of oxidizing and decomposing sarcosine to produce glycine, formaldehyde, and hydrogen peroxide. Sarcosine + H 2 O + O 2 → glycine + formaldehyde + H 2 O 2

【0019】b.基質特異性:N−メチル・グリシン
(ザルコシン)を基質として酵素反応させて得られる波
長510nmの吸光度を100%とし、他の物質を基質
とした場合の相対活性(%)は、下記のとおりである。
なお、下記の相対活性(%)のデータは、特開平5−1
15281号に記載のSONについてのデータを抜粋し
たものである。
B. Substrate specificity: The relative activity (%) when the absorbance at a wavelength of 510 nm obtained by performing an enzymatic reaction using N-methylglycine (sarcosine) as a substrate and another substance as a substrate is as follows: is there.
The data of the following relative activities (%) are described in
This is an excerpt of data on the SON described in No. 15281.

【0020】 基 質 相対活性(%) N−メチル−グリシン(ザルコシン) 100 N−エチル−グリシン 4.4 N−メチル−L−バリン 7.7 N−メチル−L−ロイシン 25.4 N−メチル−L−イソロイシン 7.2 L−プロリン 0.5Substrate Relative activity (%) N-methyl-glycine (sarcosine) 100 N-ethyl-glycine 4.4 N-methyl-L-valine 7.7 N-methyl-L-leucine 25.4 N-methyl -L-isoleucine 7.2 L-proline 0.5

【0021】c.Km値:本酵素のザルコシンに対する
Km値(ミカエリス定数)は37℃、pH7.7(リン
酸緩衝液)で4.7mMである。
C. Km value: The Km value (Michaelis constant) of the present enzyme for sarcosine is 4.7 mM at 37 ° C. and pH 7.7 (phosphate buffer).

【0022】d.至適pH及び安定pH範囲:本酵素の
至適pHは、ザルコシンを基質とした場合、pH6.7
〜10.0である。また、安定pH範囲は、pH6.5
〜11.5である。
D. Optimum pH and stable pH range: The optimum pH of this enzyme is pH 6.7 when sarcosine is used as a substrate.
110.0. The stable pH range is pH 6.5.
111.5.

【0023】e.作用適温の範囲:本酵素の作用適温の
範囲は、45〜60℃にある。 f.熱安定性:55℃、10分間の処理で98%の酵素
活性を保持し、60℃、10分間の処理でも75%の残
存活性を示す。
E. Range of suitable working temperature: The range of suitable working temperature of the present enzyme is 45 to 60 ° C. f. Thermal stability: 98% of enzyme activity is maintained at 55 ° C. for 10 minutes, and 75% of residual activity is shown at 60 ° C. for 10 minutes.

【0024】g.分子量:本酵素の分子量は、セファデ
ックスG−150を用いたカラムゲルろ過法で測定した
結果、約49000である。なお、本酵素のアミノ酸配
列に基づいて計算された分子量は、約43000であ
る。
G. Molecular weight: The molecular weight of this enzyme is about 49000 as measured by column gel filtration using Sephadex G-150. The molecular weight calculated based on the amino acid sequence of the present enzyme is about 43,000.

【0025】h.フラビン酵素蛋白:フラビン・アデニ
ン・ジヌクレオチド(以下、FADという)が酵素蛋白
質に共有結合し、結合比は1:1である。
H. Flavin enzyme protein: flavin adenine dinucleotide (hereinafter referred to as FAD) is covalently bound to the enzyme protein, and the binding ratio is 1: 1.

【0026】本発明のザルコシン・オキシダーゼの柱状
結晶を製造するに際し、先ずその素材となる精製された
ザルコシン・オキシダーゼとしては、例えば市販のもの
(例えば「ザルコシン オキシダーゼSOD−TE」キ
ッコーマン(株)製)、又は前述したザルコシン・オキ
シダーゼ生産能を有する微生物を培養して常法にしたが
って精製して得たもの(例えば特公平1−34035号
公報など参照)が用いられる。あるいはザルコシン・オ
キシダーゼをコードする遺伝子のみをクローニングし、
大腸菌にて大量発現させてこれを精製したものなどが用
いられ、以下に、ザルコシン・オキシダーゼをコードす
る遺伝子を含有するDNAの調製、及び該ザルコシン・
オキシダーゼの大腸菌(Escherichia co
li)での発現と精製について述べる。
In producing the columnar crystals of sarcosine oxidase of the present invention, the purified sarcosine oxidase to be used as the raw material is, for example, a commercially available sarcosine oxidase (for example, "Sarcosine oxidase SOD-TE" manufactured by Kikkoman Corporation). Alternatively, those obtained by culturing a microorganism having the ability to produce sarcosine oxidase described above and purifying it by a conventional method (for example, see Japanese Patent Publication No. 1-34035) are used. Alternatively, clone only the gene encoding sarcosine oxidase,
A product obtained by expressing a large amount in Escherichia coli and purifying the same is used. Hereinafter, preparation of a DNA containing a gene encoding sarcosine oxidase,
Oxidase of Escherichia coli
li) expression and purification.

【0027】ザルコシン・オキシダーゼをコードする遺
伝子のドナー微生物としては、前記したザルコシン・オ
キシダーゼ生産能を有する微生物、例えばザルコシン・
オキシダーゼがSONの場合は、バチルス・エスピー
(Bacillus sp.)NS−129株などが挙
げられる。
Examples of the donor microorganism for the gene encoding sarcosine oxidase include microorganisms having sarcosine oxidase-producing ability, such as sarcosine oxidase.
When the oxidase is SON, Bacillus sp. NS-129 strain and the like can be mentioned.

【0028】そして、ザルコシン・オキシダーゼ生産能
を有する微生物を、常法により適宜な培地に接種して培
養し、培養物を得る。この培養物を、例えば8000〜
10000r.p.m.で10〜15分間遠心分離して
該菌体を得る。
Then, a microorganism having sarcosine oxidase-producing ability is inoculated into an appropriate medium by a conventional method and cultured to obtain a culture. This culture is, for example,
10,000 r. p. m. And centrifuged for 10 to 15 minutes to obtain the cells.

【0029】次いで、この菌体を用いて、例えばアグリ
カルチュラル・バイオロジカル・ケミストリー〔Agr
ic. Biol. Chem.〕、第55巻、第12
59〜1263頁、1991年)に記載の方法により、
該ザルコシン・オキシダーゼ遺伝子をクローニングし、
大腸菌(Escherichia coli)にて大量
に当該ザルコシン・オキシダーゼを発現させることがで
きる。
Next, using the cells, for example, agricultural biological chemistry [Agr
ic. Biol. Chem. 55, 12
59 to 1263, 1991).
Cloning the sarcosine oxidase gene,
The sarcosine oxidase can be expressed in a large amount in Escherichia coli.

