JPWO2020040257A1 - Enzyme synthesis method of β-glycoside of lacto-N-biose I or galacto-N-biose using modified phosphorylase - Google Patents

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高嶺 片山
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Abstract

本願は、非変異型GLNBPの所定領域に変異を導入した改変GLNBPタンパク質、およびそれを用いるガラクトース-1-リン酸の1位と、非還元末端にβ結合したN-アセチルグルコサミン残基またはβ結合したN-アセチルガラクトサミン残基を有しかつ1または複数個の糖残基を有する糖における該N-アセチルグルコサミン残基またはN-アセチルガラクトサミン残基の3位とをβ−1,3結合させる方法を提供する。In the present application, a modified GLNBP protein in which a mutation is introduced into a predetermined region of a non-mutated GLNBP, and the 1-position of galactose-1-phosphate using the same, and an N-acetylglucosamine residue or β-bond bound to a non-reducing terminal. A method for β-1,3 binding of the N-acetylglucosamine residue or the 3-position of the N-acetylgalactosamine residue in a sugar having an N-acetylgalactosamine residue and one or more sugar residues. I will provide a.

Description

本開示は、ラクト-N-ビオースIまたはガラクト-N-ビオースのβグリコシドの酵素合成法およびそれに使用する改変型酵素に関する。 The present disclosure relates to a method for synthesizing a β-glycoside of lacto-N-biose I or galacto-N-biose and a modified enzyme used therein.

母乳栄養児の腸管ではビフィズス菌優勢な細菌叢が形成されるが、これには人乳に含まれるオリゴ糖成分が関与している。オリゴ糖成分の中でも、ラクト-N-テトラオース(Galβ1-3GlcNAcβ1-3Galβ1-4Glc)が真のビフィズス因子であることが分かっている。
乳児期の腸内細菌叢の形成が、成人後の肥満やアレルギー発症に大きな影響を及ぼすことが知られており、WHOは母乳哺育を推奨しているが、母乳哺育率は減少の一途をたどり、また離乳時期も早まっている。また、帝王切開率も全世界で25%を超えており、該分娩児では腸内細菌叢が経膣分娩児のそれと大きく異なることが知られている。このようなことから、より人乳に近い調製乳を開発することが急務となっている。しかし、既存のラクト-N-テトラオース合成法としては化学合成法および代謝工学を利用した発酵法(例えば非特許文献1)が開発されているものの、いずれも実用化には至っていない。
Bifidobacterium-dominant bacterial flora is formed in the intestinal tract of breast-fed infants, which involves oligosaccharide components contained in human milk. Among the oligosaccharide components, lacto-N-tetraose (Galβ1-3GlcNAcβ1-3Galβ1-4Glc) is known to be a true bifidobacteria.
It is known that the formation of the intestinal flora in infancy has a great effect on obesity and the development of allergies in adulthood, and WHO recommends breastfeeding, but the rate of breastfeeding continues to decline. Also, the weaning time is earlier. In addition, the caesarean section rate exceeds 25% worldwide, and it is known that the intestinal bacterial flora of the delivered baby is significantly different from that of the vaginal delivered baby. For these reasons, there is an urgent need to develop prepared milk that is closer to human milk. However, although a chemical synthesis method and a fermentation method using metabolic engineering (for example, Non-Patent Document 1) have been developed as existing lacto-N-tetraose synthesis methods, none of them have been put into practical use.

β-1,3-ガラクトシル-N-アセチルヘキソサミンホスホリラーゼ(EC 2.4.1.211;別名:ガラクト-N-ビオース/ラクト-N-ビオースIホスホリラーゼ)(以下、GLNBPと略称することがある)は、ラクト-N-ビオースI(Galβ1-3GlcNAc)をガラクトース-1-リン酸(Gal-1-P)とN-アセチルグルコサミン(GlcNAc)に、およびガラクト-N-ビオース(Galβ1-3GalNAc)をガラクトース-1-リン酸(Gal-1-P)とN-アセチルガラクトサミン(GalNAc)に、加リン酸分解する活性及びその逆反応触媒活性を有する酵素として知られ、その存在はビフィドバクテリウム属菌等の多くの菌で広く見出されている。しかしながら、GLNBPはラクト-N-テトラオースなどのラクト-N-ビオースIのβ-グリコシドに作用しないため、その逆反応を用いてこれらの化合物を調製することはできない。 β-1,3-galactosyl-N-acetylhexosamine phosphorylase (EC 2.4.1.211; also known as: galacto-N-biose / lacto-N-bios I phosphorylase) (hereinafter, may be abbreviated as GLNBP) is lacto-. N-Biose I (Galβ1-3GlcNAc) to galactose-1-phosphate (Gal-1-P) and N-acetylglucosamine (GlcNAc), and galacto-N-Biose (Galβ1-3GalNAc) to galactose-1-phosphate It is known as an enzyme that has an activity of phosphorylase decomposition and its reverse reaction catalytic activity on acid (Gal-1-P) and N-acetylgalactosamine (GalNAc), and its existence is present in many bacteria such as Bifidobacterium spp. Widely found in fungi. However, since GLNBP does not act on β-glycosides of lacto-N-biose I such as lacto-N-tetraose, these compounds cannot be prepared using the reverse reaction.

GLNBPの構造については多くの研究がなされている。例えばBifidobacterium longum subsp. longum (strain ATCC 15707 / DSM 20219 / JCM 1217 / NCTC 11818 / E194b)(以下、Bifidobacterium longum JCM1217株と略称することがある)における結果およびその保存性から、Bifidobacterium属においては27個のヘリックス構造を有することが示唆されている(非特許文献2)。また3次元構造におけるその活性中心についても多くの研究結果が報告されている(例えば非特許文献3)。 Much research has been done on the structure of GLNBP. For example, based on the results of Bifidobacterium longum subsp. Longum (strain ATCC 15707 / DSM 20219 / JCM 1217 / NCTC 11818 / E194b) (hereinafter sometimes abbreviated as Bifidobacterium longum JCM1217 strain) and its storage stability, 27 in the genus Bifidobacterium. It is suggested that it has a helix structure of (Non-Patent Document 2). In addition, many research results have been reported on the active center in the three-dimensional structure (for example, Non-Patent Document 3).

Baumgaertner, F. et al., (2014), Synthesis of the Human Milk Oligosaccharide Lacto‐N‐Tetraose in Metabolically Engineered, Plasmid‐Free E. coli. ChemBioChem, 15(13), 1896-1900.Baumgaertner, F. et al., (2014), Synthesis of the Human Milk Oligosaccharide Lacto-N-Tetraose in Metabolically Engineered, plasmid-Free E. coli. ChemBioChem, 15 (13), 1896-1900. RCSB PDB ID 2ZUV, Crystal structure of Galacto-N-biose/Lacto-N-biose I phosphorylase in complex with GlcNAc, Ethylene glycol, and nitrate, Released: 2008-12-30[平成30年8月10日検索], URL:http://www.rcsb.org/pdb/explore/remediatedSequence.do?structureId=2ZUVRCSB PDB ID 2ZUV, Crystal structure of Galacto-N-biose / Lacto-N-biose I phosphorylase in complex with GlcNAc, Ethylene glycol, and nitrate, Released: 2008-12-30 [Search August 10, 2018], URL: http://www.rcsb.org/pdb/explore/remediatedSequence.do?structureId=2ZUV Hidaka, M.,Nishimoto et al., The crystal structure of galacto-N-biose/lacto-N-biose I phosphorylase: A large deformation of a tim barrel scaffold, J.Biol.Chem., 284:7273-7283, 2009Hidaka, M., Nishimoto et al., The crystal structure of galacto-N-biose / lacto-N-biose I phosphorylase: A large deformation of a tim barrel scaffold, J.Biol.Chem., 284: 7273-7283, 2009

本明細書において引用する先行技術文献の開示は全て、参照することにより、本明細書に組み込まれる。 All disclosures of the prior art documents cited herein are incorporated herein by reference.

本願の課題は、新規なラクト-N-テトラオースなどのラクト-N-ビオースIまたはガラクト-N-ビオースのβグリコシドの製法を提供することである。 An object of the present application is to provide a method for producing a β-glycoside of lacto-N-biose I or galacto-N-biose, such as a novel lacto-N-tetraose.

本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行ったところ、Bifidobacterium longum JCM1217株のGLNBP(配列番号1)の所定の領域にアミノ酸欠失/置換/挿入が導入された改変GLNBPは、ガラクトース-1-リン酸(Gal-1-P)とラクト-N-トリオースII(GlcNAcβ1-3Galβ1-4Glc)からラクト-N-テトラオース(Galβ1-3GlcNAcβ1-3Galβ1-4Glc)への合成を可逆的に触媒できることを見出し本願に至った。Bifidobacterium longum JCM1217株のGLNBP(配列番号1)の19番目のヘリックス構造(448〜451位)と20番目のヘリックス構造(468〜478位)の間には三次構造において活性中心近傍に位置するループ領域(452〜467位)が存在し、当該変異が導入された領域はこのループ領域内に含まれている。さらに、当該改変GLNBPはラクト-N-トリオースIIの他にも、非還元末端にβ結合したN-アセチルグルコサミン(GlcNAc)残基を有する幅広い糖に対して、ガラクトース-1-リン酸(Gal-1-P)とのβ−1,3結合の生成を可逆的に触媒することを見出し本願発明に至った。
以下に本願の発明の態様を詳説する。
As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors have found that the modified GLNBP in which amino acid deletion / substitution / insertion is introduced into a predetermined region of GLNBP (SEQ ID NO: 1) of the Bifidobacterium longum JCM1217 strain is found. Reversibly catalyzes the synthesis of galactose-1-phosphate (Gal-1-P) and lacto-N-triose II (GlcNAcβ1-3Galβ1-4Glc) into lacto-N-tetraose (Galβ1-3GlcNAcβ1-3Galβ1-4Glc) We found out that we could do it and came to this application. Bifidobacterium longum JCM1217 strain GLNBP (SEQ ID NO: 1) has a loop region located near the active center in the tertiary structure between the 19th helix structure (448-451) and the 20th helix structure (468-478). (Positions 452 to 467) are present, and the region into which the mutation has been introduced is included in this loop region. Furthermore, in addition to lacto-N-triose II, the modified GLNBP has galactose-1-phosphate (Gal-) for a wide range of sugars having a β-linked N-acetylglucosamine (GlcNAc) residue at the non-reducing end. We have found that the formation of β-1,3 bonds with 1-P) is reversibly catalyzed, and have reached the present invention.
Aspects of the invention of the present application will be described in detail below.

[1] 非変異型GLNBPのアミノ酸配列を配列番号1に示すアミノ酸配列とアライメントしたときに、配列番号1における452〜467位に対応する位置の領域において、1または複数個のアミノ酸が欠失、置換および/または挿入されており;および
ガラクトース-1-リン酸の1位と、非還元末端にβ結合したN-アセチルグルコサミン残基またはβ結合したN-アセチルガラクトサミン残基を有しかつ1または複数個の糖残基を有する糖における該N-アセチルグルコサミン残基またはN-アセチルガラクトサミン残基の3位とをβ−1,3結合させる酵素活性を有する、改変GLNBPタンパク質。
[1] When the amino acid sequence of the non-mutant GLNBP is aligned with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, one or more amino acids are deleted in the region corresponding to positions 452 to 467 in SEQ ID NO: 1. Substituted and / or inserted; and has a β-linked N-acetylglucosamine residue or a β-linked N-acetylgalactosamine residue at the 1-position of galactose-1-phosphate and 1 or A modified GLNBP protein having an enzymatic activity that binds β-1,3 to the N-acetylglucosamine residue or the 3-position of the N-acetylgalactosamine residue in a sugar having a plurality of sugar residues.

[2] 非変異型GLNBPの活性中心の三次元的近傍に位置するループ領域において、1または複数個のアミノ酸が欠失、置換および/または挿入されており;および
ガラクトース-1-リン酸の1位と、非還元末端にβ結合したN-アセチルグルコサミン残基またはβ結合したN-アセチルガラクトサミン残基を有しかつ1または複数個の糖残基を有する糖における該N-アセチルグルコサミン残基またはN-アセチルガラクトサミン残基の3位とをβ−1,3結合させる酵素活性を有する、改変GLNBPタンパク質。
[2] One or more amino acids have been deleted, substituted and / or inserted in the loop region located in the three-dimensional vicinity of the active center of non-variant GLNBP; and one of galactose-1-phosphate. The N-acetylglucosamine residue or the N-acetylglucosamine residue in a sugar having a β-linked N-acetylglucosamine residue or a β-linked N-acetylgalactosamine residue and one or more sugar residues at the position and the non-reducing end. A modified GLNBP protein having an enzymatic activity that binds β-1,3 to the 3-position of N-acetylgalactosamine residue.

[3] 該非変異型GLNBPの活性中心の三次元的近傍に位置するループ領域が、該非変異型GLNBPのアミノ酸配列を配列番号1に示すアミノ酸配列とアライメントしたときに、配列番号1における452〜467位に対応する位置の領域である、[2]に記載の改変GLNBPタンパク質。 [3] When the loop region located in the three-dimensional vicinity of the active center of the non-mutant GLNBP aligns the amino acid sequence of the non-mutant GLNBP with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, 452 to 467 in SEQ ID NO: 1. The modified GLNBP protein according to [2], which is a region of a position corresponding to a position.

[4] 該非還元末端にβ結合したN-アセチルグルコサミン残基またはβ結合したN-アセチルガラクトサミン残基を有しかつ1または複数個の糖残基を有する糖がラクト-N-トリオースIIであり、ラクト-N-テトラオースを合成する酵素活性を有する、[1]〜[3]のいずれか1項に記載の改変GLNBPタンパク質。 [4] Lacto-N-triose II is a sugar having a β-linked N-acetylglucosamine residue or a β-linked N-acetylgalactosamine residue at the non-reducing end and having one or more sugar residues. , The modified GLNBP protein according to any one of [1] to [3], which has an enzymatic activity for synthesizing lacto-N-tetraose.

[5] 該非変異型GLNBPの活性中心の三次元的近傍に位置するループ領域において、1〜16個のアミノ酸が欠失、1〜16個のアミノ酸が1〜16個のアミノ酸により置換、および/または1〜10個のアミノ酸が挿入されている、[2]〜[4]のいずれか1項に記載の改変GLNBPタンパク質。 [5] In the loop region located three-dimensionally near the active center of the non-mutant GLNBP, 1 to 16 amino acids were deleted, 1 to 16 amino acids were replaced by 1 to 16 amino acids, and / Alternatively, the modified GLNBP protein according to any one of [2] to [4], wherein 1 to 10 amino acids are inserted.

