JPS6371174A - 純化酵素およびその製造方法 - Google Patents

純化酵素およびその製造方法

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JPS6371174A
JPS6371174A JP62226240A JP22624087A JPS6371174A JP S6371174 A JPS6371174 A JP S6371174A JP 62226240 A JP62226240 A JP 62226240A JP 22624087 A JP22624087 A JP 22624087A JP S6371174 A JPS6371174 A JP S6371174A
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enzyme
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geda
ascorbate
glycerol
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JP62226240A
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ウー‐クアン・イエ
ジョー・エドワード・ドツラフ
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Eli Lilly and Co
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は純化酵素、並びに該酵素の製造方法に関するも
のである。ざらに詳しくは1本発明は。
純化酵素、即ち、デアセトキシセファロスポリンC合成
酵素〔、エキスパンダーゼ〕および該酵素を、高い精製
状態で得る方法に関するものである。
従来技術 セファロスポリンCの生合成の過程で、デアセトキシセ
ファロスポリンC(DAOC)合成酵素ハヘニシリンN
が、FI[%(リング・エキスパンション)を経てDA
OCとなる反応を触媒する。
次いで、後者は、DAOCヒドロキシラーゼによりデア
セチルセファロスポリンC(DAC)に転換される。
セファロスポリウム・アクレモニウム(Cephalo
sporiam acremonium )およびスト
レプトマイセス・クラブリゲルス(Streptomy
cesclavuligerus )  からのエキス
ノぐンダーゼ酵素の部分精製が記載されている。クプカ
ら(Kupka。
J−)、  FEMSマイクロバイオロジカル・レタ(
Microbiol、 Lett、 ) 16 1〜6
 (1983)およびシエイデツガーら(Sheide
gger、 A、 ) 。
ジャーナル・オブ・アンティバイオティックス(J、 
Antibiot、 ) 37 522〜531 (1
984)には、該酵素の、C,アクレモニウムからの部
分精製について、他方、ジエンセンら(Jensen。
S、 E、 )  アンチミクロ・エージエンツ・ケモ
セラ(Antimicro、 Agents Chem
other、 ) 24307〜312(1983)お
よびジエンセンら(Jensen、 S、 E、) %
ジャーナル・オブ・アンティバイオティックス3826
3〜265 (1985)には、該酵素のS、クラブリ
ゲルスからの部分精製Eこついでの記載がみられる。部
分的に精製された酵素製剤の使用方法をも含めた、これ
らの研究において、環拡張(DAOCの生成)およびヒ
ドロキシル化反応(DACの生成)は、原核性のS。
クラブリゲルス内では2つの別々の酵素により、また、
真核性のC,アクレモニウム内では1つの三機能性エキ
スパンダーゼ/ヒドロキシラーゼによって触媒されるこ
とが示唆された。
発明の構成 本発明方法によって得られる純化酵素は、エキスパンダ
ーゼ機能およびヒドロキシラーゼ機能の両者を有し、従
って、三機能性酵素である。
第1A図は・、酵素エキスパンダーゼの粗抽出物の弱い
陰イオン交換樹脂によるクロマトグラフィーの結果をプ
ロットしたグラフである。
第1B図は弱い陰イオン交換樹脂から得たエキスパンダ
ーゼ含有溶出液をゲル濾過にかけで得た結果をプロット
したグラフである。
第1C図は、ゲル濾過の酵素含有押退物をヒドロキシア
パタイトでクロマトグラフィーしで得た結果をプロット
したグラフである。
第1D図はヒドロキシアパタイトクロマトグラフィーの
エキスパンダーゼ含有溶出液をFPLCクロマトグラフ
ィーにかけて得た結果をプロットしたグラフである。
第2A図はペニシリンNからデアセトキシセフアロスポ
リンCへのエキスパンダーゼ転換、並びに後者からデア
セチルセファロスポリンCへのヒドロキシラーゼ転換の
結果をプロットしたグラフである。
第2B図はデアセトキシセファロスポリンCからデアセ
チルセファロスポリンCへのエキスパンダーゼ転換の結
果をプロットしたグラフである。
第3A図は酵素のエキスパンダーゼ活性を示すHPLC
の結果をプロットしたグラフである。
第3B図は酵素のヒドロキシラーゼ活性を示すHPLC
の結果をプロットしたグラフである。
本発明方法によれば、セファロスポリウム・アクレモニ
ウムから得た酵素エキスパンダーゼを、弱い陰イオン交
換クロマトグラフィー、ゲル押退。
ざらにヒドロキシルアパタイトクロマトグラフィーにか
けることにより精製された状態(純化形)の酵素を得る
ことができ、ざらにこの酵素は1強い陰イオン交換樹脂
クロマトグラフィーにかけて一層精製することもできる
。酵素は純度約95%で得られ、このものは、酵素の粗
抽出物によって示さ”れる′デアセトキシセファロスポ
リンCおよびデアセチルセファロスポリンC生成に関す
る三機能性を示した。
デアセトキシセファロスポリンC合成酵素は、クロマト
