JPWO2019160059A1 - How to recycle S-adenosylmethionine - Google Patents

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憲司 岡野
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Abstract

S-アデノシルメチオニンが、脱メチル化された後、メタノール由来のメチル基を転移して得られたメチオニンから変換して再生されることを特徴とする、S-アデノシルメチオニンのリサイクル方法。本発明によれば、メタノールを添加することで、S-アデノシルメチオニン(SAM)を再生することが可能になるため、各種のメチル化反応への適用拡大が図られることから、医薬品製造、化学品製造、機能性化合物製造などに関連する分野に極めて有用である。 A method for recycling S-adenosylmethionine, which comprises demethylating S-adenosylmethionine and then converting it from methionine obtained by transferring a methyl group derived from methanol to regenerate it. According to the present invention, by adding methanol, S-adenosylmethionine (SAM) can be regenerated, and the application to various methylation reactions can be expanded. Therefore, pharmaceutical manufacturing and chemistry It is extremely useful in fields related to product manufacturing, functional compound manufacturing, and the like.

Description

本発明は、S-アデノシルメチオニンのリサイクル方法に関する。より詳しくは、S-アデノシルメチオニンを再生してリサイクルする方法及びその利用に関するものである。 The present invention relates to a method for recycling S-adenosylmethionine. More specifically, it relates to a method for regenerating and recycling S-adenosylmethionine and its use.

S-アデノシルメチオニン(S-Adenosylmethionine、以降SAMと記載する)は、生体内におけるメチル基供与体としての役割を有し、核酸やタンパク質、リン脂質、ホルモン、神経伝達物質など多様な化合物のメチル化反応に関与する。SAMをメチル基供与体としたメチル化反応は、メチラーゼと呼ばれる酵素群によって触媒されるが、代謝反応データベースであるKEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)によれば、200種類以上ものメチル化酵素が存在する。この中には、ゲンタマイシンなどの抗生物質の生合成経路内で働く酵素(非特許文献1参照)や、ヒドロキシクマリン類、フラボノイド類などの多環式芳香族のメチル化を触媒する酵素(非特許文献2参照)など、複雑骨格を有した機能性分子の生合成、修飾に関与するものも多く含まれる。そこで、これらのメチラーゼ群とSAMを利用した多様な機能性分子の創出が期待されるが、SAM依存型メチラーゼが産業上応用された事例は未だない。その理由として、生体内におけるSAM再生の複雑さが挙げられる。 S-Adenosylmethionine (hereinafter referred to as SAM) has a role as a methyl group donor in the living body, and methyl of various compounds such as nucleic acids, proteins, phospholipids, hormones, and neurotransmitters. Involved in the chemical reaction. The methylation reaction using SAM as a methyl group donor is catalyzed by a group of enzymes called methylase, but according to the metabolic reaction database KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes), there are more than 200 types of methylase. Exists. Among these are enzymes that work in the biosynthetic pathway of antibiotics such as gentamicin (see Non-Patent Document 1) and enzymes that catalyze the methylation of polycyclic aromatics such as hydroxycoumarins and flavonoids (non-patent). Many of them are involved in biosynthesis and modification of functional molecules having a complex skeleton, such as (see Reference 2). Therefore, it is expected that various functional molecules using these methylase groups and SAM will be created, but there are no cases in which SAM-dependent methylases have been industrially applied. The reason is the complexity of SAM regeneration in vivo.

SAMは、メチラーゼ反応により基質にメチル基を受け渡した後、S-アデノシルホモシステイン(S-Adenosylhomosystein、以降SAHと記載する)を経て、ホモシステインとアデニン、リボースにまで分解される(図1)。SAMの再生には、ここで生じたホモシステインを再度メチオニンへとメチル化する必要があるが、この際S-メチルメチオニンやベタイン、5-メチルテトラヒドロプテロイルトリグルタミン酸など、別のメチル基供与体が要求される。しかしながら、これらのメチル基供与体の合成にはSAMが必要であり、SAMを再生するためにSAMを利用するという、代謝反応の「堂々巡り」が生じる。一方、メチル基供与体として利用可能な5-メチルテトラヒドロ葉酸(5-メチルTHF)は合成にSAMを利用しないが、その合成にはアミノ酸であるセリンやグリシンを利用する。アミノ酸はタンパク質などの生合成に重要な役割を果たすため、これらのアミノ酸をSAMの再生のみに利用することは実質的に不可能である。 SAM is decomposed into homocysteine, adenine, and ribose via S-Adenosylhomosystein (hereinafter referred to as SAH) after passing a methyl group to the substrate by a methylase reaction (Fig. 1). .. Regeneration of SAM requires remethylation of the homocysteine produced here to methionine, which involves other methyl group donors such as S-methylmethionine, betaine, and 5-methyltetrahydropteroyltriglutamic acid. Is required. However, the synthesis of these methyl group donors requires SAM, resulting in a "dignified cycle" of metabolic reactions that uses SAM to regenerate SAM. On the other hand, 5-methyltetrahydrofolic acid (5-methylTHF), which can be used as a methyl group donor, does not utilize SAM for its synthesis, but uses the amino acids serine and glycine for its synthesis. Since amino acids play an important role in the biosynthesis of proteins and the like, it is practically impossible to utilize these amino acids only for the regeneration of SAM.

このようなSAMの供給困難性から、SAMのリサイクルに焦点をあてた研究は無く、前駆体であるメチオニンの添加や代謝阻害に関する技術(特許文献1〜2参照)や、SAMの合成・分解に関連する遺伝子の高発現や変異導入など(特許文献3〜4参照)、SAMの高生産という観点でのみ研究が行われてきた。 Due to such difficulty in supplying SAM, there is no research focusing on SAM recycling, and it is used for techniques related to the addition of precursor methionine and inhibition of metabolism (see Patent Documents 1 and 2), and for the synthesis and decomposition of SAM. Studies have been conducted only from the viewpoint of high SAM production, such as high expression of related genes and introduction of mutations (see Patent Documents 3 to 4).

特開2009−17849号Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-17849 特開2011−177125号JP 2011-177125 特開2008−17756号Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-17756 特開2009−34043号JP-A-2009-34043

Kim HJ, et al., J Am Chem Soc, 2013, 135, 8093-8096Kim HJ, et al., J Am Chem Soc, 2013, 135, 8093-8096 Dhar K, et al., Appl Environ Microbiol, 2000, 66, 4877-4882Dhar K, et al., Appl Environ Microbiol, 2000, 66, 4877-4882

しかしながら、従来の方法では、ホモシステインのメチル化のためのメチル基供給という、SAMの再生に不可欠な問題の根本的解決がなされておらず、生産可能なSAMの量には限りがある。また、SAMを試薬として使用するには高価なため、更なる技術の開発が求められていた。 However, conventional methods do not provide a fundamental solution to the problem of supplying methyl groups for methylation of homocysteine, which is essential for SAM regeneration, and the amount of SAM that can be produced is limited. Moreover, since it is expensive to use SAM as a reagent, further development of technology has been required.

本発明は、S-アデノシルメチオニン(SAM)を再生してリサイクルする方法及びその利用に関する。 The present invention relates to a method for regenerating and recycling S-adenosylmethionine (SAM) and its use.

上記課題を解決するため鋭意検討した結果、本発明者らは、メタノールを初発メチル基供与体として供給し、ホモシステインからSAMへの再生を促す経路を稼動させることにより、SAMのメチル基の入口(供給側)と出口(需要側)が一本化されたSAMリサイクル経路を初めて作製することに成功した。 As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors supplied methanol as an initial methyl group donor and operated a pathway for promoting regeneration from homocysteine to SAM, thereby entering the methyl group of SAM. For the first time, we succeeded in creating a SAM recycling route in which the (supply side) and outlet (demand side) are unified.

すなわち、本発明は、以下の〔1〕〜〔15〕に関する。
〔1〕 S-アデノシルメチオニンが、脱メチル化された後、メタノール由来のメチル基を転移して得られたメチオニンから変換して再生されることを特徴とする、S-アデノシルメチオニンのリサイクル方法。
〔2〕 S-アデノシルメチオニンが、脱メチル化されてS-アデノシルホモシステインに変換され、次いでホモシステインに変換される、前記〔1〕記載の方法。
〔3〕 S-アデノシルメチオニンの脱メチル化が、S-アデノシルメチオニン依存性のメチラーゼを介して行われる、前記〔1〕又は〔2〕記載の方法。
〔4〕 メタノール由来のメチル基が、メタノールにメタノールデヒドロゲナーゼまたはメタノールオキシダーゼを反応させて得られる、前記〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の方法。
〔5〕 メチラーゼ及びメタノールデヒドロゲナーゼを共発現してなる宿主生物を用いる、前記〔3〕又は〔4〕記載の方法。
〔6〕 メチラーゼ及びメタノールオキシダーゼを共発現してなる宿主生物を用いる、前記〔3〕又は〔4〕記載の方法。
〔7〕 宿主生物が、動物細胞、昆虫細胞、植物細胞及び微生物から選ばれる、前記〔5〕又は〔6〕記載の方法。
〔8〕 宿主生物が、メチオニン又はS-アデノシルメチオニン量が増加するよう改変されたものである、前記〔7〕記載の方法。
〔9〕 更に、アデノシン三リン酸再生用エネルギー源を添加して得られたアデノシン三リン酸を介してメチオニンから変換させる、前記〔1〕〜〔8〕のいずれかに記載の方法。
〔10〕 前記〔1〕〜〔9〕のいずれかに記載の方法により再生されたS-アデノシルメチオニンを、メチル基供与体として利用してメチル化反応を行うことを特徴とする、メチル化体の製造方法。
〔11〕 前記〔1〕〜〔10〕のいずれかに記載の方法において使用されるための、メチラーゼ及びメタノールデヒドロゲナーゼまたはメタノールオキシダーゼを共発現してなる宿主生物。
〔12〕 メチラーゼとメタノールデヒドロゲナーゼまたはメタノールオキシダーゼとが導入された、前記〔11〕記載の宿主生物。
〔13〕 更に、メチオニン又はS-アデノシルメチオニン量が増加するよう改変された、前記〔12〕記載の宿主生物。
〔14〕 改変が、メチオニン又はS-アデノシルメチオニンの合成酵素の過剰発現、メチオニン又はS-アデノシルメチオニンの合成酵素の機能を向上させる変異、メチオニン又はS-アデノシルメチオニンの合成酵素遺伝子の発現を抑制する酵素またはタンパク質の機能を抑制する変異、メチオニン又はS-アデノシルメチオニンの合成においてフィードバック阻害を被る酵素の機能を向上する変異、S-アデノシルホモシステインの分解酵素の機能を向上させる変異、及び、ホルムアルデヒドの分解酵素の機能を抑制する変異、から選ばれる、前記〔13〕記載の宿主生物。
〔15〕 メチラーゼとメタノールデヒドロゲナーゼまたはメタノールオキシダーゼとが導入された、発現ベクター。
That is, the present invention relates to the following [1] to [15].
[1] Recycling of S-adenosylmethionine, which is characterized in that S-adenosylmethionine is demethylated and then converted from methionine obtained by transferring a methyl group derived from methanol to be regenerated. Method.
[2] The method according to [1] above, wherein S-adenosylmethionine is demethylated and converted to S-adenosyl homocysteine and then to homocysteine.
[3] The method according to [1] or [2] above, wherein demethylation of S-adenosylmethionine is performed via S-adenosylmethionine-dependent methylase.
[4] The method according to any one of [1] to [3] above, wherein the methyl group derived from methanol is obtained by reacting methanol with methanol dehydrogenase or methanol oxidase.
[5] The method according to [3] or [4] above, wherein a host organism co-expressing methylase and methanol dehydrogenase is used.
[6] The method according to [3] or [4] above, wherein a host organism co-expressing methylase and methanol oxidase is used.
[7] The method according to [5] or [6] above, wherein the host organism is selected from animal cells, insect cells, plant cells and microorganisms.
[8] The method according to [7] above, wherein the host organism is modified to increase the amount of methionine or S-adenosylmethionine.
[9] The method according to any one of [1] to [8] above, wherein further, conversion from methionine via adenosine triphosphate obtained by adding an energy source for adenosine triphosphate regeneration.
[10] Methylation characterized in that S-adenosylmethionine regenerated by the method according to any one of [1] to [9] above is used as a methyl group donor to carry out a methylation reaction. How to make a body.
[11] A host organism co-expressing methylase and methanol dehydrogenase or methanol oxidase for use in the method according to any one of [1] to [10] above.
[12] The host organism according to [11] above, wherein methylase and methanol dehydrogenase or methanol oxidase have been introduced.
[13] The host organism according to [12] above, further modified to increase the amount of methionine or S-adenosylmethionine.
[14] Modifications overexpression of methionine or S-adenosylmethionine synthase, mutations that enhance the function of methionine or S-adenosylmethionine synthase, expression of methionine or S-adenosylmethionine synthase gene A mutation that suppresses the function of an enzyme or protein that suppresses the function of an enzyme, a mutation that improves the function of an enzyme that suffers feedback inhibition in the synthesis of methionine or S-adenosylmethionine, and a mutation that improves the function of a degrading enzyme of S-adenosylhomocysteine. The host organism according to [13] above, which is selected from, and a mutation that suppresses the function of a formaldehyde-degrading enzyme.
[15] An expression vector into which methylase and methanol dehydrogenase or methanol oxidase have been introduced.

また、本発明は、以下の〔16〕〜〔18〕を包含する。
〔16〕 前記〔1〕〜〔9〕のいずれかに記載の方法により再生されたS-アデノシルメチオニンを使用することを特徴とする、メチル化促進方法。
〔17〕 前記〔1〕〜〔9〕のいずれかに記載の方法により再生されたS-アデノシルメチオニンを使用することを特徴とする、医薬品、化学品又は機能性化合物の製造方法。
〔18〕 前記〔17〕記載の方法により得られた、医薬品、化学品又は機能性化合物。
The present invention also includes the following [16] to [18].
[16] A method for promoting methylation, which comprises using S-adenosylmethionine regenerated by the method according to any one of [1] to [9] above.
[17] A method for producing a pharmaceutical product, a chemical product or a functional compound, which comprises using S-adenosylmethionine regenerated by the method according to any one of the above [1] to [9].
[18] A pharmaceutical product, chemical product or functional compound obtained by the method according to the above [17].

本発明によれば、メタノールを添加することで、S-アデノシルメチオニン(SAM)を再生することが可能になるため、各種のメチル化反応への適用拡大が図られるという優れた効果が奏される。 According to the present invention, the addition of methanol makes it possible to regenerate S-adenosylmethionine (SAM), which has an excellent effect of expanding its application to various methylation reactions. To.

図1は、SAMの再生経路の模式的な一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a schematic example of a SAM regeneration path. 図2は、本発明のSAMのリサイクル方法の一態様を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing one aspect of the SAM recycling method of the present invention. 図3は、本発明のSAMのリサイクル方法の一態様を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing one aspect of the SAM recycling method of the present invention. 図4は、導入した酵素の活性を測定した結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the results of measuring the activity of the introduced enzyme. 図5は、微生物に内在性の酵素活性を確認した結果を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the results of confirming the enzyme activity endogenous to the microorganism. 図6は、大腸菌BW25113株の形質転換体による、SAMリサイクル経路を利用したエスクレチンのメチル化反応の結果を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the results of esculetin methylation reaction using the SAM recycling route by a transformant of Escherichia coli BW25113 strain. 図7は、大腸菌BW25113株の形質転換体による、グルコースを別途添加した場合のSAMリサイクル経路を利用したエスクレチンのメチル化反応の結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the results of the methylation reaction of esculetin using the SAM recycling route when glucose was separately added by the transformant of Escherichia coli BW25113 strain. 図8は、大腸菌BL21(DE3)株の形質転換体による、SAMリサイクル経路を利用したエスクレチンのメチル化反応の結果を示す図である。図(A)はSaOMTの単独発現株の結果、図(B)はSaOMTとCnMDH2の共発現株の結果を示す。FIG. 8 is a diagram showing the results of esculetin methylation reaction using the SAM recycling route by a transformant of Escherichia coli BL21 (DE3) strain. Figure (A) shows the results of the SaOMT single expression strain, and Figure (B) shows the results of the SaOMT and CnMDH2 co-expressing strain. 図9は、大腸菌におけるメチオニンおよびSAMの合成経路と、そのマスターレギュレータータンパク質であるMetJにより発現抑制を被る遺伝子を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a synthetic pathway of methionine and SAM in Escherichia coli and a gene whose expression is suppressed by its master regulator protein, MetJ. 図10は、大腸菌BL21(DE3)株のmetJ遺伝子、およびfrmA遺伝子破壊による、エスクレチンのメチル化反応の強化の結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the results of enhancing the methylation reaction of esculetin by disrupting the metJ gene and frmA gene of Escherichia coli BL21 (DE3) strain. 図11は、大腸菌BL21(DE3)の派生株に、CysEおよびMetAのフィードバック阻害耐性酵素遺伝子を過剰発現した際の、エスクレチンのメチル化反応の強化の結果を示す図である。図(A)はΔmetJ株の結果、図(B)はΔmetJ ΔfrmA株の結果を示す。FIG. 11 is a diagram showing the results of enhancing the methylation reaction of esculetin when the feedback inhibitory resistance enzyme genes of CysE and MetA were overexpressed in a derivative strain of Escherichia coli BL21 (DE3). FIG. (A) shows the results of the ΔmetJ strain, and FIG. (B) shows the results of the ΔmetJ ΔfrmA strain. 図12は、大腸菌BL21(DE3)ΔmetJ ΔfrmAのmetA(fdr)過剰発現株において、メタノールをホルムアルデヒドに変換する様々な酵素を導入した際のエスクレチンのメチル化反応の結果を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the results of esculetin methylation reaction when various enzymes that convert methanol to formaldehyde were introduced into a metaA (fdr) overexpressing strain of Escherichia coli BL21 (DE3) ΔmetJ ΔfrmA. 図13は、大腸菌BW25113株またはBL21(DE3)ΔmetJ ΔfrmAのmetA(fdr)過剰発現株の形質転換体による、SAMリサイクル経路を利用した様々な化合物のメチル化反応の結果を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the results of methylation reactions of various compounds using the SAM recycling pathway by transformants of Escherichia coli BW25113 strain or BL21 (DE3) ΔmetJ ΔfrmA metaA (fdr) overexpressing strain.

本発明の、S-アデノシルメチオニン(SAM)のリサイクル方法に関して、基本原理を図2に示す。以降、SAMのメチル基の入口(供給側)と出口(需要側)が一本化されたリサイクル経路のことを、単にSAMリサイクル経路と記載することもある。ここでは、先ず、SAM依存性のメチラーゼによって、SAMがS-アデノシルホモシステイン(SAH)へと脱メチル化された後、ホモシステイン、アデニン、リボースへと分解される。一方、得られたホモシステインに対して、添加したメタノールのメチル基が、メタノールデヒドロゲナーゼによって、メチル基供与前駆体を介して転移することによりメチオニンが合成されて、当該メチオニンにアデノシン三リン酸(ATP)が作用して最終的にSAMが再生されると考えられる。なお、前記経路においては、メタノールをホルムアルデヒドに変換してメチル基を転移することができる酵素であれば使用可能であることから、メタノールデヒドロゲナーゼの代わりに、例えば、メタノールオキシダーゼを使用した場合も図2と同様の経路が確立されることになる。本発明のリサイクル経路においては、メチラーゼの種類によって多様なメチル化反応が可能になり、ひいては、様々な物質へのメチル化技術を提供することができる。 The basic principle of the method for recycling S-adenosylmethionine (SAM) of the present invention is shown in FIG. Hereinafter, a recycling route in which the inlet (supply side) and the outlet (demand side) of the methyl group of SAM are unified may be simply referred to as a SAM recycling route. Here, SAM is first demethylated to S-adenosyl homocysteine (SAH) by a SAM-dependent methylase and then degraded to homocysteine, adenine, and ribose. On the other hand, methionine was synthesized by transferring the methyl group of the added methanol to the obtained homocysteine via the methyl group donating precursor by methanol dehydrogenase, and adenosine triphosphate (ATP) was added to the methionine. ) Acts and it is thought that SAM is finally regenerated. In the above pathway, any enzyme capable of converting methanol into formaldehyde to transfer a methyl group can be used. Therefore, for example, when methanol oxidase is used instead of methanol dehydrogenase, FIG. 2 A route similar to that will be established. In the recycling route of the present invention, various methylation reactions are possible depending on the type of methylase, and by extension, methylation techniques for various substances can be provided.