[6] 該非変異型GLNBPのアミノ酸配列を配列番号1に示すアミノ酸配列とアライメントしたときに、配列番号1における452〜467位に対応する位置の領域において、1〜16個のアミノ酸が欠失、1〜16個のアミノ酸が1〜16個のアミノ酸により置換、および/または1〜10個のアミノ酸が挿入されている、[1]〜[5]のいずれか1項に記載の改変GLNBPタンパク質。 [6] When the amino acid sequence of the non-variant GLNBP was aligned with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, 1 to 16 amino acids were deleted in the region corresponding to positions 452 to 467 in SEQ ID NO: 1. The modified GLNBP protein according to any one of [1] to [5], wherein 1 to 16 amino acids are replaced by 1 to 16 amino acids and / or 1 to 10 amino acids are inserted.

[7] 該非変異型GLNBPのアミノ酸配列を配列番号1に示すアミノ酸配列とアライメントしたときに、配列番号1における452〜467位(例えば454〜465位、457〜463位)に対応する位置の領域において、連続する3〜10個(例えば4〜8個、5〜7個、5個(例えば458〜462位に対応する位置の領域))のアミノ酸が欠失しているか、または連続する3〜10個(例えば4〜8個、5〜7個、7個(例えば457〜463位に対応する位置の領域))のアミノ酸が少なくとも1つのグリシンを含む連続する2〜10個(例えば2〜7個、3個)のアミノ酸により置換されている、[1]〜[6]のいずれか1項に記載の改変GLNBPタンパク質。 [7] When the amino acid sequence of the non-variant GLNBP is aligned with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, the region at the position corresponding to positions 452 to 467 (for example, positions 454 to 465 and 457 to 463) in SEQ ID NO: 1 In, 3 to 10 consecutive amino acids (for example, 4 to 8, 5 to 7, and 5 (for example, the region corresponding to the 458 to 462 position)) are deleted or 3 to consecutive amino acids are deleted. 10 consecutive amino acids (eg 4-8, 5-7, 7 (eg region corresponding to positions 457-463)) containing at least one glycine in a row of 2-10 (eg 2-7) The modified GLNBP protein according to any one of [1] to [6], which is substituted with 3) amino acids.

[8] 該非変異型GLNBPのアミノ酸配列を配列番号1に示すアミノ酸配列とアライメントしたときに、配列番号1における452〜467位(例えば454〜465位、例えば457〜463位)に対応する位置の領域において、連続する3〜10個(例えば4〜8個、5〜7個、7個(例えば457〜463位に対応する位置の領域))のアミノ酸が連続する2〜10個(例えば2〜7個)のグリシンにより置換されている、[1]〜[7]のいずれか1項に記載の改変GLNBPタンパク質。 [8] When the amino acid sequence of the non-variant GLNBP is aligned with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, the position corresponding to positions 452 to 467 (for example, positions 454 to 465, for example 457 to 463) in SEQ ID NO: 1 In the region, 3 to 10 consecutive amino acids (for example, 4 to 8, 5 to 7, and 7 (for example, the region corresponding to the 457 to 463 position)) of 2 to 10 consecutive amino acids (for example, 2 to 2) 7. The modified GLNBP protein according to any one of [1] to [7], which is substituted with glycine (7).

[9] 該非変異型GLNBPのアミノ酸配列を配列番号1に示すアミノ酸配列とアライメントしたときに、配列番号1における452〜467位(例えば454〜465位、457〜463位)に対応する位置の領域において、連続する3〜10個(例えば4〜8個、5〜7個、7個(例えば457〜463位に対応する位置の領域))のアミノ酸が、XG、XGX、XGG、GXG、またはGGG(XおよびXは同一または異なるグリシン以外のアミノ酸を示す)から選択される連続する3個のアミノ酸により置換されている、[1]〜[7]のいずれか1項に記載の改変GLNBPタンパク質。[9] When the amino acid sequence of the non-variant GLNBP is aligned with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, the region at the position corresponding to positions 452 to 467 (for example, positions 454 to 465 and 457 to 463) in SEQ ID NO: 1 In, 3 to 10 consecutive amino acids (for example, 4 to 8, 5 to 7, and 7 (for example, the region corresponding to the position 457 to 463)) are composed of X 1 X 2 G and X 1 GX 2. , X 1 GG, GX 1 G, or GGG (X 1 and X 2 indicate amino acids other than the same or different glycine), substituted with three consecutive amino acids selected from [1]-[7]. ] The modified GLNBP protein according to any one of the items.

[10] 該非変異型GLNBPのアミノ酸配列を配列番号1に示すアミノ酸配列とアライメントしたときに、配列番号1における452〜467位(例えば454〜465位、457〜463位)に対応する位置の領域において、連続する3〜10個(例えば4〜8個、5〜7個、7個(例えば457〜463位に対応する位置の領域))のアミノ酸が、AGG、CGG、EGG、FGG、HGG、IGG、KGG、LGG、MGG、NGG、PGG、QGG、SGG、TGG、WGG、YGG、GPG、GGC、GGL、GGM、GGP、GGQ、GGS、GGY、MGL、MGS、LGL、およびLGSからなる群から選択される連続する3個のアミノ酸により置換されている、[1]〜[7]のいずれか1項に記載の改変GLNBPタンパク質。 [10] When the amino acid sequence of the non-variant GLNBP is aligned with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, the region at the position corresponding to positions 452 to 467 (for example, positions 454 to 465 and 457 to 463) in SEQ ID NO: 1 In, 3 to 10 consecutive amino acids (for example, 4 to 8, 5 to 7, and 7 (for example, the region corresponding to the 457 to 463 position)) are composed of AGG, CGG, EGG, FGG, HGG, and From the group consisting of IGG, KGG, LGG, MGG, NGG, PGG, QGG, SGG, TGG, WGG, YGG, GPG, GGC, GGL, GGM, GGP, GGGQ, GGS, GGGY, MGL, MGS, LGL, and LGG. The modified GLNBP protein according to any one of [1] to [7], which is substituted with three consecutive amino acids selected.

[11] 該非変異型GLNBPが、Bifidobacterium属、Anaerococcus属、Clostridium属、Cutibacterium属、Erysipelothrix属、Lachnoclostridium属、Streptobacillus属、またはVibrio属由来である、[1]〜[10]のいずれか1項に記載の改変GLNBPタンパク質。 [11] The non-mutant GLNBP is derived from the genera Bifidobacterium, Anaerococcus, Clostridium, Cutibacterium, Erysipelothrix, Lachnoclostridium, Streptobacillus, or Vibrio, according to any one of [1] to [10]. The modified GLNBP protein described.

[12] 該非変異型GLNBPが、
(i)配列番号1〜14および100から選択されるアミノ酸配列;または
(ii)配列番号1〜14および100から選択されるアミノ酸配列と75%以上の配列同一性を有し、かつ、GLNBP活性を有する;
[1]〜[11]のいずれか1項に記載の改変GLNBPタンパク質。
[12] The non-mutant GLNBP is
(I) Amino acid sequence selected from SEQ ID NOs: 1 to 14 and 100; or (ii) Having 75% or more sequence identity with the amino acid sequence selected from SEQ ID NOs: 1 to 14 and 100, and GLNBP activity. Have;
The modified GLNBP protein according to any one of [1] to [11].

[13] 以下からなる群から選択されるアミノ酸配列を有する、[1]〜[12]のいずれか1項に記載の改変GLNBPタンパク質:
(i)配列番号15〜48、98および99から選択されるアミノ酸配列;
(ii)配列番号15〜48、98および99から選択されるアミノ酸配列と80%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列。
[13] The modified GLNBP protein according to any one of [1] to [12], which has an amino acid sequence selected from the group consisting of the following:
(I) Amino acid sequence selected from SEQ ID NOs: 15-48, 98 and 99;
(Ii) An amino acid sequence having 80% or more sequence identity with the amino acid sequence selected from SEQ ID NOs: 15 to 48, 98 and 99.

[14] ガラクトース-1-リン酸の1位と、非還元末端にβ結合したN-アセチルグルコサミン残基を有しかつ1または複数個の糖残基を有する糖における該N-アセチルグルコサミン残基の3位とをβ−1,3結合させる酵素活性を有する、[1]〜[13]のいずれか1項に記載の改変GLNBPタンパク質。 [14] The N-acetylglucosamine residue in a sugar having the 1-position of galactose-1-phosphate and an N-acetylglucosamine residue β-bonded to a non-reducing terminal and having one or more sugar residues. The modified GLNBP protein according to any one of [1] to [13], which has an enzymatic activity of binding β-1,3 to the 3-position of.

[15] [1]〜[14]のいずれか1項に記載の改変GLNBPタンパク質をコードするポリヌクレオチド。 [15] A polynucleotide encoding the modified GLNBP protein according to any one of [1] to [14].

[16] [15]記載のポリヌクレオチドを含むベクター。 [16] A vector containing the polynucleotide according to [15].

[17] [16]記載のベクターで形質転換された宿主細胞。 [17] A host cell transformed with the vector according to [16].

[18] [17]記載の宿主細胞を培養し、該培養物から改変GLNBPタンパク質を回収することを含む、[1]〜[14]のいずれか1項に記載の改変GLNBPタンパク質の製造方法。 [18] The method for producing a modified GLNBP protein according to any one of [1] to [14], which comprises culturing the host cell according to [17] and recovering the modified GLNBP protein from the culture.

[19] [1]〜[14]のいずれか1項に記載の改変GLNBPタンパク質の存在下に、ガラクトース-1-リン酸と非還元末端にβ結合したN-アセチルグルコサミン残基またはβ結合したN-アセチルガラクトサミン残基を有しかつ1または複数個の糖残基を有する糖とを反応させる工程を含む、該ガラクトース-1-リン酸の1位と該N-アセチルグルコサミン残基またはN-アセチルガラクトサミン残基の3位とをβ−1,3結合させる方法。 [19] In the presence of the modified GLNBP protein according to any one of [1] to [14], an N-acetylglucosamine residue or β-bonded to galactose-1-phosphate at a non-reducing terminal was β-bonded. The 1-position of the galactose-1-phosphate and the N-acetylglucosamine residue or N- A method of β-1,3 binding with the 3-position of an acetylgalactosamine residue.

[20] 該非還元末端にβ結合したN-アセチルグルコサミン残基またはβ結合したN-アセチルガラクトサミン残基を有しかつ1または複数個の糖残基を有する糖がラクト-N-トリオースIIである、[19]に記載の方法。 [20] A sugar having a β-linked N-acetylglucosamine residue or a β-linked N-acetylgalactosamine residue at the non-reducing end and having one or more sugar residues is lacto-N-triose II. , [19].

[21] [1]〜[14]のいずれか1項に記載の改変GLNBPタンパク質の存在下に、ガラクトース-1-リン酸とラクト-N-トリオースIIとを反応させる工程を含む、ラクト-N-テトラオースを合成する方法。 [21] Lacto-N comprising a step of reacting galactose-1-phosphate with lacto-N-triose II in the presence of the modified GLNBP protein according to any one of [1] to [14]. -How to synthesize tetraose.

本願の改変GLNBPタンパク質はガラクトース-1-リン酸と、非還元末端にβ結合したN-アセチルグルコサミン残基またはβ結合したN-アセチルガラクトサミン残基を有しかつ1または複数個の糖残基を有する糖とをβ−1,3結合させる酵素活性を有する。本願の改変GLNBPタンパク質は基質としてガラクトース-1-リン酸とラクト-N-トリオースIIを用いることでラクト-N-テトラオースを合成することができる。 The modified GLNBP protein of the present application has galactose-1-phosphate and a β-linked N-acetylglucosamine residue or a β-linked N-acetylgalactosamine residue at the non-reducing end, and has one or more sugar residues. It has an enzymatic activity that binds β-1,3 to the sugar it has. The modified GLNBP protein of the present application can synthesize lacto-N-tetraose by using galactose-1-phosphate and lacto-N-triose II as substrates.