グラフィー精製の間、グリセロールまたはスクロース、
エチルアルコールの如きC1−03アルキルの−・価ア
ルコール、ジチオスレイトールの如きスルフヒドリル含
有還元剤およびアスコルベート(GEDA)が存在する
と、効果的に安定化される。
本発明によれば、酵素が安定に維持される条件を導入し
た多段階クロマトグラフィー法によって純化デアセトキ
シセファロスポリンC(エキスパンダーゼ)酵素が得ら
れる。
本発明によって得られる純化酵素はゲル押退法に基いて
見積った場合、分子量43,000のタンパク質モノマ
ーである。ドデシル硫酸ナトリウム・ポリアクリルアミ
ドゲル電気泳動(SDS−PAGE)によって求めた最
小分子量は41,000である純化エキスパンダーゼの
等重点は6.0±0.5である。
純化酵素の比活性は約0.2U/#9〜0.8U/■で
ある。
エキスパンダーゼのアミノ酸組成を次の表1に示す。
表1 エキスパンダーゼのアミノ酸組成Asx (As
p + Asn)          37Thr  
              24Ser      
                    26Glx
(Glu+Gln)          35Pro 
               21cty     
           31Ala         
       34Val             
   32Cys                 
6Met                     
       511e              
             8Leu        
        27Tyr            
    10Phe                
20His                    
       6Lys              
  17Arg                29
本発明の純化エキスパンダーゼ−ヒドロキシラーゼ酵素
は、以下に示す如く、ペニシリンNをデアセトキシセフ
ァロスポリンCに変換し、さらに。
後者をデアセチルセファロスポリンCに変換する。
O2H ペニシリンNのDAOCへの変換およびDAOCのDA
Cへの変換の両方に、純化酵素は第1鉄イオン(Fe)
、α−ケトグルタル酸および酸素を要求する。この酵素
によって示されるエキスパンダーゼ活性に対するヒドロ
キシラーゼ活性の比率は0.15±0.04である。
ざらにこの酵素は、ある種の刺激に対する反応によって
特徴づけられる。純化酵素の両機能(エキスパンダーゼ
およびヒドロキシラーゼ)は、インキュベーション混合
物中にジチオスレイトール。
アスコルベートおよびATPが存在することで刺激され
る。酵素のエキスパンダーゼ作用およびヒドロキシラー
ゼ作用はジチオスレイトールおよびアスコルベートによ
り可逆的に再活性化される。
酵素の両機能は、亜鉛イオンの存在および5,5′−ジ
チオビス−2−二トロ安息香酸の存在によって阻害され
る。これら、2種の物質はスルフヒドリル基の結合剤(
バインダー〕であることが分っでおり、従って、活性型
酵素は1またはそれ以上の遊離のスルフヒドリル基(水
硫基)を有すると思われる。
本発明によって得られる純化酵素を、臭化シアン開裂お
よびトリプシン開裂の後、逆相クロマトグラフィーにか
けてアミノ酸配列を決定したところ、以下のペプチドフ
ラグメントを含有していることがわかった。両分解法に
より、以下の13アミノ酸からな6るフラグメントが得
られた。
Ala−VaI−Leu−Asn−3er−Val−G
ly−Ala−Pro−Leu−Ala−Gly−Gl
u下記の12,8および7アミノ酸フラグメントはトリ
プシン消化の後、逆相HPLCにかけで得られた。
Gly−Phe−Glu−Asp−Val−Trp−G
lu−Asp−Tyr−Phe−Asp−Arg Val−Ala−Glu−Glu−Glu−Pro−L
eu−ArgAla−Val−Thr−Leu−Ala
−Asp−Argまた、本発明は精製度の高いエキスパ
ンダーゼを製造する方法を提供するものである。本発明
方法の重要な点は、多段階クロマトグラフィーの工程の
間、酵素に安定性を付与することにある。工程の間の安
定性は、β−メルカプトエタノール、ジチオエリスレイ
トール、またはジチオスレイトール(DDT)の如きス
ルフヒドリル含有還元剤。
およびアスコルビン酸ナトリウムまたはアスコルビン酸
カリウム(いずれも濃度約1mM〜約20mMで用いる
)、約5%〜約15%のメチルアルコールtた19fル
アルコールの類IC1−C3−価アルコール、並びに約
5%〜約15%のグリセロールまたはスクロースの存在
下で精製を行うことにより、達成される。工程中の酵素
の安定性を最大にする好ましい安定化の混合物は、エチ
ルアルコール約10容t%、グリセロール約10容量%
、DTT約10mM、およびアスコルビン酸ナトリウム
約10mMを含有する。本明細書中では。
便宜上、安定化混合物をGEDAと呼ぶこととする。G
EDAは、還元状態の酵素、即ち、遊離のスルフヒドリ
ル基を存在させると共に、酵素に。
その活性を最良にするのに好ましい状態である疎水性の
環境を与えるよう機能すると思われる。反応には調製し
たばかりのGEDAを用いることが好ましい。GEDA
は、後述する様に、りん酸バッファーまたはトリス−H
Cj バッファー(pH7,5)等のバッファーに入れ
で使用する。本明細書で用いられるrGEDAJバッフ
ァーなる語句は、その様なバッファー中のGEDAを意
味している。
本発明の精・製法では、GEDA詔よびpH7〜8のバ
ッファーの存在下で調製、維持され、プロテアーゼ阻害
剤で処理されたエキスパンダーゼ酵素の粗細胞抽出物(
エキス)を、まず、予めバッファー中GEDAで平衡化