また、図2に示すように、メチオニンからSAMへ変換される際にATPが使用されるが、このATPは、SAMからホモシステインへ分解される際に生じたアデニンやリボースから、グルコースなどの、アデノシン二リン酸(ADP)をATPに変換するための適当なエネルギー源が存在すれば再合成することが可能であると考えられる。そこで、本発明の別の態様として、ATP再生用エネルギー源(例えば、グルコースなど)を別途添加する系として、例えば、図3に示すリサイクル経路を挙げることができる。ここでは、SAM依存性のメチラーゼによって、SAMがS-アデノシルホモシステイン(SAH)へと脱メチル化された後、ホモシステイン、アデニン、リボースへと分解される。その際に、得られたアデニン、リボースから、添加されたグルコースの代謝によって得られるエネルギーを用いることで駆動するアデノシンサルベージ合成経路を経て、ATPが再合成される。一方、得られたホモシステインに対しては、前記と同様に、添加したメタノールのメチル基が、メタノールデヒドロゲナーゼによって、メチル基供与前駆体を介して転移することによりメチオニンが合成されて、当該メチオニンに別途再合成されたATPが作用して最終的にSAMが再生されると考えられる。前記系において、メタノールデヒドロゲナーゼの代わりに、例えば、メタノールオキシダーゼを使用した場合も図3と同様の経路が確立されることが分かる。これにより、高価なATPの外部からの投入も不要となるため、より効率の高いリサイクル方法を提供することができる。アデニンとリボース、AMP、ADPを添加する場合も同様にATPが再生されて、効率よいリサイクル方法とすることができる。 Further, as shown in FIG. 2, ATP is used when methionine is converted to SAM, and this ATP is derived from adenine and ribose generated when SAM is decomposed into homocysteine, such as glucose. It may be possible to resynthesize adenosine diphosphate (ADP) if there is a suitable energy source to convert it to ATP. Therefore, as another aspect of the present invention, as a system for separately adding an energy source for ATP regeneration (for example, glucose or the like), for example, the recycling route shown in FIG. 3 can be mentioned. Here, SAM-dependent methylase demethylates SAM to S-adenosyl homocysteine (SAH) and then degrades it to homocysteine, adenine, and ribose. At that time, ATP is resynthesized from the obtained adenine and ribose via an adenosine salvage synthesis pathway driven by using the energy obtained by the metabolism of added glucose. On the other hand, for the obtained homocysteine, methionine is synthesized by transferring the methyl group of the added methanol by methanol dehydrogenase via the methyl group donating precursor in the same manner as described above, and the methionine is converted to the methionine. It is considered that the separately resynthesized ATP acts to finally regenerate SAM. It can be seen that the same pathway as in FIG. 3 is established when, for example, methanol oxidase is used instead of methanol dehydrogenase in the system. As a result, it is not necessary to input expensive ATP from the outside, so that a more efficient recycling method can be provided. When adenine, ribose, AMP, and ADP are added, ATP is similarly regenerated, which can be an efficient recycling method.

なお、前記したリサイクル経路は一連して駆動すればよく、同じ系内で駆動するものであっても、酵素によって別々の系内で駆動するものであっても、本発明に含まれる。ただし、これらの推測は、本発明を限定するものではない。 The recycling pathways described above may be driven in series, and are included in the present invention regardless of whether they are driven in the same system or in different systems by enzymes. However, these speculations do not limit the present invention.

本発明のS-アデノシルメチオニン(SAM)のリサイクル方法は、S-アデノシルメチオニン(SAM)が、脱メチル化された後、メタノール由来のメチル基を転移して得られたメチオニンから変換して再生されることを特徴とする。ここで、メタノール由来のメチル基とは、メタノールの反応により得られ、メタノールから脱離したメチル基を意味する。 In the method for recycling S-adenosylmethionine (SAM) of the present invention, S-adenosylmethionine (SAM) is demethylated and then converted from methionine obtained by transferring a methyl group derived from methanol. It is characterized by being regenerated. Here, the methyl group derived from methanol means a methyl group obtained by a reaction of methanol and eliminated from methanol.

本発明のリサイクル方法は、SAMが存在する系であれば特に限定なく実施することができる。SAMが存在する系としては、動物細胞、昆虫細胞、植物細胞、微生物(酵母、大腸菌、枯草菌、コリネ型細菌、乳酸菌等を含む)などが挙げられる。また、生きた細胞に限定されず、酵素だけを用いた物質生産系や、無細胞タンパク質合成系を利用した物質生産系など、いわゆるin vitroでの物質生産系も挙げられるが、以下には、SAMが存在する細胞における態様を例に挙げて説明する。 The recycling method of the present invention can be carried out without particular limitation as long as it is a system in which SAM exists. Examples of the system in which SAM exists include animal cells, insect cells, plant cells, microorganisms (including yeast, Escherichia coli, Bacillus subtilis, coryneform bacteria, lactic acid bacteria, etc.). In addition, the substance production system is not limited to living cells, and there are so-called in vitro substance production systems such as a substance production system using only an enzyme and a substance production system using a cell-free protein synthesis system. An embodiment in a cell in which SAM is present will be described as an example.

先ず、SAMから脱メチル化が行われるが、これはSAM依存性のメチラーゼ(SAM依存性のメチルトランスフェラーゼ)を介して行われる。以降、「SAM依存性のメチラーゼ」や「SAM依存性のメチルトランスフェラーゼ」のことをまとめて、単に「メチラーゼ」と記載することもある。 First, demethylation is performed from SAM, which is performed via SAM-dependent methylase (SAM-dependent methyltransferase). Hereinafter, "SAM-dependent methyltransferase" and "SAM-dependent methyltransferase" may be collectively referred to as "methyltransferase".

メチラーゼとしては、SAM依存性のものであれば、前記細胞に元来内在するものであっても、外来のものを導入したものであってもよい。外来のものとしては、公知のものであれば特に限定されず、被メチル化対象物に応じて公知技術に従って適宜選択して使用することができる。具体的には、DNAをメチル化する際には、公知のDNAメチラーゼを使用すればよく、例えば、Lyko, 2018, Nature Review, 19: 81-92(ヒトのDNAメチル化とエピジェネティクス(DNA塩基配列の変化を伴わない、遺伝子発現や細胞表現型の変化)の関係についての総説)やVasu and Nagaraja, 2013, Microbiol. Mol. Biol. Rev., 77: 53-72.(バクテリアの制限修飾系(DNAをメチル化し、そのメチル化パターンで自己のDNAを認識し、外来のDNAを破壊する機構)に関する総説)に記載のものを使用することができる。タンパク質をメチル化する際には、公知のタンパク質メチラーゼを使用でき、例えば、Boriack-Sjodin and Swinger, 2016, Biochemistry, 55: 1557-1569(タンパク質のメチル化とエピジェネティクスに関する総説)に記載のものを使用することができる。低分子化合物や多環式芳香族をメチル化する際には、公知のメチラーゼを使用でき、例えば、Struck et al., 2012, ChemBioChem, 13: 2642-2655(カテコールのようなベンゼン環を有する化合物や、フラボノイドやアルカロイドなど多環式芳香族化合物生産など、多様なメチラーゼの応用利用についての総説)に記載のものを使用することができる。また、データベースから検索して用いてもよく、例えば、酵素情報データベースの一つであるBRENDA(https://www.brenda-enzyme)を用いて、methylaseやmethyltransferaseをキーワードに検索を行うと、400種以上の酵素種が登録されているので、これらの酵素種よりSAM依存性のメチラーゼを参照してもよい。同様に、KEGGの化合物検索(http://www.genome.jp/kegg/compound/)でSAMをキーワードに検索を行い(化合物登録番号:C00019)、SAMが関与する400種以上の反応から、Reactionの項目を参照して選択することができる。また、これらの外来メチラーゼは、被メチル化対象物をメチル化できるのであれば、その活性や機能を向上させるよう変異したものであってもよい。 As the methylase, as long as it is SAM-dependent, it may be one that is originally endogenous to the cell or one that is introduced from a foreign substance. The foreign substance is not particularly limited as long as it is known, and can be appropriately selected and used according to a known technique according to the object to be methylated. Specifically, known DNA methylases may be used to methylate DNA, eg Lyko, 2018, Nature Review, 19: 81-92 (Human DNA Methylation and Epigenetics (DNA). A review of the relationship between gene expression and cell phenotype changes without changes in base sequence) and Vasu and Nagaraja, 2013, Microbiol. Mol. Biol. Rev., 77: 53-72. Those described in the system (a review of the mechanism of methylating DNA, recognizing its own DNA by its methylation pattern, and destroying foreign DNA) can be used. Known protein methylases can be used to methylate proteins, eg, those described in Boriack-Sjodin and Swinger, 2016, Biochemistry, 55: 1557-1569 (Review of Protein Methylation and Epigenetics). Can be used. Known methylases can be used to methylate low molecular weight compounds and polycyclic aromatics, such as Struck et al., 2012, ChemBioChem, 13: 2642-2655 (compounds with a benzene ring, such as catechols). Or, those described in (Review of application and utilization of various methylases) such as production of polycyclic aromatic compounds such as flavonoids and alkaloids can be used. You may also search from the database and use it. For example, if you use BRENDA (https://www.brenda-enzyme), which is one of the enzyme information databases, and search using methylase or methyltransferase as keywords, 400 Since more than one enzyme species is registered, SAM-dependent methylase may be referred to from these enzyme species. Similarly, KEGG's compound search (http://www.genome.jp/kegg/compound/) was used to search for SAM as a keyword (compound registration number: C00019), and from more than 400 reactions involving SAM, It can be selected by referring to the Reaction item. In addition, these foreign methylases may be mutated to improve their activity and function as long as they can methylate the object to be methylated.

以下にメチラーゼの具体例を示す。例えば、低分子化合物や多環式芳香族をメチル化する酵素としては、被メチル化対象物のメチル化を行う原子の種類に応じて、O-、N-、C-、S-、Se-、As-メチラーゼなどに分類される。O-メチラーゼの例としては、カフェ酸 O-メチルトランスフェラーゼ、カテコール O-メチルトランスフェラーゼ、アセチルセロトニン O-メチルトランスフェラーゼ、アピゲニン 4’-O-メチルトランスフェラーゼ、カフェロイルCoA O-メチルトランスフェラーゼ、クロロフェノール O-メチルトランスフェラーゼ、コルンバミン O-メチルトランスフェラーゼ、デメチルマクロシン O-メチルトランスフェラーゼ、3'-デメチルスタウロスポリン O-メチルトランスフェラーゼ、12-ヒドロキシジヒドロケリルビン 12-O-メチルトランスフェラーゼ、6-ヒドロキシメレイン O-メチルトランスフェラーゼ、3'-ヒドロキシ-N-メチル-(S)-コクラウリン 4'-O-メチルトランスフェラーゼ、8-ヒドロキシケルセチン 8-O-メチルトランスフェラーゼ、ヨードフェノール O-メチルトランスフェラーゼ、イソブチルアルドキシム O-メチルトランスフェラーゼ、(イソ)オイゲノール O-メチルトランスフェラーゼ、イソフラボン 4'-O-メチルトランスフェラーゼ、イソフラボン 7-O-メチルトランスフェラーゼ、イソリクイリチゲニン 2'-O-メチルトランスフェラーゼ、イソオリエンチン 3'-O-メチルトランスフェラーゼ、ジャスモン酸 O-メチルトランスフェラーゼ、ケンペロール 4'-O-メチルトランスフェラーゼ、リドカイン 2'-O-メチルトランスフェラーゼ、ロガン酸 O-メチルトランスフェラーゼ、ルテオリン O-メチルトランスフェラーゼ、マクロシン O-メチルトランスフェラーゼ、メチルケルセタゲニン 6-O-メチルトランスフェラーゼ、3-メチルケルセチン 7-O-メチルトランスフェラーゼ、ミリセチン O-メチルトランスフェラーゼ、N-ベンゾイル-4-ヒドロキシアントラニル酸 4-O-メチルトランスフェラーゼ、O-デメチルピューロマイシン O-メチルトランスフェラーゼ、6-O-メチルノルラウダノソリン 5'-O-メチルトランスフェラーゼ、フェノール O-メチルトランスフェラーゼ、ケルセチン 3-O-メチルトランスフェラーゼ、(RS)-ノルコクラウリン 6-O-メチルトランスフェラーゼ、(S)-スコウレリン 9-O-メチルトランスフェラーゼ、ステリグマトシスチン 8-O-メチルトランスフェラーゼ、タベルソニン 16-O-メチルトランスフェラーゼ、テトラヒドロコルンバミン 2-O-メチルトランスフェラーゼ、トコフェロール O-メチルトランスフェラーゼ、キサントトキソール O-メチルトランスフェラーゼなどが挙げられる。窒素原子のメチル化を行うN-メチラーゼとしては、ヒスチジン-N-α-メチルトランスフェラーゼ、(RS)-1-ベンジル-1,2,3,4-テトラヒドロイソキノリン N-メチルトランスフェラーゼ、3-ヒドロキシ-16-メトキシ-2,3-ジヒドロタベルソニン N-メチルトランスフェラーゼ、アミン N-メチルトランスフェラーゼ、アントラニル酸 N-メチルトランスフェラーゼ、カルノシン N-メチルトランスフェラーゼ、(S)-コクラウリン N-メチルトランスフェラーゼ、ジメチルヒスチジン N-メチルトランスフェラーゼ、グリシン N-メチルトランスフェラーゼ、グアニジノ酢酸 N-メチルトランスフェラーゼ、ヒスタミン N-メチルトランスフェラーゼ、メチルアミン-グルタミン酸 N-メチルトランスフェラーゼ、ニコチンアミド N-メチルトランスフェラーゼ、ニコチン酸 N-メチルトランスフェラーゼ、フェニルエタノールアミン N-メチルトランスフェラーゼ、ホスファチジルエタノールアミン N-メチルトランスフェラーゼ、ホスファチジル-N-メチルエタノールアミン N-メチルトランスフェラーゼ、ホスホエタノールアミン N-メチルトランスフェラーゼ、プトレシン N-メチルトランスフェラーゼ、ピリジン N-メチルトランスフェラーゼ、(S)-テトラヒドロプロトベルベリン N-メチルトランスフェラーゼ、トリミチルスルホニウム-テトラヒドロ葉酸 N-メチルトランスフェラーゼ、トリプタミン N-メチルトランスフェラーゼ、チラミン N-メチルトランスフェラーゼなどが挙げられる。炭素原子のメチル化を行うC-メチラーゼとしては、フェニルピルビン酸 3C-メチルトランスフェラーゼ、3-ヒドロキシアントラニル酸 4C-メチルトランスフェラーゼ、24-メチレンステロール C-メチルトランスフェラーゼ 、ステロール 24C-メチルトランスフェラーゼ、トリプトファン 2C-メチルトランスフェラーゼ、グルタミン酸 3C-メチルトランスフェラーゼ、2-メチル-6-フィチル-1,4-ヒドロキノン メチルトランスフェラーゼなどが挙げられる。また、作用する化合物に対しての名称は付けられていないが、Streptomyces rishiriensis由来のCouO(GenBank accession number AAG29793.1)、Streptomyces spheroids由来のNovO(GenBank accession number AAF67508.1)、Streptomyces griseoviridis由来のSgvM(GenBank accession number JX508597.1)、Streptomyces chrysomallus由来のAcmI(GenBank accession number ADG27364.1)やAcmL(GenBank accession number ADG27351.1)なども挙げられる。なお、これらのメチラーゼの多くは作用する基質に対しての名称が付与されているが、メチラーゼは概して基質特性が広いことが多く、酵素の名称に記載の基質以外の基質に対しても作用が可能である。 Specific examples of methylase are shown below. For example, as an enzyme that methylates a low molecular weight compound or a polycyclic aromatic compound, O-, N-, C-, S-, Se-, depending on the type of atom that methylates the object to be methylated, , As-methylase, etc. Examples of O-methylases include caffeic acid O-methyltransferase, catechol O-methyltransferase, acetylserotonin O-methyltransferase, apigenin 4'-O-methyltransferase, cafferoyl CoA O-methyltransferase, chlorophenol O-methyltransferase. , Corumbamine O-Methyltransferase, Demethylmacrosin O-Methyltransferase, 3'-Demethylstaurosporin O-Methyltransferase, 12-Hydroxydihydrokerylbin 12-O-Methyltransferase, 6-Hydroxymelene O-methyl Transtransferase, 3'-Hydroxy-N-Methyl- (S) -Cochlaurin 4'-O-Methyltransferase, 8-Hydroxykelcetin 8-O-Methyltransferase, Iodophenol O-Methyltransferase, Isobutylaldoxime O-Methyltransferase, (Iso) Eugenol O-methyltransferase, isoflavone 4'-O-methyltransferase, isoflavone 7-O-methyltransferase, isoliquilithigenin 2'-O-methyltransferase, isoorientin 3'-O-methyltransferase, Jasmonate O-Methyltransferase, Kemperol 4'-O-Methyltransferase, Lidokine 2'-O-Methyltransferase, Loganic Acid O-Methyltransferase, Luteolin O-Methyltransferase, Macrosin O-Methyltransferase, Methylkelcetagenin 6- O-Methyltransferase, 3-Methylkelcetin 7-O-Methyltransferase, Myricetin O-methyltransferase, N-benzoyl-4-hydroxyanthranyl acid 4-O-methyltransferase, O-demethylpuromycin O-methyltransferase, 6 -O-methylnorlaudanosoline 5'-O-methyltransferase, phenol O-methyltransferase, quercetin 3-O-methyltransferase, (RS) -norcochlorin 6-O-methyltransferase, (S) -scourelin 9 -O-methyltransferase, steligmatocystin 8-O-methyltransferase, Taberso Examples thereof include nin 16-O-methyltransferase, tetrahydrocolumbamine 2-O-methyltransferase, tocopherol O-methyltransferase, and xanthotoxol O-methyltransferase. Examples of N-methylases that methylate nitrogen atoms include histidine-N-α-methyltransferase, (RS) -1-benzyl-1,2,3,4-tetrahydroisoquinolin N-methyltransferase, 3-hydroxy-16. -Methoxy-2,3-dihydrotabersonine N-methyltransferase, amine N-methyltransferase, anthranylate N-methyltransferase, carnosin N-methyltransferase, (S) -cochlaurin N-methyltransferase, dimethylhistidine N-methyltransferase , Glycin N-methyltransferase, guanidinoacetic acid N-methyltransferase, histamine N-methyltransferase, methylamine-glutamate N-methyltransferase, nicotine amide N-methyltransferase, nicotinic acid N-methyltransferase, phenylethanolamine N-methyltransferase , Phosphatidylethanolamine N-methyltransferase, phosphatidyl-N-methylethanolamine N-methyltransferase, phosphoethanolamine N-methyltransferase, putresin N-methyltransferase, pyridine N-methyltransferase, (S) -tetrahydroprotoberberin N- Examples thereof include methyltransferase, trimityl sulfonium-tetrahydrofolate N-methyltransferase, tryptamine N-methyltransferase, and tyramine N-methyltransferase. Examples of C-methylases that methylate carbon atoms include phenylpyruvate 3C-methyltransferase, 3-hydroxyanthranylic acid 4C-methyltransferase, 24-methylenesterol C-methyltransferase, sterol 24C-methyltransferase, and tryptophan 2C-methyl. Examples include transferase, glutamic acid 3C-methyltransferase, 2-methyl-6-phytyl-1,4-hydroquinone methyltransferase and the like. In addition, although no name is given to the compound that acts, CouO (GenBank accession number AAG29793.1) derived from Streptomyces rishiriensis, NovO (GenBank accession number AAF67508.1) derived from Streptomyces spheroids, and SgvM derived from Streptomyces griseoviridis. (GenBank accession number JX508597.1), AcmI (GenBank accession number ADG27364.1) derived from Streptomyces chrysomallus, AcmL (GenBank accession number ADG27351.1), etc. can also be mentioned. Although most of these methylases are given names for the substrates on which they act, methylases generally have a wide range of substrate properties and act on substrates other than the substrates described in the enzyme names. It is possible.