図1はGLNBP変異体(TP, 2G, 3G, 4G, 5G, 6G, 7G)の変異箇所を示す。FIG. 1 shows the mutation sites of GLNBP mutants (TP, 2G, 3G, 4G, 5G, 6G, 7G). 図2はGLNBP変異体(TP, 2G, 3G, 4G, 5G, 6G, 7G)無細胞抽出液の薄層クロマトグラムを示す。triose II: ラクト-N-トリオースII。FIG. 2 shows a thin-layer chromatogram of a cell-free extract of GLNBP mutants (TP, 2G, 3G, 4G, 5G, 6G, 7G). triose II: Lacto-N-triose II. 図3はGLNBP変異体(3G, 4G, 5G, 6G, 7G)タンパク質の精製度を示すSDS-ポリアクリルアミドゲル電気泳動(クマシー染色)の結果を示す。FIG. 3 shows the results of SDS-polyacrylamide gel electrophoresis (Coomassie staining) showing the degree of purification of GLNBP mutant (3G, 4G, 5G, 6G, 7G) proteins. 図4は精製GLNBP-MGGのLNT(ラクト-N-テトラオース)合成活性測定における薄層クロマトグラムを示す。BuOH:AcOH:H2O=2:1:1で2回展開。レーン1:1 mM Lacto-N-triose llレーン2:1 mM LNTレーン3:1 mM Sucroseレーン4:1 mM Fructoseレーン5:反応液(810 min)_20倍希釈FIG. 4 shows a thin layer chromatogram in the measurement of LNT (lacto-N-tetraose) synthetic activity of purified GLNBP-MGG. Deployed twice with BuOH: AcOH: H 2 O = 2: 1: 1. Lane 1: 1 mM Lacto-N-triose ll Lane 2: 1 mM LNT Lane 3: 1 mM Sucrose Lane 4: 1 mM Fructose Lane 5: Reaction solution (810 min) _20-fold dilution 図5は精製GLNBP-MGGのLNT合成活性測定における、HPAEC-PAD法分析結果を示す。FIG. 5 shows the results of HPAEC-PAD method analysis in the measurement of LNT synthetic activity of purified GLNBP-MGG. 図6は合成ラクト-N-テトラオースとラクト-N-テトラオース標準品のHPAEC-PAD法分析結果を示す。FIG. 6 shows the results of HPAEC-PAD analysis of synthetic lacto-N-tetraose and lacto-N-tetraose standards. 図7はラクト-N-テトラオース標準品および合成ラクト-N-テトラオースの1H-NMRスペクトルを示す。 FIG. 7 shows the 1 H-NMR spectra of lacto-N-tetraose standard and synthetic lacto-N-tetraose. 図8は精製GLNBP-MGGのGal・GlcNAc残基結合活性測定における薄層クロマトグラムを示す。75%プロパノールで2回展開。レーン1: 1 mM N,N’-diacetylchitobioseレーン2: 1 mM GlcNAc-β-pNPレーン3: 1 mM Gal-1-Pレーン4: 1 mM Sucroseレーン5: 1 mM Fructoseレーン6: GlcNAcβ1-4GlcNAc反応液 10倍希釈レーン7: GlcNAcβ1-4GlcNAc酵素無添加コントロール 10倍希釈レーン8: GlcNAc-β-pNP反応液 10倍希釈レーン9: GlcNAc-β-pNP酵素無添加コントロール 10倍希釈FIG. 8 shows a thin layer chromatogram in the measurement of Gal / GlcNAc residue binding activity of purified GLNBP-MGG. Deployed twice with 75% propanol. Lane 1: 1 mM N, N'-diacetylchitobiose Lane 2: 1 mM GlcNAc-β-pNP Lane 3: 1 mM Gal-1-P Lane 4: 1 mM Sucrose Lane 5: 1 mM Fructose Lane 6: GlcNAc β1-4 GlcNAc reaction Liquid 10-fold dilution lane 7: GlcNAcβ1-4 GlcNAc enzyme-free control 10-fold dilution lane 8: GlcNAc-β-pNP reaction solution 10-fold dilution lane 9: GlcNAc-β-pNP enzyme-free control 10-fold dilution 図9−1はBifidobacterium属のGLNBPホモログのアライメント結果を示す(図9−2に続く)。FIG. 9-1 shows the alignment result of the GLNBP homolog of the genus Bifidobacterium (following FIG. 9-2). 図9−2はBifidobacterium属のGLNBPホモログのアライメント結果を示す。FIG. 9-2 shows the alignment result of the GLNBP homolog of the genus Bifidobacterium. 図10はRCSB PDB ID 2ZUV, Crystal structure of Galacto-N-biose/Lacto-N-biose I phosphorylase in complex with GlcNAc, Ethylene glycol, and nitrate, Released: 2008-12-30[平成30年8月10日検索], URL:http://www.rcsb.org/pdb/explore/remediatedSequence.do?structureId=2ZUVより引用した、Bifidobacterium longum subsp. longum (strain ATCC 15707 / DSM 20219 / JCM 1217 / NCTC 11818 / E194b)の2次構造を示す概略図を示す。Figure 10 shows RCSB PDB ID 2ZUV, Crystal structure of Galacto-N-biose / Lacto-N-biose I phosphorylase in complex with GlcNAc, Ethylene glycol, and nitrate, Released: 2008-12-30 [August 10, 2018] Search], URL: http://www.rcsb.org/pdb/explore/remediatedSequence.do?structureId=2 Quoted from ZUV, Bifidobacterium longum subsp. Longum (strain ATCC 15707 / DSM 20219 / JCM 1217 / NCTC 11818 / E194b ) Shows a schematic diagram showing the secondary structure. 図11はBifidobacterium longum JCM1217株のGLNBP(配列番号1)の19番目のヘリックス構造(448〜451位)とループ領域(452〜467位)と20番目のヘリックス構造(468〜478位)に対応する箇所を示す図を示す。FIG. 11 corresponds to the 19th helix structure (positions 448 to 451), the loop region (positions 452 to 467), and the 20th helix structure (positions 468 to 478) of GLNBP (SEQ ID NO: 1) of the Bifidobacterium longum JCM1217 strain. The figure which shows the part is shown. 図12はBifidobacterium longum JCM1217株のGLNBP(配列番号1)に対する各Bifidobacterium属GLNBPホモログのアミノ酸配列同一性を示す。FIG. 12 shows the amino acid sequence identity of each Bifidobacterium genus GLNBP homolog to GLNBP (SEQ ID NO: 1) of the Bifidobacterium longum JCM1217 strain. 図13−1はGLNBPホモログのアライメント結果を示す(図13−2に続く)。FIG. 13-1 shows the alignment result of the GLNBP homolog (continued from FIG. 13-2). 図13−2はGLNBPホモログのアライメント結果を示す。FIG. 13-2 shows the alignment result of the GLNBP homolog. 図14はBifidobacterium longum JCM1217株のGLNBP(配列番号1)の19番目のヘリックス構造(448〜451位)とループ領域(452〜467位)と20番目のヘリックス構造(468〜478位)に対応する箇所を示す図を示す。FIG. 14 corresponds to the 19th helix structure (positions 448 to 451), the loop region (positions 452 to 467), and the 20th helix structure (positions 468 to 478) of GLNBP (SEQ ID NO: 1) of the Bifidobacterium longum JCM1217 strain. The figure which shows the part is shown. 図15は野生型BlGLNBPの活性中心にLNTを組み込んだモデル図を示す。白: GLNBP全体、灰色: LNT、黒: ループ領域FIG. 15 shows a model diagram in which LNT is incorporated into the active center of wild-type BlGLNBP. White: entire GLNBP, gray: LNT, black: loop area

本願は、非変異型GLNBPのアミノ酸配列を配列番号1に示すアミノ酸配列とアライメントしたときに、配列番号1における452〜467位に対応する位置の領域において、1または複数個のアミノ酸が欠失、置換および/または挿入されており;および
ガラクトース-1-リン酸の1位と、非還元末端にβ結合したN-アセチルグルコサミン残基またはβ結合したN-アセチルガラクトサミン残基を有しかつ1または複数個の糖残基を有する糖における該N-アセチルグルコサミン残基またはN-アセチルガラクトサミン残基の3位とをβ−1,3結合させる酵素活性を有する、改変GLNBPタンパク質を提供する。
In the present application, when the amino acid sequence of non-mutant GLNBP is aligned with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, one or more amino acids are deleted in the region corresponding to positions 452 to 467 in SEQ ID NO: 1. Substituted and / or inserted; and having a β-linked N-acetylglucosamine residue or a β-linked N-acetylglucosamine residue at the 1-position of galactose-1-phosphate and 1 or Provided is a modified GLNBP protein having an enzymatic activity of β-1,3 binding to the N-acetylglucosamine residue or the 3-position of the N-acetylgalactosamine residue in a sugar having a plurality of sugar residues.

さらに本願は、非変異型GLNBPの活性中心の三次元的近傍に位置するループ領域において、1または複数個のアミノ酸が欠失、置換および/または挿入されており;および
ガラクトース-1-リン酸の1位と、非還元末端にβ結合したN-アセチルグルコサミン残基またはβ結合したN-アセチルガラクトサミン残基を有しかつ1または複数個の糖残基を有する糖における該N-アセチルグルコサミン残基またはN-アセチルガラクトサミン残基の3位とをβ−1,3結合させる酵素活性を有する、改変GLNBPタンパク質を提供する。
In addition, the present application has deleted, substituted and / or inserted one or more amino acids in a loop region located three-dimensionally near the active center of non-mutated GLNBP; and of galactose-1-phosphate. The N-acetylglucosamine residue in a sugar having a β-linked N-acetylglucosamine residue or a β-linked N-acetylgalactosamine residue at the 1-position and one or more sugar residues. Alternatively, a modified GLNBP protein having an enzymatic activity that binds β-1,3 to the 3-position of the N-acetylgalactosamine residue is provided.

図15に示すとおり、本願発明者らはBifidobacterium longumのGLNBPの活性中心にラクト-N-テトラオースをくみ込んだモデル図を作成した。この図によれば、2次構造において19番目のヘリックス構造と20番目のヘリックス構造の間に存在し、3次構造において活性中心近傍に位置する(活性中心の+サブサイトの一部を形成する)ループ領域が、ラクト-N-テトラオースと衝突している。本願の改変GLNBPタンパク質では当該ループ領域に変異が導入されたことで当該ループ領域の構造が変化し、ラクト-N-テトラオース等の糖との衝突が解消されて酵素活性が発揮されるものと推測される。なお、当該メカニズムの推測は本願発明を何ら制限するものではない。 As shown in FIG. 15, the inventors of the present application created a model diagram in which lacto-N-tetraose was incorporated into the active center of GLNBP of Bifidobacterium longum. According to this figure, it exists between the 19th and 20th helix structures in the secondary structure and is located near the active center in the tertiary structure (forming a part of the + subsite of the active center). ) The loop region collides with the lacto-N-tetraose. It is speculated that in the modified GLNBP protein of the present application, the structure of the loop region is changed by introducing a mutation into the loop region, the collision with sugars such as lacto-N-tetraose is eliminated, and the enzyme activity is exhibited. Will be done. The speculation of the mechanism does not limit the invention of the present application at all.

本願において、改変GLNBPタンパク質は、非変異型GLNBPに基づき作製されたタンパク質を意味する。改変GLNBPタンパク質はガラクトース-1-リン酸の1位と、非還元末端にβ結合したN-アセチルグルコサミン残基を有しかつ1または複数個の糖残基を有する糖の該N-アセチルグルコサミン残基の3位とをβ−1,3結合させる酵素活性(以下、Gal・GlcNAc残基結合活性と略称することがある)、および/またはガラクトース-1-リン酸の1位と、非還元末端にβ結合したN-アセチルガラクトサミン残基を有しかつ1または複数個の糖残基を有する糖の該N-アセチルガラクトサミン残基の3位とをβ−1,3結合させる酵素活性(以下、Gal・GalNAc残基結合活性と略称することがある)を有し得る。非変異型GLNBPは下記に説明する可逆的なGLNBP活性を有する酵素であるため、改変GLNBPタンパク質のGal・GlcNAc/Gal・GalNAc残基結合活性もまた可逆的である。従って、当該β−1,3結合を加リン酸分解する活性も本願の改変GLNBPタンパク質のGal・GlcNAc/Gal・GalNAc残基結合活性とみなすことができる。Gal・GlcNAc/Gal・GalNAc残基結合活性のアッセイ方法は特に限定されず、当業者に知られる方法により行われ得、例えば本願の実施例に記載の方法により行われ得る。改変GLNBPタンパク質は下記に説明するGLNBP活性を有していてもよく、有さなくてもよい。 In the present application, the modified GLNBP protein means a protein prepared based on the non-mutated GLNBP. The modified GLNBP protein is the N-acetylglucosamine residue of a sugar having one position of galactose-1-phosphate and an N-acetylglucosamine residue β-linked to the non-reducing end and having one or more sugar residues. Enzymatic activity that binds β-1,3 to the 3-position of the group (hereinafter, may be abbreviated as Gal / GlcNAc residue-binding activity), and / or 1-position of galactose-1-phosphate and a non-reducing terminal. Enzymatic activity that binds β-1,3 to the 3-position of the N-acetylgalactosamine residue of a sugar having a β-linked N-acetylgalactosamine residue and one or more sugar residues (hereinafter, It may have Gal · GalNAc residue binding activity). Since non-mutant GLNBP is an enzyme having reversible GLNBP activity as described below, the Gal / GlcNAc / Gal / GalNAc residue binding activity of the modified GLNBP protein is also reversible. Therefore, the activity of phosphoric acid-degrading the β-1,3 bond can also be regarded as the Gal / GlcNAc / Gal / GalNAc residue binding activity of the modified GLNBP protein of the present application. The assay method for Gal / GlcNAc / Gal / GalNAc residue binding activity is not particularly limited and can be carried out by a method known to those skilled in the art, for example, by the method described in Examples of the present application. The modified GLNBP protein may or may not have the GLNBP activity described below.

本願の1つの実施形態として、改変GLNBPタンパク質は、ガラクトース-1-リン酸の1位と、非還元末端にβ結合したN-アセチルグルコサミン残基を有しかつ1または複数個の糖残基を有する糖の該N-アセチルグルコサミン残基の3位とをβ−1,3結合させる酵素活性を有する。 In one embodiment of the present application, the modified GLNBP protein has one or more sugar residues having a β-linked N-acetylglucosamine residue at the 1-position of galactose-1-phosphate and a non-reducing end. It has an enzymatic activity that binds β-1,3 to the 3-position of the N-acetylglucosamine residue of the sugar.

本願において、「非変異型GLNBP」とは以下の反応を触媒する酵素活性(以下、GLNBP酵素活性と略称することがある)を有するものであって、非変異型GLNBPのアミノ酸配列を配列番号1に示すアミノ酸配列とアライメントしたときに、配列番号1における452〜467位に対応する位置の領域にまたは活性中心の三次元的近傍に位置するループ領域に人為的な変異を有さないものを意味する。

Figure 2020040257
In the present application, the "non-mutant GLNBP" has an enzymatic activity that catalyzes the following reaction (hereinafter, may be abbreviated as GLNBP enzyme activity), and the amino acid sequence of the non-mutant GLNBP is represented by SEQ ID NO: 1. When aligned with the amino acid sequence shown in, it means that there is no artificial mutation in the region corresponding to the position 452 to 467 in SEQ ID NO: 1 or in the loop region located in the three-dimensional vicinity of the active center. do.
Figure 2020040257

「非変異型GLNBP」は、生物由来のGLNBPであって人為的な変異を含まない野生型GLNBPであってよく、あるいは、GLNBP酵素活性を有する限り、非変異型GLNBPのアミノ酸配列を配列番号1に示すアミノ酸配列とアライメントしたときに、配列番号1における452〜467位に対応する位置の領域以外の箇所、あるいは、活性中心の三次元的近傍に位置するループ領域以外の箇所に人為的な変異を有していてもよい。 The "non-mutant GLNBP" may be a wild-type GLNBP that is of biological origin and does not contain an artificial mutation, or as long as it has GLNBP enzyme activity, the amino acid sequence of the non-mutant GLNBP is SEQ ID NO: 1. When aligned with the amino acid sequence shown in, artificial mutation occurs in a location other than the region corresponding to positions 452 to 467 in SEQ ID NO: 1 or a location other than the loop region located in the three-dimensional vicinity of the active center. May have.

「非変異型GLNBP」は、任意の起源のものでよく、例えば細菌等の原核生物、酵母、菌類、動物等の真核生物由来のいずれの酵素であってもよく、また組換え酵素であってもよい。そのような酵素は市販のものを使用し得るか、または当業者に周知の方法、例えば天然から精製してもよいし、あるいは遺伝子組換え法によって取得し得る。 The "non-mutant GLNBP" may be of any origin, and may be any enzyme derived from prokaryotes such as bacteria, yeast, fungi, animals or the like, or is a recombinant enzyme. You may. Such enzymes can be commercially available, or can be purified by methods well known to those of skill in the art, such as from nature, or can be obtained by genetic recombination.