された弱い陰イオン交換樹脂でクロマトグラフする。G
 E D A!衝液に入れた塩化カリウムまたは塩化ナ
トリウムあるいはトリス−HCj  で樹脂から酵素を
溶離し1次いで、H,P L Oアッセイによって確認
した主要な活性のピークをゲル押退する。次に、ゲル押
退した酵素をGEDAとりん酸カリウムのグラジェント
の混合物を用い、ヒドロキシルアパタイト(りん酸カル
シウム水和物)によりクロマトグラフする。
この3段階工程で得られる酵素をドデシル硫酸すトリク
ふ一ポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDS−PAG
E)によって測定すると、純度は約80X〜約85Xで
ある。
酵素を、下記の如くにしてざらに精製することができる
。採取した溶出液を所望によりセリンプロテアーゼ阻害
剤で処理し、強い陰イオン交換樹脂による。高速タンパ
ク質液体クロマトグラフィーにかけ、この場合も、溶離
剤としでGEDAと塩化カリウムまたはトリス−HCl
 グラジェントを用いて溶離する。この様にしで得られ
る酵素の純度は約95%である。
酵素活!1:(それは、酵素の純度を反映している)は
、本明細書中、活性単位(U)で表わす。エキスパンダ
ーゼ活性1単位は、1分間に、ペニシリンNから1μモ
ルのDAOC+DACを生成させるのに必要な酵素の量
と定義する。ヒドロキシラーゼ活性1単位は、1分間に
DAOCから1μMのDACを生成させるのfこ必要な
酵素の量と定義する。
本発明方法は3段階工程で表わすことができる。
第1段階に用いられるエキスパンダーゼの粗細胞エキス
は、pH7〜8の75ソファ−1好ましくは約50mM
トリス−HC/バッファー(pH7,5)中、GEDA
の存在下でセファロスポレウム・アクレモニウムの新鮮
な細胞浮遊液を音波処理することにより得られる。この
音波処理の間、細胞から遊離された酵素を保護するため
に、フェニルメチルスルホニルフルオライド(PMSF
)またはジインプロピルフルオロホスフェート(DFP
)の如きセリンプロテアーゼ阻害剤を加える。音波処理
の後、細胞浮遊液を遠心して細胞片と他の不溶物を除去
し、上清に酵素を得る。本明細書では。
この上清を「粗細胞抽出物(エキス)」と称する。
本発明工程の第1段階は1弱い陰イオン交換樹脂をGE
DAバッファーで平衡化し、酵素の粗細胞エキスを適用
することからなる。15mM)リス−H(:1(pH7
,5)、あるいはりん酸ナトリウムまたはりん酸カリウ
ムバッファー中にGEDAを入れたGEDAバッファー
で樹脂を洗浄する。
洗浄した樹脂から、GEDAバッファー中約50mM〜
約600mM塩化カリウムのリニアー(線状)グラジェ
ント、あるいはGEDA中約15mM〜約500mMの
トリス−HClの線状グラジェントで酵素を溶離する。
複数の両分を採取し、後述の如くにしてその各々をHP
 L Cで分析する。
酵素は、40M 〜60M KCIまたは80mM〜1
00mMトリスHCjで溶離する間に、エキスパンダー
ゼ活性の1本の主ピークと2本の小ピークとして溶離さ
れる。第1段階における弱い陰イオン交換樹脂精製の結
果を第1A図に示す。
本発明方法に用い得る弱い陰イオン交換樹脂には、ジエ
チルアミノエチルセルロース(DEAEセルロース、ワ
ットマン、インコーポレ、−テッド)等の市販品から入
手可能なセルロース誘導体樹脂、あるいはジエチルアミ
ノエチルトリスアクリル共重合体(DEAE−トリスア
クリル、LS。
LKBインスツルメンツ、インコーホレーテッド)等の
N−〔トリス(ヒドロキシメチル)メチル〕アクリルア
ミドの共重合体の如きアクリル共重合体樹脂等の樹脂が
含まれる。
陰イオン交換クロマトグラフィーによる主ピークを含む
両分をプールする。次いで1本発明工程の第2段階とし
で、プールした両分をゲル濾過する。
ゲルを大量に用いることを避けるために、プールした画
分の容積を1例えば、限外押退によりタンパク質約5・
O’9 / mff1程度に減することが好ましく、N
第1段階で得た。プールした両分またはその濃縮物を加
える前にGEDAバッファーでゲルを平衡化しでおく。
酵素をゲルからGEDAバッファーで洗い出し、HPL
C分析のためfこ複数の両分を採取する。第2段階のゲ
ル濾過の結果を第1B図に示す。本発明工程の第2段階
iこ用いるには。
市販されている多くの、交差結合した多糖類型のゲルが
適する。例えば、セファデックス(Sephadex 
)の如き交差結合したデキストラン。
セファロース(5epha I 1ose )の如き交
差結合したアガロース、セファクリル(5ephacr
yl )  の如き共有結合的に結合したアクリルデキ
ストラン(ファルマシア、インコーポレーテツドから入
手可)を用いることができる。
比活性が少くとも約0.3U/ηであるゲル濾過の両分
を一緒にし1本発明工程の第3段階としで。
例えばヒドロキシルアパタイトの如きりん酸カルシウム
水和物でクロマトグラフする。使用に先立ち、ヒドロキ
シルアパタイトを、20mMりん酸カリウム中のGED
Aバッファーで平衡化する。
30.40.60.80および100mMりん酸カリウ
ムの段階的グラジェントまたはりん酸カリウム約20m
M〜約100mMの線状グラジェントで酵素を溶離する
。再度、分析のためEこ複数の画分を採取する。酵素は
、数個の小ピークを伴なった1本の主ピークとして溶離
される。主ピークは、比活性的0.500U/η以上の
両分を含む。
これらの画分け、プールするか、あるいは個々に用いる
ことができ、所望により、採取後またはプールした後、
PMSFの如きセリンプロテアーゼ阻害剤で処理する。
通常、PMSFを、濃度約0゜25mMまで加える。
本工程の粗抽出物の調製およびクロマトグラフィ一工程
は約り℃〜約10℃、好ましくは約4℃で都合良く行わ
れる。