前記したメチラーゼとして外来のものを使用する場合は、由来する細胞と導入対象の細胞との組み合わせは、公知の遺伝子導入方法などにより導入できるものであれば特に限定はない。 When a foreign substance is used as the above-mentioned methylase, the combination of the derived cell and the cell to be introduced is not particularly limited as long as it can be introduced by a known gene transfer method or the like.

メチラーゼの反応条件は、実施態様の細胞と用いるメチラーゼの種類に応じて、公知技術に従って適宜選択して設定することができる。例えば、宿主生物として大腸菌や枯草菌、乳酸菌を利用する場合は、メチラーゼの種類によって特に制限されず、好ましくは30〜45℃、より好ましくは35〜40℃、更に好ましくは36〜38℃の条件で培養すればよい。宿主生物としてコリネ型細菌や酵母を利用する場合は、メチラーゼの種類によって特に制限されず、好ましくは20〜40℃、より好ましくは25〜35℃、更に好ましくは29〜31℃の条件で培養すればよい。なお、以降の反応においても、前記条件を参照して設定することができる。 The reaction conditions of the methylase can be appropriately selected and set according to a known technique according to the type of methylase used with the cells of the embodiment. For example, when Escherichia coli, Bacillus subtilis, or lactic acid bacterium is used as a host organism, the condition is not particularly limited depending on the type of methylase, and is preferably 30 to 45 ° C, more preferably 35 to 40 ° C, and further preferably 36 to 38 ° C. It may be cultured in. When a coryneform bacterium or yeast is used as a host organism, it is not particularly limited depending on the type of methylase, and is preferably cultured under the conditions of 20 to 40 ° C, more preferably 25 to 35 ° C, and further preferably 29 to 31 ° C. Just do it. It should be noted that the subsequent reactions can also be set with reference to the above conditions.

これにより、SAMが脱メチル化されて、S-アデノシルホモシステイン(SAH)が産生される。 This demethylates SAM to produce S-adenosyl homocysteine (SAH).

SAHは、当該細胞に存在する加水分解酵素によって分解されて、ホモシステインへと変換される。その際に、SAHがホモシステインとアデノシンに直接変換されても、SAHがS-リボシルホモシステインとアデニンに変換された後、ホモシステインとリボースに変換されてもよい。前記加水分解酵素としては、SAHを加水分解できれば特に限定はなく、例えば、ホモシステインに直接変換する場合は、アデノシルホモシステイナーゼが挙げられる。また、S-リボシルホモシステインに変換する場合は、S-アデノシルホモシステインヌクレオシダーゼが挙げられる。ここで、得られたS-リボシルホモシステインは、同じく当該細胞に存在する加水分解酵素によって分解されて、ホモシステインとリボースに変換される。前記加水分解酵素としては、S-リボシルホモシステインを加水分解できれば特に限定はなく、例えば、S-リボシルホモシステインリアーゼが挙げられる。 SAH is degraded by hydrolases present in the cells and converted to homocysteine. At that time, SAH may be directly converted to homocysteine and adenosine, or SAH may be converted to S-ribosyl homocysteine and adenine and then to homocysteine and ribose. The hydrolase is not particularly limited as long as it can hydrolyze SAH, and examples thereof include adenosyl homocystinase when directly converting to homocysteine. In addition, when converting to S-ribosylhomocysteine, S-adenosylhomocysteine nucleosidase can be mentioned. Here, the obtained S-ribosyl homocysteine is decomposed by a hydrolase also present in the cell and converted into homocysteine and ribose. The hydrolase is not particularly limited as long as it can hydrolyze S-ribosylhomocysteine, and examples thereof include S-ribosylhomocysteine lyase.

これにより、SAMが消費されて、ホモシステインが蓄積されることになる。本発明では、このホモシステインをメチオニンに変換して、SAMを再生させる。 This consumes SAM and accumulates homocysteine. In the present invention, this homocysteine is converted to methionine to regenerate SAM.

ホモシステインからメチオニンへの変換は、ホモシステインにメチル基を導入すればよいが、本発明では、メタノールからホルムアルデヒドへの酸化反応を利用して行う。具体的には、メタノールに該メタノールをホルムアルデヒドに酸化する酵素として、例えば、メタノールデヒドロゲナーゼやメタノールオキシダーゼを作用させてホルムアルデヒドが得られる。こうして得られたホルムアルデヒドに付随するメチル基を、メチル基供与前駆体を介してホモシステインに転移させる。 The conversion from homocysteine to methionine may be carried out by introducing a methyl group into homocysteine, but in the present invention, it is carried out by utilizing the oxidation reaction from methanol to formaldehyde. Specifically, formaldehyde can be obtained by reacting methanol with, for example, methanol dehydrogenase or methanol oxidase as an enzyme that oxidizes the methanol to formaldehyde. The methyl group associated with formaldehyde thus obtained is transferred to homocysteine via a methyl group donating precursor.

メタノールからホルムアルデヒドへの酸化反応は、ホルムアルデヒドに付随するメチル基を転移させるメチル基供与前駆体が存在する系で行われる。メチル基供与前駆体としては、メチル基を受け取ることでメチル基供与体として機能するものであれば特に限定はなく、前記したSAMが存在する系と同一の系にて機能するものでも異なる系にて機能するものでもよい。例えば、同一の系にて機能するものであれば、受け取ったメチル基をそのままホモシステインに転移することができ、異なる系にて機能するものであれば、受け取ったメチル基をSAMが存在する系にてホモシステインに転移することができる。具体的には、例えば、テトラヒドロ葉酸(THF)が挙げられ、これはメチル基を受け取ると、5,10-メチレンテトラヒドロ葉酸(5,10-メチレンTHF)のメチル基供与体に変換される。 The oxidation reaction from methanol to formaldehyde is carried out in a system in which a methyl group donating precursor that transfers a methyl group associated with formaldehyde is present. The methyl group donor precursor is not particularly limited as long as it functions as a methyl group donor by receiving a methyl group, and a system that functions in the same system as the above-mentioned system in which SAM exists may be a different system. It may function as a function. For example, if it functions in the same system, the received methyl group can be transferred to homocysteine as it is, and if it functions in a different system, the received methyl group can be transferred to the system in which SAM exists. Can be transferred to homocysteine. Specifically, for example, tetrahydrofolic acid (THF), which receives a methyl group, is converted to a methyl group donor of 5,10-methylenetetrahydrofolic acid (5,10-methyleneTHF).

メタノールをホルムアルデヒドに酸化する酵素の中で、メタノールデヒドロゲナーゼとしては、アルコールデヒドロゲナーゼの中でも、メタノールをホルムアルデヒドに酸化する酵素であればよく、SAMが存在する系と同一の系に存在するものでも異なる系に存在するものでも特に限定されず、例えば、前記細胞に元来内在するものであっても、外来のものを導入してもよい。具体的には、例えば、NAD(P)+依存性アルコールデヒドロゲナーゼのうちメタノールに対して酸化活性を有する酵素、あるいはメタノールの利用性が向上した変異酵素;ピロロキノリンキノン(PQQ)依存性メタノールデヒドロゲナーゼが挙げられる。これらは、具体的には、NAD+依存性の酵素としては、Bacillus methanolicus (Krog et al., 2013, PLOS one, 8: e59188)、Bacillus stearothermophilus (Sheehan et al., 1988, Biochem. J., 252: 661-666)、Cupriavidus necator(Wu et al., 2016, Appl. Microbiol. Biotechnol., 100: 4969-4983)由来の酵素等を使用することができる。その他、Acidomonas methnolica、Bacillus coagulans、Beggiatoa alba、Desulfitobacterium hafniense、Desulfotomaculum kuznetsovii、Lysinbacillus fusiformis、Lysinibacillus sphaericus、Methylobacterium lusitanum、Methylobacterium oryzae、Methylobacterium salsuginis、Mehylococcus capsulatus、Methylomicrobium album由来の酵素等も使用することができる。NADP+依存性の酵素としては、Thermococcus hydrothermalis(Antonie et al., 1988, Eur. J. Biochem., 264: 880-889)由来の酵素等を使用することができる。本発明においては、NAD+依存性の酵素が好ましく、アクチベータータンパク質と呼ばれる、酵素活性の向上に必要なパートナータンパク質を必要とせず、単独でメタノールの酸化活性を示す酵素がより好ましい。Among the enzymes that oxidize methanol to formaldehyde, the methanol dehydrogenase may be any alcohol dehydrogenase that oxidizes methanol to formaldehyde. The existing one is not particularly limited, and for example, an exotic one may be introduced even if it is originally endogenous to the cell. Specifically, for example, an enzyme having oxidative activity against methanol among NAD (P) + -dependent alcohol dehydrogenase, or a mutant enzyme having improved methanol utilization; pyrroloquinoline quinone (PQQ) -dependent methanol dehydrogenase Can be mentioned. Specifically, as NAD + -dependent enzymes, Bacillus methanolicus (Krog et al., 2013, PLOS one, 8: e59188), Bacillus stearothermophilus (Sheehan et al., 1988, Biochem. J., 252: 661-666), an enzyme derived from Cupriavidus necator (Wu et al., 2016, Appl. Microbiol. Biotechnol., 100: 4969-4983) can be used. In addition, Acidomonas methnolica, Bacillus coagulans, Beggiatoa alba, Desulfitobacterium hafniense, Desulfotomaculum kuznetsovii, Lysinbacillus fusiformis, Lysinibacillus sphaericus, Methylobacterium lusitanum, Methylobacterium oryzae, Methylobacterium salsugi, etc. As the NADP + -dependent enzyme, an enzyme derived from Thermococcus hydrothermalis (Antonie et al., 1988, Eur. J. Biochem., 264: 880-889) can be used. In the present invention, a NAD + -dependent enzyme is preferable, and an enzyme called an activator protein, which does not require a partner protein necessary for improving the enzyme activity and exhibits the oxidizing activity of methanol by itself, is more preferable.

前記酵素を利用したメタノールの酸化反応としては、具体的には、例えば、NAD+依存性メタノールデヒドロゲナーゼを使用した場合、メタノールのホルムアルデヒドへの酸化反応にてNAD+がNADHに還元されるが、ここで、細胞内のNADHとNAD+の酸化還元バランスを保つためには、生じたNADHをNAD+に酸化する必要があり、5,10-メチレンTHFが5-メチルテトラヒドロ葉酸(5-メチルTHF)に変換される反応でNADHをNAD+へと酸化できる。他の酵素を使用した場合は、別途NAD+をNADHに還元するための経路設計を行うことが好ましい。Specifically, as the oxidation reaction of methanol using the enzyme, for example, when NAD + -dependent methanol dehydrogenase is used, NAD + is reduced to NADH by the oxidation reaction of methanol to formaldehyde. So, in order to maintain the oxidative-reduction balance of NADH and NAD + in the cell, it is necessary to oxidize the generated NADH to NAD + , and 5,10-methylene THF is 5-methyltetrahydrofolic acid (5-methylTHF). NADH can be oxidized to NAD + by the reaction converted to. When other enzymes are used, it is preferable to separately design a pathway for reducing NAD + to NADH.

また、NADP+依存性の酵素では、メタノールの酸化に伴いNADPHを生じるため、NADPHをNADP+に酸化するための経路設計を要する。あるいは、PQQ依存性メタノールデヒドロゲナーゼを使用する場合には、宿主株がPQQを生産できる(あるいは生産できるように遺伝子改変を行った)株を利用することが好ましい。In addition, NADP + -dependent enzymes generate NADPH with the oxidation of methanol, so it is necessary to design a pathway for oxidizing NADPH to NADP +. Alternatively, when using PQQ-dependent methanol dehydrogenase, it is preferable to use a strain in which the host strain can produce (or have been genetically modified to produce PQQ).

メタノールをホルムアルデヒドに酸化する酵素の中で、メタノールオキシダーゼとしては、アルコールオキシダーゼの中でも、メタノールをホルムアルデヒドに酸化する酵素であればよく、SAMが存在する系と同一の系に存在するものでも異なる系に存在するものでも特に限定されず、例えば、前記細胞に元来内在するものであっても、外来のものを導入してもよい。具体的には、Aspergillus ochraceus、Aspergillus terreus、Byssochlamys spectabilis、Candida boidinii、Candida methanosorbosa、Candida sithepensis、Komagataella pastoris(Pichia pastoris)、Ogataea angusta(Hansenula polymorpha)、Ogataea methanolica、Ogataea minuta、Ogataea pini、Ogataea siamensis、Penicillium chrysogenum、Penicillium purpurascens、Phanerochaete chrysosporium、Phlebiopsis gigantea、Pichia putida、Poria contigua、Thermoascus aurantiacusなどの微生物由来の酵素が挙げられる。なお、メタノールオキシダーゼを使用する場合には、電子の受容体として酸素が必要であり、かつ反応で生じた過酸化水素を水へと変換できる株、あるいは変換できるように代謝改変を施された株であることが好ましい。 Among the enzymes that oxidize methanol to formaldehyde, the methanol oxidase may be any alcohol oxidase that oxidizes methanol to formaldehyde. The existing one is not particularly limited, and for example, an exotic one may be introduced even if it is originally endogenous to the cell. Specifically, Aspergillus ochraceus, Aspergillus terreus, Byssochlamys spectabilis, Candida boidinii, Candida methanosorbosa, Candida sithepensis, Komagataella pastoris (Pichia pastoris), Ogataea angusta (Hansenula polymorpha), Ogataea angusta (Hansenula polymorpha), Ogataea Examples include enzymes derived from microorganisms such as chrysogenum, Penicillium purpurascens, Phanerochaete chrysosporium, Phlebiopsis gigantea, Pichia putida, Poria contigua, Thermoascus aurantiacus. When methanol oxidase is used, oxygen is required as an electron receptor, and a strain that can convert hydrogen peroxide generated in the reaction into water, or a strain that has been metabolically modified so that it can be converted. Is preferable.

前記したメタノールをホルムアルデヒドに酸化する酵素としては、メタノールをホルムアルデヒドに酸化する活性が高いものが好ましく、例えば、予め当該活性を公知技術に従って評価して選択したものを用いてもよい。 As the enzyme that oxidizes methanol to formaldehyde, an enzyme having a high activity of oxidizing methanol to formaldehyde is preferable, and for example, an enzyme selected by evaluating the activity in advance according to a known technique may be used.

また、前記したメタノールデヒドロゲナーゼやメタノールオキシダーゼとして外来のものを使用する場合は、由来する細胞と導入対象の細胞との組み合わせは、公知の遺伝子導入方法などにより導入できるものであれば特に限定はない。 When a foreign substance is used as the methanol dehydrogenase or methanol oxidase described above, the combination of the derived cell and the cell to be introduced is not particularly limited as long as it can be introduced by a known gene transfer method or the like.

メタノールデヒドロゲナーゼやメタノールオキシダーゼの反応条件は、実施態様の細胞と用いる酵素の種類に応じて、公知技術に従って適宜選択して設定することができる。例えば、好ましくは30〜45℃、より好ましくは35〜40℃、更に好ましくは36〜38℃の条件で培養すればよい。 The reaction conditions for methanol dehydrogenase and methanol oxidase can be appropriately selected and set according to known techniques according to the type of cell and enzyme used in the embodiment. For example, the cells may be cultured at preferably 30 to 45 ° C, more preferably 35 to 40 ° C, and even more preferably 36 to 38 ° C.

メチル基を受け取ったメチル基供与体から、ホモシステインへのメチル基の転移は、例えば、ホルムアルデヒドよりメチル基を受け取ったメチル基供与体が、5,10-メチレンTHFの場合、生物に内在性あるいは外部より導入した5,10-メチレンTHFレダクターゼ等の酵素によって5-メチルTHFへと変換した後、メチオニン合成酵素等の酵素が作用することで行うことができる。 The transfer of a methyl group from a methyl group donor that has received a methyl group to homocysteine, for example, is endogenous to the organism if the methyl group donor that received the methyl group from formaldehyde is 5,10-methylene THF. This can be done by converting to 5-methyl THF with an enzyme such as 5,10-methylene THF reductase introduced from the outside, and then acting with an enzyme such as methionine synthase.

これにより、添加されたメタノールから、メチル基供与前駆体を介してホモシステインにメチル基を転移させて、メチオニンが産生される。 As a result, methionine is produced by transferring the methyl group from the added methanol to homocysteine via the methyl group donating precursor.

産生されたメチオニンからSAMへの変換は、ATPの存在下でSAM合成酵素の作用により行われる。ここで、ATPは別途添加して用いてもよく、前記したように、SAMからホモシステインへ分解される際に生じたアデニンやリボースを元に、グルコースなど適当なエネルギー源を反応系に添加して再合成して用いてもよい。アデニンやリボースを元にATPを再合成する方法としては、例えば、生物に内在性あるいは外部より導入したリボキナーゼの作用によりリボースをリボース5-リン酸へと変換し、ホスホリボシルピロリン酸(PRPP)合成酵素の作用によりPRPPと変換した後、アデニンホスホリボシルトランスフェラーゼの作用によってアデニンと縮合させ、アデノシン一リン酸(AMP)へと変換する。その後、アデニル酸キナーゼの作用によってAMPをアデノシン二リン酸(ADP)へと変換した後、グルコースが代謝される際の様々なATP合成反応(例えばホスホグリセリン酸キナーゼによる1,3-ビスホスホグリセリン酸の3-ホスホグリセリン酸への変換反応や、ホスホエノールピルビン酸のピルビン酸への変換反応)を利用して行うことができる。 The conversion of produced methionine to SAM is carried out by the action of SAM synthase in the presence of ATP. Here, ATP may be added and used separately, and as described above, an appropriate energy source such as glucose is added to the reaction system based on adenine and ribose generated when SAM is decomposed into homocysteine. It may be resynthesized and used. As a method of resynthesizing ATP based on adenine and ribose, for example, ribose is converted to ribose 5-phosphate by the action of ribokinase endogenously or externally introduced into an organism, and phosphoribosylpyrrophosphate (PRPP). After conversion to PRPP by the action of a synthase, it is condensed with adenine by the action of adenine phosphoribosyl transferase and converted to adenosine monophosphate (AMP). Then, after converting AMP to adenosine diphosphate (ADP) by the action of adenylate kinase, various ATP synthesis reactions during glucose metabolism (eg, 1,3-bisphosphoglycerate by phosphoglycerate kinase) 3-Phosphoglycerate conversion reaction and phosphoenolpyruvate conversion reaction to pyruvic acid) can be used.

このように、本発明では、メチラーゼ(メチルトランスフェラーゼ)とメタノールデヒドロゲナーゼまたはメタノールオキシダーゼのそれぞれが機能することでSAMを再生することができるが、これらの酵素が共発現している系(宿主)であれば、より好適にSAMの再生を行うことができる。なお、これらの酵素は、内在しているものが共発現しているものであっても、いずれか一方を、あるいは両方を導入して共発現させたものであってもよい。 Thus, in the present invention, SAM can be regenerated by the functioning of methylase (methyltransferase) and methanol dehydrogenase or methanol oxidase, but any system (host) in which these enzymes are co-expressed can be regenerated. For example, SAM can be regenerated more preferably. It should be noted that these enzymes may be co-expressed by the endogenous ones, or may be co-expressed by introducing either one or both of them.