「非変異型GLNBP」の例として、
Bifidobacterium属:例えば、
Bifidobacterium longum(例えば、Bifidobacterium longum subsp. infantis ATCC 15697(例えばBlon_2174:配列番号2);Bifidobacterium longum subsp. longum JCM 1217(例えばBLLJ_1623:配列番号1));
Bifidobacterium breve(例えば、Bifidobacterium breve DSM 20213 = JCM 1192(例えばBBBR_1586:配列番号3));
Bifidobacterium scardovii(例えばBBSC_1789:配列番号4);
Bifidobacterium bifidum PRL2010(例えばBBPR_1055:配列番号5;BBPR_0233:配列番号6);
Bifidobacterium bifidum JCM1254(例えば配列番号100);
Anaerococcus属:例えば、Anaerococcus prevotii(例えば配列番号7);
Clostridium属:例えば、Clostridium perfringens(例えば配列番号8);
Cutibacterium属:例えば、Cutibacterium acnes(例えば配列番号9);
Erysipelothrix属:例えば、Erysipelothrix rhusiopathiae(例えば配列番号10);
Lachnoclostridium属:例えば、Lachnoclostridium phytofermentans(例えば配列番号11、12);
Streptobacillus属:例えば、Streptobacillus moniliformis(例えば配列番号13)または
Vibrio属:例えばVibrio vulnificus(例えば配列番号14)
由来のGLNBPが挙げられる。
1つの実施形態において、GLNBPはBifidobacterium属由来である。
As an example of "non-mutant GLNBP"
Bifidobacterium genus: For example
Bifidobacterium longum (eg, Bifidobacterium longum subsp. Infantis ATCC 15697 (eg, Blon_2174: SEQ ID NO: 2); Bifidobacterium longum subsp. Longum JCM 1217 (eg, BLLJ_1623: SEQ ID NO: 1));
Bifidobacterium breve (eg, Bifidobacterium breve DSM 20213 = JCM 1192 (eg, BBBR_1586: SEQ ID NO: 3));
Bifidobacterium scardovii (eg BBSC_1789: SEQ ID NO: 4);
Bifidobacterium bifidum PRL2010 (eg BBPR_1055: SEQ ID NO: 5; BBPR_0233: SEQ ID NO: 6);
Bifidobacterium bifidum JCM1254 (eg, SEQ ID NO: 100);
Anaerococcus genus: eg Anaerococcus prevotii (eg SEQ ID NO: 7);
Genus Clostridium: eg Clostridium perfringens (eg SEQ ID NO: 8);
Genus Cutibacterium: for example, Cutibacterium acnes (eg, SEQ ID NO: 9);
Genus Erysipelothrix: eg, Erysipelothrix rhusiopathiae (eg SEQ ID NO: 10);
Genus Lachnoclostridium: eg, Lachnoclostridium phytofermentans (eg, SEQ ID NOs: 11 and 12);
Genus Streptobacillus: for example, Streptobacillus moniliformis (eg SEQ ID NO: 13) or
Genus Vibrio: eg Vibrio vulnificus (eg SEQ ID NO: 14)
The origin GLNBP can be mentioned.
In one embodiment, GLNBP is from the genus Bifidobacterium.

以下に示す配列番号1〜14および100は、GLNBP活性を有するかその蓋然性が高いGLNBPホモログとして既に知られるタンパク質のアミノ酸配列であり、これらのGLNBPホモログは本願の「非変異型GLNBP」の例として挙げられる。 SEQ ID NOs: 1 to 14 and 100 shown below are amino acid sequences of proteins already known as GLNBP homologs having or highly likely to have GLNBP activity, and these GLNBP homologs are examples of the "non-mutant GLNBP" of the present application. Can be mentioned.

Figure 2020040257
Figure 2020040257

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さらに、「非変異型GLNBP」の例には、配列番号1〜14および100から選択されるアミノ酸配列と75%以上、例えば80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、例えば97%以上又は98%以上のアミノ酸配列同一性を有し、かつ、GLNBP酵素活性を有するものが含まれる。GLNBP酵素活性のアッセイ方法は特に限定されず、当業者に知られる方法により行われ得、例えば本願の実施例に記載の方法に準じて行われ得る。 Further, in the example of "non-mutant GLNBP", the amino acid sequence selected from SEQ ID NOs: 1 to 14 and 100 and 75% or more, for example 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, for example. Those having 97% or more or 98% or more amino acid sequence identity and having GLNBP enzyme activity are included. The assay method for GLNBP enzyme activity is not particularly limited, and can be carried out by a method known to those skilled in the art, for example, according to the method described in Examples of the present application.

1つの実施形態において、「非変異型GLNBP」は配列番号1を有するか;または
配列番号1と75%以上、例えば80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、例えば97%以上又は98%以上のアミノ酸配列同一性を有し、かつ、GLNBP酵素活性を有する。
In one embodiment, the "non-mutant GLNBP" has SEQ ID NO: 1; or 75% or more, such as 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, for example 97% with SEQ ID NO: 1. It has the above or 98% or more amino acid sequence identity and has GLNBP enzyme activity.

本明細書において「配列同一性」のパーセンテージ(%)は、比較ウィンドウで最適な状態に並置された配列を比較することによって求められる。例えば、2以上配列の最適なアライメントを得た場合に、基準配列(他の配列に付加が含まれていればギャップが生じることもあるが、ここでの基準配列は、便宜上、付加も欠失もないものとする)と比較して、対象配列の比較ウィンドウ内の部分には、付加または欠失(すなわちギャップ)が含まれる場合がある。ここで、「同一」の文字列が基準配列と比較対象配列との双方に認められる位置の数を各々特定することによって、それらの対応づけられた位置の数を求め、その数を比較ウィンドウ内の総位置数で割り、得られた結果に100を乗じて「配列同一性」のパーセンテージを算出し得る。当該分野で公知の配列解析ソフトウエアを利用することによって、配列同一性の測定が容易に実施され得る。また、具体的な計算手順、判別基準、基準配列の取扱い方、その前提となるアライメント手法の選択などは、用いるソフトウエアによりバリエーションが認められるが、当業者は、その使用目的に応じて適宜選択し利用することが可能である。 As used herein, the percentage of "sequence identity" is determined by comparing sequences juxtaposed optimally in a comparison window. For example, when the optimum alignment of two or more sequences is obtained, a gap may occur in the reference sequence (if other sequences contain additions, a gap may occur, but the reference sequence here is deleted with additions for convenience. The portion of the subject sequence within the comparison window may contain additions or deletions (ie, gaps) as compared to (assuming no). Here, by specifying the number of positions where the "same" character string is recognized in both the reference array and the comparison target array, the number of their associated positions is obtained, and the number is calculated in the comparison window. The percentage of "sequence identity" can be calculated by dividing by the total number of positions of and multiplying the obtained result by 100. By using sequence analysis software known in the art, sequence identity can be easily measured. In addition, there are variations in the specific calculation procedure, discrimination criteria, how to handle the reference sequence, selection of the alignment method that is the premise, etc., depending on the software used, but those skilled in the art will appropriately select according to the purpose of use. It is possible to use it.

本願において、「非変異型GLNBPのアミノ酸配列を配列番号1に示すアミノ酸配列とアライメントしたときに、配列番号1における452〜467位に対応する位置の領域」とは、配列番号1をベースに、アライメントを当該技術分野における通常の方法で(例えばClustalW (https://www.genome.jp/tools-bin/clustalw)等のプログラムを用いて)行ったときに、配列番号1における452〜467位に対応する領域と決定された領域を意味する。 In the present application, "a region at a position corresponding to positions 452 to 467 in SEQ ID NO: 1 when the amino acid sequence of non-mutant GLNBP is aligned with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1" is based on SEQ ID NO: 1. Position 452-467 in SEQ ID NO: 1 when alignment was performed in the usual manner in the art (eg, using a program such as ClustalW (https://www.genome.jp/tools-bin/clustalw)). Means the area corresponding to and the determined area.

本明細書中で使用される場合、「アライメント(する)」は、2以上の配列群を比較し、それぞれの配列(例えば、ポリペプチド配列)を構成する文字列(例えば、ポリペプチド配列を構成するアミノ酸残基を示す文字列)の適切な対応づけを行う処理をいい、また、その対応づけ後の配列の比較結果をいう。ここで、その適切な対応づけは、比較する配列間における「同一性」、「類似性」などを基準に評価される。配列(例えば、タンパク質の一次配列)の「同一性」とは、2以上の対比可能な配列の、互いに対する同一の文字列(例えば、個々のアミノ酸)の程度をいう。また、配列(例えば、アミノ酸配列)の「類似性」とは、2以上の対比可能な配列の、互いに対する同一又は(同一でなくとも)特定の性質が共通する文字列の程度をいう。一例として、「アミノ酸」の類似性の評価において、いわゆる保存的置換をなすアミノ酸同士の性質は「共通する」と評価される。そして、このような「類似性」を定量的に評価する例示的な指標としては、BLOSUMスコア行列などが公知であり、当業者は比較する対象に応じてそのような指標を適宜選択して類似性の評価に用いることができる。 As used herein, "alignment" compares two or more sequence groups and constitutes a string (eg, a polypeptide sequence) that constitutes each sequence (eg, a polypeptide sequence). It refers to a process for appropriately associating (a character string indicating an amino acid residue to be used), and also refers to a comparison result of sequences after the association. Here, the appropriate association is evaluated based on "identity", "similarity", etc. between the sequences to be compared. The "identity" of a sequence (eg, the primary sequence of a protein) refers to the degree to which two or more contrastable sequences have the same string (eg, individual amino acids) relative to each other. Further, the "similarity" of a sequence (for example, an amino acid sequence) refers to the degree of a character string in which two or more contrastable sequences have the same or (if not the same) specific properties with respect to each other. As an example, in the evaluation of similarity of "amino acids", the properties of amino acids forming so-called conservative substitutions are evaluated as "common". A BLOSUM score matrix or the like is known as an exemplary index for quantitatively evaluating such "similarity", and those skilled in the art will appropriately select such an index according to the object to be compared and have similarities. It can be used for sexual evaluation.

本願において、「アライメントする」は構造アライメントにより、当該技術分野で通常行われる方法を用いて行われてもよい。「構造アライメント」は、比較する分子(例えば、タンパク質)間の(一次)配列情報のみならず、当該分子の構造的情報(例えば、タンパク質の二次構造、三次構造などに関する情報)を考慮して、当該分子を構成する配列の対応づけを行う処理である。一般に、タンパク質の立体構造は進化的に保存性が高いため、構造アライメントを行うことで、一次配列上の類似性が乏しい場合(進化論的には、より遠縁の配列同士のである場合)であっても、基準配列の所定の領域の相当する領域を比較対象の分子(の配列)において特定することが可能である。 In the present application, "alignment" may be performed by structural alignment using a method commonly used in the art. "Structural alignment" takes into account not only (primary) sequence information between molecules (eg, proteins) to be compared, but also structural information of the molecule (eg, information on secondary, tertiary, etc. of proteins). , This is a process of associating the sequences constituting the molecule. In general, since the three-dimensional structure of a protein is evolutionarily highly conserved, structural alignment results in poor similarity on the primary sequence (evolutionarily, when the sequences are more distantly related to each other). Also, it is possible to specify the region corresponding to a predetermined region of the reference sequence in (the sequence of) the molecule to be compared.

本願において、「非変異型GLNBPの活性中心の三次元的近傍に位置するループ領域」とは、非変異型GLNBPの活性中心の+サブサイトの一部を形成するループ領域を意味する。当該ループ領域は非変異型GLNBPの三次構造を当該技術分野において通常行われる方法により解析することにより確認することができる。当該方法として、例えば実験的手法としてX線結晶構造解析法、核磁気共鳴法、電子顕微鏡法が挙げられ、またバイオインフォマティクス的手法により非変異型GLNBPの立体構造を予測することで確認されうる。 In the present application, the "loop region located in the three-dimensional vicinity of the active center of the non-mutant GLNBP" means a loop region forming a part of the + subsite of the active center of the non-mutant GLNBP. The loop region can be confirmed by analyzing the tertiary structure of non-mutant GLNBP by methods commonly used in the art. Examples of the method include an X-ray crystal structure analysis method, a nuclear magnetic resonance method, and an electron microscopy method as experimental methods, and can be confirmed by predicting the three-dimensional structure of the non-mutant GLNBP by a bioinformatics method.

当該ループ領域は、Bifidobacterium longum JCM1217株の野生型GLNBP(配列番号1)においては、19番目のヘリックス構造(448〜451位)と20番目のヘリックス構造(468〜478位)の間(452〜467位)に位置する。既に三次構造が知られた酵素のアミノ酸配列をベースにホモログ間でアライメントした場合には、対応する領域(特に酵素活性に深く影響する活性中心およびその三次元的近傍に対応する領域)は三次構造中でも同位置に存在すると推定され、GLNBP活性に関して類似した効果を有することが推定できる。本願において「非変異型GLNBPの活性中心の三次元的近傍に位置するループ領域」は、非変異型GLNBPのアミノ酸配列を配列番号1に示すアミノ酸配列とアライメントしたときに、配列番号1における452〜467位に対応する位置の領域であり得るが、当該非変異型GLNBPにおける該配列番号1における452〜467位に対応する位置の領域は当該ループ領域を形成していてもよく、していなくてもよい。 In the wild-type GLNBP (SEQ ID NO: 1) of the Bifidobacterium longum JCM1217 strain, the loop region is located between the 19th helix structure (positions 448 to 451) and the 20th helix structure (positions 468 to 478) (452 to 467). Position). When aligned between homologs based on the amino acid sequence of an enzyme whose tertiary structure is already known, the corresponding region (particularly the active center that has a profound effect on enzyme activity and the region corresponding to its three-dimensional neighborhood) has the tertiary structure. Among them, it is presumed to be present at the same position, and it can be presumed that it has a similar effect on GLNBP activity. In the present application, the "loop region located in the three-dimensional vicinity of the active center of the non-mutant GLNBP" refers to 452 to 452 in SEQ ID NO: 1 when the amino acid sequence of the non-mutant GLNBP is aligned with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. The region at the position corresponding to the position 467 may or may not form the loop region, although the region corresponding to the position 452 to 467 in the SEQ ID NO: 1 in the non-mutant GLNBP may or may not form the loop region. May be good.

非変異型GLNBPのアミノ酸配列を配列番号1に示すアミノ酸配列とアライメントしたときに、配列番号1における452〜467位に対応する位置の領域は、
Blon_2174:配列番号2(Bifidobacterium longum subsp. infantis ATCC 15697)では452〜467位;
BBBR_1586:配列番号3(Bifidobacterium breve DSM 20213 = JCM 1192)では451〜466位;
BBSC_1789:配列番号4(Bifidobacterium scardovii)では452〜467位;
BBPR_1055:配列番号5(Bifidobacterium bifidum PRL2010)では452〜467位;
BBPR_0233:配列番号6(Bifidobacterium bifidum PRL2010)では452〜467位;
配列番号100(Bifidobacterium bifidum JCM1254)では452〜467位;
配列番号7(Anaerococcus prevotii)では454〜469位;
配列番号8(Clostridium perfringens)では454〜469位;
配列番号9(Cutibacterium acnes)では465〜480位;
配列番号10(Erysipelothrix rhusiopathiae)では455〜470位;
配列番号11(Lachnoclostridium phytofermentans)では455〜470位;
配列番号12(Lachnoclostridium phytofermentans)では456〜471位;
配列番号13(Streptobacillus moniliformis)では445〜460位;
配列番号14(Vibrio vulnificus)では456〜477位;
である。
When the amino acid sequence of the non-mutant GLNBP is aligned with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, the region at the position corresponding to positions 452 to 467 in SEQ ID NO: 1 is
Blon_2174: Positions 452 to 467 in SEQ ID NO: 2 (Bifidobacterium longum subsp. Infantis ATCC 15697);
BBBR_1586: Positions 451 to 466 in SEQ ID NO: 3 (Bifidobacterium breve DSM 20213 = JCM 1192);
BBSC_1789: Positions 452 to 467 in SEQ ID NO: 4 (Bifidobacterium scardovii);
BBPR_1055: Position 452-467 in SEQ ID NO: 5 (Bifidobacterium bifidum PRL2010);
BBPR_0233: Position 452-467 in SEQ ID NO: 6 (Bifidobacterium bifidum PRL2010);
In SEQ ID NO: 100 (Bifidobacterium bifidum JCM1254), positions 452 to 467;
In SEQ ID NO: 7 (Anaerococcus prevotii), positions 454 to 469;
Positions 454 to 469 in SEQ ID NO: 8 (Clostridium perfringens);
In SEQ ID NO: 9 (Cutibacterium acnes), positions 465 to 480;
In SEQ ID NO: 10 (Erysipelothrix rhusiopathiae), positions 455-470;
In SEQ ID NO: 11 (Lachnoclos tridium phytofermentans), positions 455-470;
Positions 456 to 471 in SEQ ID NO: 12 (Lachnoclos tridium phytofermentans);
In SEQ ID NO: 13 (Streptobacillus moniliformis), positions 445-460;
In SEQ ID NO: 14 (Vibrio vulnificus), positions 456 to 477;
Is.