【0030】次に、上記のようにして得られたザルコシ
ン・オキシダーゼ遺伝子を含有するDNAをベクターD
NAに挿入した組み換え体DNAを含み、該ザルコシン
・オキシダーゼ生産能を有するエッシェリシア(Esc
herichia)属に属する菌株を用いてザルコシン
・オキシダーゼを生産するには、この菌株を通常の固体
培養法で培養してもよいが、液体培養法を採用して培養
するのが好ましい。
Next, the DNA containing the sarcosine oxidase gene obtained as described above was
Escherichia (Esc) containing recombinant DNA inserted into NA and having the ability to produce sarcosine oxidase.
In order to produce sarcosine oxidase using a strain belonging to the genus herichia), this strain may be cultured by a conventional solid culture method, but preferably by a liquid culture method.

【0031】また、上記菌株を培養する培地としては、
例えば、酵母エキス、ペプトン、肉エキス、コーンステ
ィープリカーあるいは大豆もしくは小麦麹の浸出液など
の1種以上の窒素源に、リン酸二水素カリウム、リン酸
水素二カリウム、硫酸マグネシウム、塩化マグネシウ
ム、塩化第二鉄、硫酸第二鉄あるいは硫酸マンガンなど
の無機塩類の1種以上を添加し、更に必要により糖質原
料、ビタミンなどを適宜添加したものが用いられる。
Further, as a medium for culturing the above strain,
For example, one or more nitrogen sources, such as yeast extract, peptone, meat extract, corn steep liquor or soybean or wheat koji leachate, may contain potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, magnesium sulfate, magnesium chloride, magnesium chloride, One or more of inorganic salts such as ferric iron, ferric sulfate and manganese sulfate are added, and if necessary, saccharide raw materials, vitamins and the like are appropriately added.

【0032】なお、前記培地の初発pHは、その使用菌
株にもよるが、通常pH7〜9に調節するのが適当であ
る。また培養は30〜42℃、好ましくは37℃前後で
4〜24時間、好ましくは6〜8時間、通気攪拌深部培
養、振盪培養、静置培養などにより実施するのが好まし
い。
The initial pH of the medium depends on the strain used, but it is usually appropriate to adjust the pH to 7 to 9. The cultivation is preferably carried out at 30 to 42 ° C., preferably at about 37 ° C. for 4 to 24 hours, preferably 6 to 8 hours, by aeration-agitation deep culture, shaking culture, static culture, or the like.

【0033】培養終了後、該培養物よりザルコシン・オ
キシダーゼを採取するには、通常の酵素採取手段を用い
て得ることができる。例えば、常法により菌体を、超音
波処理、磨砕処理などするか、または、リゾチームなど
の溶菌酵素を用いて本酵素を抽出するか、またはトルエ
ンなどの存在下で振盪もしくは放置して自己消化を行な
わせ、本酵素を菌体外に排出させる。この溶液をろ過、
遠心分離などして固形部分を除去し、必要によりストレ
プトマイシン硫酸塩、プロタミン硫酸塩あるいは硫酸マ
ンガンにより除核酸した後、これに硫安、アルコール、
アセトンなどを添加して分画し、沈澱物を採取し、これ
を水に対し透析した後、真空乾燥して粗酵素標品を得
る。
After completion of the cultivation, sarcosine oxidase can be collected from the culture using conventional enzyme collecting means. For example, the cells may be subjected to ultrasonic treatment, trituration, or the like according to a conventional method, or the present enzyme may be extracted using a lytic enzyme such as lysozyme, or may be shaken or left in the presence of toluene or the like for self-treatment. The enzyme is digested and the enzyme is excreted outside the cells. This solution is filtered,
The solid portion is removed by centrifugation or the like, and if necessary, nucleic acid is removed with streptomycin sulfate, protamine sulfate or manganese sulfate, and then ammonium sulfate, alcohol,
Acetone or the like is added for fractionation, and the precipitate is collected, dialyzed against water, and dried under vacuum to obtain a crude enzyme preparation.

【0034】そして粗酵素標品は、さらに酵素の単離精
製の常法に従って、例えば(1)DEAE−セルロース
のカラムクロマトグラフィ−、(2)硫安分画、(3)
QAE−セファデックスのカラムクロマトグラフィ−、
(4)TSK−GELブチル−トーヨーパール650C
〔東洋ソーダ(株)製〕の疎水クロマトグラフィ−、
(5)セファデックスによるゲルろ過などの方法、また
はその他の方法を必要に応じて組み合わせることによ
り、高度に精製されたザルコシン・オキシダーゼ標品と
することができ、この標品は、以下に示す結晶化におけ
る素材として用いられる。
The crude enzyme preparation is further subjected to a conventional method of enzyme isolation and purification, for example, (1) column chromatography of DEAE-cellulose, (2) ammonium sulfate fractionation, (3)
QAE-Sephadex column chromatography,
(4) TSK-GEL butyl-Toyopearl 650C
Hydrophobic chromatography of [Toyo Soda Co., Ltd.]
(5) A highly purified sarcosine oxidase standard can be obtained by combining a method such as gel filtration with Sephadex or other methods as necessary. It is used as a material in chemical conversion.

【0035】なお、上記のような精製手段により得られ
る組み換え体由来の精製ザルコシン・オキシダーゼの理
化学的性質は、前記した菌株由来の理化学的性質と全く
同様である。次いで、ザルコシン・オキシダーゼの結晶
化について述べる。
The physicochemical properties of the recombinant-derived purified sarcosine oxidase obtained by the above-mentioned purification means are exactly the same as the physicochemical properties of the above-mentioned strain. Next, the crystallization of sarcosine oxidase will be described.

【0036】一般的に蛋白質の結晶化は決して容易では
ない。結晶化の最適条件が比較的簡単に見つかるものも
あるが、多くの蛋白質の場合は、種々の条件検討を通じ
て初めてX線結晶構造解析に供することのできる結晶が
得られる。また、いかなる条件でも結晶化しない蛋白質
も決して少なくはない。そして、蛋白質の結晶が得られ
なければX線結晶構造解析を行うことはできない。した
がってX線結晶構造解析からその蛋白質の三次元構造を
解明することはできない。
Generally, crystallization of a protein is not easy. Although the optimum conditions for crystallization can be found relatively easily, in the case of many proteins, a crystal that can be subjected to X-ray crystal structure analysis can be obtained only after examining various conditions. In addition, not a few proteins do not crystallize under any conditions. Unless a protein crystal is obtained, X-ray crystal structure analysis cannot be performed. Therefore, the three-dimensional structure of the protein cannot be clarified from X-ray crystal structure analysis.