具体的な宿主としては、例えば、原核細胞および単離された真核細胞のいずれであってもよく、好ましくは、工業用微生物(好ましくは大腸菌、コリネ菌、バチルス、シアノバクテリア、乳酸菌、酵母、糸状菌、放線菌)の細胞、植物細胞、昆虫細胞または動物細胞が挙げられる。工業用微生物の具体例としては、Escherichia属、Cupriavidus属、Pseudomonas属、Thermus属、Corynebacterium属、Bacillus属、Geobacillus属、Synechococcus属、Synechocystis属、Lactobacillus属、Lactococcus属、Bifidobacterium属、Saccharomyces属、Shizosaccharomyces属、Pichia属、Yarrowia属、Kluyveromyces属、Ogataea属、Hansenula属、Aspergillus属、Rhizopus属、Streptomyces属に属する微生物などが挙げられる。具体的には、例えば、Escherichia coli、Cupriavidus necator、Pseudomonas putida、Pseudomonas fluorescens、Thermus thermophilus、Corynebacterium glutamicum、Bacillus subtilis、Geobacillus stearothermophilus、Synechococcus sp.、Synechocystis sp.、Lactobacillus plantarum、Lactobacillus acidophilus、Lactobacillus casei、Lactococcus lactis、Bifidobacterium longum、Saccharomyces cerevisiae、Shizosaccharomyces pombe、Komagataella pastoris(Pichia pastoris)、Yarrowia lipolytica、Kluyveromyce lactis、Ogataea angusta(Hansenula polymorpha)、Ogataea methanolica、Ogataea minuta、Aspergillus oryzae、Rhizopus oryzae、Streptomyces lividansなどが挙げられ、なかでも、Escherichia coli、Saccharomyces cerevisiae 、Corynebacterium glutamicum、Bacillus subtilis、Lactobacillus plantarum、Lactococcus lactisが好ましい。 The specific host may be, for example, prokaryotic cells or isolated eukaryotic cells, preferably industrial microorganisms (preferably Escherichia coli, Corine, Bacillus, cyanobacteria, lactic acid bacteria, yeast, etc. Filamentous fungi, actinomycetes) cells, plant cells, insect cells or animal cells. Specific examples of industrial microorganisms include Escherichia, Cupriavidus, Pseudomonas, Thermos, Corynebacterium, Bacillus, Geobacillus, Synechocucus, Synechoccystis, Lactobacillus, Lactococcus, Bifidobacterium, Saccharomyces. , Pichia, Yarrowia, Kluyveromyces, Ogataea, Hansenula, Aspergillus, Rhizopus, Streptomyces and the like. Specifically, for example, Escherichia coli, Cupriavidus necator, Pseudomonas putida, Pseudomonas fluorescens, Thermophilus, Corynebacterium glutamicum, Bacillus subtilis, Geobacillus stearothermophilus, Synechococcus sp. , Bifidobacterium longum, Saccharomyces cerevisiae, Shizosaccharomyces pombe, Komagataella pastoris (Pichia pastoris), Yarrowia lipolytica, Kluyveromyce lactis, Ogataea angusta (Hansenula polymorpha), Ogataea angusta (Hansenula polymorpha), Ogataea methanolica, Ogataea minuta, Aspergill However, Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae, Corynebacterium glutamicum, Bacillus subtilis, Lactobacillus plantarum, and Lactococcus lactis are preferred.

また、これらの宿主は、SAMそのものの量やリサイクル反応に供される原料を増加させる観点から、メチオニン又はSAM量(メチオニン又はSAMの存在量、産生量ともいう)が増加するよう改変されたものであってもよい。具体的には、例えば、細胞内のメチオニンやSAMの合成活性やSAHのホモシステインへの分解活性を向上させるよう改変したものであってもよいし、ホルムアルデヒドの分解活性を低下させるよう改変したものであってもよく、一例としては、メチオニン又はSAMの合成酵素を過剰発現させる改変やメチオニン又はSAMの合成酵素の機能を向上させる変異、メチオニン又はSAM合成酵素遺伝子の発現を抑制する酵素またはタンパク質の機能を抑制する変異、メチオニン又はSAMの合成においてフィードバック阻害を被る酵素の機能を向上する変異、SAHの分解酵素の機能を向上させる変異、ホルムアルデヒドの分解酵素の機能を抑制する変異などが導入されたものであってもよい。また、メチオニンやSAMの合成活性を向上させる方法としては、メチオニンやSAMの合成経路のマスターレギュレータータンパク質(例えば、MetJ)の機能を欠失させる変異を導入する手法や、該合成経路における生成反応を促進する酵素の遺伝子を過剰発現する手法、該合成経路に関係する酵素のうちフィードバック阻害を被る酵素(例えば、MetA、CysE)の遺伝子をフィードバック阻害耐性酵素遺伝子で置換する手法、フィードバック阻害耐性酵素遺伝子を過剰発現する手法などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。SAHのホモシステインへの分解活性を向上させる手法としては、前記したSAHを加水分解させる酵素群の活性を向上させる手法が挙げられる(例えば、LuxS、Mtn)。また、ホルムアルデヒドの分解活性を低下させる手法としては、ホルムアルデヒドを直接ギ酸へと変換するホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼ(例えば、FdhA)の活性を低下させる手法、ホルムアルデヒドをグルタチオンと結合させてギ酸へと変換するための、S-ヒドロキシメチルグルタチオン合成酵素(例えば、Gfa)、S-ヒドロキシメチルグルタチオンデヒドロゲナーゼ(例えば、FrmA、ADH5、AdhC)、S-ホルミルグルタチオンヒドロラーゼ(例えば、FrmB、ESD、FghA)のいずれかの活性を低下させる手法などが挙げられる。 In addition, these hosts are modified so that the amount of methionine or SAM (also referred to as the abundance or production amount of methionine or SAM) is increased from the viewpoint of increasing the amount of SAM itself or the raw material used for the recycling reaction. It may be. Specifically, for example, it may be modified to improve the intracellular methionine or SAM synthesis activity or the SAH decomposition activity to homocysteine, or it may be modified to reduce the formaldehyde decomposition activity. It may be, for example, a modification that overexpresses a methionine or SAM synthase, a mutation that improves the function of the methionine or SAM synthase, or an enzyme or protein that suppresses the expression of the methionine or SAM synthase gene. Mutations that suppress the function, mutations that improve the function of enzymes that suffer feedback inhibition in the synthesis of methionine or SAM, mutations that improve the function of SAH degrading enzymes, mutations that suppress the function of formaldehyde degrading enzymes, etc. were introduced. It may be a thing. In addition, as a method for improving the synthetic activity of methionine or SAM, a method of introducing a mutation that deletes the function of a master regulator protein (for example, MetJ) of the synthetic pathway of methionine or SAM, or a production reaction in the synthetic pathway is used. A method of overexpressing the gene of the enzyme to be promoted, a method of replacing the gene of an enzyme (for example, MetA, CysE) that suffers from feedback inhibition among the enzymes related to the synthetic pathway with a feedback inhibitory resistance enzyme gene, a method of replacing the gene of the feedback inhibitory enzyme gene. Examples include, but are not limited to, methods of overexpressing. Examples of the method for improving the activity of decomposing SAH into homocysteine include the above-mentioned method for improving the activity of the enzyme group that hydrolyzes SAH (for example, LuxS, Mtn). In addition, as a method for reducing the decomposition activity of formaldehyde, a method for reducing the activity of formaldehyde dehydrogenase (for example, FdhA) which directly converts formaldehyde into formic acid, and a method for combining formaldehyde with glutathione and converting it into formic acid. Decreases the activity of any of S-hydroxymethylglutathione synthase (eg Gfa), S-hydroxymethylglutathione dehydrogenase (eg FrmA, ADH5, AdhC), S-formylglutathione hydrolase (eg FrmB, ESD, FghA) There is a method of making it.

これらの宿主に、前記酵素として外来のものを導入する際には、自体公知の遺伝子工学的技術を適用できる。例えば、所望の核酸を含む発現ベクターを導入する方法が挙げられ、所望の核酸を適当な制限酵素により処理して特定部位で切断し、次いで同様に処理したプラスミドDNAと混合し、リガーゼにより再結合して得られたプラスミドDNAを導入する方法が用いられる。あるいは、目的遺伝子に適当なリンカーをライゲーションし、これを目的に適したプラスミドのマルチクローニングサイトへ挿入することによって得られた所望のプラスミドDNAを用いてもよい。また、Giboson assemblyやin-fusion、Gene-artなど、線状化したプラスミドDNAと所望の核酸との相同配列を利用して、シームレスにクローニングを行う方法を用いてもよい。このプラスミドには、細胞で発現できるのであれば、所望により、公知のプロモーター領域やリプレッサー領域を組み組むことができる。例えば、本発明においては、メチラーゼ(メチルトランスフェラーゼ)とメタノールデヒドロゲナーゼまたはメタノールオキシダーゼの遺伝子が挿入された発現ベクターを用いることができる。また、前記遺伝子以外に、細胞内のメチオニンやSAMの合成活性や、SAHのホモシステインへの分解活性を向上させる変異を導入する遺伝子を更に組み込んだ発現ベクターを用いることもできる。例えば、メチラーゼ(メチルトランスフェラーゼ)とメタノールデヒドロゲナーゼまたはメタノールオキシダーゼに加えて、MetAまたはCysEのフィードバック阻害耐性酵素、これらの一部または全ての遺伝子を組み込んだプラスミドDNAを挙げることができる。また、メチオニンやSAMの合成経路の酵素遺伝子の発現抑制を行うMetJなどの制御因子や、ホルムアルデヒドの分解酵素遺伝子を破壊するためのプラスミドや、MetAやCysEなどの内在性の遺伝子をフィードバック阻害耐性酵素遺伝子のような機能改変を行った遺伝子で置換するためのプラスミドを別途で導入することもできる。 When introducing a foreign substance as the enzyme into these hosts, genetic engineering techniques known per se can be applied. For example, a method of introducing an expression vector containing the desired nucleic acid can be mentioned. The desired nucleic acid is treated with an appropriate restriction enzyme, cleaved at a specific site, mixed with the similarly treated plasmid DNA, and recombined with ligase. The method of introducing the plasmid DNA thus obtained is used. Alternatively, the desired plasmid DNA obtained by ligating an appropriate linker to the target gene and inserting it into the multicloning site of the plasmid suitable for the target may be used. In addition, a method such as Giboson assembly, in-fusion, or Gene-art that seamlessly clones using a homologous sequence of linearized plasmid DNA and a desired nucleic acid may be used. A known promoter region or repressor region can be incorporated into this plasmid, if desired, as long as it can be expressed in cells. For example, in the present invention, an expression vector in which a methylase (methyltransferase) and a gene for methanol dehydrogenase or methanol oxidase is inserted can be used. In addition to the above genes, an expression vector incorporating a gene into which a mutation that improves intracellular methionine or SAM synthesis activity or SAH degradation activity into homocysteine can be further used can also be used. For example, in addition to methylase (methyltransferase) and methanol dehydrogenase or methanol oxidase, MetA or CysE feedback-inhibiting resistant enzymes, plasmid DNA incorporating some or all of these genes can be mentioned. In addition, regulatory factors such as MetJ that suppresses the expression of enzyme genes in the synthetic pathway of methionine and SAM, plasmids for disrupting formaldehyde-degrading enzyme genes, and endogenous genes such as MetA and CysE are feedback-inhibited resistant enzymes. A plasmid for replacing with a functionally modified gene such as a gene can also be introduced separately.

得られたプラスミドDNAの宿主への導入方法は、宿主細胞にプラスミドDNAを導入して宿主細胞中で目的遺伝子を発現させ得る導入方法であれば特に限定されず、宿主細胞の種により適宜選択した公知の方法のいずれを使用してもよい。例えば、ヒートショック法、エレクトロポレーション法、酢酸リチウム法、塩化カルシウム法、リポフェクション法などを例示できる。 The method for introducing the obtained plasmid DNA into the host is not particularly limited as long as it is an introduction method capable of introducing the plasmid DNA into the host cell and expressing the target gene in the host cell, and is appropriately selected depending on the species of the host cell. Any known method may be used. For example, the heat shock method, the electroporation method, the lithium acetate method, the calcium chloride method, the lipofection method and the like can be exemplified.

かくして得られた宿主細胞は、宿主細胞の種に適した条件で培養し、その際に、少なくともメタノールを存在させれば、本発明のSAMのリサイクル方法を実施することができる。具体的には、例えば、宿主細胞として大腸菌を用いる場合、公知の細胞培養用培地に、メタノール1mM〜10M、ATP 1〜100mM又はグルコース1mM〜1M、Tris-HCl 1〜100mM、MgSO4 0.1〜100mMを添加して培養すればよい。なお、SAMを物質のメチル化反応のメチル基供与体として利用する際には、宿主細胞そのもの、細胞抽出液、培養液又はその上清、あるいは、それらの混合物を、被メチル化対象物のメチル化反応系に混合して用いることができる。The host cells thus obtained are cultured under conditions suitable for the species of the host cells, and the SAM recycling method of the present invention can be carried out if at least methanol is present at that time. Specifically, for example, when Escherichia coli is used as a host cell, methanol 1 mM to 10 M, ATP 1 to 100 mM or glucose 1 mM to 1 M, Tris-HCl 1 to 100 mM, DDL 4 0.1 to 100 mM are used in a known cell culture medium. May be added and cultured. When SAM is used as a methyl group donor for the methylation reaction of a substance, the host cell itself, cell extract, culture solution or supernatant thereof, or a mixture thereof is used as the methyl of the object to be methylated. It can be mixed and used in a chemical reaction system.

よって、本発明はまた、前記本発明のリサイクル方法により再生されたSAMを、メチル基供与体として利用してメチル化反応を行うことを特徴とする、メチル化体の製造方法を提供する。被メチル化対象物としては、特に制限はなく、例えば、核酸やタンパク質、リン脂質、ホルモン、神経伝達物質、カテコール、フラボノイドやクマリンといったポリフェノール類、アルカロイド類などを挙げることができる。これらのメチル化反応は、公知技術に従って行うことができる。 Therefore, the present invention also provides a method for producing a methylated product, which comprises using the SAM regenerated by the recycling method of the present invention as a methyl group donor to carry out a methylation reaction. The object to be methylated is not particularly limited, and examples thereof include nucleic acids, proteins, phospholipids, hormones, neurotransmitters, catechols, polyphenols such as flavonoids and coumarins, and alkaloids. These methylation reactions can be carried out according to known techniques.

このように、メチラーゼ(メチルトランスフェラーゼ)とメタノールデヒドロゲナーゼまたはメタノールオキシダーゼなどのメタノールをホルムアルデヒドに酸化する酵素の両酵素が機能した系において、安価なメタノールをメチル基の供給源として利用することでSAMを繰り返し用いることが可能となり、多様な物質のメチル化を効率的に実施でき、産業上においても有用であるということは、本願発明者らが初めて見出したことである。このような技術は、医薬品製造、化学品製造、機能性化合物製造などの分野において好適に実施することができる。例えば、ポリフェノール類には人体にとって様々な有用な効果が知られているが、非メチル化体は生体に吸収されにくく、体外に排出されやすい性質を有する。一方、メチル化により生体への吸収が促進され、生体内での有効性が向上することが知られている。また、メチル化により新規の機能性が付与される例も多数見出されている。例えば、アンチエイジング効果を有するレスベラトロールは、メチル化により血糖値上昇抑制効果など新たな機能が見いだされている。本発明の応用により、多様なポリフェノール類のメチル化反応を効率良く実施することが可能となることから、生体内での吸収性・有効性や機能性が向上した医薬品や機能性食品の生産が可能となり、更なる市場拡大が期待できる。また、本技術は上述のような既存の物質をメチル化して高機能化を図る用途以外にも、既存のメチル化化合物を発酵生産するための技術としても利用可能である。例えば、バニラの香りの主要成分であるバニリンは香料や香水として利用され、数億ドルもの市場を有している。安定供給が可能な糖を原料とした発酵生産にはSAMを用いたメチル化反応を必要とし、本技術の適用により効率的な発酵生産が可能になる。また、医薬品として非常に重要なオピエート(麻薬性鎮痛薬)の発酵生産にも利用できると考えられる。モルヒネやコデインは、ケシの実から抽出により得られるオピオイドであるが、天然物を原料とするため、安定的な生産・流通が困難であることが問題視されている。一方、近年ではオピオイドを大腸菌(A Nakagawa et al., Nat Commun, 2016, 7, 10390参照)や酵母(S. Galanie et al., Science, 2015, 349, 1095-1100参照)を用いて発酵生産する試みがなされている。オピオイドの合成経路は、複数回SAMを利用したメチル化反応を必要とする。現状、発酵生産では数mg/L程度のオピオイドしか得られず、実用化に至ってはいない。本技術の適用によりオピオイドの発酵生産が実用化できれば、数百億ドルという巨大なオピオイド市場へ参入することが可能になるとともに、気候変動に左右されない安定的なオピオイドの供給が可能となる。一方で、このようなSAM依存性メチラーゼを用いた物質生産においては、極めて高価なSAMを直接添加するのは現実的ではない。また、既存技術のようなSAM前駆体であるメチオニンを添加する方法では、メチル化反応を促進することはできるものの、メチオニンからSAMへの変換に必要なATPが欠乏するため、その効果は限定的である。SAMと同様、ATPもまた高価であり、その添加はやはり現実的でない。従って、安価なメタノールの添加のみでSAMをリサイクルし、また更にはグルコースなどのエネルギー源を追加して添加することで、メチル化反応に利用できる本技術は、既存技術に対してコスト面での優勢を持つと言える。 In this way, in a system in which both methylase (methyltransferase) and an enzyme that oxidizes methanol to methanol, such as methanol dehydrogenase or methanol oxidase, function, SAM is repeated by using inexpensive methanol as a source of methyl groups. It was first discovered by the inventors of the present application that it can be used, methylation of various substances can be efficiently carried out, and it is also useful in industry. Such techniques can be suitably carried out in fields such as pharmaceutical production, chemical production, and functional compound production. For example, polyphenols are known to have various useful effects on the human body, but unmethylated substances have the property of being difficult to be absorbed by the living body and easily excreted from the body. On the other hand, it is known that methylation promotes absorption into a living body and improves its effectiveness in the living body. In addition, many cases have been found in which new functionality is imparted by methylation. For example, resveratrol, which has an anti-aging effect, has been found to have new functions such as an effect of suppressing an increase in blood glucose level by methylation. By applying the present invention, it becomes possible to efficiently carry out the methylation reaction of various polyphenols, so that it is possible to produce pharmaceuticals and functional foods having improved absorbability, efficacy and functionality in vivo. It will be possible and further market expansion can be expected. In addition to the above-mentioned applications for methylating existing substances to improve their functionality, this technology can also be used as a technology for fermenting and producing existing methylated compounds. For example, vanillin, the main component of vanilla scent, is used as a fragrance and perfume and has a market of hundreds of millions of dollars. Fermentation production using sugar as a raw material, which enables stable supply, requires a methylation reaction using SAM, and the application of this technology enables efficient fermentation production. It can also be used for fermentative production of opiates (narcotic analgesics), which are very important as pharmaceuticals. Morphine and codeine are opioids obtained by extraction from poppy seeds, but since they are made from natural products, stable production and distribution are regarded as a problem. On the other hand, in recent years, opioids have been fermented and produced using Escherichia coli (see A Nakagawa et al., Nat Commun, 2016, 7, 10390) and yeast (see S. Galanie et al., Science, 2015, 349, 1095-1100). Attempts have been made. The opioid synthesis pathway requires multiple SAM-based methylation reactions. At present, only a few mg / L of opioids can be obtained in fermentative production, and it has not been put into practical use. If fermented opioid production can be put to practical use by applying this technology, it will be possible to enter the huge opioid market of tens of billions of dollars and to supply stable opioids that are not affected by climate change. On the other hand, in the production of substances using such SAM-dependent methylase, it is not realistic to directly add extremely expensive SAM. In addition, the method of adding methionine, which is a SAM precursor, as in the existing technology, can promote the methylation reaction, but its effect is limited because the ATP required for the conversion of methionine to SAM is deficient. Is. Like SAM, ATP is also expensive and its addition is still impractical. Therefore, this technology, which can be used for the methylation reaction by recycling SAM only by adding inexpensive methanol and further adding an energy source such as glucose, is more cost effective than the existing technology. It can be said that it has an advantage.

以下、実施例によって本発明を詳述するが、これらの実施例は本発明の一例であり、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but these Examples are examples of the present invention, and the present invention is not limited thereto.