本願の改変GLNBPタンパク質に関して、アミノ酸の欠失、置換および/または挿入が導入される箇所の例として、非変異型GLNBPのアミノ酸配列を配列番号1に示すアミノ酸配列とアライメントしたときに、配列番号1における452〜467位に対応する位置の範囲内、配列番号1における454〜465位に対応する位置の範囲内、456〜464位に対応する位置の範囲内、および457〜463位に対応する位置の範囲内が挙げられる。 As an example of where amino acid deletions, substitutions and / or insertions are introduced with respect to the modified GLNBP protein of the present application, SEQ ID NO: 1 when the amino acid sequence of non-mutant GLNBP is aligned with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. Within the range of positions corresponding to positions 452 to 467, within the range of positions corresponding to positions 454 to 465 in SEQ ID NO: 1, within the range of positions corresponding to positions 456 to 464, and positions corresponding to positions 457 to 463. Within the range of.

本願の改変GLNBPタンパク質において、該欠失されうるアミノ酸の総数は、1以上であって、当該変異が導入されうる領域のアミノ酸配列のアミノ酸数以下である限り、特に限定されない。欠失されうるアミノ酸の総数の範囲の例として、1〜16個、3〜10個、4〜8個、5〜7個、および5個(例えば458〜462位に対応する位置の領域)が挙げられる。また、該欠失されうるアミノ酸の総数の範囲の例は、1、2、3、4、および5個から選択される下限値と、16、13、10、9、8、および7個から選択される上限値との組合せにより示されうる。総数のアミノ酸が連続して欠失していても、1個および/または連続する2個以上のアミノ酸が不連続に欠失していてもよい。 In the modified GLNBP protein of the present application, the total number of amino acids that can be deleted is not particularly limited as long as it is 1 or more and equal to or less than the number of amino acids in the amino acid sequence of the region in which the mutation can be introduced. Examples of the range of total number of amino acids that can be deleted include 1-16, 3-10, 4-8, 5-7, and 5 (eg, the region corresponding to positions 458-462). Can be mentioned. Also, examples of the range of total number of amino acids that can be deleted include a lower limit selected from 1, 2, 3, 4, and 5 and selected from 16, 13, 10, 9, 8, and 7. It can be indicated by a combination with the upper limit to be determined. The total number of amino acids may be consecutively deleted, or one and / or two or more consecutive amino acids may be deleted discontinuously.

本願の改変GLNBPタンパク質において、該置換されうるアミノ酸の総数は、1以上であって、当該変異が導入されうる領域のアミノ酸配列のアミノ酸数以下である限り、特に限定されない。置換されうるアミノ酸の総数の例として、1〜16個、3〜10個、4〜8個、5〜7個、および7個(例えば457〜463位に対応する位置の領域)が挙げられる。また、該置換されうるアミノ酸の総数の範囲の例は、1、2、3、4、および5個から選択される下限値と、16、13、10、9、8、および7個から選択される上限値との組合せにより示されうる。総数のアミノ酸が連続して置換されていても、1個および/または連続する2個以上のアミノ酸が不連続に置換されていてもよい。 In the modified GLNBP protein of the present application, the total number of amino acids that can be substituted is not particularly limited as long as it is 1 or more and equal to or less than the number of amino acids in the amino acid sequence of the region in which the mutation can be introduced. Examples of the total number of amino acids that can be substituted include 1-16, 3-10, 4-8, 5-7, and 7 (eg, the region corresponding to positions 457-463). Further, examples of the range of the total number of amino acids that can be substituted are selected from the lower limit value selected from 1, 2, 3, 4, and 5, and 16, 13, 10, 9, 8, and 7. It can be indicated by a combination with the upper limit value. The total number of amino acids may be continuously substituted, or one and / or two or more consecutive amino acids may be substituted discontinuously.

アミノ酸が置換される場合、置換されるアミノ酸の数と同数のアミノ酸によって、または置換されるアミノ酸の数より多い/又は少ないアミノ酸によって置換されうる。当該置換に用いられるアミノ酸の総数は1以上であって、特に限定されないが、例として、1〜16個、1〜10個、2〜7個、および3個が挙げられる。該置換に用いられるアミノ酸の総数の範囲の例は、1、2、3個から選択される下限値と、16、13、10、9、8、7、5、3個から選択される上限値との組合せにより示されうる。 When an amino acid is substituted, it can be substituted by as many amino acids as the number of amino acids to be substituted, or by more / or less amino acids than the number of amino acids to be substituted. The total number of amino acids used for the substitution is 1 or more and is not particularly limited, and examples thereof include 1 to 16, 1 to 10, 2 to 7, and 3. Examples of the range of total number of amino acids used for the substitution are the lower limit selected from 1, 2, 3 and the upper limit selected from 16, 13, 10, 9, 8, 7, 5, 3. Can be indicated in combination with.

該置換に用いられるアミノ酸は、構造的なフレキシビリティーを与えうる観点から、少なくとも1つのグリシンを含んでいてもよい。該置換に用いられるアミノ酸の例として、少なくとも1つのグリシンを含む連続する2〜10個(例えば、2〜7個、3個)のアミノ酸が挙げられる。例として、XG、XGX、XGG、GXG、またはGGG(XおよびXは同一または異なるグリシン以外のアミノ酸を示す)から選択される、連続する3個のアミノ酸が挙げられる。当該置換に用いられるアミノ酸のさらなる例として、GG、GGG、GGGG、GGGGG、GGGGGG、GGGGGGG、AGG、CGG、EGG、FGG、HGG、IGG、KGG、LGG、MGG、NGG、PGG、QGG、SGG、TGG、WGG、YGG、GPG、GGC、GGL、GGM、GGP、GGQ、GGS、GGY、MGL、MGS、LGL、およびLGSが挙げられる。さらに例として、FGG、LGG、およびMGGが挙げられる。The amino acid used for the substitution may contain at least one glycine from the viewpoint of giving structural flexibility. Examples of amino acids used for the substitution include 2 to 10 consecutive (eg, 2-7, 3) amino acids containing at least one glycine. As an example, three consecutive pieces selected from X 1 X 2 G, X 1 GX 2 , X 1 GG, GX 1 G, or GGG (X 1 and X 2 indicate amino acids other than the same or different glycine). Amino acids can be mentioned. Further examples of amino acids used for the substitution are GG, GGG, GGGGG, GGGGG, GGGGGGG, GGGGGGG, AGG, CGG, EGG, FGG, HGG, IGG, KGG, LGG, MGG, NGG, PGG, QGG, SGG, TGG. , WGG, YGG, GPG, GGC, GGL, GGM, GGP, GGQ, GGS, GGY, MGL, MGS, LGL, and LGS. Further examples include FGG, LGG, and MGG.

本願において、アミノ酸とは、下記の20個の天然アミノ酸を意味し、「グリシン以外のアミノ酸」とは、具体的には、アラニン、ロイシン、アルギニン、リシン、アスパラギン、メチオニン、アスパラギン酸、フェニルアラニン、システイン、プロリン、グルタミン、セリン、グルタミン酸、トレオニン、トリプトファン、ヒスチジン、チロシン、イソロイシン、およびバリンからなる群から選択される1つのアミノ酸を意味する。

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In the present application, the amino acid means the following 20 natural amino acids, and the "amino acid other than glycine" specifically means alanine, leucine, arginine, lysine, aspartic acid, methionine, aspartic acid, phenylalanine, and cysteine. , Proline, glutamine, serine, glutamic acid, threonine, tryptophan, histidine, tyrosine, isoleucine, and valine.
Figure 2020040257

本願の改変GLNBPタンパク質において、該挿入されうるアミノ酸の総数は、1以上であって、特に限定されない。挿入されうるアミノ酸の総数の例として1〜10個、および2〜7個が挙げられる。また、該挿入されたアミノ酸の総数の範囲の例は、1、2、3、4、および5個から選択される下限値と、10、9、8、7、6、および5個から選択される上限値との組合せにより示されうる。総数のアミノ酸が連続して挿入していても、1個および/または連続する2個以上のアミノ酸が不連続に挿入していてもよい。該挿入されうるアミノ酸は、構造的なフレキシビリティーを与えうる観点から、少なくとも1つのグリシンを含んでいてもよい。 In the modified GLNBP protein of the present application, the total number of amino acids that can be inserted is 1 or more, and is not particularly limited. Examples of the total number of amino acids that can be inserted include 1-10 and 2-7. In addition, an example of the range of the total number of inserted amino acids is selected from the lower limit value selected from 1, 2, 3, 4, and 5, and 10, 9, 8, 7, 6, and 5. It can be indicated by a combination with the upper limit value. The total number of amino acids may be inserted consecutively, or one and / or two or more consecutive amino acids may be inserted discontinuously. The amino acid that can be inserted may contain at least one glycine from the viewpoint of giving structural flexibility.

1つの実施態様として、以下の配列番号15〜48、98および99から選択されるアミノ酸配列を有する、改変GLNBPタンパク質が挙げられる。 One embodiment includes a modified GLNBP protein having an amino acid sequence selected from SEQ ID NOs: 15-48, 98 and 99 below.

Figure 2020040257
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本願の改変GLNBPタンパク質の1つの実施態様として、以下からなる群から選択されるアミノ酸配列を有する改変GLNBPタンパク質が挙げられる:
(i)配列番号15〜48、98および99から選択されるアミノ酸配列;
(ii)配列番号15〜48、98および99から選択されるアミノ酸配列と80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、例えば97%以上又は98%以上の配列同一性を有し、ガラクトース-1-リン酸の1位と、非還元末端にβ結合したN-アセチルグルコサミン残基またはβ結合したN-アセチルガラクトサミン残基を有し、かつ1または複数個の糖残基を有する糖における該N-アセチルグルコサミン残基またはN-アセチルガラクトサミン残基の3位とをβ−1,3結合させる酵素活性を有するアミノ酸配列。
One embodiment of the modified GLNBP protein of the present application includes a modified GLNBP protein having an amino acid sequence selected from the group consisting of:
(I) Amino acid sequence selected from SEQ ID NOs: 15-48, 98 and 99;
(Ii) Has 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, for example 97% or more or 98% or more sequence identity with the amino acid sequence selected from SEQ ID NOs: 15 to 48, 98 and 99. It has a β-linked N-acetylglucosamine residue or a β-linked N-acetylgalactosamine residue at the 1-position of galactose-1-phosphate and one or more sugar residues at the non-reducing end. An amino acid sequence having an enzymatic activity that binds β-1,3 to the N-acetylglucosamine residue or the 3-position of the N-acetylgalactosamine residue in the sugar having.

本願の改変GLNBPタンパク質は、当業者に知られる一般的な方法を用いて製造することができる。例えば、Kunkel法やPCR法を組み合わせた方法(例えばInverse PCR、QuikChange法)等の部位特異的変異導入法により、非変異型GLNBPをコードするポリヌクレオチドから改変GLNBPタンパク質をコードするポリヌクレオチド得、これを常法によりプラスミド、バクテリオファージ、コスミド等のベクターに組み込み、当該ベクターで宿主細胞を形質転換し、これを培養して、培養物から適宜精製することで改変GLNBPを得ることができうる。 The modified GLNBP protein of the present application can be prepared using a general method known to those skilled in the art. For example, a site-specific mutagenesis method such as a combination of the Kunkel method and the PCR method (for example, Inverse PCR, QuikChange method) is used to obtain a polynucleotide encoding a modified GLNBP protein from a polynucleotide encoding a non-mutated GLNBP. Is incorporated into a vector such as a plasmid, bacteriophage, or cosmid by a conventional method, the host cell is transformed with the vector, the culture is cultured, and the modified GLNBP can be obtained by appropriately purifying the culture.

本願において、「非還元末端にβ結合したN-アセチルグルコサミン残基またはβ結合したN-アセチルガラクトサミン残基を有しかつ1または複数個の糖残基を有する糖」は、非還元末端(糖鎖の還元末端を右にしたときの最左)にN-アセチルグルコサミン残基またはN-アセチルガラクトサミン残基を有しかつ1または複数個の糖残基を有し、該N-アセチルグルコサミン残基またはN-アセチルガラクトサミン残基はその3位のヒドロキシ基が非修飾であってかつその還元末端がβ結合しているものであれば、特に限定されない。当該糖は、糖残基が直鎖状に結合していても、分岐鎖状に結合していても、環状に結合していてもよい。1つの実施形態として、当該糖は直鎖状に結合している。糖残基の数は1つ以上であれば特に限定されず、例として2〜6個、2〜4個、2〜3個が挙げられる。糖残基の種類は特に限定されないが、例えば母乳オリゴ糖および/またはムチン型糖鎖の構成成分に見られるフコース、ガラクトース、N-アセチルガラクトサミン、グルコース、N-アセチルグルコサミン、およびシアル酸が挙げられる。当該糖は非還元末端の糖残基の3位以外のヒドロキシ基にリン酸基、UDP、pNP(p-ニトロフェニル基)等が結合してもよい。
当該糖の例として、ラクト-N-トリオースII(GlcNAcβ1-3Galβ1-4Glc)、N,N'-diacetylchitobiose(GlcNAcβ1-4GlcNAc)、GlcNAc-β-pNP、GalNAc-β-pNPが挙げられる。
In the present application, "a sugar having a β-linked N-acetylglucosamine residue or a β-linked N-acetylgalactosamine residue and having one or more sugar residues" is a non-reducing terminal (sugar). It has an N-acetylglucosamine residue or an N-acetylgalactosamine residue and one or more sugar residues on the leftmost side when the reducing end of the chain is on the right), and the N-acetylglucosamine residue. Alternatively, the N-acetylgalactosamine residue is not particularly limited as long as the hydroxy group at its 3-position is unmodified and its reducing end is β-bonded. The sugar may have sugar residues linked linearly, branched chains, or cyclically. In one embodiment, the sugar is linearly linked. The number of sugar residues is not particularly limited as long as it is one or more, and examples thereof include 2 to 6, 2 to 4, and 2 to 3. The type of sugar residue is not particularly limited, and examples thereof include fucose, galactose, N-acetylgalactosamine, glucose, N-acetylglucosamine, and sialic acid found in components of breast milk oligosaccharides and / or mucin-type sugar chains. .. The sugar may have a phosphate group, UDP, pNP (p-nitrophenyl group) or the like bonded to a hydroxy group other than the 3-position of the sugar residue at the non-reducing end.
Examples of the sugar include lacto-N-triose II (GlcNAcβ1-3Galβ1-4Glc), N, N'-diacetylchitobiose (GlcNAcβ1-4GlcNAc), GlcNAc-β-pNP, and GalNAc-β-pNP.