本工程の第3段階で得られる酵素の純度は、ペニシリン
NをデアセトキシセファロスポリンCおよびデアセチル
セファロスポリンCに効率良く変換するのに十・分であ
る。
本発明工程の第3段階による精製の結果を第1C図に示
す。第3段階を終えた後の酵素の純度は通常、約80%
〜約85%である。
本工程の粗細胞エキスから第3工程までの酵素の精製の
進行度を表2に示す。
表2 エキスパンダーゼ−ヒドロキシラーゼ精製 粗細胞エキス12.500 485  100 0.0
39  1.0(第1段階) 所望により、強い陰イオン交換樹脂によりクロマトグラ
フして純度的95%まで、#素をさらに精製する。最高
純度の酵素を得るためには、比活性が最も高い(通常、
約0.8U/ηまたはそれ以上)、ヒドロキシルアパタ
イトクロマトグラフィーにおける主ピークから得た両分
を高速タンパク液体クロマトグラフィー(FPLC)l
こより、強い陰イオン交換樹脂でクロマトグラフする。
好ましい樹脂は、高分子陰イオン交換樹脂であるモノ(
Mono)Q(ファルマシア、インコーホレーテッド)
である。まず、樹脂をGEDAバッファーで平衡化し、
次に、酵素を含んだ、第3段階から得たフラクションを
樹脂に加える。酵素を、0〜0.4MKC!・またはN
aC1のグラディエンド。
あるいはトリス−HC/グラジェントで溶離する。
複数の両分を採取し1分析する。
第1D図はEPLCによって得られた活性およびタンパ
ク質の溶離像を示す図である。
本工程の第1段階を、粗抽出物を弱い陰イオン交換樹脂
で予備精製することにより変更しでもよい。例えば、酵
素をGEDAの存在下、約50mMのトリス−HCjバ
ッファーで樹脂から洗い流すこと番こより、混入してい
るタンパク質を除去することができる。この濃度では、
酵素は樹脂に保持されず通過する。しかしながら汚染性
のタンパク質は保持され、約1.6倍の精製が行われる
。次いで、上記の如くにして酵素含有洗液を弱い陰イオ
ン交換樹脂でクロマトグラフする。
本工程の第3段階を経で精製した後、所望により、DE
AEセファロース(ファルマシア、インコーポレーテツ
ド)の如き交差結合し、たアガロース等の、交差結合し
た多糖類型の樹脂によるクロマトグラフィーにかけ、第
4段階を行うことができる。第3段階におけるクロマト
グラフィーで得た高活性画分を合して樹脂に加えること
が好ましい。樹脂をGEDAバッファーで予備処理しで
おき、GEDAバッファー中、0.05M〜0.6Mの
KCIまたはNaC1による線状グラジェントで酵素を
溶離する。分析のために、複数の両分を集める。
本発明工程によれば、比活性的0.2U/IIy1〜約
0.8U/”S’の純化エキスパンダーゼが得られる。
本工程の一例を示すと、上記の如くにして新鮮な細胞6
00gから調製した酵素の粗抽出物を。
GEDAバッファーで予め平衡化したDEAE−セルロ
ースカラム(2,5X41CIK)でクロマトグラフす
る。樹脂を、最初%0.05MKClの存在下、GED
Aバッファーで洗浄する。
GEDAバッファー中0.04M〜0.6M塩化カリウ
ムを含有する線状グラジェントで酵素を溶離する。流速
25mQ1時で多数の10−画分を採取し、各々を後述
の如くにしてHPLC分析にかける。エキスパンダーゼ
は、0.04M〜0.06M塩化カリウムの間に、1本
の主ピークと2本の小ピークとして溶離する(HPLC
分析)。全エキスパンダーゼ活性の約85%が主ピーク
中に存在している。
比活性的0.088 U/#19以上の主ピークの両分
をプールし、限外押退により濃縮する。濃縮物を。
予めGEDAバッファーで平衡化しでおいたセファクリ
ルS−200(ファルマシア、インコーポレーテツド、
ビスカッタウェイ、NJ)でクロマトグラフする。GE
DAバッファーでエキスパンダーゼ活性を溶離し、流速
約4omffi/時で約10mQの両分を多数採取し、
比活性が少くとも約0.33 U//1151である両
分を一緒にする。
プールした画分を、使用に先立つて、20mMりん酸カ
リウムの存在下0EDAバツフアーで平衡化しておいた
ヒドロキシルアパタイトでクロマトグラフする。濃度約
30140J60.80および100mMのりん酸カリ
ウムを含んだGEDAバッファーの段階的グラジェント
によってエキスパンダーゼを溶離する。流速的15mQ
/時で約5mff1の両分を多数採取する。各画分を分
析すると、エキスパンダーゼは1本の主ピークと数本の
小ピークとして溶離している。約0.558 U/II
9以上の活性を含み、主ピークを形成する両分は全活性
の約80%を含有している。
両分を濃度約0.25mMのフェニルメチルスルホニル
フルオライド等のプロテアーゼ阻害剤で処理する。
粗エキスパンダーゼ製品は様々なセファロスポリンC産
生微生物から得られる。粗細胞エキスの調製には、セフ
ァロスポリンCの高い生産能を有するものを用いること
が好ましい。好適な酵素供給源としで挙げられるものE
こは、セファロスポリウム・アクレモニウム(クリソゲ
ナム)ATCC11550、C,アクレモニウム(クリ
ソゲナム)ATCC36225#よび高い力価のものを
産生ずるC、アクレモニウム(クリソゲナム)ATCC
48277がある。セファロスポリン類の産生菌として
知られでいるストレプトマイセス・クラブリゲルスの株
も粗酵素の供給源である。
純化酵素(、第3段階)のエキスパンダーゼおよびヒド
ロキシラーゼ活性の適切なパラメーターを表3に示す。
表3 適切な触媒のパラメーター 活   性 エキスパ  ヒドロキ 反応のパラメーター     2ターセ   ッラーセ
至適 pH7,5〜743 7.3 至適温度(1:)     26〜3436〜38最小
飽和 (Fe”] (μM)        50   50
以下の刺激によって得られる 最大の再活性化1 DTT(1,0mM)        O〜50.  
