KR101919220B1 - Lysine Decarboxylase mutant with an Enhanced Affinity for Pyridoxal 5-Phosphate and a method for producing cadaverine using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 야생형에 비하여 피리독살 5-포스페이트에 대한 친화도가 향상된 라이신 디카르복실라제 변이효소, 이를 코딩하는 유전자, 이를 포함하는 카다베린 생산용 형질전환체 또는 그의 배양물을 이용한 카다베린의 생산방법에 관한 것이다. The present invention relates to a lysine decarboxylase mutant enzyme having improved affinity for pyridoxal 5-phosphate compared to the wild type, a gene encoding the lysine decarboxylase mutant, a production of cadaverine using the transformant for producing cadaverine or a culture thereof containing the same, ≪ / RTI >

Description

피리독살 5-포스페이트에 대한 친화도가 향상된 라이신 디카르복실라제 변이효소 및 이를 이용한 카다베린의 생산방법 {Lysine Decarboxylase mutant with an Enhanced Affinity for Pyridoxal 5-Phosphate and a method for producing cadaverine using the same}FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a lysine decarboxylase mutant having improved affinity for pyridoxal 5-phosphate and a method for producing cadaverine using the mutant. [0002] Lysine decarboxylase mutant has an enhanced affinity for pyridoxal 5-phosphate,

본 발명은 야생형에 비하여 피리독살 5-포스페이트에 대한 친화도가 향상된 라이신 디카르복실라제 변이효소, 이를 코딩하는 유전자, 이를 포함하는 카다베린 생산용 형질전환체 또는 그의 배양물을 이용한 카다베린의 생산방법, 및 상기 효소 단백질의 결정체 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a lysine decarboxylase mutant enzyme having improved affinity for pyridoxal 5-phosphate compared to the wild type, a gene encoding the lysine decarboxylase mutant, a production of cadaverine using the transformant for producing cadaverine or a culture thereof containing the same, And a process for producing the crystals of the enzyme protein.

카다베린(cadaverine) 은 폴리아마이드, 폴리우레탄, 킬레이트제, 첨가제 등 다양한 석유화학 제품에 활용되는 기반 물질이다. 석유 원료의 과도한 소비는 지구 온난화를 가속시키며, 이에 따라 환경 규제가 강화되면서 바이오-기반 경로를 통한 카다베린 생산에 대한 시장 요구가 커지고 있다.Cadaverine is a base material used in various petrochemical products such as polyamides, polyurethanes, chelating agents and additives. Excessive consumption of petroleum raw materials accelerates global warming, and as environmental regulations tighten, there is a growing demand for cadaverine production through bio-based routes.

바이오-기반의 카다베린은 라이신 디카르복실라제(LDC, Lysine decarboxylase)을 이용하여 생산된다. 그러나 라이신 디카르복실라제를 라이신에 반응시켜 카다베린을 생성하는 경우, 라이신의 탈탄산에 의해 이산화탄소가 발생하고, 1가의 양이온인 라이신으로부터 2가의 양이온인 카다베린이 생성됨으로 인해, 반응 중에 pH가 상승한다. 높은 pH에서 라이신 디카르복실라제의 활성이 급격히 감소하며, 이로 인해 카다베린의 생산량이 감소한다. Bio-based cadaverine is produced using lysine decarboxylase (LDC). However, when lysine decarboxylase is reacted with lysine to generate cadaverine, carbon dioxide is generated by the decarbonation of lysine, and cadaverine, which is a divalent cation, is produced from lysine, which is a monovalent cation, Rise. At high pH, the activity of lysine decarboxylase is drastically reduced, thereby reducing the yield of cadaverine.

이를 해결하기 위하여, 높은 pH에서도 효소 활성을 유지하는 라이신 디카르복실라제를 개발하는 연구가 보고된바 있다(대한민국 공개특허 2016-0097691, 대한민국 공개특허 2016-0085602). To solve this problem, studies have been reported on developing lysine decarboxylase that maintains enzyme activity even at high pH (Korea Patent Publication No. 2016-0097691, Korean Patent Publication No. 2016-0085602).

한편, 라이신 디카르복실라제 반응과정에 보조인자 피리독살 5-포스페이트 (pyridoxal 5-phosphate, PLP)를 지속적으로 공급하는 방법도 보고된바 있다(Kind S et al., Metabolic engineering 12: 341-351, 2010). 그러나 PLP 는 고가이므로, 이러한 비용을 감소시키고자 하는 시도가 다수 있어왔다. Ma W 외 (Engineering a pyridoxal 5'-phosphate supply for cadaverine production by using Escherichia coli whole-cell biocatalysis, Scientific reports 5, 2015)는 PLP 의 세포 내 수준을 향상시키기 위하여, 카다베린 생산 균주에 de novo PLP 생합성 경로를 도입하는 기술을 개시하고 있다.Meanwhile, a method of continuously supplying the co-factor pyridoxal 5-phosphate (PLP) to the lysine decarboxylase reaction process has been reported (Kind S et al., Metabolic engineering 12: 341-351 , 2010). However, since PLPs are expensive, there have been many attempts to reduce these costs. In order to enhance the intracellular level of PLP, a dehydrogenated PLP biosynthesis was added to a cadaverine-producing strain, and a 5'-phosphate ciprofloxacin And introduces a route.