【0037】現在、蛋白質の三次元構造を決める他の方
法として、NMR(nuclearmagnetic
resonance,核磁気共鳴)を利用することも可
能である。NMRでは試料を結晶化する必要はなく、蛋
白質溶液の状態でデータをとることができる。しかし、
NMRで構造を決めることが可能なのは事実上分子量1
万以下の化合物に限定される。従って、分子量の大きな
ザルコシン・オキシダーゼを含めた大部分の蛋白質につ
いては、X線結晶構造解析に頼らざるを得ないのが現状
である。
At present, as another method for determining the three-dimensional structure of a protein, NMR (nuclear magnetic) is used.
resonance, nuclear magnetic resonance). In NMR, it is not necessary to crystallize a sample, and data can be collected in the state of a protein solution. But,
It is virtually possible to determine the structure by NMR with a molecular weight of 1
Limited to no more than 10,000 compounds. Therefore, at present, most proteins, including sarcosine oxidase having a large molecular weight, have to rely on X-ray crystal structure analysis.

【0038】また、X線結晶構造解析の際、蛋白質の結
晶であればいかなるものでも解析可能であるわけではな
い。そのX線回折装置の能力によって違いはあるが、測
定に供し得る蛋白質の結晶の条件としては、その大きさ
が大きいものが好ましく0.1mm角以上であること、
透明性が高いこと、単一性が高いことなどが求められ
る。いずれにしてもX線を当てた際に高分解能の回折強
度データが得られることが重要である。特に、蛋白質を
構成する各アミノ酸の側鎖の向きまで含めた構造解析を
行うのであれば、最低でも3Å程度の分解能が必要とさ
れる。
Further, at the time of X-ray crystal structure analysis, not all protein crystals can be analyzed. Although there are differences depending on the capability of the X-ray diffractometer, the conditions of the protein crystals that can be subjected to the measurement are preferably large in size, preferably 0.1 mm square or more,
High transparency and high unity are required. In any case, it is important to obtain high-resolution diffraction intensity data when X-rays are applied. In particular, if a structural analysis is performed including the direction of the side chain of each amino acid constituting a protein, a resolution of at least about 3 ° is required.

【0039】本発明のザルコシン・オキシダーゼを結晶
化するには、先ず前記した結晶化の素材となるザルコシ
ン・オキシダーゼは、薄い緩衝液中に濃縮された状態で
用意するのが好ましく、その際の緩衝液のpHは該酵素
の安定pHの範囲内であることが望ましい。従って、必
要に応じて例えば、5〜20mMのトリス塩酸緩衝液
(pH7.5〜8.5)にバッファー置換し、ザルコシ
ン・オキシダーゼ濃度10〜100mg/ml程度まで
濃縮する。前記緩衝液の種類は弱アルカリ性のものであ
ればいずれの緩衝液でもよい。また、バッファー置換、
濃縮などは、限外ろ過によって行うことができる。次い
で、前記濃縮液に種々の沈殿剤を加えることにより結晶
化のための好適な沈殿剤を検索する。
In order to crystallize the sarcosine oxidase of the present invention, it is preferable that sarcosine oxidase, which is a material for crystallization described above, be prepared in a state of being concentrated in a thin buffer solution. The pH of the solution is desirably within the stable pH range of the enzyme. Therefore, if necessary, for example, the buffer is replaced with a 5-20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5-8.5), and the sarcosine oxidase concentration is reduced to about 10-100 mg / ml. The buffer may be any buffer as long as it is weakly alkaline. Also, buffer replacement,
Concentration and the like can be performed by ultrafiltration. Then, a suitable precipitant for crystallization is searched by adding various precipitants to the concentrate.

【0040】本発明のザルコシン・オキシダーゼの結晶
化に利用される沈澱剤としては様々なものを用いること
ができ、例えば硫酸アンモニウムなどの無機塩類、ポリ
エチレングリコール類、エタノールなどの有機溶媒など
が挙げられる。ハンプトン・リサーチ(Hampton
research)社製の「クリスタル・スクリーン
(Crystal Screen)」を用いて種々の沈
澱剤を検討した結果、弱アルカリ性条件下で硫酸アンモ
ニウムを沈殿剤として用いた際に、本発明の目的とする
柱状結晶が得られることを見出した。そして硫酸アンモ
ニウムの濃度が1.9M未満のときは、結晶化が困難と
なり、また、2.2Mを超えると丸みを帯びた結晶が増
加し、しかも多数の小さな結晶となるので、本発明の目
的とする柱状結晶が得にくい。例えばSONの場合につ
いてさらに検討した結果、本発明の目的とする最も高品
位のSON柱状結晶を得る条件は、硫酸アンモニウムの
濃度は1.9〜2.2Mが好ましく、2.0〜2.1M
が特に好ましいこと、また、SON濃度は10〜50m
g/ml、好ましくは30mg/ml、そして結晶化用
の緩衝液としては弱アルカリ性の緩衝液であればいずれ
の緩衝液でもよいが、例えば、100mMトリス塩酸緩
衝液(pH8.5)が好適に用いられること、さらにま
た、結晶化の際の温度は常温であればいかなる温度でも
よいが、好ましくは約20℃で2日以上静置すればよ
い。
Various precipitants can be used for the crystallization of sarcosine oxidase of the present invention, and examples thereof include inorganic salts such as ammonium sulfate, polyethylene glycols, and organic solvents such as ethanol. Hampton Research
As a result of examining various precipitating agents using “Crystal Screen” manufactured by Research Inc., when ammonium sulfate was used as a precipitating agent under weakly alkaline conditions, the columnar crystals aimed at by the present invention were found to be formed. It was found that it could be obtained. When the concentration of ammonium sulfate is less than 1.9 M, crystallization becomes difficult. When the concentration exceeds 2.2 M, rounded crystals increase, and many small crystals are formed. Columnar crystals are difficult to obtain. For example, as a result of further study on the case of SON, the condition for obtaining the highest quality SON columnar crystal aimed at by the present invention is that the concentration of ammonium sulfate is preferably 1.9 to 2.2M, and 2.0 to 2.1M.
Is particularly preferable, and the SON concentration is 10 to 50 m.
g / ml, preferably 30 mg / ml, and any buffer for crystallization may be used as long as it is a weakly alkaline buffer. For example, a 100 mM Tris-HCl buffer (pH 8.5) is suitable. Any temperature may be used as long as it is used, and the temperature for crystallization may be any ordinary temperature, but it is preferable to leave it at about 20 ° C. for 2 days or more.