0〜0.23アスコルベート(0,25mM )   
O〜90   0〜0.81ATP (0,05mM)
      38〜52 0.57〜0.611:初期
値:最終の活性、UxlO−3純化酵素の三機能性によ
り、60分間の反応の間1こペニシリンNはDOACと
DACの両者に変換された。DAOC+DAC/ペニシ
リンNの化学量論的な比率は1:1に維持された。
同様に、純化酵素による60分間のヒドロキシラーゼ触
媒反応でDAOCは定9量的にDACに、1:1の比率
で変換された。この化学量論的な作用を図式化して第2
図に示す。
デアセトキシセファロスポリンC合成酵素の不安定さの
故に、これまで、この酵素は精製された状態で得られな
かった。上記の如く1本発明は。
精製工程の間−酵素を安定化するために、各クロマトグ
ラフィ一段階にGEDAを用いることからなるこの酵素
の精製方法を提供するものである。
GEDAを用い、第3段階を経で得られる純化酵素は、
それ以上精製を行わなくとも、4℃で4日間保存した場
合、その活性の約96%を保持し、4℃で7日間保存し
た場合、その活性の約87%を保持している。本発明方
法で得られた純化酵素は、後の使用のために、GEDA
/(ソファ−中、−70℃で保存することが好ましい。
また1本発明は、エキスパンダーゼ酵素を安定化する方
法であって、pH約7〜約8の間で、酵素の水性溶液ま
たは懸濁液を、グリセロールまたはスクロース、01〜
C3−価アルコール、スルフヒドリル基含有還元剤右よ
びアスコルベートと混合することからなる方法(ここに
、スクロースは濃度5〜15重量%に混合され、グリセ
ロールおよびcl−C3アルコールはそれぞれ濃度約5
〜15容量%に混合され、さらに、スルフヒドリlし基
含有還元剤およびアスコルベートは、それぞれ、終濃度
約1mM〜20mMに混合されるものとし。
混合物の温度は約−70℃〜約5℃の間に維持されるも
のとする)を提供するものである。
酵素の水性溶液または懸濁液は粗細胞エキス、あるいは
本発明方法で得られる部分的に精製された酵素または純
化酵素であってよい。また、酵素の粗細胞エキスをフェ
ニルメチルスルホニルフルオライドまたはジイソプロピ
ルフルオロホスフェートの如きセリンプロテアーゼ阻害
剤で処理することが好ましい。
本発明方法に用いられるアスコルベートは、アスコルビ
ン酸の塩、例えばナトリウム塩やカリウム塩を指す。
安定化混合物中に用いるには、スクロースよりもグリセ
ロールの方が好ましく、好ましい一価アルコールはエチ
ルアルコールでアル。いfれも。
約10容量%の濃度で用いるのが最適である。ジチオス
レイトールは好適なスルフヒドリル含有還元剤である。
ジチオスレイトールおよびアスコルベートの各々は、濃
度約10mMづつ安定化混合物中に存在さ・せるのが好
ましい。
安定化された酵素混合物のpHは、約7〜約8の間であ
ることが好ましく、特に、pH7,5であることが好ま
しい。望ましいpH或は、トリス−HCl (pH7,
5)  等の適当なバッファーSこより維持され得る。
酵素安定化法の有効性は粗細胞エキスにおいで得られた
安定性≦こよって示されている。典型的な酵素の粗細胞
エキスは、濃度2mMのPMSF 。
10%エタノール、10%グリセロール、1mMDTT
および1mMアスコルベートを含有せしめた50mM)
リス−HC/バッファー中(pH7,5)では、4℃で
7日間保存した後、その活性を100%保持しでいた。
また、本発明は、酵素エキスパンダーゼの安定な組成物
であって、pH約7〜約8の酵素水溶液。
終濃度約5%〜約15Xのグリセロールまたはスクロー
ス、終濃度約5%〜約15%のC1−C3−価アルコー
ル並びに、それぞれ終濃度約1mM〜約20mMのスル
フヒドリル含有還元剤およびアスコルベートからなる組
成物を提供するものである。
組成物は、ジチオスレイトールおよびアスコルベートを
、それぞれ、終濃度約10mMで含有していることが好
ましい。
組成物は冷時、好ましくは0℃〜5℃で形成するとよい
。酵素溶液に各成分を個別に、任意の順序で加える。別
法としで、予め安定化剤を混合しておき、この混合物を
所望の濃度まで酵素に加えでもよい。
スクロースよりもグリセロールの方が好ましく。
好a f! −価アルコールはエチルアルコールである
本発明方法で得られる純化酵素は、セファロスポリン核
7−アミノ−デアセトキシセファロスポリンC(7−A
DCA)の中間体であるデアセトキシセファロスポリン
Cの調製に有用である。7−ADCAを既知の方法でア
シル化し、セファレキシンの如き3−メチルセファロス
ポリン抗生物質を得ることができる。DACも同じく、
3−アシルオキシセファロスポリン抗生物質の製造に有
用である。純化形の酵素は、ペニシリンから抗生物質活
性を有するセファロスポリンへの変換に関する研究と同
様、クローニングを目的とする酵素のアミノ酸配列の決
定に特に有用である。
以下に示す方法および実施例により1本発明をさらに詳
しく説明する。
酵素の純度および工程の間1こおける精製程度は。
クロマトグラフィー法で得た両分のエキスパンダーゼ活
性およびヒドロキシラーゼ活性を高速液体クロマトグラ
フィーにより決定すると共に、クロマトグラフィー法で
得た両分のタンパク質バンドを5DS−PAGEによっ
て分析することで決定される。エキスパンダーゼで触媒
される反応は、0.28mMペニシリンNs0.60m
Mα−ケトゲルタレ−) (C1KG)、o、o 6m
M硫酸第工鉄。
0.67mMアスコルベー)、1.00mMジチオスレ
イトール、0.05mMATPおよび50mM)’Jス
ーHC/(pH7,5)1mQ中の酵素0.0003〜
0.003単位を用い、301:で15分間行われる。
ヒドロキシラーゼで触媒される反応は、同じ媒質中、ペ
ニシリンNの代りEこ0.05mM濃度のデアセトキシ
セファロスポリンcを用いr36℃で行われる。
1−のエチルアルコールを加えることによって酵素反応
を中断した。4,000Xgで5分間遠心して沈殿を分
離し、i素反応の生成物を含んだ上清を下記の如くにし