本願は、本願の改変GLNBPタンパク質の存在下に、ガラクトース-1-リン酸と非還元末端にβ結合したN-アセチルグルコサミン残基またはβ結合したN-アセチルガラクトサミン残基を有しかつ1または複数個の糖残基を有する糖とを反応させることで、該ガラクトース-1-リン酸の1位と該N-アセチルグルコサミン残基またはN-アセチルガラクトサミン残基の3位とをβ−1,3結合させる方法を提供する。基質としてガラクトース-1-リン酸とラクト-N-トリオースIIを用いることでラクト-N-テトラオースを合成することができる。本願の改変GLNBPタンパク質は可逆的に反応を触媒するが、生成物を系外に除去することにより、および/または基質のうちの一方を過剰に使用することで、平衡を生成物側に偏らせ得る。 The present application has one or more N-acetylglucosamine residues or β-linked N-acetylgalactosamine residues β-linked to galactose-1-phosphate at the non-reducing end in the presence of the modified GLNBP protein of the present application. By reacting with a sugar having a sugar residue, the 1-position of the galactose-1-phosphate and the 3-position of the N-acetylglucosamine residue or the N-acetylgalactosamine residue are β-1,3. Provide a method of combining. Lacto-N-tetraose can be synthesized by using galactose-1-phosphate and lacto-N-triose II as substrates. The modified GLNBP proteins of the present application reversibly catalyze the reaction, but bias the equilibrium towards the product by removing the product out of the system and / or by overusing one of the substrates. obtain.

以下、本発明を試験例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの例に限定されない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to test examples, but the present invention is not limited to these examples.

試験例1:グリシン置換変異体 Test Example 1: Glycine substitution mutant

<Bifidobacterium longum JCM1217株由来GLNBP(配列番号1)のTP, 2G, 3G, 4G, 5G, 6G, 7G変異体の作製>
図1に示す変異体の作製は、pET28a-GLNBP (Kitaoka et al. AEM 71:3158-3162, 2005)を鋳型とし、表1に記載したプライマーを使用したInverse PCRによって行った。増幅した断片はT4 polynucleotide kinase (Takara Bio社)を使用してリン酸化した後にアガロースゲル電気泳動によって精製し、DNA ligation kit (Takara Bio)を用いてセルフライゲーションした。変異の確認は表2に記載したプライマーを用いたシーケンスによって行った。

Figure 2020040257
Figure 2020040257
<Preparation of TP, 2G, 3G, 4G, 5G, 6G, 7G mutants of GLNBP (SEQ ID NO: 1) derived from Bifidobacterium longum JCM1217 strain>
The mutants shown in FIG. 1 were prepared by Inverse PCR using pET28a-GLNBP (Kitaoka et al. AEM 71: 3158-3162, 2005) as a template and the primers shown in Table 1. The amplified fragment was phosphorylated using T4 polynucleotide kinase (Takara Bio), purified by agarose gel electrophoresis, and self-ligated using a DNA ligation kit (Takara Bio). Mutation was confirmed by a sequence using the primers shown in Table 2.
Figure 2020040257
Figure 2020040257

<各変異体の発現と無細胞抽出液の調製>
作製したプラスミドはBL21 (DE3) ΔlacZ / pRARE2株 (Yoshida et al. Glycobiol. 22:361-368, 2012)に導入し、得られた形質転換体を50 mL LB培地(30 mg/L Km, 15 mg/mL Cmを含む)に接種した。培養液のOD600が0.5 になった時点で0.1 mM IPTGを添加してタンパク質の発現を誘導し、18℃にて48時間培養した。その後、遠心分離にて菌体を回収、3 mL のLysis Buffer (50 mM HEPES (pH8.0), 300 mM NaCl, 10 mM imidazole)に懸濁し、超音波によって菌体を破砕した(Qsonica社 Q125)。遠心分離して得られた上清を無細胞抽出液とした。タンパク質定量はBradford法にて行い(Bio-Rad社)、牛血清アルブミンを標準品とした。
<Expression of each mutant and preparation of cell-free extract>
The prepared plasmid was introduced into BL21 (DE3) ΔlacZ / pRARE2 strain (Yoshida et al. Glycobiol. 22: 361-368, 2012), and the obtained transformant was used in 50 mL LB medium (30 mg / L Km, 15). Inoculated into (including mg / mL Cm). When the OD600 of the culture solution reached 0.5, 0.1 mM IPTG was added to induce protein expression, and the cells were cultured at 18 ° C. for 48 hours. After that, the cells were collected by centrifugation, suspended in 3 mL of Lysis Buffer (50 mM HEPES (pH 8.0), 300 mM NaCl, 10 mM imidazole), and the cells were disrupted by ultrasonic waves (Qsonica Q125). ). The supernatant obtained by centrifugation was used as a cell-free extract. Protein quantification was performed by the Bradford method (Bio-Rad), and bovine serum albumin was used as a standard product.

<酵素反応(無細胞抽出液)>
4 mM lacto-N-tetraoseを含む20 mM sodium phosphate緩衝液(pH 7)中に終濃度0.1 mg/mLの無細胞抽出液を添加して、lacto-N-biose I(LNB)の場合は30℃10分、lacto-N-tetraose(LNT)の場合は一晩インキュベートした後、TLCに供した。展開液にはButanol:AcOH:water (2/1/1)を使用し、Anderson et al. (Anal Biochem. 287:337-339, 2000)の方法に従って糖を可視化した。
結果を図2に示す。
<Enzyme reaction (cell-free extract)>
Add a cell-free extract with a final concentration of 0.1 mg / mL to 20 mM sodium phosphate buffer (pH 7) containing 4 mM lacto-N-tetraose, and 30 for lacto-N-biose I (LNB). After incubating at ° C for 10 minutes and in the case of lacto-N-tetraose (LNT) overnight, it was subjected to TLC. Butanol: AcOH: water (2/1/1) was used as the developing solution, and the sugar was visualized according to the method of Anderson et al. (Anal Biochem. 287: 337-339, 2000).
The results are shown in FIG.

図2に示すとおり、GLNBP変異体(TP, 2G, 3G, 4G, 5G, 6G, 7G)はラクト-N-テトラオースのラクト-N-トリオースIIへの分解活性を示した。 As shown in FIG. 2, GLNBP mutants (TP, 2G, 3G, 4G, 5G, 6G, 7G) showed the activity of degrading lacto-N-tetraose into lacto-N-triose II.

<タンパク質精製>
前述の通り調製した無細胞抽出液を、Ni-NTA Spin Columns (QIAGEN社)に供して変異体酵素を精製した。なお、精製はQIAGEN社のプロトコールに従ったが、リン酸緩衝液の代わりにHEPES緩衝液を使用した。活性画分を回収し、Amicon Ultra 50K (Millipore社)を用いて緩衝液を50 mM MOPS-NaOH (pH 7)に交換すると共にタンパク質を濃縮した。タンパク質の定量は、アミノ酸組成に基づく吸光係数によって算出した(https://web.expasy.org/protparam/)。精製度は図3に示すとおり、SDS-PAGEによって確認した。
<Protein purification>
The cell-free extract prepared as described above was subjected to Ni-NTA Spin Columns (QIAGEN) to purify the mutant enzyme. The purification was performed according to the protocol of QIAGEN, but HEPES buffer was used instead of the phosphate buffer. The active fraction was collected and the buffer was exchanged for 50 mM MOPS-NaOH (pH 7) using Amicon Ultra 50K (Millipore) and the protein was concentrated. Protein quantification was calculated by the extinction coefficient based on amino acid composition (https://web.expasy.org/protparam/). The degree of purification was confirmed by SDS-PAGE as shown in FIG.

<酵素活性(精製タンパク質)>
加リン酸分解およびその逆反応(合成反応)の活性は、Nishimoto M and Kitaoka M (BBB 71:2101-2104, 2007)の方法に従って行った。加リン酸分解反応は、10 mM sodium phosphateの存在下で10 mM lacto-N-biose I(LNB)もしくは10 mM lacto-N-tetraose(LNT)を基質として行った。合成反応は1 mM galactose-1-phosphateと10 mM GlcNAcもしくは10 mM lacto-N-triose II(LNTri)を使用して行った。なお、加リン酸分解反応においては1分間に1 micromolのgalactose-1-phosphateを、合成反応においては1分間に1 micromolのリン酸を生じる酵素量を1 Uとした。
結果を下表に示す。

Figure 2020040257
Figure 2020040257
<Enzyme activity (purified protein)>
The activity of phosphoric acid decomposition and its reverse reaction (synthetic reaction) was carried out according to the method of Nishimoto M and Kitaoka M (BBB 71: 2101-2104, 2007). The phosphoric acid decomposition reaction was carried out using 10 mM lacto-N-biose I (LNB) or 10 mM lacto-N-tetraose (LNT) as a substrate in the presence of 10 mM sodium phosphate. The synthetic reaction was carried out using 1 mM galactose-1-phosphate and 10 mM GlcNAc or 10 mM lacto-N-triose II (LNTri). In the phosphoric acid decomposition reaction, 1 micromol of galactose-1-phosphate was defined as 1 minute, and in the synthetic reaction, the amount of enzyme producing 1 micromol of phosphoric acid per minute was defined as 1 U.
The results are shown in the table below.
Figure 2020040257
Figure 2020040257

試験例2:GLNBP変異体(3G)のアミノ酸置換体(XGG, GXG, GGX) Test Example 2: Amino acid substitutions of GLNBP mutant (3G) (XGG, GXG, GGX)

<GLNBP変異体(3G)の各アミノ酸置換体(XGG, GXG, GGX)の作製>
下表に示す変異体の作製は、pET28a-GLNBP(3G)を鋳型とし、下表に記載したプライマーを用いて、QuikChange法あるいはInverse PCR法によって行った。変異の確認は表2と同様のプライマーを用いたシーケンスによって行った。

Figure 2020040257

Figure 2020040257
<Preparation of each amino acid substitution (XGG, GXG, GGX) of GLNBP mutant (3G)>
The mutants shown in the table below were prepared by the QuikChange method or the Inverse PCR method using pET28a-GLNBP (3G) as a template and the primers listed in the table below. Mutation was confirmed by a sequence using the same primers as in Table 2.
Figure 2020040257

Figure 2020040257

<各変異体の発現と無細胞抽出液の調製>
前述の通り、行った。
<Expression of each mutant and preparation of cell-free extract>
As mentioned above, I went.

<LNT加リン酸分解活性:薄層クロマトグラフィー>
4 mM lacto-N-tetraoseを含む10 mM sodium phosphate緩衝液(pH 7)中に終濃度0.5 mg/mLの無細胞抽出液を添加して一晩インキュベートした後、TLCに供した。TLCの展開液にはButanol:AcOH:water (2/1/1)を使用し、Anderson et al. (Anal Biochem. 287:337-339, 2000)の方法に従って糖を可視化した。TLCを目視で判断し、オリジナルの3G変異体(Δ457-463::GGG)と比較して、高い:(++);同じ:(+);低い:(-);と評価した。ndは検出なしを示し、NAは該当なし(変異体入手なしのため)を示す。結果を下表に示す。

Figure 2020040257
<LNT-added phosphoric acid decomposition activity: thin layer chromatography>
Cell-free extract having a final concentration of 0.5 mg / mL was added to 10 mM sodium phosphate buffer (pH 7) containing 4 mM lacto-N-tetraose, incubated overnight, and then subjected to TLC. Butanol: AcOH: water (2/1/1) was used as the developing solution for TLC, and sugar was visualized according to the method of Anderson et al. (Anal Biochem. 287: 337-339, 2000). TLC was visually judged and evaluated as high: (++); same: (+); low: (-); compared to the original 3G mutant (Δ457-463 :: GGG). nd indicates no detection, and NA indicates not applicable (because no mutant was obtained). The results are shown in the table below.
Figure 2020040257

試験例3:精製GLNBP-3G, AGG, FGG, LGG, MGG, MGS, MGL, LGS, LGL変異体のLNT合成活性 Test Example 3: Purified GLNBP-3G, AGG, FGG, LGG, MGG, MGS, MGL, LGS, LNT synthetic activity of LGL mutants

<変異体の発現と精製>
前述のとおり得られた、GLNBP -3G, AGG, FGG, LGG, MGG変異体を精製してLNT合成活性を測定した。精製は、上述と同様Ni-NTA Spin Columns (QIAGEN社)を用いて行った。また、表7に示すMGS, MGL, LGS, LGL変異体も作製して活性測定に用いた。これらの変異体は、pET28a-GLNBP(MGG)およびpET28a-GLNBP(LGG)を鋳型としてQuikChange法にて行った。使用したプライマーは、表8の通りである。

Figure 2020040257
Figure 2020040257
<Expression and purification of mutants>
The GLNBP -3G, AGG, FGG, LGG, and MGG mutants obtained as described above were purified and LNT synthetic activity was measured. Purification was performed using Ni-NTA Spin Columns (QIAGEN) as described above. In addition, the MGS, MGL, LGS, and LGL mutants shown in Table 7 were also prepared and used for activity measurement. These mutants were subjected to the QuikChange method using pET28a-GLNBP (MGG) and pET28a-GLNBP (LGG) as templates. The primers used are as shown in Table 8.
Figure 2020040257
Figure 2020040257

<LNT合成活性測定(精製タンパク質)>
活性は、Nishimoto M and Kitaoka M (BBB 71:2101-2104, 2007)の方法に従い、1 mM galactose-1-phosphateと10 mM lacto-N-triose IIを基質として使用して行った。なお、1分間に1 micromolのリン酸を生じる酵素量を1 Uとした。
結果を下表に示す。

Figure 2020040257
<Measurement of LNT synthetic activity (purified protein)>
The activity was carried out according to the method of Nishimoto M and Kitaoka M (BBB 71: 2101-2104, 2007) using 1 mM galactose-1-phosphate and 10 mM lacto-N-triose II as substrates. The amount of enzyme that produces 1 micromol of phosphoric acid per minute was defined as 1 U.
The results are shown in the table below.
Figure 2020040257

試験例4:精製GLNBP-MGGのLNT合成活性測定

Figure 2020040257
Test Example 4: Measurement of LNT synthesis activity of purified GLNBP-MGG
Figure 2020040257

(試験方法)
総量1 mL中、以下からなる反応液:
40 mM Sucrose (Suc)、
30 mM Gal-1-P、
20 mM Lacto-N-triose II (LNTri)、
0.2 μM Glc1,6bisP (GlcBP)、
2 mM MgCl2
1 U/mL スクロースホスホリラーゼ(oriental yeast)(SucP)、
5 U/mL ホスホグルコムターゼ(sigma) (PGM)、および
0.06 U/mg GLNBP-MGG (0.5 mg/mL);
を30℃でインキュベートし、0, 10, 30, 90, 270, 810分に採取した試料(20 μL)をHPAEC-PAD法およびTLC法により分析した。
残りの反応液を他の成分からのLNTの精製のために使用した。
(Test method)
Reaction solution consisting of the following in a total volume of 1 mL:
40 mM Sucrose (Suc),
30 mM Gal-1-P,
20 mM Lacto-N-triose II (LNTri),
0.2 μM Glc1,6bisP (GlcBP),
2 mM MgCl 2 ,
1 U / mL sucrose phosphorylase (oriental yeast) (SucP),
5 U / mL phosphoglucomutase (sigma) (PGM), and
0.06 U / mg GLNBP-MGG (0.5 mg / mL);
Was incubated at 30 ° C., and the sample (20 μL) collected at 0, 10, 30, 90, 270, 810 minutes was analyzed by the HPAEC-PAD method and the TLC method.
The remaining reaction was used for purification of LNT from other components.