【0041】上記条件における結晶化の実施態様として
は、ハンギングドロップ法、シッティングドロップ法、
透析法、シーディング法などの公知のいかなる手法でも
よいが、好ましくは蒸気拡散法の一種であるハンギング
ドロップ法が好適に用いられる。
The embodiment of crystallization under the above conditions includes a hanging drop method, a sitting drop method,
Any known method such as a dialysis method and a seeding method may be used, but a hanging drop method, which is a kind of vapor diffusion method, is preferably used.

【0042】このハンギングドロップ法は、密閉系にお
いて蛋白質を含む低濃度の沈殿剤溶液から高濃度の沈殿
剤溶液に水が拡散していく原理を利用したものであり、
最も一般的に用いられる結晶化方法である。
This hanging drop method utilizes the principle that water diffuses from a low-concentration precipitant solution containing a protein to a high-concentration precipitant solution in a closed system.
This is the most commonly used crystallization method.

【0043】上記のようにして得られる柱状結晶の外
観、及び結晶の最小単位である単位格子の種類・サイ
ズ、格子内の分子の数・対称性などはその結晶に固有の
ものであり、同一の蛋白質でも沈澱剤の種類が違えば異
なる結晶が得られることがある。ただし、同一の蛋白質
であれば、結晶の外観が異なっていても分子の三次元構
造は同一であると考えられる。また、ホモロジーの高い
酵素であれば、同一の条件でほぼ同一の結晶が得られる
可能性もある。
The appearance of the columnar crystal obtained as described above, the type and size of the unit cell, which is the minimum unit of the crystal, the number and symmetry of the molecules in the lattice, are specific to the crystal, and are the same. Different crystals may be obtained with different types of precipitants even for the above protein. However, if the protein is the same, the three-dimensional structure of the molecule is considered to be the same even if the appearance of the crystal is different. In addition, if the enzyme has a high homology, almost the same crystal may be obtained under the same conditions.

【0044】このような方法により、X線結晶構造解析
に供してその酵素の三次元構造を側鎖レベルまで解明し
得る品位を有する本発明のザルコシン・オキシダーゼの
柱状結晶を得ることができる。
According to such a method, it is possible to obtain a columnar crystal of sarcosine oxidase of the present invention having such a quality that it can be subjected to X-ray crystal structure analysis to elucidate the three-dimensional structure of the enzyme to the side chain level.

【0045】上記のようにして得られた柱状結晶に、X
線を当てて回折強度データを得るには、通常の実験室レ
ベルのX線回折装置としては、R−AXIS((株)リ
ガク製)などが用いられるが、好ましくは放射光由来の
強いX線を利用できる放射光施設、例えば筑波の高エネ
ルギー物理学研究所の放射光施設にて、ワイセンベルグ
・カメラ〔(Weissenberg camer
a);坂部、J.Appl.Cryst.、第16巻、
542頁、1983年、又はNucl.Instr.M
eth.、第448頁、1991年、又は東、J.Ap
pl.Cryst.第22巻、第8頁、1989年、参
照〕によるX線回折強度データの収集を行うことが望ま
しい。その際に用いる検出器としては、X線フィルムな
どの二次元検出器を用いることが可能であるが、好まし
くは反復使用が可能なイメージング・プレート(ima
ging plate、富士フィルム社製)が望まし
い。そして、前記検出器からのデータの読み取りには、
富士イメージ・リーダー BA100(富士フィルム社
製)が好ましく、また、そのデータの処理にはワイス
(WEIS)(Higashi,T.(1989)J.
Appl.Cryst.22,9〜18)などのプログ
ラムが用いられる。
X was added to the columnar crystals obtained as described above.
In order to obtain diffraction intensity data by irradiating a ray, R-AXIS (manufactured by Rigaku Corporation) or the like is used as an ordinary laboratory-level X-ray diffractometer. At a synchrotron radiation facility that can use, for example, a synchrotron radiation facility at the Institute of High Energy Physics in Tsukuba, a Weissenberg camera [(Weissenberg camera)
a); Sakabe, J .; Appl. Cryst. , Volume 16,
542, 1983, or Nucl. Instr. M
eth. 448, 1991, or East, J.M. Ap
pl. Cryst. Vol. 22, page 8, 1989]. A two-dimensional detector such as an X-ray film can be used as a detector used at that time, but an imaging plate (ima) which can be used repeatedly is preferable.
ging plate, manufactured by Fuji Film Co., Ltd.). And in reading the data from the detector,
Fuji Image Reader BA100 (manufactured by Fuji Film Co., Ltd.) is preferable, and the processing of the data is performed by WEIS (Higashi, T. (1989) J. Am.
Appl. Cryst. 22, 9 to 18).

【0046】また、得られたX線回折強度データのパタ
ーンより、この時点で結晶学的パラメーターをほぼ特定
することが可能であり、例えばSONの場合は、正方晶
系〔テトラゴナル(tetragonal)〕に属して
おり、空間群がP4112、格子定数はa=b=17
7.0Å、c=72.6Å、α=β=γ=90°であ
る。そして計算によって導き出される前記結晶の溶媒含
有率は62.8%であり、非対称単位内にSONを2分
子含むものと推定された。また、前記データの分解能は
2.7Åであり、側鎖の向きも含めた三次元構造の決定
が可能なレベルにあった。
From the pattern of the obtained X-ray diffraction intensity data, the crystallographic parameters can be almost specified at this time. For example, in the case of SON, the crystallographic parameters are changed to tetragonal [tetragonal]. And the space group is P4 1 2 1 2 and the lattice constant is a = b = 17
7.0 °, c = 72.6 °, α = β = γ = 90 °. The calculated solvent content of the crystal was 62.8%, which was estimated to include two SON molecules in the asymmetric unit. The resolution of the data was 2.7 °, which was at a level at which the three-dimensional structure including the direction of the side chain could be determined.