でHPLCで分析した。酵素が明らかに二機能性である
ことから、ペニシリンNからのDAOCおよびDAC両
者の生成を監視することによりエキスパンダーゼ活性を
決定した。
ヒドロキシラーゼ活性は、DAOCからのDACの生成
を監視することで決定された。
上澄液の一部(20〜100μりをとり、外部基準を用
い、HPLCでDAOCおよびDACに関しで分析した
以下の成分からなるHPLCシステムが好ましい。72
1型システム制御装置(コントローラー)、730型デ
ーター変換装置(モジュル)。
510EF型、ポンプ、710B型ウオーターズ・イン
テリジェント・サンプル・プロセッサー(Waters
 Intelligent Sample Proce
sser)およびラムダ−マックス・481型LCスペ
クトロフオトメーター(Lamda −Max Mod
el 481LCspectrophotometer
 )  (ウォーターズーアソシエーション(Wate
rs As5oc、 ) s ミルホールド、MA)。
DACおよびDAOCを、迅速にμボンダパック(Bo
ndapak ) −NH4カラム(0,8X 10c
t) (ウォーターズ・アソシエーション)lこ圧縮充
填し、移動相としで2X酢酸−0〜4%メチルアルコー
ル−6〜79cアセトニトリル−87〜929(水、p
H’3.8を用い、流速1.5〜2.0m91分で分離
させ%260 nmで検出(セファロスポリン発色団)
することが好ましい。この分析は、エキスパンダーゼお
よびヒドロキシラーゼの両者による触媒反応の重複分析
においで。
偏差2%で再現性を有するものである。
これら2種の活性に関する代表的なHPLC分析の結果
を第3図に示す。エキスパンダーゼ分析のためには、共
溶出されるので、DACに関する定量値(DAOCの定
量値に加えて)を、ペニシリンNに関しで修正する。
弱い陰イオン交換クロマトグラフィー(第2段階)で得
た活性なエキスパンダーゼの分子量は。
予め、1mMDTTおよび1mMアスコルベートの存在
下、50mMトリス−HC/、pH7,5で平衡化した
バイオゲIL/ (Blo−Ge1 ) A 0.5 
mカラム(1,6X100C11)を用いてゲル濾過す
ることにより算出された。系のカリブレーションは、酵
母のアルコールデヒドロゲナーゼ(MW−80,000
)、ウシ血清アルブミン(MW−66゜000)、卯ア
ルブミン(MW−45,000)、炭酸脱水酵素(MW
31,000)およびリボヌクレアーゼ(MW−13,
700)を用いて行われた。
FPLCでさらに精製した酵素の最小分子量を。
タンパク質の分子量標準を用い、ドデシル硫酸ナトリウ
ムポリアクリルアミドゲル電気泳動によって求めた。
純化酵素の等電点は、アンダーマンら(Anderso
n、 N、 G、 ) sアナライザー・バイオケミス
トリー(Anal、 Biochem、 ) 85  
、331〜340(1978)およびアンダーマンら(
Anderson 、 N、 L、 )アナライザー・
バイオケミストリー85,341〜354(1978)
の記載の如くにしで決定された。
電気泳動は、4%アクリルアミドゲル中% 5%(pH
3,5〜10)両性電解質(ファルマシア・インコーホ
レーテッド供給)を用いで行われた。
銀染色でタンパク質を観察した。
純化酵素のアミノ酸組成は、強い陰イオン交換樹脂の溶
出液をMonoQ  上、FPLCにかけで決定した。
溶出液を6NHCl中、110℃で24.48.72 
および96時間加水分解した。
ベックマン(Beckman )アミノ酸アナライザー
(6300型)にかけ、コンピューターによる積分シス
テムを用いてアミノ酸を分析した。スレオニンおよびセ
リンを、加水分解0度として外挿した。システィンは、
ジメチルスルホキシド処理後、システィン酸としで計算
された。トリプトファンは、チオグリコール酸による加
水分解によって求められた。
酵素のタンパク質含有量はウシ血清アルブミンのフラク
ション■を標準に用い、ブラッドフォード(Bradf
ord、 M、 M−)、アナリテイカ/Ll ・バイ
オケミストリー、72,248〜254(1976)の
方法に従って決定された。
実施例1 セファロスポリン産生生物の増殖セファロス
ポリンC生産性の高い、セファロスボレウム・アクレモ
ニウムをクイーナーら(Queener、 S、 W、
 ) (1984)の記載による複合液体培地を入れた
50mj!のエーレンマイヤー・フラスコ中で96時間
増殖させた。セファロスポリンCの発酵:硫黄代謝の生
化学的および調節的観点(、biochemical 
and regulatory aspectsof 
5ulfur meta bolism ) 141〜
170頁。
E、 J、ヴアン、・ダーム(Van Damme )
 (編)、工業的抗生物質の生物工学(Biotech
nologyof  Industrial Anti
biotics )、マルセル・デツカ−(Marce
l Dekker )インコーホレーテッド、ニューヨ
ーク。
20、OOOXgで10分間遠心し、1.0M塩化カリ
ウムの存在下、50mM)リス−HClバッファーで洗
浄し、さらに、塩化カリウムの非存在下、該バッファー
で再び洗浄することにより細胞を収穫した。
酵素の精製 エキスパンダーゼの精製は、約り℃〜約4℃の温度で行
われた。使用に先立ち、全てのバッファーを完全に脱気
した。
新鮮な細胞(湿重量600g)を10%グリセロール、
IOXエタノール、10mMジチオスレイトールおよび
10mMアスコルベートの存在下。
総容量が11となるよう、50mM)リス−HClバッ
ファー(pH7,5)に再懸濁した。懸濁した細胞を温
度4℃またはそれ以下で音波処理することにより破壊し
た。音波処理の間、フェニルメチルスルホニルフルオラ
イドを何度も加え、終濃度を2mMとした。DNase
および硫酸マグネシウムを加えで、それぞれの濃度を1
μg/rd  および2mMとした。音波処理した懸濁
液を40.OOOXgで30分間遠心し、上清を分離し