(TLC法)
結果を図4に示す。
図4に示されるとおり、810分後の反応液において、Lacto-N-triose IIの消費、およびlacto-N-tetraoseとフルクトースの生成が示された。
(TLC method)
The results are shown in FIG.
As shown in FIG. 4, in the reaction solution after 810 minutes, consumption of Lacto-N-triose II and production of lacto-N-tetraose and fructose were shown.

(HPAEC-PAD法)
Dionex ICS 3000システム(CarboPac PA-1カラム(Dionex, Sunnyvale, CA)装着)を用いる、HPAEC-PAD法(high performance anion exchange chromatography with pulsed amperometric detection)により、各糖を分析した。一定流量(0.25 ml/min)を、1〜330 mM酢酸ナトリウム/125mM NaOHのリニアグラジエントで20分間(30℃)溶出した後、さらに10分間溶出した。
結果を図5に示す。
(HPAEC-PAD method)
Each sugar was analyzed by the HPAEC-PAD method (high performance anion exchange chromatography with pulsed amperometric detection) using the Dionex ICS 3000 system (with CarboPac PA-1 column (Dionex, Sunnyvale, CA)). A constant flow rate (0.25 ml / min) was eluted with a linear gradient of 1-330 mM sodium acetate / 125 mM NaOH for 20 minutes (30 ° C.) followed by an additional 10 minutes.
The results are shown in FIG.

図5に示されるとおり、Gal-1-P、Lacto-N-triose II、およびSucroseは経時的に消費され、lacto-N-tetraoseとフルクトースが生成された。 As shown in FIG. 5, Gal-1-P, Lacto-N-triose II, and Sucrose were consumed over time to produce lacto-N-tetraose and fructose.

(LNTの精製)
反応液をAmberlite MB-4で脱イオン化し、凍結乾燥して、Sugar-Dカラム(20 x 250 mm, Nacalai Tesque, Kyoto, Japan) 装着のHPLCに供した。一定流量(5.0 ml/min)の72%アセトニトリルを40℃で溶出し、屈折率検出器(RID-10A, Shimadzu, Kyoto, Japan)でモニタリングした。該当するピークの画分を集め、凍結乾燥し、さらにゲル濾過カラム Toyopearl HW-40C (20 mm X 500 mm)(TOSOH社製)を用いて、室温にて精製した。溶出は水で流量1.0 ml/minで行った。ついで上記と同様にHPAEC-PAD法により分析した。結果を図6に示す。
(LNT purification)
The reaction was deionized with Amberlite MB-4, lyophilized and subjected to HPLC on a Sugar-D column (20 x 250 mm, Nacalai Tesque, Kyoto, Japan). A constant flow rate (5.0 ml / min) of 72% acetonitrile was eluted at 40 ° C. and monitored with a refractive index detector (RID-10A, Shimadzu, Kyoto, Japan). Fractions of the corresponding peaks were collected, lyophilized and purified at room temperature using a gel filtration column Toyopearl HW-40C (20 mm X 500 mm) (manufactured by TOSOH). Elution was carried out with water at a flow rate of 1.0 ml / min. Then, the analysis was performed by the HPAEC-PAD method in the same manner as above. The results are shown in FIG.

さらに上記で得られた精製された合成ラクト-N-テトラオースを核磁気共鳴装置(Bruker Avance800)で内部標準として2-メチル-2-プロパノールを用いて、298K、D2Oにて分析した。得られたスペクトルを図7に示す。Furthermore, the purified synthetic lacto-N-tetraose obtained above was analyzed at 298 K, D 2 O using a nuclear magnetic resonance apparatus (Bruker Avance800) using 2-methyl-2-propanol as an internal standard. The obtained spectrum is shown in FIG.

図6および7に示されるとおり、ラクト-N-テトラオース標準品との比較により、GLNBP-MGG変異体により、ラクト-N-テトラオースが合成されたことが確認された。 As shown in FIGS. 6 and 7, it was confirmed that the lacto-N-tetraose was synthesized by the GLNBP-MGG mutant by comparison with the lacto-N-tetraose standard product.

試験例5:精製GLNBP-MGGのGal・GlcNAc残基結合活性 Test Example 5: Gal / GlcNAc residue binding activity of purified GLNBP-MGG

Lacto-N-triose IIの代わりに、GlcNAc-β-pNPまたはGlcNAcβ1-4GlcNAcを用いる以外は試験例4と同様の方法で反応液を調製し、30℃で終夜インキュベートし、採取した試料(20 μL)をTLC法により分析した。結果を図8に示す。
図8に示されるとおり、pNP-beta-GlcNAcまたはN,N’-diacetylchitobioseの消費とともに、pNP-beta-GlcNAcまたはN,N’-diacetylchitobioseよりもRf値の低い部分に新しいスポットが確認された。
A reaction solution was prepared in the same manner as in Test Example 4 except that GlcNAc-β-pNP or GlcNAcβ1-4GlcNAc was used instead of Lacto-N-triose II, and the sample was incubated overnight at 30 ° C. and collected (20 μL). ) Was analyzed by the TLC method. The results are shown in FIG.
As shown in FIG. 8, along with the consumption of pNP-beta-GlcNAc or N, N'-diacetylchitobiose, a new spot was confirmed in the portion having a lower Rf value than pNP-beta-GlcNAc or N, N'-diacetylchitobiose.

試験例1〜5および9で用いられた変異体のうち、下表の変異体はその配列表が上記に記載されている。

Figure 2020040257
Among the mutants used in Test Examples 1 to 5 and 9, the sequence listing of the mutants in the table below is described above.
Figure 2020040257

試験例6:Bifidobacterium属のGLNBPホモログのアライメント
Bifidobacterium longum JCM1217株のGLNBP(配列番号1)をベースに、KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)のComplete Genomesに登録されているBifidobacterium属のGLNBPホモログ(表10)のアライメントを行った。アライメントにはClustalW (https://www.genome.jp/tools-bin/clustalw)およびBoxshade ( https://embnet.vital-it.ch/software/BOX_form.html)を使用した。結果を図9に示す。
図10に、Bifidobacterium longum JCM1217株のGLNBP(配列番号1)の2次構造を示す概略図を示す。
図11に、上記のアライメント結果から、Bifidobacterium属の各GLNBPホモログにおけるBifidobacterium longum JCM1217株のGLNBP(配列番号1)の19番目のヘリックス構造(448〜451位)とループ領域(452〜467位)と20番目のヘリックス構造(468〜478位)に対応する箇所を示す図を示す。
図12に、Bifidobacterium longum JCM1217株のGLNBP(配列番号1)に対する各Bifidobacterium属GLNBPホモログのアミノ酸配列同一性を示す表を示す。

Figure 2020040257
Test Example 6: Bifidobacterium GLNBP homolog alignment
Based on the GLNBP (SEQ ID NO: 1) of the Bifidobacterium longum JCM1217 strain, the GLNBP homolog (Table 10) of the genus Bifidobacterium registered in Complete Genomes of KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes) was aligned. Clustal W (https://www.genome.jp/tools-bin/clustalw) and Boxshade (https://embnet.vital-it.ch/software/BOX_form.html) were used for alignment. The results are shown in FIG.
FIG. 10 shows a schematic diagram showing the secondary structure of GLNBP (SEQ ID NO: 1) of the Bifidobacterium longum JCM1217 strain.
From the above alignment results, FIG. 11 shows the 19th helix structure (positions 448 to 451) and loop region (positions 452 to 467) of the GLNBP (SEQ ID NO: 1) of the Bifidobacterium longum JCM1217 strain in each GLNBP homolog of the genus Bifidobacterium. The figure which shows the part corresponding to the 20th helix structure (positions 468 to 478) is shown.
FIG. 12 shows a table showing the amino acid sequence identity of each Bifidobacterium genus GLNBP homolog to GLNBP (SEQ ID NO: 1) of the Bifidobacterium longum JCM1217 strain.
Figure 2020040257

試験例7:GLNBPホモログのアライメント
Bifidobacterium longum JCM1217株のGLNBP(配列番号1)をベースに、これまでに精製酵素としてGLNBP活性が確認されている表11のGLNBPホモログのアミノ酸配列のアライメントを行った。アライメントにはClustalW (https://www.genome.jp/tools-bin/clustalw)およびBoxshade ( https://embnet.vital-it.ch/software/BOX_form.html)を使用した。結果を図13に示す。
図14に、上記のアライメント結果から、各GLNBPホモログにおけるBifidobacterium longum JCM1217株のGLNBP(配列番号1)の19番目のヘリックス構造(448〜451位)とループ領域(452〜467位)と20番目のヘリックス構造(468〜478位)に対応する箇所を示す図を示す。

Figure 2020040257
Test Example 7: GLNBP homolog alignment
Based on the GLNBP (SEQ ID NO: 1) of the Bifidobacterium longum JCM1217 strain, the amino acid sequences of the GLNBP homologs in Table 11 whose GLNBP activity has been confirmed as a purified enzyme were aligned. Clustal W (https://www.genome.jp/tools-bin/clustalw) and Boxshade (https://embnet.vital-it.ch/software/BOX_form.html) were used for alignment. The results are shown in FIG.
In FIG. 14, from the above alignment results, the 19th helix structure (positions 448 to 451), the loop region (positions 452 to 467), and the 20th position of the GLNBP (SEQ ID NO: 1) of the Bifidobacterium longum JCM1217 strain in each GLNBP homolog. The figure which shows the part corresponding to the helix structure (positions 468 to 478) is shown.
Figure 2020040257

試験例8:野生型BlGLNBPの活性中心にLNTを組み込んだモデル図
野生型GLNBPとGlcNAcの複合体構造(PDB ID:2ZUWのChain Dサブユニット)中にあるGlcNAcにPDB ID: 2Z8Fに登録されているLNTのGlcNAcを重ねた際のモデルを図15に示す。LNTの還元末端側のLac構造(Galβ1-4Glc)がHelix-19とHelix-20の間に存在するループと衝突していることがわかる。
PDB ID:2ZUW:Hidaka et al.JBC 284:7273-7283 (2009)
PDB ID: 2Z8F:Suzuki et al. JBC 283:13165-13173 (2008)
Test Example 8: Model diagram in which LNT is incorporated into the active center of wild-type BlGLNBP. GlcNAc in the complex structure of wild-type GLNBP and GlcNAc (PDB ID: Chain D subunit of 2ZUW) is registered in PDB ID: 2Z8F. FIG. 15 shows a model when GlcNAc of LNT is superposed. It can be seen that the Lac structure (Gal β1-4 Glc) on the reducing end side of LNT collides with the loop existing between Helix-19 and Helix-20.
PDB ID: 2ZUW: Hidaka et al.JBC 284: 7273-7283 (2009)
PDB ID: 2Z8F: Suzuki et al. JBC 283: 13165-13173 (2008)

試験例9:BbXGLNBP2-3G変異体 Test Example 9: BbXGLNBP2-3G mutant

<BbXGLNBP2-3G変異体の作製>
Bifidobacterium bifidum PRL2010株のBbGLNBP2(配列番号6)と99%一致するアミノ酸配列を有するBifidobacterium bifidum JCM1254株由来BbXGLNBP2(配列番号100)の457位〜463位をGGGで置換したBbXGLNBP2-3G変異体(配列番号99)をpTN027 (Nishimoto M and Kitaoka M. Identification of the putative proton donor residue of lacto-N-biose phosphorylase (EC 2.4.1.211). Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 71:1587-1591 (2007))を鋳型とし、表12に記載したプライマーを使用したInverse PCRによって行った。増幅した断片はT4 polynucleotide kinase (Takara Bio社)を使用してリン酸化した後にアガロースゲル電気泳動によって精製し、DNA ligation kit (Takara Bio)を用いてセルフライゲーションした。変異の確認は表13に記載したプライマーを用いたシーケンスによって行った。

Figure 2020040257

Figure 2020040257
<Preparation of BbXGLNBP2-3G mutant>
BbXGLNBP2-3G mutant (SEQ ID NO:) in which positions 457 to 463 of BbXGLNBP2 (SEQ ID NO: 100) derived from Bifidobacterium bifidum JCM1254 strain having an amino acid sequence that is 99% identical to BbGLNBP2 (SEQ ID NO: 6) of Bifidobacterium bifidum PRL2010 strain are replaced with GGG. 99) using pTN027 (Nishimoto M and Kitaoka M. Identification of the putative proton donor residue of lacto-N-biose phosphorylase (EC 2.4.1.211). Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 71: 1587-1591 (2007)) as a template. , Inverse PCR using the primers listed in Table 12. The amplified fragment was phosphorylated using T4 polynucleotide kinase (Takara Bio), purified by agarose gel electrophoresis, and self-ligated using a DNA ligation kit (Takara Bio). Mutation was confirmed by a sequence using the primers shown in Table 13.
Figure 2020040257

Figure 2020040257

<各変異体の発現と無細胞抽出液の調製>
試験例1の通り、行った。
<Expression of each mutant and preparation of cell-free extract>
This was done as in Test Example 1.