調製例1
(1) プラスミド構築
表1に本研究で用いたプライマー配列のリスト(全て、IDT社より入手)を示す。プラスミド構築用の大腸菌宿主にはZymo Research社製Escherichia coli TG1株を用いた。O-メチルトランスフェラーゼ(OMT)、メタノールデヒドロゲナーゼ(MDH)の共発現プラスミドの構築に先立ち、ラムダPRプロモーター、およびCI857リプレッサーを用いた熱誘導型の遺伝子発現を可能とするpRCI(Ninh PH, et al., Biotechnol Bioeng., 2015, 112, 189-196参照)にマルチクローニングサイトの導入を行った。pRCIを鋳型DNAとし、プライマーpRCI-MCS_FとpRCI-MCS_Rを用いてPCRを行い、SpeIで消化した後、セルフライゲーションさせることでpRCI-MCSを構築した。構築したpRCI-MCSのマルチクローニングサイトを利用し、OMTとMDH遺伝子の導入を行った。IDT社のgblocks人工遺伝子合成受託により大腸菌様にコドン最適化を行ったStreptomyces avermitilis MA-4680由来のOMT(SaOMT5)遺伝子(NCBI accession number NC_003155)(Yoon Y, et a., J Microbiol Biotechnol, 2010, 20, 1359-136参照)を、プライマーSaOMT5_FとSaOMT5_Rを用いてPCRにより増幅した。なお、SaOMT5遺伝子は、SAM依存性のOMTである。その後、SpeIおよびSacIで消化した後、pRCI-MCSの同サイトに挿入し、pRCI-SaOMT5を得た。また、同様にしてCupriavidus necator N-1由来のMDH(CnMDH2)(GenBank accession number CP002878)のA26V、A31V、A169Vの三重変異酵素遺伝子(Wu TY, et al., Appl Microbiol Biotechnol, 2016, 100, 4969-4983参照)をコドン最適化して、人工合成した。本酵素はNAD+依存性のアルコールデヒドロゲナーゼのメタノールの利用性を向上させた変異酵素である。同遺伝子をプライマーCnMDH2_FとCnMDH2_Rを用いてPCRにより増幅し、SacIおよびXhoIで消化した後、pRCI-SaOMT5の同サイトに挿入することで、pRCI-SaOMT5-CnMDH2を得た。
Preparation Example 1
(1) plasmid construction Table 1 shows a list of primer sequences used in this study (all obtained from IDT). Escherichia coli TG1 strain manufactured by Zymo Research was used as an Escherichia coli host for plasmid construction. Prior to constructing a co-expression plasmid for O-methyltransferase (OMT) and methanol dehydrogenase (MDH), pRCI (Ninh PH, et al) enables heat-induced gene expression using the Lambda PR promoter and CI857 repressor. , Biotechnol Bioeng., 2015, 112, 189-196)). Using pRCI as template DNA, PCR was performed using primers pRCI-MCS_F and pRCI-MCS_R, digested with SpeI, and then self-ligated to construct pRCI-MCS. Using the constructed pRCI-MCS multi-cloning site, OMT and MDH genes were introduced. OMT (SaOMT5) gene (NCBI accession number NC_003155) (Yoon Y, et a., J Microbiol Biotechnol, 2010,) derived from Streptomyces avermitilis MA-4680, which was codon-optimized for Escherichia coli by IDT's gblocks artificial gene synthesis contract. 20, 1359-136) was amplified by PCR using primers SaOMT5_F and SaOMT5_R. The SaOMT5 gene is a SAM-dependent OMT. Then, after digestion with SpeI and SacI, it was inserted into the same site of pRCI-MCS to obtain pRCI-SaOMT5. Similarly, the triple mutant enzyme genes of A26V, A31V, and A169V of MDH (CnMDH2) (GenBank accession number CP002878) derived from Cupriavidus necator N-1 (Wu TY, et al., Appl Microbiol Biotechnol, 2016, 100, 4969) -4983) was codon-optimized and artificially synthesized. This enzyme is a mutant enzyme that improves the availability of methanol for NAD + -dependent alcohol dehydrogenase. The gene was amplified by PCR using primers CnMDH2_F and CnMDH2_R, digested with SacI and XhoI, and then inserted into the same site of pRCI-SaOMT5 to obtain pRCI-SaOMT5-CnMDH2.

(2) 酵素の発現誘導
構築した種々のプラスミドをE. coli BW25113株(国立遺伝学研究所より提供)に導入した。得られた組換え大腸菌を100μg/mLのアンピシリンを含むLuria-Bertani培地を用い、30℃で好気的に培養した後、M9最小培地に10%(v/v)添加した。非誘導条件である30℃で好気的に2h培養した後、42℃にシフトさせることでSaOMT5、CnMDH2の発現誘導を行った。42℃で4h培養後、遠心分離にて菌体を回収し、50mM Tris-HCl緩衝液(pH 8.0)で2回洗浄した後、酵素活性測定やメチル化反応実験に用いた。
(2) Induction of enzyme expression The various plasmids constructed were introduced into the E. coli BW25113 strain (provided by the National Institute of Genetics). The obtained recombinant Escherichia coli was aerobically cultured at 30 ° C. using Luria-Bertani medium containing 100 μg / mL ampicillin, and then 10% (v / v) was added to the M9 minimum medium. After aerobically culturing at 30 ° C., which is a non-inducible condition, for 2 hours, the expression of SaOMT5 and CnMDH2 was induced by shifting to 42 ° C. After culturing at 42 ° C. for 4 hours, the cells were collected by centrifugation, washed twice with 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), and then used for enzyme activity measurement and methylation reaction experiment.

(3) 外来酵素の活性測定
調製した大腸菌菌体を用いてOMTおよびMDHのin vivoでの活性を測定した。SaOMT5の活性測定は、0.2mM エスクレチンまたはプロトカテク酸、1mM SAM、50mM Tris-HCl緩衝液(pH 8.0)、10mM MgSO4と適当量の大腸菌菌体からなる反応液中で実施し、生成するエスクレチンやプロトカテク酸のメチル化体をHPLCにて定量した。分離用のカラムにはナカライテスク社製5C18AR-IIカラム(4.6 ID×250 mm)を、溶出液には5%(v/v)のギ酸を含む20%(v/v)アセトニトリル溶液を用いた。流速は1mL/minに、カラム温度は40℃に保ち、溶出液は254nmでモニターした。CnMDH2の活性測定は、1M メタノール、1mM NAD+、50mM Tris-HCl緩衝液(pH 8.0)、10mM MgSO4と適当量の大腸菌菌体からなる反応液中で実施し、NADHの生成に伴う340nmにおける吸光度の上昇をモニターした。反応速度の算定には同波長におけるNADHのモル吸光度係数6.2mM-1 cm-1を使用した。反応は37℃で行い、各酵素の活性は、本測定条件下で1分間に1μmolの生成物の生成を触媒する量を1ユニット(U)と定義した。
(3) Measurement of activity of foreign enzyme The in vivo activity of OMT and MDH was measured using the prepared Escherichia coli cells. The activity of SaOMT5 is measured in a reaction solution consisting of 0.2 mM escretin or protocatechuic acid, 1 mM SAM, 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 10 mM DDL 4 and an appropriate amount of Escherichia coli cells. The methylated form of protocatechuic acid was quantified by HPLC. The separation column is a Nacalai Tesque 5C 18 AR-II column (4.6 ID x 250 mm), and the eluate is a 20% (v / v) acetonitrile solution containing 5% (v / v) formic acid. Using. The flow rate was maintained at 1 mL / min, the column temperature was maintained at 40 ° C., and the eluate was monitored at 254 nm. The activity of CnMDH2 was measured in a reaction solution consisting of 1M methanol, 1mM NAD + , 50mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 10mM DDL 4 and an appropriate amount of E. coli cells, and at 340 nm associated with the formation of NADH. The increase in absorbance was monitored. The molar extinction coefficient of NADH at the same wavelength of 6.2 mM -1 cm -1 was used to calculate the reaction rate. The reaction was carried out at 37 ° C., and the activity of each enzyme was defined as 1 unit (U) in an amount that catalyzes the production of 1 μmol of product per minute under the present measurement conditions.

(4) 内在性酵素の活性確認
調製した大腸菌菌体を用いて大腸菌内在性の酵素である、メチオニン合成酵素、5-メチルTHFホモシステイントランスメチラーゼ、メチレンTHFレダクターゼ、SAHヌクレオシダーゼ、S-リボシルホモシステインリアーゼの活性確認、およびホルムアルデヒドとTHFの自発的な縮合反応の進行の有無の確認を行った。基本組成として、0.2mM エスクレチン、50mM Tris-HCl緩衝液(pH 8.0)、1mM ATP、10mM MgSO4と適当量の大腸菌菌体からなる反応液を用いて、メチオニン合成酵素の活性確認には1mM メチオニンを添加、5-メチルTHFホモシステイントランスメチラーゼとメチレンTHFレダクターゼの活性確認には1mM 5,10-メチレンTHF、1mM ホモシステイン、1mM NADHを添加、ホルムアルデヒドとTHFの自発的な縮合反応の確認には1mM ホルムアルデヒド、1mM THF、1mM ホモシステイン、1mM NADHを添加、SAHヌクレオシダーゼとS-リボシルホモシステインリアーゼの活性確認には1mM ホルムアルデヒド、1mM THF、1mM SAH、1mM NADHを添加し、それぞれ生成するエスクレチンのメチル化体を前項(3)に記載の方法に従って、HPLCにて定量した。
(4) Confirmation of endogenous enzyme activity Using the prepared Escherichia coli cells, methionine synthase, 5-methylTHF homocysteine transmethylase, methylene THF reductase, SAH nucleosidase, S-ribosylhomo, which are Escherichia coli endogenous enzymes. The activity of cysteine nucleosidase was confirmed, and the presence or absence of spontaneous condensation reaction between formaldehyde and THF was confirmed. As a basic composition, use a reaction solution consisting of 0.2 mM escretin, 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 1 mM ATP, 10 mM DDL 4 and an appropriate amount of Escherichia coli cells, and use 1 mM methionine to confirm the activity of methionine synthase. To confirm the activity of 5-methylTHF homocysteine transmethylase and methylene THF reductase, add 1 mM 5,10-methyleneTHF, 1 mM homocysteine, 1 mM NADH, to confirm the spontaneous condensation reaction of formaldehyde and THF. Add 1 mM formaldehyde, 1 mM THF, 1 mM homocysteine, 1 mM NADH, and add 1 mM formaldehyde, 1 mM THF, 1 mM SAH, 1 mM NADH to confirm the activity of SAH nucleosidase and S-ribosyl homocysteine lyase. The methylated product was quantified by HPLC according to the method described in the previous section (3).

(5) SAMリサイクル経路を利用したメチル化反応
調製した大腸菌菌体を用いてエスクレチンのメチル化反応を行った。メチル化反応は、基質である1mM エスクレチン、メチル基供給源である1M メタノール、50mM Tris-HCl緩衝液(pH 8.0)、1mM ATP、10mM MgSO4、20mg-wet cell/mLの大腸菌菌体からなる反応液中で実施した。反応は37℃で18時間行い、生成したスコポレチンとイソスコポレチンを前述の(3)に記載の方法に従ってHPLCにより定量した。また、本メチル化反応では大腸菌の生菌体を利用するため、ATPを外部より添加せずとも、解糖系酵素やアデノシンサルベージ合成系のような内在性の酵素群の働きによってATPを自立的に生産できる可能性がある。そこで、ATPの代わりに10mMのグルコースを添加した実験も行った。
(5) Methylation reaction using the SAM recycling route An esculetin methylation reaction was carried out using the prepared Escherichia coli cells. The methylation reaction consists of 1 mM escretin as a substrate, 1 M methanol as a source of methyl groups, 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 1 mM ATP, 10 mM DDL 4 , and 20 mg-wet cell / mL E. coli cells. It was carried out in the reaction solution. The reaction was carried out at 37 ° C. for 18 hours, and the produced scopoletin and isoscopoletin were quantified by HPLC according to the method described in (3) above. In addition, since this methylation reaction utilizes viable cells of Escherichia coli, ATP is self-sustaining by the action of endogenous enzymes such as glycolytic enzymes and adenosine salvage synthesis system without adding ATP from the outside. There is a possibility that it can be produced in. Therefore, we also conducted an experiment in which 10 mM glucose was added instead of ATP.

実施例1 外来酵素の活性評価
pRCI-SaOMT5-CnMDH2または空ベクターであるpRCIを導入したE. coli BW25113を用いて(以後pRCI-SaOMT5-CnMDH2/BW25113、pRCI/BW25113と記載する)、OMTおよびMDHの活性測定を行った。SAMリサイクル経路を利用したメチル化反応を最終的に生菌体を用いて行う場合を想定して、酵素活性は菌体あたりの活性として評価を行った。なお、OMTによるメチル化反応でエスクレチンからは、6位の水酸基のメチル化体であるスコポレチン、7位の水酸基のメチル化体であるイソスコポレチンが、プロトカテク酸からはバニリン酸とイソバニリン酸を生成しうる(下記に示す)。
Example 1 Evaluation of activity of foreign enzyme
The activities of OMT and MDH were measured using pRCI-SaOMT5-CnMDH2 or E. coli BW25113 introduced with the empty vector pRCI (hereinafter referred to as pRCI-SaOMT5-CnMDH2 / BW25113 and pRCI / BW25113). The enzyme activity was evaluated as the activity per cell, assuming that the methylation reaction using the SAM recycling route was finally carried out using live cells. In the methylation reaction by OMT, scopoletin, which is a methylated form of the hydroxyl group at the 6-position, and isoscopoletin, which is a methylated form of the hydroxyl group at the 7-position, are produced from escretin, and vanillic acid and isovanillic acid are produced from protocatechuic acid. Uru (shown below).

pRCI-SaOMT5-CnMDH2/BW25113を用いて、エスクレチンを基質、SAMを補基質としてメチル化反応を行った結果、エスクレチンの6位の水酸基のメチル化体であるスコポレチン、7位の水酸基のメチル化体であるイソスコポレチンの生成がHPLCで確認され、OMTの活性値は5.9mU/mg-wet cellとなった(図4)。一方、ネガティブコントロールであるpRCI/BW25113ではスコポレチン、イソスコポレチンの生成は認められなかった。また基質として、プロトカテク酸を用いた場合、pRCI-SaOMT5-CnMDH2/BW25113においてバニリン酸やイソバニリン酸の生産が確認された。 As a result of performing a methylation reaction using pRCI-SaOMT5-CnMDH2 / BW25113 using esculetin as a substrate and SAM as a co-substrate, scopoletin, which is a methylated form of the hydroxyl group at the 6-position of esculetin, and a methylated form of the hydroxyl group at the 7-position. The production of isoscopoletin was confirmed by HPLC, and the activity value of OMT was 5.9 mU / mg-wet cell (Fig. 4). On the other hand, the negative control pRCI / BW25113 did not produce scopoletin or isoscopoletin. When protocatechuic acid was used as the substrate, the production of vanillic acid and isovanillic acid was confirmed in pRCI-SaOMT5-CnMDH2 / BW25113.

続いてメタノールを基質、NAD+を補基質として、MDH活性の測定を行った。pRCI-SaOMT5-CnMDH2/BW25113ではメタノールの酸化に伴うNADHの上昇が見られ、MDHの活性値は4.7mU/mg-wet cellとなった(図4)。一方、pRCI/BW25113ではNADHの生成はほとんど起こらず、MDHの活性値は0.08mU/mg-wet cellとなった。以上の結果より、SaOMT5およびCnMDH2の機能的な発現に成功したと言える。Subsequently, MDH activity was measured using methanol as a substrate and NAD + as a co-substrate. In pRCI-SaOMT5-CnMDH2 / BW25113, an increase in NADH was observed with the oxidation of methanol, and the MDH activity value was 4.7 mU / mg-wet cell (Fig. 4). On the other hand, in pRCI / BW25113, NADH production hardly occurred, and the MDH activity value was 0.08 mU / mg-wet cell. From the above results, it can be said that the functional expression of SaOMT5 and CnMDH2 was successful.

実施例2 内在性酵素の活性確認
pRCI-SaOMT5-CnMDH2/BW25113を用いて、大腸菌内在性酵素の活性確認、およびホルムアルデヒドとTHFの自発的な縮合反応の確認を行った。結果を図5に示す。メチオニンを出発物質とした場合にもスコポレチンとイソスコポレチンの生成が見られたことから、メチオニン合成酵素が活性を有することが確認できた。また、5,10-メチレンTHFとホモシステイン、NADHを出発物質とした場合にも、メチル化体の生産が確認できたことから、5-メチルTHFホモシステイントランスメチラーゼとメチレンTHFレダクターゼが活性を有することが確認できた。更に、ホルムアルデヒド、THF、ホモシステイン、NADHを出発物質としてメチル化体の生産が確認できたことから、ホルムアルデヒドとTHFの自発的な縮合反応が進行していることが確認できた。SAHヌクレオシダーゼ、S-リボシルホモシステインリアーゼについても、ホルムアルデヒド、THF、SAH、NADHを出発物質としてメチル化体の生産が確認でき、活性を確認することができた。
Example 2 Confirmation of endogenous enzyme activity
Using pRCI-SaOMT5-CnMDH2 / BW25113, the activity of Escherichia coli endogenous enzyme and the spontaneous condensation reaction of formaldehyde and THF were confirmed. The results are shown in FIG. The production of scopoletin and isoscopoletin was also observed when methionine was used as a starting material, confirming that methionine synthase has activity. In addition, 5-methylTHF homocysteine transmethylase and methylene THF reductase are active because the production of methylated substances was confirmed even when 5,10-methyleneTHF, homocysteine, and NADH were used as starting substances. I was able to confirm that. Furthermore, since the production of methylated products was confirmed using formaldehyde, THF, homocysteine, and NADH as starting materials, it was confirmed that the spontaneous condensation reaction between formaldehyde and THF was proceeding. Regarding SAH nucleosidase and S-ribosyl homocysteine lyase, the production of methylated compounds was confirmed using formaldehyde, THF, SAH, and NADH as starting materials, and the activity was confirmed.

実施例3 SAMリサイクル経路を利用したメチル化反応
続いてメタノールをメチル基供与体とし、SAMのリサイクルを伴った、エスクレチンのメチル化反応を行った。結果を図6に示す。pRCI/BW25113はOMT活性を有さないため、スコポレチン、イソスコポレチンの生成は一切認められなかった。OMTのみを発現するpRCI-SaOMT5/BW25113では、18時間で0.055mMのメチル化化合物の生成が認められた。この結果より、SaOMT5が細胞内に微量に存在するSAMを利用することで、エスクレチンのメチル化反応を行っていることが示唆された。一方、pRCI-SaOMT5-CnMDH2/BW25113では、18時間で0.17mMのメチル化化合物の生成が見られ、SaOMT5の単独発現株よりも多量のメチル化化合物を生産することができた。この結果より、SaOMT5とCnMDH2の共発現により、メタノールをメチル基供給源としたSAMリサイクル経路が機能していることが示された。
Example 3 Methylation reaction using the SAM recycling route Subsequently, a methylation reaction of esculetin accompanied by recycling of SAM was carried out using methanol as a methyl group donor. The results are shown in FIG. Since pRCI / BW25113 does not have OMT activity, no production of scopoletin or isoscopoletin was observed. In pRCI-SaOMT5 / BW25113, which expresses only OMT, the production of 0.055 mM methylated compound was observed in 18 hours. From this result, it was suggested that the methylation reaction of esculetin was carried out by using SAM in which SaOMT5 is present in a trace amount in the cell. On the other hand, in pRCI-SaOMT5-CnMDH2 / BW25113, production of 0.17 mM methylated compound was observed in 18 hours, and a larger amount of methylated compound could be produced than the single expression strain of SaOMT5. From this result, it was shown that the co-expression of SaOMT5 and CnMDH2 functions the SAM recycling pathway using methanol as a methyl group source.

続いてATPの代わりにグルコースを添加することでも、SAMのリサイクルを伴った、エスクレチンのメチル化反応が可能であるかの検討を行った。図7に示すようにATPを添加した際よりもスコポレチン、イソスコポレチンの生成量は下がるものの、グルコースを用いた場合でも反応が進行することが確認できた。スコポレチン、イソスコポレチンの生成量は18時間で0.085mMとなった。 Subsequently, it was examined whether esculetin methylation reaction accompanied by SAM recycling is possible by adding glucose instead of ATP. As shown in FIG. 7, although the amount of scopoletin and isoscopoletin produced was lower than that when ATP was added, it was confirmed that the reaction proceeded even when glucose was used. The amount of scopoletin and isoscopoletin produced was 0.085 mM in 18 hours.