て酵素の粗エキスを得た。粗エキスを分析し、総タンパ
ク質含量12,500η、比活性0.039U/岬、総
活性485Uを得た。
粗エキスを、予めGEDAバッファーで平衡化しでおい
たDEAE−トリスアクリルLSカラム(5am X 
300 tx )に充填した。50mM)リス−HCl
バッファーでは、エキスパンダーゼはカラムに保持され
ないが、混在するタンパク質が保持されることによって
r液中の酵素の精製度は約1.6倍■こなった(総タン
パク質= 6,200.U、Ml=0.063、総活性
=393U)。
このr液を、予めGEDAバッファーで平衡化してお一
4J)たDEAEセルロースカラム< 2.5 X41
0〕に充填した。カラムを、0.05M塩化カリウムの
存在下、・カラム容量の4倍のGEDAバッファーで洗
浄した。洗浄後、GEDAバッファー中KC70,05
M〜0.60Mの線状グラジェント(総容量800mf
f1)を該カラムに適用した。流速25mtZ時で10
mQづつの両分を採取した。酵素は1本の主ピークと2
本の小ピークとしで、 KCI  0゜04M〜0.0
6Mの間で溶出した。全活性の約75%が主ピークに存
在しでいた。比活性が0.088U/岬以上を示す主ピ
ークに由来する両分をプールし、PM30メンプランを
備えたアミコン(Amicon )  限外濾過によつ
て9.5 mQに濃縮し。
得られた濃縮物を、予めGEDAバッファーで平衡化し
たセファクリルS−200カラム(5ox X85C1
l)に充填した。流速40mQ1時で10mff1の両
分を採取した。比活性が少くとも0.33U/ηである
画分を一緒にし、予め20mMりん酸カリウムの存在下
GEDAバッファーで平衡化させたヒドロキシルアパタ
イトカラム(1,6cmX、95oa)に充填した。カ
ラムを2カラム容量の同バッファーで洗浄した。りん酸
カリウムを30.40.60.80および100mM含
んだGEDAバッファー100mff1の段階的グラジ
ェントでカラムから酵素を溶離した。流速15mff1
/時で5mQづつの両分を採取した。酵素は、1本の主
ピークと1本の小ピークとじて溶離した。主ピークは全
活性の約80%を含有していた。酵素を含有する各フラ
クションiこフェニルメチルスルホニルフルオライドを
0.25mMとなるように加えた。最高の比活性(0,
827U/η)を有する主ピーク由来の両分を下記の如
く、MonoQを用い、高速タンパク液体クロマトグラ
フィー(FPLC)、ファルマシア・インコーポレーテ
ッド、ビスカッタウェイ。
NJにより、さらに精製した。
比活性が最も高い主ピークの画分の一部(5,6M9)
を、予めGEDAバッファーで平衡化させたMono 
 Q カラム(0,5cm X 5 cx )に充填し
た。
GEDAバッファー中の0〜0.4MKCl線状グラジ
ェント(総量−32m1りで酵素を溶離した。
流速30d/時で1−の画分を集めた。MonoQEP
LCからの、活性とタンパク質の溶離像を第4図に示す
ヒドロキシルアパタイトクロマトゲフィーから得た比活
性0.558 U/II9以上の他の画分を一緒ニL、
予めGEDAバッファーで平衡化させたDEAE−セフ
ァロースカラム(1,60IX950m)に充填した。
このカラムを、 0.05M K(、/の存在下、カラ
ムの2容量のバッファーで洗浄した。
GEDAバッファー中、0.05M〜0.60 M K
CIの線状グラジェント・(総量=400mQ)で酵素
を溶離した。流速15mQ/時で5mflの両分を集め
た。
【図面の簡単な説明】
第1図A−Dはそれぞれ、酵素エキスパンダーゼの精製
工程の各段階における精製状態を示すグラフであって、
Aは酵素の粗抽田物のDEAE−トリスアクリルクロマ
トグラフィーによる精製、BはAで得た溶出液のセファ
クリルS−200ゲルによるゲル押通、CはBで得た炉
液のヒドロキシルアパタイトクロマトグラフィーによる
精!!、DはCで得た溶出液のMono Q  による
FPLC精製の結果を表わす。第2図は第3段階で得た
純化jLtのエキスパンダーゼ/ヒドロキシラーゼ活性
(A)およびヒドロキシラーゼ活性(B)が化学量論的
なものであることを示すグラフであって。 −・はペニシリンN、c−oはDAOC,o−oはDA
Cを表わす。第3図はHPLCによる。酵素のエキスパ
ンダーゼ活性(A)およびヒドロキシラーゼ活性の分析
結果を示すクロマトグラムである。 特許出願人 イーライ・リリー・アンド・カンノずニー 代理人弁理士青山 葆(外1名) FIG、2 反応時開(分) 層斥」17 (分)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、等電点が約6.0±0.5、ゲルろ過による分子量
    測定値が43,000、ドデシル硫酸ナトリウム・ポリ
    アクリルアミドゲル電気泳動により測定した最小分子量
    が41,000、アミノ酸組成が以下の表: ¥アミノ酸残基¥     ¥残基数/41,000ダ
    ルトン¥ Asx(Asp+Asn)  37  Thr           24  Ser           26  Glx(Glu+Gln)  35  Pro           21  Gly           31  Ala           34  Val           32  Cys            6  Met            5  Ile            8  Leu           27  Tyr           10  Phe           20  His            6  Lys           17  Arg           29   Trp            3  計           371 で示されるタンパク質モノマーであつて、比活性が約0
    .2U/mg〜約0.8U/mgであり、ヒドロキシラ
    ーゼ活性とエキスパンダーゼ活性を有し、ヒドロキシラ
    ーゼ活性のエキスパンダーゼ活性に対する割合が約0.