【0047】次いで、上記のようにして得られたX線回
折強度データに基づいてその結晶を構成する分子の電子
密度図を導き出すためには、分子置換法や重原子同形置
換法による位相の決定が必要となるが、該分子とホモロ
ジーの高い別の蛋白質分子の構造が公知でない場合は必
然的に重原子同形置換法を用いることになる。そして、
重原子同形置換法を行うためには、該結晶について二種
類以上の重原子同形置換体が必要となる。
Next, in order to derive an electron density diagram of the molecules constituting the crystal based on the X-ray diffraction intensity data obtained as described above, the phase must be determined by a molecular replacement method or a heavy atom isomorphous replacement method. Is required, but when the structure of another protein molecule having a high homology with the molecule is not known, the heavy atom isomorphous substitution method is necessarily used. And
In order to perform the heavy atom isomorphous substitution method, two or more types of heavy atom isomorphous substitutions are required for the crystal.

【0048】重原子同形置換体の検索に用いられる重原
子試薬としては、HgCl2などのいかなる重金属原子
を含む試薬でもよいが、その結晶の蛋白質分子の特定部
位に特異的に結合することが必須条件となる。例えばS
ONの場合、HgCl2の他にK2PtCl4などによっ
て、好ましい重原子同形置換体を得ることができる。な
お、位相決定に至る過程においては、種々のプログラム
を用いることが可能であるが、例えばプログラム集CC
P4(Collaborative Computat
ional Project,Number4(199
4)ActaCrystallog.sect.D.5
0,760〜763)などのソフトウェアが利用でき
る。
The heavy atom reagent used in the search for the heavy atom isomorphous substituent may be any reagent containing any heavy metal atom such as HgCl 2 , but it is essential that the reagent specifically binds to a specific site of the protein molecule of the crystal. Condition. For example, S
In the case of ON, a preferable heavy atom isomorphous substituent can be obtained by K 2 PtCl 4 or the like in addition to HgCl 2 . It should be noted that various programs can be used in the process of determining the phase.
P4 (Collaborative Computat)
ionical Project, Number 4 (199
4) ActaCrystallog. sec. D. 5
0, 760 to 763).

【0049】次に、重原子同形置換法にて良好な初期位
相が得られれば、その電子密度図を描くことができる。
その電子密度図は各種のDM(Density Mod
ification)処理(前記CCP4のプログラム
の一つ)を行うことによって、よりクリアな電子密度図
に変換することができる。
Next, if a good initial phase is obtained by the heavy atom isomorphous substitution method, an electron density diagram can be drawn.
The electron density diagrams are shown in various DM (Density Mod).
By performing the information processing (one of the programs of the CCP4), it is possible to convert to a clearer electron density diagram.

【0050】上記のようにして得られた電子密度図に基
づいて該分子のモデリングを行う際にも、種々のプログ
ラムを用いることが可能であるが、好ましくは例えばプ
ログラムO(プログラム オー)(Jones,A,
T.,Zou,J.−Y.,Cowan,S.W.&K
jeldgaard,M.(1991)Acta Cr
ystallog.sect.A.47,110〜11
9)などを用いて、三次元グラフィックス上にて該分子
のモデルの構築を行う。
When modeling the molecule based on the electron density diagram obtained as described above, various programs can be used. Preferably, for example, a program O (Program O) (Jones O) is used. , A,
T. , Zou, J .; -Y. , Cowan, S .; W. & K
Jeldgaard, M .; (1991) Acta Cr
ystallog. sec. A. 47, 110-11
A model of the molecule is constructed on three-dimensional graphics by using 9) and the like.

【0051】さらに、構築された分子のモデルは種々の
プログラムを用いて精密化(リファインメント)する必
要があるが、例えばX−PLOR(Brunger,
A.T.,Kuriyan,J.&Karplus,M
(1987)Science35,458〜460)な
どのプログラムによる精密化と、プログラムOを用いた
マニュアルによる修正作業とを駆使して、より正解に近
い構造へと近づけていくことができる。精密化の指標と
なるR因子の値が20%以下になることが目標とされて
いる。例えばSONの場合は、R因子が18.6%まで
下がった時点で精密化を終えた。
Further, it is necessary to refine the constructed molecular model using various programs. For example, X-PLOR (Brunger,
A. T. , Kuriyan, J. et al. & Karplus, M
(1987) Science 35, 458 to 460) and a manual correction using the program O can be used to make the structure closer to the correct solution. The goal is to reduce the value of the R factor, which is an index of refinement, to 20% or less. For example, in the case of SON, the refinement was completed when the R factor dropped to 18.6%.

【0052】なお、このようにして得られたSONの三
次元構造においては、該蛋白質分子のN末端とC末端の
数残基が欠失している。また、分子表面に突き出してい
るリジンなどの一部の残基の側鎖には、その構造が曖昧
なものがあった。しかしながら、これらの曖昧な部分
は、酵素の機能において重要な働きをする部分ではな
い。また、結合水は非対称単位あたり約34個特定し
た。
In the three-dimensional structure of the thus obtained SON, several residues at the N-terminal and C-terminal of the protein molecule are deleted. In addition, some of the side chains of residues such as lysine protruding from the molecular surface have an ambiguous structure. However, these ambiguous parts are not parts that play a significant role in the function of the enzyme. In addition, about 34 bound waters were specified per asymmetric unit.

【0053】[0053]

【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
するが、本発明の技術的範囲は、かかる実施例に限定さ
れるものではない。 〔実施例1〕 ザルコシン・オキシダーゼNの結晶化 結晶化の素材として、市販のバチルス・エスピー(Ba
cillus sp.)NS−129<微工研条寄第6
71号(FERM BP−671)>由来の「ザルコシ
ン オキシダーゼ SOD−TE」(キッコーマン
(株)製)を用いた。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the technical scope of the present invention is not limited to these examples. [Example 1] Crystallization of sarcosine oxidase N As a material for crystallization, commercially available Bacillus sp.
Cillus sp. ) NS-129 <6
No. 71 (FERM BP-671)> derived "Sarcosine oxidase SOD-TE" (manufactured by Kikkoman Corporation) was used.