<酵素反応(無細胞抽出液)>
10 mM MOPS緩衝液(pH 7)中に5 mM NaPO4と2 mM lacto-N-biose I(LNB)または5 mM NaPO4と2 mM lacto-N-tetraose(LNT)を含む反応液を調整し、終濃度0.1 mg/mLの無細胞抽出液の存在下において30℃で一晩インキュベートした後、TLCに供した。全て1 μLずつスポットした。展開液にはButanol:AcOH:water (2/1/1)を使用し、Anderson et al. (Anal Biochem. 287:337-339, 2000)の方法に従って糖を可視化した。
その結果、ラクト-N-テトラオースを含有する反応液ではラクト-N-トリオースIIと同一のRf値を有するスポットが認められ、ラクト-N-テトラオースのラクト-N-トリオースIIへの分解活性が示された。
<Enzyme reaction (cell-free extract)>
Prepare a reaction solution containing 5 mM NaPO 4 and 2 mM lacto-N-biose I (LNB) or 5 mM NaPO 4 and 2 mM lacto-N-tetraose (LNT) in 10 mM MOPS buffer (pH 7). Incubated overnight at 30 ° C. in the presence of a cell-free extract with a final concentration of 0.1 mg / mL, and then subjected to TLC. All were spotted by 1 μL. Butanol: AcOH: water (2/1/1) was used as the developing solution, and the sugar was visualized according to the method of Anderson et al. (Anal Biochem. 287: 337-339, 2000).
As a result, in the reaction solution containing lacto-N-tetraose, spots having the same Rf value as lacto-N-triose II were observed, indicating the decomposition activity of lacto-N-tetraose into lacto-N-triose II. Was done.

本発明は、オリゴ糖の製造、特にラクト-N-テトラオースの製造に利用可能である。 The present invention can be used for the production of oligosaccharides, particularly lacto-N-tetraose.

Claims (21)

非変異型GLNBPのアミノ酸配列を配列番号1に示すアミノ酸配列とアライメントしたときに、配列番号1における452〜467位に対応する位置の領域において、1または複数個のアミノ酸が欠失、置換および/または挿入されており;および
ガラクトース-1-リン酸の1位と、非還元末端にβ結合したN-アセチルグルコサミン残基またはβ結合したN-アセチルガラクトサミン残基を有しかつ1または複数個の糖残基を有する糖における該N-アセチルグルコサミン残基またはN-アセチルガラクトサミン残基の3位とをβ−1,3結合させる酵素活性を有する、改変GLNBPタンパク質。
When the amino acid sequence of non-mutant GLINBP is aligned with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, one or more amino acids are deleted, substituted and / in the region corresponding to positions 452 to 467 in SEQ ID NO: 1. Or inserted; and having one or more β-linked N-acetylglucosamine residues or β-linked N-acetylgalactosamine residues at the non-reducing end with one position of galactose-1-phosphate. A modified GLNBP protein having an enzymatic activity that binds β-1,3 to the N-acetylglucosamine residue or the 3-position of the N-acetylgalactosamine residue in a sugar having a sugar residue.
非変異型GLNBPの活性中心の三次元的近傍に位置するループ領域において、1または複数個のアミノ酸が欠失、置換および/または挿入されており;および
ガラクトース-1-リン酸の1位と、非還元末端にβ結合したN-アセチルグルコサミン残基またはβ結合したN-アセチルガラクトサミン残基を有しかつ1または複数個の糖残基を有する糖における該N-アセチルグルコサミン残基またはN-アセチルガラクトサミン残基の3位とをβ−1,3結合させる酵素活性を有する、改変GLNBPタンパク質。
One or more amino acids have been deleted, substituted and / or inserted in the loop region located in the three-dimensional vicinity of the active center of non-mutant GLNBP; and at the 1-position of galactose-1-phosphate, The N-acetylglucosamine residue or N-acetyl in a sugar having a β-linked N-acetylglucosamine residue or a β-linked N-acetylgalactosamine residue at the non-reducing end and having one or more sugar residues. A modified GLNBP protein having an enzymatic activity that binds β-1,3 to the 3-position of a galactosamine residue.
該非変異型GLNBPの活性中心の三次元的近傍に位置するループ領域が、該非変異型GLNBPのアミノ酸配列を配列番号1に示すアミノ酸配列とアライメントしたときに、配列番号1における452〜467位に対応する位置の領域である、請求項2に記載の改変GLNBPタンパク質。 The loop region located in the three-dimensional vicinity of the active center of the non-mutant GLNBP corresponds to the 452 to 467 positions in SEQ ID NO: 1 when the amino acid sequence of the non-mutant GLNBP is aligned with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. The modified GLNBP protein according to claim 2, which is a region of a position to be used. 該非還元末端にβ結合したN-アセチルグルコサミン残基またはβ結合したN-アセチルガラクトサミン残基を有しかつ1または複数個の糖残基を有する糖がラクト-N-トリオースIIであり、ラクト-N-テトラオースを合成する酵素活性を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の改変GLNBPタンパク質。 A sugar having a β-linked N-acetylglucosamine residue or a β-linked N-acetylgalactosamine residue at the non-reducing end and having one or more sugar residues is lacto-N-triose II, and lacto- The modified GLNBP protein according to any one of claims 1 to 3, which has an enzymatic activity for synthesizing N-tetraose. 該非変異型GLNBPの活性中心の三次元的近傍に位置するループ領域において、1〜16個のアミノ酸が欠失、1〜16個のアミノ酸が1〜16個のアミノ酸により置換、および/または1〜10個のアミノ酸が挿入されている、請求項2〜4のいずれか1項に記載の改変GLNBPタンパク質。 In the loop region located three-dimensionally near the active center of the non-mutant GLNBP, 1 to 16 amino acids are deleted, 1 to 16 amino acids are replaced by 1 to 16 amino acids, and / or 1 to 1 The modified GLNBP protein according to any one of claims 2 to 4, wherein 10 amino acids are inserted. 該非変異型GLNBPのアミノ酸配列を配列番号1に示すアミノ酸配列とアライメントしたときに、配列番号1における452〜467位に対応する位置の領域において、1〜16個のアミノ酸が欠失、1〜16個のアミノ酸が1〜16個のアミノ酸により置換、および/または1〜10個のアミノ酸が挿入されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の改変GLNBPタンパク質。 When the amino acid sequence of the non-mutant GLNBP was aligned with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, 1 to 16 amino acids were deleted in the region corresponding to positions 452 to 467 in SEQ ID NO: 1, 1 to 16 amino acids were deleted. The modified GLNBP protein according to any one of claims 1 to 5, wherein the amino acids are replaced by 1 to 16 amino acids and / or 1 to 10 amino acids are inserted. 該非変異型GLNBPのアミノ酸配列を配列番号1に示すアミノ酸配列とアライメントしたときに、配列番号1における452〜467位に対応する位置の領域において、連続する3〜10個のアミノ酸が欠失しているか、または連続する3〜10個のアミノ酸が少なくとも1つのグリシンを含む連続する2〜10個のアミノ酸により置換されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の改変GLNBPタンパク質。 When the amino acid sequence of the non-mutated GLNBP was aligned with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3 to 10 consecutive amino acids were deleted in the region corresponding to positions 452 to 467 in SEQ ID NO: 1. The modified GLNBP protein according to any one of claims 1 to 6, wherein 3 to 10 consecutive amino acids are replaced by 2 to 10 consecutive amino acids containing at least one glycine. 該非変異型GLNBPのアミノ酸配列を配列番号1に示すアミノ酸配列とアライメントしたときに、配列番号1における452〜467位に対応する位置の領域において、連続する3〜10個のアミノ酸が連続する2〜10個のグリシンにより置換されている、請求項1〜7のいずれか1項に記載の改変GLNBPタンパク質。 When the amino acid sequence of the non-mutated GLNBP is aligned with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, in the region corresponding to the position 452 to 467 in SEQ ID NO: 1, 3 to 10 consecutive amino acids are contiguous 2 to The modified GLNBP protein according to any one of claims 1 to 7, which is substituted with 10 glycines. 該非変異型GLNBPのアミノ酸配列を配列番号1に示すアミノ酸配列とアライメントしたときに、配列番号1における452〜467位に対応する位置の領域において、連続する3〜10個のアミノ酸が、XG、XGX、XGG、GXG、またはGGG(XおよびXは同一または異なるグリシン以外のアミノ酸を示す)から選択される連続する3個のアミノ酸により置換されている、請求項1〜7のいずれか1項に記載の改変GLNBPタンパク質。When the amino acid sequence of the non-mutated GLNBP was aligned with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, 3 to 10 consecutive amino acids were X 1 X in the region corresponding to positions 452 to 467 in SEQ ID NO: 1. Substituted by three consecutive amino acids selected from 2 G, X 1 GX 2 , X 1 GG, GX 1 G, or GGG (X 1 and X 2 indicate amino acids other than the same or different glycine) , The modified GLNBP protein according to any one of claims 1 to 7. 該非変異型GLNBPのアミノ酸配列を配列番号1に示すアミノ酸配列とアライメントしたときに、配列番号1における452〜467位のアミノ酸が、AGG、CGG、EGG、FGG、HGG、IGG、KGG、LGG、MGG、NGG、PGG、QGG、SGG、TGG、WGG、YGG、GPG、GGC、GGL、GGM、GGP、GGQ、GGS、GGY、MGL、MGS、LGL、およびLGSからなる群から選択される連続する3個のアミノ酸により置換されている、請求項1〜7のいずれか1項に記載の改変GLNBPタンパク質。 When the amino acid sequence of the non-mutated GLNBP is aligned with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, the amino acids at positions 452 to 467 in SEQ ID NO: 1 are AGG, CGG, EGG, FGG, HGG, IGG, KGG, LGG, MGG. , NGG, PGG, QGG, SGG, TGG, WGG, YGG, GPG, GGC, GGL, GGM, GGP, GGGQ, GGS, GGY, MGL, MGS, LGL, and LGS. The modified GLNBP protein according to any one of claims 1 to 7, which is substituted with the amino acid of. 該非変異型GLNBPが、Bifidobacterium属、Anaerococcus属、Clostridium属、Cutibacterium属、Erysipelothrix属、Lachnoclostridium属、Streptobacillus属、またはVibrio属由来である、請求項1〜10のいずれか1項に記載の改変GLNBPタンパク質。 The modified GLNBP protein according to any one of claims 1 to 10, wherein the non-mutant GLNBP is derived from the genus Bifidobacterium, Anaerococcus, Clostridium, Cutibacterium, Erysipelothrix, Lachnoclostridium, Streptobacillus, or Vibrio. .. 該非変異型GLNBPが、
(i)配列番号1〜14および100から選択されるアミノ酸配列;または
(ii)配列番号1〜14および100から選択されるアミノ酸配列と75%以上の配列同一性を有し、かつ、GLNBP活性を有する;
請求項1〜11のいずれか1項に記載の改変GLNBPタンパク質。
The non-mutant GLNBP
(I) Amino acid sequence selected from SEQ ID NOs: 1 to 14 and 100; or (ii) Having 75% or more sequence identity with the amino acid sequence selected from SEQ ID NOs: 1 to 14 and 100, and GLNBP activity. Have;
The modified GLNBP protein according to any one of claims 1 to 11.
以下からなる群から選択されるアミノ酸配列を有する、請求項1〜12のいずれか1項に記載の改変GLNBPタンパク質:
(i)配列番号15〜48、98および99から選択されるアミノ酸配列;
(ii)配列番号15〜48、98および99から選択されるアミノ酸配列と80%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列。
The modified GLNBP protein according to any one of claims 1 to 12, which has an amino acid sequence selected from the group consisting of the following:
(I) Amino acid sequence selected from SEQ ID NOs: 15-48, 98 and 99;
(Ii) An amino acid sequence having 80% or more sequence identity with the amino acid sequence selected from SEQ ID NOs: 15 to 48, 98 and 99.
ガラクトース-1-リン酸の1位と、非還元末端にβ結合したN-アセチルグルコサミン残基を有しかつ1または複数個の糖残基を有する糖における該N-アセチルグルコサミン残基の3位とをβ−1,3結合させる酵素活性を有する、請求項1〜13のいずれか1項に記載の改変GLNBPタンパク質。 The 1-position of galactose-1-phosphate and the 3-position of the N-acetylglucosamine residue in a sugar having a β-bonded N-acetylglucosamine residue at the non-reducing end and having one or more sugar residues. The modified GLNBP protein according to any one of claims 1 to 13, which has an enzymatic activity of binding β-1,3 to and. 請求項1〜14のいずれか1項に記載の改変GLNBPタンパク質をコードするポリヌクレオチド。 A polynucleotide encoding the modified GLNBP protein according to any one of claims 1 to 14. 請求項15記載のポリヌクレオチドを含むベクター。 A vector containing the polynucleotide according to claim 15. 請求項16記載のベクターで形質転換された宿主細胞。 A host cell transformed with the vector according to claim 16. 請求項17記載の宿主細胞を培養し、該培養物から改変GLNBPタンパク質を回収することを含む、請求項1〜14のいずれか1項に記載の改変GLNBPタンパク質の製造方法。 The method for producing a modified GLNBP protein according to any one of claims 1 to 14, which comprises culturing the host cell according to claim 17 and recovering the modified GLNBP protein from the culture. 請求項1〜14のいずれか1項に記載の改変GLNBPタンパク質の存在下に、ガラクトース-1-リン酸と非還元末端にβ結合したN-アセチルグルコサミン残基またはβ結合したN-アセチルガラクトサミン残基を有しかつ1または複数個の糖残基を有する糖とを反応させる工程を含む、該ガラクトース-1-リン酸の1位と該N-アセチルグルコサミン残基またはN-アセチルガラクトサミン残基の3位とをβ−1,3結合させる方法。 N-acetylglucosamine residue β-linked to galactose-1-phosphate and non-reducing terminal or β-linked N-acetylgalactosamine residue in the presence of the modified GLNBP protein according to any one of claims 1 to 14. The 1-position of the galactose-1-phosphate and the N-acetylglucosamine residue or the N-acetylgalactosamine residue, which comprises a step of reacting with a sugar having a group and having one or more sugar residues. A method of binding β-1,3 to the 3-position. 該非還元末端にβ結合したN-アセチルグルコサミン残基またはβ結合したN-アセチルガラクトサミン残基を有しかつ1または複数個の糖残基を有する糖がラクト-N-トリオースIIである、請求項19に記載の方法。 Claim that the sugar having a β-linked N-acetylglucosamine residue or a β-linked N-acetylgalactosamine residue and having one or more sugar residues at the non-reducing end is lacto-N-triose II. 19. The method according to 19. 請求項1〜14のいずれか1項に記載の改変GLNBPタンパク質の存在下に、ガラクトース-1-リン酸とラクト-N-トリオースIIとを反応させる工程を含む、ラクト-N-テトラオースを合成する方法。 Synthesize lacto-N-tetraose, which comprises the step of reacting galactose-1-phosphate with lacto-N-triose II in the presence of the modified GLNBP protein according to any one of claims 1 to 14. Method.
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