    15±0.04であり、式:【遺伝子配列があります】
    ;および 【遺伝子配列があります】 で示されるペプチドフラグメントを含有している純化さ
    れた形の酵素デアセトキシセファロスポリンC合成酵素
    。 2、純化酵素デアセトキシセファロスポリンC合成酵素
    の製造方法であつて、 1)pH約7〜8に緩衝化されたプロテアーゼインヒビ
    ターおよびGEDAを含有している該酵素の細胞不含の
    水性粗抽出物を弱い陰イオン交換樹脂と接触させ、塩化
    カリウムまたは塩化ナトリウムのグラジエントあるいは
    トリス−HClのグラジエントであつて、GEDAを含
    有するグラジエントで溶離し、 2)第1段階の酵素含有溶出液を交差結合した多糖類ゲ
    ルでゲルろ過し、該ゲルをGEDAで洗浄し、 3)第2段階の酵素含有ろ液をヒドロキシルアパタイト
    と接触させ、GEDA含有りん酸カリウムのグラジエン
    トで酵素を溶離することからなる段階を含む方法 〔ここに、GEDAは、濃度約5%〜15%のグリセロ
    ールまたはスクロース、濃度約5%〜約15%のC_1
    〜C_3アルキルの一価アルコール、濃度約1mM〜約
    20mMのスルフヒドリル含有還元剤、および濃度約1
    mM〜約20mMのアスコルベートである〕。 3、さらに、第3段階の酵素含有溶出液を強い陰イオン
    交換樹脂と接触させ、GEDAを含有するトリス−HC
    lのグラジエントまたは塩化カリウムあるいは塩化ナト
    リウムのグラジエントで酵素を溶離する段階を含む第2
    項記載の方法。 4、第1段階の弱い陰イオン交換樹脂、第2段階のゲル
    、および第3階段のヒドロキシアパタイトが該酵素との
    接触に先立つてGEDAで平衡化されている第2項記載
    の方法。 5、粗酵素抽出物がトリス−HCl、pH7.5で平衡
    化されている第2項記載の方法。 6、グリセロールまたは糖の濃度が約10%、C_1−
    C_3アルキルの一価アルコールの濃度が約10%、そ
    してスルフヒドリル含有還元剤およびアスコルベートの
    濃度がそれぞれ約10mMである第2項または第3項記
    載の方法。 7、グリセロール、エチルアルコール、ジチオスレイト
    ールおよびアスコルベートが存在している第2、第3ま
    たは第6項記載の方法。 8、第1段階において、0.04M〜0.6Mの塩化カ
    リウムまたは塩化ナトリウムのリニア−グラジエントで
    酵素を溶離する第2項記載の方法。 9、第1段階におけるグラジエントが0.015M〜0
    .5Mトリス−HClである第2項記載の方法。 10、第1段階において、弱い陰イオン交換樹脂がジエ
    チルアミノエチルセルロースまたはジエチルアミノエチ
    ルポリアクリル樹脂である第2項記載の方法。 11、第3段階において、約20mM〜約100mMの
    りん酸カリウムグラジエントで酵素を溶離する第2項記
    載の方法。 12、酵素デアセトキシセファロスポリンC合成酵素の
    安定化法であつて、pH約7〜約8において、該酵素水
    溶液をグリセロールまたはスクロース、C_1−C_3
    アルキルの一価アルコール、スルフヒドリル含有還元剤
    およびアスコルベートと混合することからなる方法 ここに、グリセロールまたはスクロースおよび一価アル
    コールはそれぞれ濃度約5%〜15%に混合し、還元剤
    およびアスコルベートはそれぞれ濃度約1mM〜約20
    mMに混合し、混合物の温度は約−70℃〜約5℃の間
    に維持することを特徴とする方法。 13、C_1−C_3アルキルの一価アルコールがエチ
    ルアルコールであり、スルフヒドリル含有還元剤がジチ
    オスレイトールである第12項記載の方法。 14、ジチオスレイトールおよびアスコルベートを濃度
    約10%のグリセロールまたはエチルアルコールと、そ
    れぞれ濃度約10mMに混合する第12項記載の方法。 15、酵素デアセトキシセファロスポリンC合成酵素の
    安定化された組成物であつて、pH約7〜約8の酵素水
    溶液と、濃度約5%〜約15%のグリセロールまたはス
    クロース、濃度約5%〜約15%のC_1−C_3アル
    キルの一価アルコール、それぞれ、濃度約1mM〜約2
    0mMのスルフヒドリル含有還元剤およびアスコルベー
    トとを含有する組成物。 16、グリセロール、エチルアルコールおよびジチオス
    レイトールを含有する第15項記載の組成物。 17、ジチオスレイトールおよびアスコルベートの濃度
    がそれぞれ約10mMであり、グリセロールおよびエチ
    ルアルコールがそれぞれ濃度約10%で存在している第
    16項記載の組成物。
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