調製例2
上記の温度誘導型の発現システム以外に、大腸菌で汎用されるIPTG誘導型の発現システムでもSAMリサイクル経路を利用したメチル化反応の強化が可能かを確認するため、E. coli BL21(DE3)株を用いたエスクレチンのメチル化反応を実施した。
Preparation Example 2
In addition to the temperature-induced expression system described above, the E. coli BL21 (DE3) strain was used to confirm whether the IPTG-induced expression system commonly used in Escherichia coli can enhance the methylation reaction using the SAM recycling pathway. Escherichia coli methylation reaction was carried out using.

(1) プラスミド構築
表2に用いたプライマー配列のリスト(全て、IDT社より入手)を示す。調製例1で用いたSaOMT5遺伝子をプライマーSaOMT5_F2とSaOMT5_R2を用いてPCRにより増幅した。その後、NcoIおよびHindIIIで消化した後、pETDuet1(Novagen)の同サイトに挿入し、pETDuet-SaOMT5を得た。次に、調製例1で用いたCnMDH2のA26V、A31V、A169Vの三重変異酵素遺伝子をプライマーCnMDH2_F2とCnMDH2_R2を用いてPCRにより増幅した。その後、NdeIおよびXhoIで消化した後、pETDuet-SaOMT5の同サイトに挿入し、pETDuet-SaOMT5-CnMDH2を得た。
(1) plasmid construction A list of primer sequences used in Table 2 (all obtained from IDT) is shown. The SaOMT5 gene used in Preparation Example 1 was amplified by PCR using primers SaOMT5_F2 and SaOMT5_R2. Then, after digestion with NcoI and HindIII, it was inserted into the same site of pETDuet1 (Novagen) to obtain pETDuet-SaOMT5. Next, the triple mutant enzyme genes of A26V, A31V, and A169V of CnMDH2 used in Preparation Example 1 were amplified by PCR using primers CnMDH2_F2 and CnMDH2_R2. Then, after digestion with NdeI and XhoI, it was inserted into the same site of pETDuet-SaOMT5 to obtain pETDuet-SaOMT5-CnMDH2.

(2) 酵素の発現誘導
構築した種々のプラスミドをE. coli BL21(DE3)株(Merck Millipore)に導入した。得られた組換え大腸菌を100μg/mLのアンピシリンを含むLuria-Bertani培地を用い、37℃で好気的に培養した後、M9最小培地に5%(v/v)添加した。好気的に2h培養した後、終濃度0.2mMとなるようにIPTGを添加することでSaOMT5、CnMDH2の発現誘導を行った。3h培養後、遠心分離にて菌体を回収し、50mM Tris-HCl緩衝液(pH 8.0)で2回洗浄した後、メチル化反応実験に用いた。
(2) Induction of enzyme expression The various plasmids constructed were introduced into the E. coli BL21 (DE3) strain (Merck Millipore). The obtained recombinant Escherichia coli was aerobically cultured at 37 ° C. using Luria-Bertani medium containing 100 μg / mL ampicillin, and then 5% (v / v) was added to the M9 minimum medium. After culturing aerobically for 2 hours, the expression of SaOMT5 and CnMDH2 was induced by adding IPTG so that the final concentration was 0.2 mM. After culturing for 3 hours, the cells were collected by centrifugation, washed twice with 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), and then used for a methylation reaction experiment.

(3) SAMリサイクル経路を利用したメチル化反応
調製した大腸菌菌体を用いてエスクレチンのメチル化反応を行った。メチル化反応は、基質である0.5mM エスクレチン、50mM Tris-HCl緩衝液(pH 8.0)、1mM ATP、10mM MgSO4、10mg-wet cell/mLの大腸菌菌体からなる反応液中で実施した。メチル基供給源であるメタノールについては、濃度を0〜200mMの間で様々に変化させ、反応を行った。反応は37℃で24時間行い、生成したスコポレチンとイソスコポレチンを調製例1に記載の方法に従ってHPLCにより定量した。
(3) Methylation reaction using the SAM recycling route An esculetin methylation reaction was carried out using the prepared Escherichia coli cells. The methylation reaction was carried out in a reaction solution consisting of 0.5 mM esculetin as a substrate, 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 1 mM ATP, 10 mM DDL 4 , and 10 mg-wet cell / mL E. coli cells. For methanol, which is a source of methyl groups, the reaction was carried out by varying the concentration between 0 and 200 mM. The reaction was carried out at 37 ° C. for 24 hours, and the produced scopoletin and isoscopoletin were quantified by HPLC according to the method described in Preparation Example 1.

実施例4 SAMリサイクル経路を利用したメチル化反応
メタノールをメチル基供与体とし、SAMのリサイクルを伴った、エスクレチンのメチル化反応を行った。結果を図8に示す。pETDuet/BL21(DE3)はOMT活性を有さないため、スコポレチン、イソスコポレチンの生成は一切認められなかった。OMTのみを発現するpETDuet-SaOMT5/BL21(DE3)では、メタノール100mMの条件において、24時間で0.084mMのメチル化化合物の生成が認められたが、メタノール濃度の変化による生産物濃度の違いは見られなかった。一方、pETDuet-SaOMT5-CnMDH2/BL21(DE3)では、メタノール濃度100mMまではメタノール濃度の増加に伴い、メチル化化合物の生産量が増加し、メタノール依存的なSAMリサイクル系が機能していることが示された。メタノール100mMの条件において、24時間で0.22mMのメチル化化合物の生成が見られ、SaOMT5の単独発現株よりも多量のメチル化化合物を生産することができた。この結果より、IPTGを用いた誘導発現系においても、SaOMT5とCnMDH2の共発現により、メタノールをメチル基供給源としたSAMリサイクル経路が機能することが示された。
Example 4 Methylation reaction using the SAM recycling route Using methanol as a methyl group donor, an esculetin methylation reaction accompanied by SAM recycling was carried out. The results are shown in FIG. Since pETDuet / BL21 (DE3) does not have OMT activity, no production of scopoletin or isoscopoletin was observed. In pETDuet-SaOMT5 / BL21 (DE3), which expresses only OMT, the formation of 0.084 mM methylated compound was observed in 24 hours under the condition of 100 mM methanol, but the difference in product concentration due to the change in methanol concentration was observed. I couldn't. On the other hand, in pETDuet-SaOMT5-CnMDH2 / BL21 (DE3), the production of methylated compounds increased as the methanol concentration increased up to a methanol concentration of 100 mM, and the methanol-dependent SAM recycling system was functioning. Shown. Under the condition of 100 mM methanol, 0.22 mM methylated compound was produced in 24 hours, and a larger amount of methylated compound could be produced than the single expression strain of SaOMT5. From this result, it was shown that the SAM recycling pathway using methanol as a methyl group source functions by co-expression of SaOMT5 and CnMDH2 even in the induced expression system using IPTG.

調製例3
上述の通り、SaOMT5とCnMDH2の共発現により、メタノールをメチル基供給源としたSAMリサイクル経路を駆動させ、メチル化反応を効率的に行うことができることが判明した。よって、宿主株のSAM合成経路の強化により、更にその効率の向上が期待できる。図9は例示として、大腸菌におけるメチオニンおよびSAMの合成経路を示す。SAMはアスパラギン酸とセリンを出発物質として生産されるが、経路中の多くの酵素遺伝子がマスターレギュレーターであるMetJタンパク質により発現抑制を受ける。従って、metJ遺伝子の破壊により細胞内のSAM合成系遺伝子の発現抑制が解除され、SAM合成量が増加すると考えられる。その結果として、リサイクルおよびメチル化反応に供されるSAM量が増加すると期待できるため、metJ遺伝子の破壊を行うこととした。また、メタノールデヒドロゲナーゼによってメタノールより変換されるホルムアルデヒドは、細胞にとって毒性を有するため、微生物は元来その分解経路を有している。従って、ホルムアルデヒドの分解を抑制することで、図2に示すSAMのリサイクルに利用されるホルムアルデヒド量が増加するものと期待される。そこで、ホルムアルデヒド分解経路の酵素の一つであるS-ヒドロキシメチルグルタチオンデヒドロゲナーゼをコードするfrmA遺伝子の破壊の効果も併せて検証することとした。
Preparation Example 3
As described above, it was found that the co-expression of SaOMT5 and CnMDH2 can drive the SAM recycling pathway using methanol as a methyl group source, and the methylation reaction can be carried out efficiently. Therefore, by strengthening the SAM synthesis pathway of the host strain, further improvement in its efficiency can be expected. FIG. 9 shows, by way of example, the synthetic pathway of methionine and SAM in E. coli. SAM is produced using aspartic acid and serine as starting substances, but many enzyme genes in the pathway are suppressed by the MetJ protein, which is a master regulator. Therefore, it is considered that the disruption of the metaJ gene releases the suppression of intracellular SAM synthesis gene expression and increases the amount of SAM synthesis. As a result, it is expected that the amount of SAM used for recycling and methylation reactions will increase, so we decided to disrupt the metJ gene. In addition, since formaldehyde converted from methanol by methanol dehydrogenase is toxic to cells, microorganisms originally have a decomposition route thereof. Therefore, by suppressing the decomposition of formaldehyde, it is expected that the amount of formaldehyde used for recycling SAM shown in FIG. 2 will increase. Therefore, we decided to verify the effect of disrupting the frmA gene, which encodes S-hydroxymethylglutathione dehydrogenase, which is one of the enzymes of the formaldehyde decomposition pathway.

(1) metJおよびfrmA遺伝子破壊のためのプラスミド構築
metJおよびfrmA遺伝子の破壊にはCRISPR-Cas9システムを用いた(Jiang Y, et al., Appl. Environ. Microbiol., 2015, 81, 2506-2514参照)。Cas9ヌクレアーゼおよびλ組換え酵素を発現するプラスミドpCasと、single-guide RNA(sgRNA)の発現および相同組換えの鋳型配列挿入のためのプラスミドpTargetFはaddgeneより購入した(Plasmid#62225とPlasmid#62226)。表3に用いたプライマー配列のリスト(全て、IDT社より入手)を示す。pTargetFを鋳型DNAとして、プライマーsgRNA(metJ)_FとpTargetF_Rを用いてPCRを行い、SpeIで消化した後、セルフライゲーションすることでpTargetFにmetJ遺伝子破壊のためのsgRNAが挿入されたプラスミド、pTargetF-metJ(sgRNA)を構築した。次に大腸菌BL21(DE3)株のゲノムよりmetJ遺伝子の上流448bpをプライマーmetJ up_FとmetJ up_Rを、下流549bpをプライマーmetJ down_FとmetJ down_Rを用いて増幅した。その後、プライマーmetJ up_FとmetJ down_Rを用いたオーバーラップPCRにより、metJ遺伝子の上流領域と下流領域が連結した断片を調製し、HindIIIとXhoIで消化した後、pTargetF-metJ(sgRNA)の同サイトに挿入し、pTargetF-ΔmetJを得た。同様にしてプライマーsgRNA(frmA)_FとpTargetF_Rを用いることでpTargetF-metJ(sgRNA)を、プライマーfrmA up_FとfrmA up_R、frmA down_FとfrmA down_Rを用いることでpTargetF-ΔfrmAを得た。
(1) Constructing a plasmid for disrupting the metJ and frmA genes
The CRISPR-Cas9 system was used to disrupt the metJ and frmA genes (see Jiang Y, et al., Appl. Environ. Microbiol., 2015, 81, 2506-2514). The plasmid pCas expressing Cas9 nuclease and λ recombinant enzyme and the plasmid pTargetF for expressing single-guide RNA (sgRNA) and inserting the template sequence for homologous recombination were purchased from addgene (Plasmid # 62225 and Plasmad # 62226). .. Table 3 shows a list of primer sequences used (all obtained from IDT). Using pTargetF as template DNA, PCR was performed using primers sgRNA (metJ) _F and pTargetF_R, digested with SpeI, and then self-ligated to insert sgRNA for metaJ gene disruption into pTargetF, pTargetF-metJ. (sgRNA) was constructed. Next, from the genome of the Escherichia coli BL21 (DE3) strain, the upstream 448 bp of the metJ gene was amplified using the primers metJ up_F and metJ up_R, and the downstream 549 bp was amplified using the primers metJ down_F and metJ down_R. Then, by overlapping PCR using primers metJ up_F and metJ down_R, a fragment in which the upstream and downstream regions of the metJ gene were linked was prepared, digested with HindIII and XhoI, and then transferred to the same site of pTargetF-metJ (sgRNA). It was inserted to obtain pTargetF-ΔmetJ. Similarly, pTargetF-metJ (sgRNA) was obtained by using primers sgRNA (frmA) _F and pTargetF_R, and pTargetF-ΔfrmA was obtained by using primers frmA up_F and frmA up_R, and frmA down_F and frmA down_R.

(2) metJおよびfrmA遺伝子の破壊
まず、Cas9ヌクレアーゼおよびλ組換え酵素を発現するpCasをE. coli BL21(DE3)株に導入した。得られた組換え大腸菌をアラビノース添加培地にて培養し、λ組換え酵素の発現誘導を行った状態で、pTargetF-ΔmetJまたはpTargetF-ΔfrmAを導入した。本工程により、metJまたはfrmA遺伝子が欠損した株だけがコロニーを形成することができる。得られた遺伝子破壊株を、IPTGを添加した培地で培養することでpCas上にコードされたTargetF上の配列を認識するsgRNAの発現誘導を行い、pTargetFを脱落させた。続いて、pCasの温度感受性を利用し、pCasが複製できない37℃で大腸菌を培養することで、pCasを脱落させた。同様の手法によりE. coli BL21(DE3)株のmetJ frmAの二重破壊株の構築も行った。その後、E. coli BL21(DE3)株、およびそのΔmetJ株、ΔfrmA株、ΔmetJ ΔfrmA株に、調製例2で調製したpETDuet-SaOMT5-CnMDH2を導入し、100μg/mLのアンピシリンを含むLuria-Bertani培地を用い、37℃で好気的に培養した後、M9最小培地に5%(v/v)添加した。好気的に2h培養した後、終濃度0.2mMとなるようにIPTGを添加することでSaOMT5、CnMDH2の発現誘導を行った。3h培養後、遠心分離にて菌体を回収し、50mM Tris-HCl緩衝液(pH 8.0)で2回洗浄した後、メチル化反応実験に用いた。
(2) Disruption of metJ and frmA genes First, pCas expressing Cas9 nuclease and λ recombinant enzyme was introduced into the E. coli BL21 (DE3) strain. The obtained recombinant Escherichia coli was cultured in an arabinose-added medium, and pTargetF-ΔmetJ or pTargetF-ΔfrmA was introduced in a state where the expression of λ-recombinant enzyme was induced. By this step, only strains lacking the metJ or frmA gene can form colonies. The obtained gene-disrupted strain was cultured in a medium supplemented with IPTG to induce the expression of sgRNA that recognizes the sequence on TargetF encoded on pCas, and pTargetF was shed. Subsequently, using the temperature sensitivity of pCas, Escherichia coli was cultured at 37 ° C. at which pCas could not be replicated, thereby causing pCas to be shed. A double-disrupted strain of metaJ frmA of E. coli BL21 (DE3) strain was also constructed by the same method. Then, pETDuet-SaOMT5-CnMDH2 prepared in Preparation Example 2 was introduced into the E. coli BL21 (DE3) strain and its ΔmetJ strain, ΔfrmA strain, and ΔmetJ ΔfrmA strain, and Luria-Bertani medium containing 100 μg / mL ampicillin was introduced. After aerobically culturing at 37 ° C., 5% (v / v) was added to the M9 minimum medium. After culturing aerobically for 2 hours, the expression of SaOMT5 and CnMDH2 was induced by adding IPTG so that the final concentration was 0.2 mM. After culturing for 3 hours, the cells were collected by centrifugation, washed twice with 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), and then used for a methylation reaction experiment.

(3) SAMリサイクル経路を利用したメチル化反応
調製した大腸菌菌体を用いてエスクレチンのメチル化反応を行った。メチル化反応は、基質である0.5mM エスクレチン、メチル基供給源である100mM メタノール、50mM Tris-HCl緩衝液(pH 8.0)、1mM ATP、10mM MgSO4、10mg-wet cell/mLの大腸菌菌体からなる反応液中で実施した。反応は37℃で18時間行い、生成したスコポレチンとイソスコポレチンを調製例1に記載の方法に従ってHPLCにより定量した。
(3) Methylation reaction using the SAM recycling route An esculetin methylation reaction was carried out using the prepared Escherichia coli cells. Methylation reaction is performed from 0.5 mM escretin as a substrate, 100 mM methanol as a methyl group source, 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 1 mM ATP, 10 mM DDL 4 , and 10 mg-wet cell / mL of Escherichia coli cells. It was carried out in the reaction solution. The reaction was carried out at 37 ° C. for 18 hours, and the produced scopoletin and isoscopoletin were quantified by HPLC according to the method described in Preparation Example 1.

実施例5 種々の遺伝子破壊株を用いたメチル化反応
宿主株の遺伝子破壊がエスクレチンのメチル化反応に及ぼす影響を検討した。結果を図10に示す。pETDuet-SaOMT5-CnMDH2/BL21(DE3)が18時間で0.21mMのメチル化化合物を生成したのに対し、pETDuet-SaOMT5-CnMDH2/ΔmetJは18時間で0.26mMと生成物量の増加が認められた。このことより、metJ遺伝子の破壊によりメチオニン(SAM)合成経路の遺伝子発現抑制が解除され、細胞内のSAMのプール量が向上することで、メチル化反応の効率が向上していることが示唆された。一方、pETDuet-SaOMT5-CnMDH2/ΔfrmAでは18時間で0.19mMと生成物量が減少した。これは、frmAの破壊によりホルムアルデヒドの分解が抑制されるが、SAMの再生速度が十分でないため、細胞にとって有毒なホルムアルデヒドが蓄積したためと考えられる。そこで、SAMの再生速度が向上したΔmetJにおいてfrmAを破壊することで、frmA破壊の効果が十分に得られると考えた。その結果、pETDuet-SaOMT5-CnMDH2/ΔmetJ ΔfrmAでは18時間で0.30mMと最も多量のメチル化物を生成した。以上の結果より、メチオニン(SAM)合成経路の強化やホルムアルデヒド分解経路の遮断により、メタノールをメチル基供給源としたSAMリサイクル経路がより効率的に機能することが示された。
Example 5 Methylation reaction using various gene-disrupted strains The effect of gene disruption on the host strain on the methylation reaction of esculetin was examined. The results are shown in FIG. While pETDuet-SaOMT5-CnMDH2 / BL21 (DE3) produced 0.21 mM methylated compound in 18 hours, pETDuet-SaOMT5-CnMDH2 / ΔmetJ showed an increase in product volume of 0.26 mM in 18 hours. This suggests that disruption of the metJ gene releases the suppression of gene expression in the methionine (SAM) synthetic pathway and increases the amount of intracellular SAM pooled, thereby improving the efficiency of the methylation reaction. It was. On the other hand, with pETDuet-SaOMT5-CnMDH2 / ΔfrmA, the amount of product decreased to 0.19 mM in 18 hours. It is considered that this is because the decomposition of formaldehyde is suppressed by the destruction of frmA, but the regeneration rate of SAM is not sufficient, and formaldehyde, which is toxic to cells, is accumulated. Therefore, it was considered that the effect of frmA destruction could be sufficiently obtained by destroying frmA in ΔmetJ where the reproduction speed of SAM was improved. As a result, pETDuet-SaOMT5-CnMDH2 / ΔmetJ ΔfrmA produced the largest amount of methylated product, 0.30 mM in 18 hours. From the above results, it was shown that the SAM recycling pathway using methanol as a methyl group source functions more efficiently by strengthening the methionine (SAM) synthesis pathway and blocking the formaldehyde decomposition pathway.