【0054】このSONは、20mMのトリス塩酸緩衝
液(pH8.0)中で蛋白質濃度約30mg/mlとな
るように調製した後、モノQカラム(ファルマシア社
製)を用いて、20mMのトリス塩酸緩衝液(pH8.
0)中におけるNaClの直線的な濃度勾配(50〜5
00mM)によってさらに分離精製した。その純化され
たSON画分は、セントリプレップ−30(アミコン社
製)にて10mMトリス塩酸緩衝液(pH8.0)にバ
ッファー交換され、最終的に蛋白質濃度が約60mg/
mlとなるまで濃縮した。
This SON was prepared in a 20 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) so as to have a protein concentration of about 30 mg / ml, and then was treated with a 20 mM Tris-HCl using a Mono Q column (Pharmacia). Buffer (pH 8.
0) in a linear concentration gradient of NaCl (50-5
(00 mM). The purified SON fraction was buffer exchanged with 10 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) using Centriprep-30 (manufactured by Amicon), and finally the protein concentration was about 60 mg /
It was concentrated to a volume of ml.

【0055】一方、沈澱剤溶液は、硫酸アンモニウムの
濃度が2.02〜2.06Mの範囲内で0.01M刻み
となるように5段階の濃度で調製し、緩衝液としては1
00mMトリス塩酸緩衝液(pH8.5)を使用した。
On the other hand, the precipitant solution was prepared in five concentrations so that the concentration of ammonium sulfate was in the range of 2.02 to 2.06 M in 0.01M increments, and the buffer was 1 solution.
A 00 mM Tris-HCl buffer (pH 8.5) was used.

【0056】結晶化は公知のハンギングドロップ法によ
り、以下の通りに行った。すなわち、上記のトリス塩酸
緩衝液を含む硫酸アンモニウム溶液を組織培養用のリン
ブロ・プレート(Linbro plate,24穴)
の各穴に1mlずつ入れ、リザーバー溶液とした。次
に、シリコンコートした直径22mmのカバーグラスの
中央にSON溶液を5μlのせ、すぐに同量(5μl)
の前記リザーバー溶液を加え、手早く攪拌した。そのカ
バーグラスを静かに反転させ、リザーバーの入った穴を
塞ぐように蓋をした。その際、接着部分にはシリコング
リースを塗っておいて密閉を確かなものとした。リザー
バー溶液中には蛋白質溶液中の2倍の濃度の硫酸アンモ
ニウムが含まれる計算になるので、蛋白質溶液中の水は
徐々に蒸発してリザーバー溶液中に拡散していく。ま
た、蛋白質溶液中の硫酸アンモニウム濃度は徐々にリザ
ーバー溶液のそれに近づいていき、溶けきれなくなった
蛋白質が徐々に結晶化した。20℃で2日以上静置する
ことにより結晶が成長し、前記硫酸アンモニウムの各濃
度のものから、いずれも本発明の目的に叶った柱状結晶
が得られ、図1に示すような、大きいもので約0.2×
0.2×1.5mmに達するSONの柱状結晶を得た。
この酵素はFADが共有結合しているため、その柱状結
晶は、黄色を呈している。
The crystallization was carried out by a known hanging drop method as follows. That is, the ammonium sulfate solution containing the above Tris-HCl buffer was added to a tissue culture Limbro plate (Linbro plate, 24 wells).
1 ml was put into each well of the above to prepare a reservoir solution. Next, 5 μl of the SON solution was placed on the center of a silicon-coated cover glass having a diameter of 22 mm, and immediately the same amount (5 μl)
Was added and stirred quickly. The cover glass was gently inverted and the lid was closed so as to close the hole containing the reservoir. At that time, silicone grease was applied to the bonding portion to ensure the sealing. Since it is calculated that the concentration of ammonium sulfate in the reservoir solution is twice that of the protein solution, the water in the protein solution gradually evaporates and diffuses into the reservoir solution. Also, the concentration of ammonium sulfate in the protein solution gradually approached that of the reservoir solution, and the insoluble protein gradually crystallized. The crystals grow by standing at 20 ° C. for 2 days or more, and from each of the above-mentioned ammonium sulfate concentrations, columnar crystals satisfying the object of the present invention can be obtained, and as shown in FIG. About 0.2 ×
SON columnar crystals reaching 0.2 × 1.5 mm were obtained.
Since this enzyme has a covalently bound FAD, the columnar crystals have a yellow color.

【0057】〔実施例2〕 X線回折強度データの収集 実施例1で得られたSONの柱状結晶の中から、大きく
て単一性の高い結晶を選定し、X線回折実験に供した。
測定に供した柱状結晶は0.1〜0.2mm角の太さを
有し、長さは1mm程度のものであった。前記のSON
柱状結晶にX線を当てて回折強度データを収集するた
め、筑波の高エネルギー物理学研究所の放射光施設に
て、ワイセンベルグ・カメラにてX線回折実験を行っ
た。前記の結晶は直径1.5mmのガラスキャピラリー
中に封入し、ゴニオメーター上に粘度で固定した。X線
の波長は1Å、カメラ長は429.7mmとし、温度は
10〜12℃で測定した。検出器としては20×40c
2 のイメージング・プレート(富士フィルム社製)を
用い、該検出器からのデータの読み取りには、富士イメ
ージ・リーダー BA100を用いた。そして、そのデ
ータの処理にはプログラム・ワイス(WEIS)を用い
た。図2に、イメージング・プレートにて検出されたS
ONのX線回折像の一部を示す。
Example 2 Collection of X-Ray Diffraction Intensity Data From the SON columnar crystals obtained in Example 1, a large and highly unitary crystal was selected and subjected to an X-ray diffraction experiment.
The columnar crystal used for the measurement had a thickness of 0.1 to 0.2 mm square and a length of about 1 mm. The SON
To collect diffraction intensity data by irradiating the columnar crystal with X-rays, an X-ray diffraction experiment was performed with a Weissenberg camera at the synchrotron radiation facility of the Tsukuba High Energy Physics Laboratory. The crystals were sealed in a 1.5 mm diameter glass capillary and fixed on a goniometer with viscosity. The wavelength of the X-ray was 1 °, the camera length was 429.7 mm, and the temperature was measured at 10 to 12 ° C. 20 × 40c as detector
An m 2 imaging plate (manufactured by Fuji Film Co., Ltd.) was used, and data from the detector was read using a Fuji Image Reader BA100. The data was processed by using a program-wise (WEIS). FIG. 2 shows the S detected on the imaging plate.
3 shows a part of an X-ray diffraction image of ON.