調製例4
メチオニンおよびSAM合成経路の強化の他の方法として、経路中の酵素でフィードバック阻害を被る酵素について、阻害耐性のある酵素を過剰発現する方法が挙げられる。図9のメチオニンおよびSAMの合成経路において、セリンをO-アセチルセリンに変換するセリン-O-アセチルトランスフェラーゼ(CysE)はシステインに、ホモセリンをO-スクシニルホモセリンに変換するホモセリン-O-スクシニルトランスフェラーゼ(MetA)はSAMによってフィードバック阻害を受ける。そこで、CysEとMetAのフィードバック耐性阻害酵素をコードする遺伝子(cysE(fdr)、metA(fdr)と表記)をΔmetJ ΔfrmAにおいて過剰発現することで、SAMの合成量が更に向上し、SAMリサイクルおよびメチル化に供されるSAM量が増加することが期待され、検証を行った。
Preparation Example 4
Other methods for enhancing the methionine and SAM synthetic pathways include overexpressing inhibitory resistant enzymes with respect to enzymes in the pathway that undergo feedback inhibition. In the synthetic pathway for methionine and SAM in FIG. 9, serine-O-acetyltransferase (CysE), which converts serine to O-acetylserine, is converted to cysteine, and homoserine is converted to O-succinyl homoserine, which is homoserine-O-succinyl transferase (MetA). ) Is feedback-inhibited by SAM. Therefore, by overexpressing the genes encoding the feedback resistance inhibitory enzymes of CysE and MetA (denoted as cysE (fdr) and metaA (fdr)) in ΔmetJΔfrmA, the amount of SAM synthesis was further improved, and SAM recycling and methylation were performed. It is expected that the amount of SAM used for conversion will increase, and verification was conducted.

(1) cysE(fdr)とmetA(fdr)過剰発現のためのプラスミド構築
表4に用いたプライマー配列のリスト(全て、IDT社より入手)を示す。IDT社のgblocks人工遺伝子合成受託によりMetAのフィードバック阻害耐性変異体(R27C、I296S、P298L)遺伝子(Usuda and Kurahashi, Appl. Environ. Microbiol., 2005, 71, 3228-3234参照)を人工合成し、プライマーmetA-fdr_FとmetA-fdr_Rを用いてPCRにより増幅した。その後、NcoIおよびHindIIIで消化した後、pACYCDuet-1(Novagen)の同サイトに導入し、pACYCDuet-metA(fdr)を得た。同様にして、CysEのフィードバック阻害耐性変異体(V95R、D96P)遺伝子(Kai et al., Protein Eng. Des. Sel., 2006, 19, 163-167参照)を人工合成し、プライマーcysE-fdr_FとcysE-fdr_Rを用いてPCRにより増幅した。その後、NdeIおよびXhoIで消化した後、pACYCDuet-1およびpACYCDuet-metA(fdr)の同サイトに導入し、pACYCDuet-cysE(fdr)およびpACYCDuet-metA(fdr)-cysE(fdr)を得た。
(1) Construction of plasmid for overexpression of cysE (fdr) and metaA (fdr) The list of primer sequences used in Table 4 (all obtained from IDT) is shown. MetA feedback inhibition resistance mutant (R27C, I296S, P298L) gene (see Usuda and Kurahashi, Appl. Environ. Microbiol., 2005, 71, 3228-3234) was artificially synthesized by IDT's gblocks artificial gene synthesis contract. It was amplified by PCR using the primers metaA-fdr_F and metaA-fdr_R. Then, after digestion with NcoI and HindIII, it was introduced into the same site of pACYCDuet-1 (Novagen) to obtain pACYCDuet-metA (fdr). Similarly, the feedback inhibition resistance mutant (V95R, D96P) gene of CysE (see Kai et al., Protein Eng. Des. Sel., 2006, 19, 163-167) was artificially synthesized and combined with the primer cysE-fdr_F. Amplified by PCR using cysE-fdr_R. Then, after digestion with NdeI and XhoI, it was introduced into the same site of pACYCDuet-1 and pACYCDuet-metA (fdr) to obtain pACYCDuet-cysE (fdr) and pACYCDuet-metA (fdr) -cysE (fdr).

(2) 酵素の発現誘導
構築した種々のプラスミドをpETDuet-SaOMT5-CnMDH2/ΔmetJまたはpETDuet-SaOMT5-CnMDH2/ΔmetJ ΔfrmAに導入した。得られた組換え大腸菌を100μg/mLのアンピシリンおよび17μg/mLのクロラムフェニコールを含むLuria-Bertani培地を用い、37℃で好気的に培養した後、M9最小培地に5%(v/v)添加した。好気的に2h培養した後、終濃度0.2mMとなるようにIPTGを添加することでSaOMT5、CnMDH2、MetA(fdr)、CysE(fdr)の発現誘導を行った。3h培養後、遠心分離にて菌体を回収し、50mM Tris-HCl緩衝液(pH 8.0)で2回洗浄した後、メチル化反応実験に用いた。
(2) Induction of enzyme expression The various plasmids constructed were introduced into pETDuet-SaOMT5-CnMDH2 / ΔmetJ or pETDuet-SaOMT5-CnMDH2 / ΔmetJ ΔfrmA. The obtained recombinant Escherichia coli was aerobically cultured at 37 ° C. using Luria-Bertani medium containing 100 μg / mL ampicillin and 17 μg / mL chloramphenicol, and then 5% (v /) in M9 minimum medium. v) Added. After aerobic culturing for 2 hours, the expression of SaOMT5, CnMDH2, MetA (fdr), and CysE (fdr) was induced by adding IPTG to a final concentration of 0.2 mM. After culturing for 3 hours, the cells were collected by centrifugation, washed twice with 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), and then used for a methylation reaction experiment.

(3) SAMリサイクル経路を利用したメチル化反応
調製した大腸菌菌体を用いてエスクレチンのメチル化反応を行った。メチル化反応は、基質である0.5mM エスクレチン、メチル基供給源である100mM メタノール、50mM Tris-HCl緩衝液(pH 8.0)、1mM ATP、10mM MgSO4、10mg-wet cell/mLの大腸菌菌体からなる反応液中で実施した。反応は37℃で18時間行い、生成したスコポレチンとイソスコポレチンを前述の調製例1に記載の方法に従ってHPLCにより定量した。
(3) Methylation reaction using the SAM recycling route An esculetin methylation reaction was carried out using the prepared Escherichia coli cells. Methylation reaction is performed from 0.5 mM escretin as a substrate, 100 mM methanol as a methyl group source, 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 1 mM ATP, 10 mM DDL 4 , and 10 mg-wet cell / mL of Escherichia coli cells. It was carried out in the reaction solution. The reaction was carried out at 37 ° C. for 18 hours, and the produced scopoletin and isoscopoletin were quantified by HPLC according to the method described in Preparation Example 1 described above.

実施例6 フィードバック阻害耐性酵素遺伝子の過剰発現株を用いたメチル化反応
宿主株におけるフィードバック阻害耐性酵素遺伝子の過剰発現がエスクレチンのメチル化反応に及ぼす影響を検討した。結果を図11に示す。pETDuet-SaOMT5-CnMDH2/ΔmetJ 株が18時間で0.26mMのメチル化化合物を生成したのに対し、metA(fdr)を過剰発現した株では18時間で0.32mMと生成物量の増加が認められた。また、cysE(fdr)を過剰発現した株も、18時間で0.31mMとメチル化物の生成量の増加が認められた。一方でmetA(fdr)とcysE(fdr)の両方を過剰発現した場合、メチル化物の生成量に若干の低下が見られた。本菌株はSaOMT5、CnMDH2、metA(fdr)、cysE(fdr)の4つの遺伝子を過剰発現する菌株であり、菌体への負荷がかかり過ぎたため、各々の酵素の生成量が減少しているのではないかと考えられた。また、pETDuet-SaOMT5-CnMDH2/ΔmetJ ΔfrmA株においてもmetA(fdr)の過剰発現の効果を検証したところ、メチル化化合物の濃度が0.30mMから0.33mMへと上昇した。以上の結果より、フィードバック阻害耐性酵素の発現により、メタノールをメチル基供給源としたSAMリサイクル経路がより効率的に機能することが示された。
Example 6 Methylation reaction using an overexpression strain of the feedback inhibitory resistance enzyme gene The effect of overexpression of the feedback inhibitory resistance enzyme gene on the methylation reaction of escretin in the host strain was investigated. The results are shown in FIG. The pETDuet-SaOMT5-CnMDH2 / ΔmetJ strain produced 0.26 mM methylated compound in 18 hours, whereas the strain overexpressing metA (fdr) showed an increase of 0.32 mM in 18 hours. In addition, the strain that overexpressed cysE (fdr) also showed an increase in the amount of methylated product produced at 0.31 mM in 18 hours. On the other hand, when both metA (fdr) and cysE (fdr) were overexpressed, a slight decrease was observed in the amount of methylated product produced. This strain is a strain that overexpresses four genes, SaOMT5, CnMDH2, metaA (fdr), and cysE (fdr), and the amount of each enzyme produced is reduced because the strain is overloaded. I thought it might be. Moreover, when the effect of overexpression of metA (fdr) was examined in the pETDuet-SaOMT5-CnMDH2 / ΔmetJ ΔfrmA strain, the concentration of the methylated compound increased from 0.30 mM to 0.33 mM. From the above results, it was shown that the expression of the feedback inhibition resistant enzyme causes the SAM recycling pathway using methanol as a methyl group source to function more efficiently.

調製例5
本発明におけるSAMのリサイクルは、メタノールをホルムアルデヒドに酸化する酵素であれば、原理的にどの酵素でも利用可能と考えられる。そこで、他の微生物由来のメタノールデヒドロゲナーゼとしてBacillus methanolicus由来の酵素(BmMDH3)を、メタノールオキシダーゼとしてメタノール資化性酵母Ogataea minuta由来の酵素(OmAOX1)を用いてその検証を行った。
Preparation Example 5
It is considered that the recycling of SAM in the present invention can be used in principle with any enzyme that oxidizes methanol to formaldehyde. Therefore, the verification was carried out using an enzyme derived from Bacillus methanolicus (BmMDH3) as a methanol dehydrogenase derived from other microorganisms and an enzyme derived from methanol-utilizing yeast Ogataea minuta (OmAOX1) as a methanol oxidase.

(1) プラスミド構築
表5に用いたプライマー配列のリスト(全て、IDT社より入手)を示す。IDT社のgblocks人工遺伝子合成受託によりBacillus methanolicus由来のメタノールデヒドロゲナーゼ3遺伝子(Genbank accession number AIE60275.1)を人工合成し、プライマーBmMDH3_FとBmMDH3_Rを用いてPCRにより増幅した。その後、NdeIおよびXhoIで消化した後、調製例2に記載のpETDuet-SaOMT5の同サイトに導入し、pETDuet-SaOMT5-BmMDH3を得た。同様にして、Ogataea minuta由来のアルコールデヒドロゲナーゼ1遺伝子(Genbank accession number AB242209.1)を人工合成し、プライマーOmAOX1_FとOmMOX1_Rを用いてPCRにより増幅した。その後、NdeIおよびXhoIで消化した後、調製例2に記載のpETDuet-SaOMT5の同サイトに導入し、pETDuet-SaOMT5-OmAOX1を得た。
(1) plasmid construction A list of primer sequences used in Table 5 (all obtained from IDT) is shown. The methanol dehydrogenase 3 gene (Genbank accession number AIE60275.1) derived from Bacillus methanolicus was artificially synthesized by IDT's gblocks artificial gene synthesis contract, and amplified by PCR using primers BmMDH3_F and BmMDH3_R. Then, after digestion with NdeI and XhoI, it was introduced into the same site of pETDuet-SaOMT5 described in Preparation Example 2 to obtain pETDuet-SaOMT5-BmMDH3. Similarly, an alcohol dehydrogenase 1 gene (Genbank accession number AB242209.1) derived from Ogataea minuta was artificially synthesized and amplified by PCR using primers OmAOX1_F and OmMOX1_R. Then, after digestion with NdeI and XhoI, it was introduced into the same site of pETDuet-SaOMT5 described in Preparation Example 2 to obtain pETDuet-SaOMT5-OMAOX1.

(2) 酵素の発現誘導
構築した種々のプラスミド、および調製例4で構築したpACYCDuet-metA(fdr)を調製例3で構築したΔmetJ ΔfrmA株に導入した。得られた組換え大腸菌を100μg/mLのアンピシリンおよび17μg/mLのクロラムフェニコールを含むLuria-Bertani培地を用い、37℃で好気的に培養した後、M9最小培地に5%(v/v)添加した。好気的に2h培養した後、終濃度0.2mMとなるようにIPTGを添加することでSaOMT5、BmMDH3、OmAOX1、CysE(fdr)の発現誘導を行った。3h培養後、遠心分離にて菌体を回収し、50mM Tris-HCl緩衝液(pH 8.0)で2回洗浄した後、メチル化反応実験に用いた。
(2) Induction of enzyme expression The various plasmids constructed in Preparation Example 4 and the pACYC Diet-metA (fdr) constructed in Preparation Example 4 were introduced into the Δmet J ΔfrmA strain constructed in Preparation Example 3. The obtained recombinant Escherichia coli was aerobically cultured at 37 ° C. using Luria-Bertani medium containing 100 μg / mL ampicillin and 17 μg / mL chloramphenicol, and then 5% (v /) in M9 minimum medium. v) Added. After culturing aerobically for 2 hours, the expression of SaOMT5, BmMDH3, OmAOX1, and CysE (fdr) was induced by adding IPTG to a final concentration of 0.2 mM. After culturing for 3 hours, the cells were collected by centrifugation, washed twice with 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), and then used for a methylation reaction experiment.

(3) SAMリサイクル経路を利用したメチル化反応
調製した大腸菌菌体を用いてエスクレチンのメチル化反応を行った。メチル化反応は、基質である0.5mM エスクレチン、メチル基供給源である100mM メタノール、50mM Tris-HCl緩衝液(pH 8.0)、1mM ATP、10mM MgSO4、10mg-wet cell/mLの大腸菌菌体からなる反応液中で実施した。反応は37℃で18時間行い、生成したスコポレチンとイソスコポレチンを前述の調製例1に記載の方法に従ってHPLCにより定量した。
(3) Methylation reaction using the SAM recycling route An esculetin methylation reaction was carried out using the prepared Escherichia coli cells. Methylation reaction is performed from 0.5 mM escretin as a substrate, 100 mM methanol as a methyl group source, 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 1 mM ATP, 10 mM DDL 4 , and 10 mg-wet cell / mL of Escherichia coli cells. It was carried out in the reaction solution. The reaction was carried out at 37 ° C. for 18 hours, and the produced scopoletin and isoscopoletin were quantified by HPLC according to the method described in Preparation Example 1 described above.

実施例7 メタノールをホルムアルデヒドに酸化する種々の酵素を用いたメチル化反応
結果を図12に示す。SaOMT5の単発現株であるpETDuet-SaOMT5/pACYCDuet-metA(fdr)/ΔmetJ ΔfrmA株が18時間で0.077mMのメチル化化合物を生成したのに対し、pETDuet-SaOMT5-BmMDH3/pACYCDuet-metA(fdr)/ΔmetJ ΔfrmA株では18時間で0.10mM、pETDuet-SaOMT5-OmAOX1/pACYCDuet-metA(fdr)/ΔmetJ ΔfrmA株では18時間で0.17mMと生成物量の増加が認められた。この結果から、本発明におけるSAMのリサイクル経路は酵素の由来によらず、メタノールをホルムアルデヒドに酸化する活性のある酵素とメチラーゼを共発現すれば機能することが示された。
Example 7 The results of the methylation reaction using various enzymes that oxidize methanol to formaldehyde are shown in FIG. The single expression strain of SaOMT5, pETDuet-SaOMT5 / pACYCDuet-metA (fdr) / ΔmetJ ΔfrmA, produced 0.077 mM methylated compound in 18 hours, whereas pETDuet-SaOMT5-BmMDH3 / pACYCDuet-metA (fdr) The product volume increased to 0.10 mM in 18 hours for the / ΔmetJ ΔfrmA strain and 0.17 mM in 18 hours for the pETDuet-SaOMT5-OmAOX1 / pACYCDuet-metA (fdr) / ΔmetJ ΔfrmA strain. From this result, it was shown that the recycling pathway of SAM in the present invention works by co-expressing methylase with an enzyme having an activity of oxidizing methanol to formaldehyde, regardless of the origin of the enzyme.

調製例6
本発明におけるSAMリサイクルによるメチル化反応の強化は、SAM依存性のメチラーゼであれば、原理的にどの酵素でも利用が可能と考えられる。そこで、メタノールデヒドロゲナーゼと種々のメチラーゼを共発現することで、エスクレチン以外の化合物のメチル化反応も強化することが可能か検証を行った。
Preparation Example 6
It is considered that the enhancement of the methylation reaction by SAM recycling in the present invention can be used in principle with any enzyme as long as it is a SAM-dependent methylase. Therefore, it was verified whether it is possible to enhance the methylation reaction of compounds other than esculetin by co-expressing methanol dehydrogenase and various methylases.

(1) プラスミド構築
表6に用いたプライマー配列のリスト(全て、IDT社より入手)を示す。IDT社のgblocks人工遺伝子合成受託によりHomo sapiens由来のカテコール-O-メチルトランスフェラーゼ(HsOMT; Genbank accession number NM_000754)、Arabidopsis thaliana由来のカフェ酸-O-メチルトランスフェラーゼ(AtOMT; Genbank accession number AY062837.1)、Mycobacterium smegmatis由来のヒスチジン-N-α-メチルトランスフェラーゼ(EgtD; Genbank accession number ABK75457.1)を人工合成し、それぞれプライマーHsOMT_FとHsOMT_R、AtOMT_FとAtOMT_R、EgtD_FとEgtD_Rを用いてPCRにより増幅した。その後、HsOMTおよびAtOMT はSpeIおよびSacIで消化した後、調製例1で構築したpRCI-MCSの同サイトに挿入し、pRCI-AtOMTおよびpRCI-HsOMTを得た。次に、調製例1で構築したpRCI-SaOMT5-CnMDH2をSacIおよびXhoIで消化することで、CnMDH2遺伝子を切り出し、pRCI-AtOMTおよびpRCI-HsOMT の同サイトに挿入し、pRCI-AtOMT-CnMDH2およびpRCI-HsOMT-CnMDH2を得た。また、EgtDについては、NcoIおよびHindIIIで消化した後、pETDuetの同サイトに導入し、pETDuet-EgtDを得た。次に、調製例2で構築したpETDuet-SaOMT5-CnMDH2をNdeIおよびXhoIで消化することで、CnMDH2遺伝子を切り出し、pETDuet-EgtDの同サイトに挿入し、pETDuet-EgtD-CnMDH2を得た。
(1) plasmid construction A list of primer sequences used in Table 6 (all obtained from IDT) is shown. IDT's gblocks artificial gene synthesis contracted catechol-O-methyltransferase (HsOMT; Genbank accession number NM_000754) derived from Homo sapiens, caffeate-O-methyltransferase (AtOMT; Genbank accession number AY062837.1) derived from Arabidopsis thaliana, Mycobacterium smegmatis-derived histidine-N-α-methyltransferase (EgtD; Genbank accession number ABK75457.1) was artificially synthesized and amplified by PCR using primers HsOMT_F and HsOMT_R, AtOMT_F and AtOMT_R, and EgtD_F and EgtD_R, respectively. Then, HsOMT and AtOMT were digested with SpeI and SacI, and then inserted into the same site of pRCI-MCS constructed in Preparation Example 1 to obtain pRCI-AtOMT and pRCI-HsOMT. Next, the CnMDH2 gene was excised by digesting pRCI-SaOMT5-CnMDH2 constructed in Preparation Example 1 with SacI and XhoI, inserted into the same site of pRCI-AtOMT and pRCI-HsOMT, and pRCI-AtOMT-CnMDH2 and pRCI. -HsOMT-CnMDH2 was obtained. EgtD was digested with NcoI and HindIII and then introduced to the same site of pETDuet to obtain pETDuet-EgtD. Next, by digesting pETDuet-SaOMT5-CnMDH2 constructed in Preparation Example 2 with NdeI and XhoI, the CnMDH2 gene was excised and inserted into the same site of pETDuet-EgtD to obtain pETDuet-EgtD-CnMDH2.