【0058】得られたX線回折強度データのパターンよ
り、特定した結晶学的パラメーターを以下に示す。本発
明によるSONの柱状結晶の属する晶系は正方晶系であ
り、空間群は、P4112であり、格子定数がa=b=
177.0Å、c=72.6Å、α=β=γ=90゜で
あった。また、計算によって導き出した前記結晶の溶媒
含有率は62.8%であり、非対称単位内にSONを2
分子含むものと推定された。なお、該データの分解能は
約2.7Åであり、側鎖の向きも含めた三次元構造の決
定が可能なレベルにあった。
The crystallographic parameters specified from the pattern of the obtained X-ray diffraction intensity data are shown below. The crystal system to which the columnar crystal of the SON according to the present invention belongs is a tetragonal system, the space group is P 4 1 2 1 2 and the lattice constant is a = b =
177.0 °, c = 72.6 °, α = β = γ = 90 °. The calculated solvent content of the crystal was 62.8%, and SON was 2 in the asymmetric unit.
It was presumed to contain molecules. The resolution of the data was about 2.7 °, which was at a level at which the three-dimensional structure including the direction of the side chain could be determined.

【0059】〔実施例3〕 電子密度図の作製 実施例2で得られたX線回折強度データに基づいて該結
晶を構成する分子の電子密度図を導き出すため、重原子
同形置換法によって位相を決定した。その際の重原子同
形置換体の作製には、3種類の重原子試薬(10mM
HgCl2、10mM AgNO3、2mM K2PtC
4)を用い、それらの重原子にて、2〜3日間ソーキ
ングしたSON結晶について、2〜3時間程度のバック
ソーキングを行った後にX線回折強度データを収集し
た。なお、AgNO3については塩素イオン(Cl-)の
除去操作を行った。また位相決定までの過程では、プロ
ムグラム集CCP4の各種プロムグラムを適宜利用し
た。
Example 3 Preparation of Electron Density Diagram In order to derive an electron density diagram of the molecules constituting the crystal based on the X-ray diffraction intensity data obtained in Example 2, the phase was determined by the heavy atom isomorphous substitution method. Decided. At this time, three types of heavy atom reagents (10 mM
HgCl 2 , 10 mM AgNO 3 , 2 mM K 2 PtC
Using l 4 ), X-ray diffraction intensity data was collected after back soaking for about 2 to 3 hours for SON crystals soaked with those heavy atoms for 2 to 3 days. AgNO 3 was subjected to a chlorine ion (Cl ) removal operation. In the process up to the phase determination, various programs of the program collection CCP4 were appropriately used.

【0060】ついで、重原子同形置換法にて得られた初
期位相を用いて、SONの電子密度図を描いた。これ
を、さらにDM処理を施すことによって、よりクリアな
電子密度図に変換した。なお、DM処理のオプションと
して、ソルベント・フラッターリング及びヒストグラム
・マッチングなどを用いた。
Next, an electron density diagram of the SON was drawn using the initial phase obtained by the heavy atom isomorphous substitution method. This was further converted to a clearer electron density diagram by performing a DM process. As options for the DM processing, solvent fluttering, histogram matching, and the like were used.

【0061】〔実施例4〕 モデリングと精密化 実施例3で得られた電子密度図に基づいて、プログラム
Oを用いてモデリングしてSON分子の三次元構造の構
築を行った。構築したSON分子のモデルは、プログラ
ムX−PLORを用いて精密化した。そしてX−PLO
Rによる精密化とプログラムOを用いたマニュアルによ
る修正作業とを駆使して、構造の修正を繰り返した。精
密化の指標となるR因子の値は18.6%まで下がっ
た。
Example 4 Modeling and Refinement Based on the electron density diagram obtained in Example 3, modeling was performed using a program O to construct a three-dimensional structure of the SON molecule. The model of the constructed SON molecule was refined using the program X-PLOR. And X-PLO
Using the refinement by R and the manual repair work using the program O, the structure repair was repeated. The value of the R factor, an indicator of refinement, fell to 18.6%.

【0062】このようにして得られたSONの三次元構
造においては、N末端の3残基とC末端の6残基が欠失
していた。また、分子表面の一部の残基の側鎖には、そ
の構造が曖昧なものがあった。また、結合水は非対称単
位あたり約34個特定できた。
In the three-dimensional structure of the SON thus obtained, three residues at the N-terminal and six residues at the C-terminal were deleted. In addition, the structure of some side chains of residues on the molecular surface was ambiguous. Also, about 34 bound waters could be identified per asymmetric unit.

【0063】このような過程を経て得られたSONの三
次元構造のモデルを図3に示す。この三次元構造から、
ザルコシン・オキシダーゼの活性中心が推測することが
できる。したがって本発明によれば、その三次元構造に
基づいた活性中心近傍の残基をターゲットとした、部位
特異的変異による酵素の改良が可能となり、効率的に部
位特異的変異させた有用な変異型ザルコシン・オキシダ
ーゼを得ることができる。
FIG. 3 shows a model of the three-dimensional structure of the SON obtained through such a process. From this three-dimensional structure,
The active center of sarcosine oxidase can be inferred. Therefore, according to the present invention, it is possible to improve the enzyme by site-directed mutagenesis, targeting the residues near the active center based on the three-dimensional structure. Sarcosine oxidase can be obtained.

【0064】[0064]

【発明の効果】本発明のザルコシン・オキシダーゼの柱
状結晶は、X線回折実験を行うことによって分解能約
2.7ÅのX線回折強度データを得られるだけの品位を
有しており、ザルコシン・オキシダーゼの三次元構造を
側鎖のレベルまで解明できる。
The columnar crystal of sarcosine oxidase of the present invention has such a quality that X-ray diffraction intensity data with a resolution of about 2.7 ° can be obtained by performing an X-ray diffraction experiment. Can be elucidated to the level of the side chain.

【0065】ザルコシン・オキシダーゼは、臨床医学分
野において、腎臓疾患などの診断用酵素として用いられ
ている有用な酵素であり、その三次元構造を明らかにす
ることによって、その酵素の活性中心近傍の残基をター
ゲットとした部位特異的変異による酵素の改良が可能と
なるので、本発明は産業上極めて有用である。
Sarcosine oxidase is a useful enzyme used in the field of clinical medicine as a diagnostic enzyme for renal diseases and the like. By elucidating its three-dimensional structure, sarcosine oxidase remains near the active center of the enzyme. Since the enzyme can be improved by site-specific mutation targeting a group, the present invention is extremely useful industrially.

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

【図1】ザルコシン・オキシダーゼNの柱状結晶を示す
写真。
FIG. 1 is a photograph showing a columnar crystal of sarcosine oxidase N.

【図2】イメージング・プレートにて検出されたザルコ
シン・オキシダーゼNのX線回折像の一部を示す図。
FIG. 2 is a view showing a part of an X-ray diffraction image of sarcosine oxidase N detected by an imaging plate.