(2) 酵素の発現誘導
構築したpRCI-AtOMT、pRCI-AtOMT-CnMDH2、pRCI-HsOMT、pRCI-HsOMT-CnMDH2については、大腸菌BW25113株に導入した。pETDuet-EgtD、pETDuet-EgtD-CnMDH2については、調製例4で構築した大腸菌BL21(DE3)ΔmetJ ΔfrmAのmetA(fdr)過剰発現株に導入した。得られたBW25113株の形質転換体については100μg/mLのアンピシリンを含むLuria-Bertani培地を用い、30℃で好気的に培養した後、M9最小培地に5%(v/v)添加した。非誘導条件である30℃で好気的に3h培養した後、42℃にシフトさせることでメチラーゼとCnMDH2の発現誘導を行い、更に4h培養を行った。BL21(DE3)株の形質転換体については、100μg/mLのアンピシリンおよび17μg/mLのクロラムフェニコールを含むLuria-Bertani培地を用い、37℃で好気的に培養した後、M9最小培地に5%(v/v)添加した。好気的に2h培養した後、終濃度0.2mMとなるようにIPTGを添加することでEgtD、CnMDH2、MetA(fdr)の発現誘導を行った。3h培養後、遠心分離にて菌体を回収し、50mM Tris-HCl緩衝液(pH 8.0)で2回洗浄した後、メチル化反応実験に用いた。
(2) Induction of enzyme expression The constructed pRCI-AtOMT, pRCI-AtOMT-CnMDH2, pRCI-HsOMT, and pRCI-HsOMT-CnMDH2 were introduced into Escherichia coli BW25113 strain. pETDuet-EgtD and pETDuet-EgtD-CnMDH2 were introduced into the metA (fdr) overexpressing strain of Escherichia coli BL21 (DE3) ΔmetJ ΔfrmA constructed in Preparation Example 4. The obtained transformant of BW25113 strain was aerobically cultured at 30 ° C. using Luria-Bertani medium containing 100 μg / mL ampicillin, and then 5% (v / v) was added to the M9 minimum medium. After aerobically culturing at 30 ° C., which is a non-inducible condition, for 3 hours, the expression of methylase and CnMDH2 was induced by shifting to 42 ° C., and further culturing was performed for 4 hours. For transformants of BL21 (DE3) strain, use Luria-Bertani medium containing 100 μg / mL ampicillin and 17 μg / mL chloramphenicol, aerobically cultivate at 37 ° C, and then use M9 minimal medium. 5% (v / v) was added. After culturing aerobically for 2 hours, the expression of EgtD, CnMDH2, and MetA (fdr) was induced by adding IPTG to a final concentration of 0.2 mM. After culturing for 3 hours, the cells were collected by centrifugation, washed twice with 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), and then used for a methylation reaction experiment.

(3) SAMリサイクル経路を利用したメチル化反応
調製した大腸菌菌体を用いて様々な基質のメチル化反応を行った。酸素原子に対してメチル化を行うO-メチルトランスフェラーゼであるAtOMTは、例えば、カフェ酸のフェルラ酸やイソフェルラ酸へのメチル化や、レスベラトロールのピノスチルベン、プテロスチルベンへの二段階のメチル化反応を、HsOMTは、例えば、プロトカテク酸のバニリン酸とイソバニリン酸へのメチル化を行う(下記に示す)。酸素原子以外のメチル化の一例として、窒素原子に対してメチル化を行うN-メチルトランスフェラーゼであるEgtDは、例えば、ヒスチジンを3段階でメチル化し、ヘルシニンを生成する。メチル化反応は、0.5mMの各酵素に対する基質、メチル基供給源である100mM メタノール、50mM Tris-HCl緩衝液(pH 8.0)、1mM ATP、10mM MgSO4、10mg-wet cell/mLの大腸菌菌体からなる反応液中で実施した。反応は37℃で18時間行い、生成したメチル化物をHPLCにより定量した。イソフェルラ酸とフェルラ酸については、調製例1に記載の方法に従って定量した。イソバニリン酸とバニリン酸については調製例1に記載の方法の移動相組成におけるアセトニトリルの含量を10%(v/v)とし、分析を行った。。ピノスチルベン、プテロスチルベンについては調製例1に記載の方法の移動相組成におけるアセトニトリルの含量を50%(v/v)とし、分析を行った。ヘルシニンについては、分離用のカラムにナカライテスク社製5C18AR-IIカラム(4.6 ID×250 mm)を、溶出液に10mMのNa2HPO4を用いた。流速は1mL/minに、カラム温度は40℃に保ち、溶出液は210nmでモニターした。
(3) Methylation reaction using the SAM recycling route Methylation reaction of various substrates was carried out using the prepared Escherichia coli cells. AtOMT, an O-methyltransferase that methylates oxygen atoms, can be used, for example, to methylate caffeic acid to ferulic acid or isoferulic acid, or to methylate resveratrol to pinostylben or pterostilben. In the reaction, HsOMT, for example, methylates protocatechuic acid to vanillic acid and isoferulic acid (shown below). As an example of methylation other than oxygen atom, EgtD, which is an N-methyltransferase that methylates nitrogen atom, methylates histidine in three steps to produce hercinin. Methylation reaction was performed with 0.5 mM substrate for each enzyme, 100 mM methanol as a source of methyl groups, 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 1 mM ATP, 10 mM DDL 4 , and 10 mg-wet cell / mL Escherichia coli cells. It was carried out in a reaction solution consisting of. The reaction was carried out at 37 ° C. for 18 hours, and the produced methylated product was quantified by HPLC. Isoferulic acid and ferulic acid were quantified according to the method described in Preparation Example 1. Isovanillic acid and vanillic acid were analyzed by setting the content of acetonitrile in the mobile phase composition of the method described in Preparation Example 1 to 10% (v / v). .. For pinostilbene and pterostilbene, the content of acetonitrile in the mobile phase composition of the method described in Preparation Example 1 was set to 50% (v / v), and analysis was performed. For hercinin, a Nacalai Tesque 5C 18 AR-II column (4.6 ID x 250 mm) was used as the separation column, and 10 mM Na 2 HPO 4 was used as the eluate. The flow rate was maintained at 1 mL / min, the column temperature was maintained at 40 ° C., and the eluate was monitored at 210 nm.

実施例8 種々のメチラーゼを用いたメチル化反応
結果を図13に示す。カフェ酸のメチル化反応については、AtOMTの単独発現株が18時間で0.061mMのメチル化化合物を生成したのに対し、CnMDH2と共発現した株では18時間で0.12mMと生成物量の増加が認められた。レスベラトロールのメチル化反応については、AtOMTの単独発現株が18時間で0.040mMのメチル化化合物を生成したのに対し、CnMDH2と共発現した株では0.051mMと生成物量の増加が認められた。プロトカテク酸のメチル化反応については、HsOMTの単独発現株が18時間で0.059mMのメチル化化合物を生成したのに対し、CnMDH2と共発現した株では0.15mMと生成物量の増加が認められた。ヒスチジンのメチル化反応については、EgtDの単独発現株が18時間で0.18mMのメチル化化合物を生成したのに対し、CnMDH2と共発現した株では0.29mMと生成物量の増加が認められた。以上の結果から、本発明におけるSAMのリサイクル系を利用したメチル化反応は、メチル化反応の種類によらず有効であり、多様なメチル化反応への応用が期待される。
Example 8 The results of the methylation reaction using various methylases are shown in FIG. Regarding the methylation reaction of caffeic acid, the strain expressing AtOMT alone produced 0.061 mM methylated compound in 18 hours, whereas the strain co-expressing with CnMDH2 showed an increase in product amount of 0.12 mM in 18 hours. Was done. Regarding the methylation reaction of resveratrol, the strain expressing AtOMT alone produced 0.040 mM methylated compound in 18 hours, whereas the strain co-expressing with CnMDH2 showed an increase in product amount of 0.051 mM. .. Regarding the methylation reaction of protocatechuic acid, the strain expressing HsOMT alone produced a methylated compound of 0.059 mM in 18 hours, whereas the strain co-expressing with CnMDH2 showed an increase in product amount of 0.15 mM. Regarding the methylation reaction of histidine, the strain expressing EgtD alone produced a methylated compound of 0.18 mM in 18 hours, whereas the strain co-expressing with CnMDH2 showed an increase in the amount of product, 0.29 mM. From the above results, the methylation reaction using the SAM recycling system in the present invention is effective regardless of the type of methylation reaction, and is expected to be applied to various methylation reactions.

調製例7
本発明におけるSAMリサイクルによるメチル化反応効率の強化は大腸菌に限らず、あらゆる宿主で利用が可能である。一例として、枯草菌B. subtilisにおいてもSAMリサイクル経路を利用したメチル化反応の強化が機能するかの検証を行った。
Preparation Example 7
The enhancement of the methylation reaction efficiency by SAM recycling in the present invention can be used not only in Escherichia coli but also in any host. As an example, we verified whether the enhancement of the methylation reaction using the SAM recycling pathway works in Bacillus subtilis B. subtilis.

(1) プラスミド構築
表7に用いたプライマー配列のリスト(全て、IDT社より入手)を示す。調製例1で用いたSaOMT5遺伝子を、プライマーSaOMT5_F3とSaOMT5_R3を用いてPCRにより増幅した。その後、EcoRVおよびSalIで消化した後、大腸菌や枯草菌、乳酸菌など様々な宿主で複製可能なベクターであるpCU(Okano et al., Appl. Microbiol. Biotechnol, 2007, 75, 1007-1013参照)の同サイトに挿入し、pCU-SaOMT5を得た。また、調製例1で用いたCnMDH2のA26V、A31V、A169Vの三重変異酵素遺伝子をプライマーCnMDH2_F3とCnMDH2_Rを用いてPCRにより増幅した。その後、SalIおよびXhoIで消化した後、pCU-SaOMT5の同サイトに挿入し、pCU-SaOMT5-CnMDH2を得た。
(1) plasmid construction A list of primer sequences used in Table 7 (all obtained from IDT) is shown. The SaOMT5 gene used in Preparation Example 1 was amplified by PCR using primers SaOMT5_F3 and SaOMT5_R3. Then, after digestion with EcoRV and SalI, pCU (see Okano et al., Appl. Microbiol. Biotechnol, 2007, 75, 1007-1013), which is a vector that can be replicated in various hosts such as Escherichia coli, Bacillus subtilis, and lactic acid bacteria. I inserted it in the same site and got pCU-SaOMT5. In addition, the triple mutant enzyme genes of A26V, A31V, and A169V of CnMDH2 used in Preparation Example 1 were amplified by PCR using primers CnMDH2_F3 and CnMDH2_R. Then, after digestion with SalI and XhoI, it was inserted into the same site of pCU-SaOMT5 to obtain pCU-SaOMT5-CnMDH2.

(2) 組換え枯草菌の作成と培養
構築した種々のプラスミドを枯草菌B. subtilis 168株に二段階飢餓法で導入した。得られた組換えB. subtilisを25μg/mLのエリスロマイシン、50μg/mLのトリプトファン、ロイシン、アルギニン、スレオニンを含むM9培地を用い、37℃で好気的に6h培養した後、遠心分離にて菌体を回収し、50mM Tris-HCl緩衝液(pH 8.0)で2回洗浄した後、メチル化反応実験に用いた。
(2) Preparation and culture of recombinant Bacillus subtilis The various plasmids constructed were introduced into Bacillus subtilis 168 strain by a two-step starvation method. The obtained recombinant B. subtilis was cultured aerobically for 6 hours at 37 ° C. using M9 medium containing 25 μg / mL erythromycin, 50 μg / mL tryptophan, leucine, arginine, and threonine, and then centrifuged. The body was collected, washed twice with 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), and then used in the methylation reaction experiment.

(3) SAMリサイクル経路を利用したメチル化反応
調製したB. subtilis菌体を用いてエスクレチンのメチル化反応を行った。メチル化反応は、基質である1mM エスクレチン、メチル基供給源である100mM メタノール、50mM Tris-HCl緩衝液(pH 8.0)、1mM ATP、10mM MgSO4、40mg-wet cell/mLのB. subtilis菌体からなる反応液中で実施した。反応は37℃で18時間行い、生成したスコポレチンとイソスコポレチンを前述の調製例1に記載の方法に従ってHPLCにより定量した。
(3) Methylation reaction using the SAM recycling route An esculetin methylation reaction was carried out using the prepared B. subtilis cells. The methylation reaction was performed with 1 mM escretin as a substrate, 100 mM methanol as a source of methyl groups, 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 1 mM ATP, 10 mM DDL 4 , and 40 mg-wet cell / mL of B. subtilis cells. It was carried out in a reaction solution consisting of. The reaction was carried out at 37 ° C. for 18 hours, and the produced scopoletin and isoscopoletin were quantified by HPLC according to the method described in Preparation Example 1 described above.

実施例9 SAMリサイクル経路を利用したメチル化反応
メタノールをメチル基供与体とし、SAMのリサイクルを伴った、エスクレチンのメチル化反応を行った。pCU/B. subtilis株はOMT活性を有さないため、スコポレチン、イソスコポレチンの生成は一切認められなかった。一方、SaOMT5発現株ではメチル化化合物の生成が見られ、CnMDH2との共発現株では、SaOMT5単発現株に比べ1.4倍のメチル化化合物の生成が見られた。この結果より、大腸菌以外の微生物においても、SaOMT5とCnMDH2の共発現により、メタノールをメチル基供給源としたSAMリサイクル経路が機能することが示された。
Example 9 Methylation reaction using the SAM recycling route Using methanol as a methyl group donor, an esculetin methylation reaction was carried out with SAM recycling. Since the pCU / B. Subtilis strain does not have OMT activity, no production of scopoletin or isoscopoletin was observed. On the other hand, the SaOMT5-expressing strain showed the production of methylated compounds, and the strain co-expressing with CnMDH2 showed 1.4 times the production of methylated compounds as compared with the SaOMT5-single-expressing strain. From this result, it was shown that the SAM recycling pathway using methanol as a methyl group source functions by co-expression of SaOMT5 and CnMDH2 in microorganisms other than Escherichia coli.

本発明によれば、メタノールを添加することで、S-アデノシルメチオニン(SAM)を再生することが可能になるため、各種のメチル化反応への適用拡大が図られることから、医薬品製造、化学品製造、機能性化合物製造などに関連する分野に極めて有用である。 According to the present invention, by adding methanol, S-adenosylmethionine (SAM) can be regenerated, and the application to various methylation reactions can be expanded. Therefore, pharmaceutical manufacturing and chemistry It is extremely useful in fields related to product manufacturing, functional compound manufacturing, and the like.

Claims (15)

S-アデノシルメチオニンが、脱メチル化された後、メタノール由来のメチル基を転移して得られたメチオニンから変換して再生されることを特徴とする、S-アデノシルメチオニンのリサイクル方法。 A method for recycling S-adenosylmethionine, which comprises demethylating S-adenosylmethionine and then converting it from methionine obtained by transferring a methyl group derived from methanol to regenerate it. S-アデノシルメチオニンが、脱メチル化されてS-アデノシルホモシステインに変換され、次いでホモシステインに変換される、請求項1記載の方法。 The method of claim 1, wherein S-adenosylmethionine is demethylated to S-adenosyl homocysteine and then to homocysteine. S-アデノシルメチオニンの脱メチル化が、S-アデノシルメチオニン依存性のメチラーゼを介して行われる、請求項1又は2記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein demethylation of S-adenosylmethionine is performed via S-adenosylmethionine-dependent methylase. メタノール由来のメチル基が、メタノールにメタノールデヒドロゲナーゼまたはメタノールオキシダーゼを反応させて得られる、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the methyl group derived from methanol is obtained by reacting methanol with methanol dehydrogenase or methanol oxidase. メチラーゼ及びメタノールデヒドロゲナーゼを共発現してなる宿主生物を用いる、請求項3又は4記載の方法。 The method according to claim 3 or 4, wherein a host organism co-expressing methylase and methanol dehydrogenase is used. メチラーゼ及びメタノールオキシダーゼを共発現してなる宿主生物を用いる、請求項3又は4記載の方法。 The method according to claim 3 or 4, wherein a host organism co-expressing methylase and methanol oxidase is used. 宿主生物が、動物細胞、昆虫細胞、植物細胞及び微生物から選ばれる、請求項5又は6記載の方法。 The method according to claim 5 or 6, wherein the host organism is selected from animal cells, insect cells, plant cells and microorganisms. 宿主生物が、メチオニン又はS-アデノシルメチオニン量が増加するよう改変されたものである、請求項7記載の方法。 The method of claim 7, wherein the host organism is modified to increase the amount of methionine or S-adenosylmethionine. 更に、アデノシン三リン酸再生用エネルギー源を添加して得られたアデノシン三リン酸を介してメチオニンから変換させる、請求項1〜8のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 8, further comprising converting from methionine via adenosine triphosphate obtained by adding an energy source for adenosine triphosphate regeneration. 請求項1〜9のいずれかに記載の方法により再生されたS-アデノシルメチオニンを、メチル基供与体として利用してメチル化反応を行うことを特徴とする、メチル化体の製造方法。 A method for producing a methylated product, which comprises using S-adenosylmethionine regenerated by the method according to any one of claims 1 to 9 as a methyl group donor to carry out a methylation reaction. 請求項1〜10のいずれかに記載の方法において使用されるための、メチラーゼとメタノールデヒドロゲナーゼまたはメタノールオキシダーゼを共発現してなる宿主生物。 A host organism co-expressing methylase with methanol dehydrogenase or methanol oxidase for use in the method of any of claims 1-10. メチラーゼとメタノールデヒドロゲナーゼまたはメタノールオキシダーゼとが導入された、請求項11記載の宿主生物。 The host organism according to claim 11, wherein the methylase and methanol dehydrogenase or methanol oxidase have been introduced. 更に、メチオニン又はS-アデノシルメチオニン量が増加するよう改変された、請求項12記載の宿主生物。 The host organism of claim 12, further modified to increase the amount of methionine or S-adenosylmethionine. 改変が、メチオニン又はS-アデノシルメチオニンの合成酵素の過剰発現、メチオニン又はS-アデノシルメチオニンの合成酵素の機能を向上させる変異、メチオニン又はS-アデノシルメチオニンの合成酵素遺伝子の発現を抑制する酵素またはタンパク質の機能を抑制する変異、メチオニン又はS-アデノシルメチオニンの合成においてフィードバック阻害を被る酵素の機能を向上する変異、S-アデノシルホモシステインの分解酵素の機能を向上させる変異、及び、ホルムアルデヒドの分解酵素の機能を抑制する変異、から選ばれる、請求項13記載の宿主生物。 Modifications suppress overexpression of methionine or S-adenosylmethionine synthase, mutations that enhance the function of methionine or S-adenosylmethionine synthase, expression of methionine or S-adenosylmethionine synthase gene Mutations that suppress the function of enzymes or proteins, mutations that improve the function of enzymes that suffer feedback inhibition in the synthesis of methionine or S-adenosylmethionine, mutations that improve the function of degrading enzymes of S-adenosylhomocysteine, and The host organism according to claim 13, which is selected from mutations that suppress the function of formaldehyde-degrading enzymes. メチラーゼとメタノールデヒドロゲナーゼまたはメタノールオキシダーゼとが導入された、発現ベクター。 An expression vector into which methylase and methanol dehydrogenase or methanol oxidase have been introduced.
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JPS5840096A (en) * 1981-09-03 1983-03-08 Nippon Zeon Co Ltd Production of s-adenosylmethionine
EP2053128A4 (en) * 2006-08-15 2010-05-05 Ishihara Sangyo Kaisha Novel method for utilization of microbial mutant
BR112012001351A2 (en) * 2009-07-22 2015-09-01 Univ California Method, genetically engineered yeast cell, and bacteria-yeast co-culture.
JP6342337B2 (en) * 2013-01-21 2018-06-13 積水化学工業株式会社 Recombinant cells and method for producing 1,4-butanediol

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