【図3】ザルコシン・オキシダーゼNの三次元構造を示
す写真。
FIG. 3 is a photograph showing the three-dimensional structure of sarcosine oxidase N.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西山 真 東京都保谷市下保谷4−1−22−303 (72)発明者 小山 泰二 千葉県野田市山崎1606−19 (72)発明者 田之倉 優 静岡県熱海市下多賀1001 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Makoto Nishiyama 4-1-22-303 Shimobotani, Hoya-shi, Tokyo (72) Inventor Yasuji Koyama 1606-19 Yamazaki, Noda-shi, Chiba Prefecture (72) Inventor Tano Yu Kura1001 Shimotaga, Atami

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 X線結晶構造解析によりその三次元構造
を側鎖のレベルまで解明し得る品位を有することを特徴
とするザルコシン・オキシダーゼの柱状結晶。
1. A columnar crystal of sarcosine oxidase having a grade capable of elucidating its three-dimensional structure down to the level of a side chain by X-ray crystal structure analysis.
【請求項2】 ザルコシン・オキシダーゼがバチルス・
エスピー(Bacillus sp.)NS−129に
由来するものである請求項1記載のザルコシン・オキシ
ダーゼの柱状結晶。
2. The method according to claim 1, wherein the sarcosine oxidase is Bacillus.
2. The sarcosine oxidase columnar crystal according to claim 1, which is derived from Bacillus sp. NS-129.
【請求項3】 その結晶の空間群がP4112であり、
格子定数がa=b=177.0Å,c=72.6Åであ
り、α=β=γ=90゜である、請求項1記載のザルコ
シン・オキシダーゼの柱状結晶。
3. The space group of the crystal is P4 1 2 1 2;
The sarcosine oxidase columnar crystal according to claim 1, wherein the lattice constants are a = b = 177.0 °, c = 72.6 °, and α = β = γ = 90 °.
【請求項4】 その結晶の大きさが、約0.2×0.2
×1.5mmまでのものであることを特徴とする請求項
1記載のザルコシン・オキシダーゼの柱状結晶。
4. The size of the crystal is about 0.2 × 0.2.
The sarcosine oxidase columnar crystal according to claim 1, which is up to 1.5 mm.
【請求項5】 精製ザルコシン・オキシダーゼ溶液に沈
殿剤として硫酸アンモニウムを用い、ハンギングドロッ
プ法により結晶化することを特徴とする、請求項1記載
のザルコシン・オキシダーゼの柱状結晶の製造方法。
5. The method for producing columnar crystals of sarcosine oxidase according to claim 1, wherein ammonium sulphate is used as a precipitant in the purified sarcosine oxidase solution and crystallization is performed by a hanging drop method.
【請求項6】 硫酸アンモニウムの濃度が1.9〜2.
2Mである請求項5記載の製造方法。
6. The concentration of ammonium sulfate is 1.9 to 2.
The production method according to claim 5, wherein the production method is 2M.
【請求項7】 ザルコシン・オキシダーゼがバチルス・
エスピー(Bacillus sp.)NS−129に
由来するザルコシン・オキシダーゼであり、かつザルコ
シン・オキシダーゼの蛋白質濃度が10〜50mg/m
lにおいて硫酸アンモニウムの濃度が1.9〜2.2M
であること特徴とする、請求項5記載の製造方法。
7. The method according to claim 7, wherein the sarcosine oxidase is Bacillus.
Sarcosine oxidase derived from SP (Bacillus sp.) NS-129, and the protein concentration of sarcosine oxidase is 10 to 50 mg / m2.
l, the concentration of ammonium sulfate is 1.9 to 2.2M.
The method according to claim 5, wherein
【請求項8】 請求項1乃至4のいずれかの項記載のザ
ルコシン・オキシダーゼの柱状結晶を用いて、X線結晶
構造解析を行うことによって得られるザルコシン・オキ
シダーゼの三次元構造。
8. A three-dimensional structure of sarcosine oxidase obtained by performing an X-ray crystal structure analysis using the columnar crystal of sarcosine oxidase according to any one of claims 1 to 4.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030022917A (en) * 2001-09-11 2003-03-19 크리스탈지노믹스(주) Method for crystallizing sortase
JP2015128447A (en) * 2006-01-30 2015-07-16 オーキシリウム インターナショナル ホールディングス,インコーポレイテッド Compositions and methods for treating collagen-mediated diseases
US11123280B2 (en) 2017-03-01 2021-09-21 Endo Ventures Limited Method of assessing and treating cellulite
US11473074B2 (en) 2017-03-28 2022-10-18 Endo Global Aesthetics Limited Method of producing collagenase
US11879141B2 (en) 2012-01-12 2024-01-23 Endo Global Ventures Nucleic acid molecules encoding clostridium histolyticum collagenase II and methods of producing the same

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030022917A (en) * 2001-09-11 2003-03-19 크리스탈지노믹스(주) Method for crystallizing sortase
JP2015128447A (en) * 2006-01-30 2015-07-16 オーキシリウム インターナショナル ホールディングス,インコーポレイテッド Compositions and methods for treating collagen-mediated diseases
JP2017006143A (en) * 2006-01-30 2017-01-12 エンド グローバル ベンチャーズ Compositions and methods for treating collagen-mediated diseases
JP2017218452A (en) * 2006-01-30 2017-12-14 エンド グローバル ベンチャーズ Composition and method for treating collagen-mediated disease
JP2018143258A (en) * 2006-01-30 2018-09-20 エンド グローバル ベンチャーズ Compositions and methods for treating collagen-mediated diseases
JP2020039371A (en) * 2006-01-30 2020-03-19 エンド グローバル ベンチャーズ Compositions and methods for treating collagen-mediated diseases
JP2021113212A (en) * 2006-01-30 2021-08-05 エンド グローバル ベンチャーズ Compositions and Methods for Treating Collagen-Mediated Diseases
US11879141B2 (en) 2012-01-12 2024-01-23 Endo Global Ventures Nucleic acid molecules encoding clostridium histolyticum collagenase II and methods of producing the same
US11123280B2 (en) 2017-03-01 2021-09-21 Endo Ventures Limited Method of assessing and treating cellulite
US11813347B2 (en) 2017-03-01 2023-11-14 Endo Ventures Limited Method of assessing and treating cellulite
US11473074B2 (en) 2017-03-28 2022-10-18 Endo Global Aesthetics Limited Method of producing collagenase

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