본 발명의 주된 목적은 야생형 라이신 디카르복실라제의 2개 이상의 짝수의 잔기가 시스테인으로 치환되어 이루어지는, 야생형에 비하여 활성이 증가된 라이신 디카르복실라제 변이효소를 제공하는 것이다. The main object of the present invention is to provide a lysine decarboxylase mutant having increased activity compared to wild type, wherein at least two even residues of the wild type lysine decarboxylase are substituted with cysteine.

본 발명의 다른 목적은 변이효소를 코딩하는, 라이신 디카르복실라제 변이효소 유전자를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a lysine decarboxylase mutant enzyme gene encoding a mutant enzyme.

본 발명의 다른 목적은 서열번호 1의 아미노산 서열에서 위치 225 및 302의 아미노산이 시스테인으로 치환된 단백질을 코딩하는, 라이신 디카르복실라제 변이효소 유전자를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a lysine decarboxylase mutant enzyme gene encoding a protein in which the amino acids at positions 225 and 302 are substituted with cysteine in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.

본 발명의 다른 목적은 상기 유전자를 포함하는, 카다베린 생산용 카세트를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a cassette for producing cadaverine, which comprises the gene.

본 발명의 다른 목적은 상기 카세트를 포함하는, 카다베린 생산용 형질전환체를 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide a transformant for producing cadaverine, which comprises the cassette.

본 발명의 다른 목적은 상기 형질전환체 또는 그의 배양물을 포함하는, 카다베린 생산용 조성물을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a composition for producing cadaverine, which comprises the transformant or a culture thereof.

본 발명의 다른 목적은 상기 형질전환체를 배양하는 단계를 포함하는, 카다베린의 생산방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method for producing cadaverine comprising culturing the transformant.

본 발명의 또 다른 목적은 피리독살 5-포스페이트(pyridoxal 5-phosphate) 결합 부위를 가지는 효소 단백질에 이황화결합을 도입하는 단계를 포함하는, 피리독살 5-포스페이트에 대한 효소 단백질의 친화도를 향상시키는 방법을 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide a method for improving the affinity of an enzyme protein for pyridoxal 5-phosphate, which comprises introducing a disulfide bond into an enzyme protein having a pyridoxal 5-phosphate binding site Method.

본 발명자들은 PLP에 대한 친화도가 향상된 라이신 디카르복실라제를 개발하고자 예의 연구 노력한 결과, 야생형 라이신 디카르복실라제에 이황화결합을 도입할 경우 PLP에 대한 친화도가 향상될 뿐만 아니라, PLP가 거의 또는 아예 첨가되지 않은 환경에서도 효소 활성 및 카다베린 전환율이 크게 증가하며, pH 및 온도 저항성이 증가함을 확인하고 본 발명을 완성하였다.The present inventors have made extensive efforts to develop a lysine decarboxylase having improved affinity for PLP. As a result, it has been found that when a disulfide bond is introduced into a wild-type lysine decarboxylase, affinity to PLP is improved and PLP is almost Or not added at all, the enzyme activity and the conversion of cadaverine are greatly increased, and the pH and the temperature resistance are increased, thus completing the present invention.

상기의 목적을 달성하기 위한 하나의 양태로서, 본 발명은 야생형 라이신 디카르복실라제의 2n개의 아미노산 잔기가 시스테인으로 치환되어 이루어지는, 야생형에 비하여 활성이 증가된 라이신 디카르복실라제 변이효소를 제공한다(n은 1 이상의 정수). 상기 "라이신 디카르복실라제"는 라이신의 탈카르복실화를 촉매하는 효소로, 본 명세서에서 LDC, 또는 라이신 탈탄산화효소와 혼용될 수 있다. 본 명세서에서 "야생형 라이신 디카르복실라제"는 LDCWT, 야생형 효소, 또는 재조합 효소와 혼용될 수 있다.In one aspect of the present invention, there is provided a lysine dicarboxylase mutant having increased activity as compared with wild type, wherein 2n amino acid residues of wild type lysine decarboxylase are substituted with cysteine (n is an integer of 1 or more). The " lysine dicarboxylase " is an enzyme that catalyzes the decarboxylation of lysine, and can be used herein with LDC, or lysine decarboxylase. As used herein, " wild-type lysine dicarboxylase " may be mixed with LDC WT , a wild-type enzyme, or a recombinant enzyme.

예를 들어, 상기 n이 1일 때, 상기 치환되는 2개의 아미노산 잔기 중 하나는, β-8 와 α-9 (220-231번째 잔기)를 연결하는 R-루프를 '닫힌' 형태 (closed conformation)로 유지할 수 있다면, 이에 제한되지 않으나, 야생형 라이신 디카르복실라제의 220 번째 내지 231 번째 아미노산 중 선택되는 어느 하나일 수 있다. For example, when n is 1, one of the two substituted amino acid residues is a closed conformation (R-loop) connecting an R-loop connecting? -8 and? -9 (residues 220-231) ), It may be any one selected from the 220th to 231st amino acids of the wild-type lysine decarboxylase.

예를 들어, 상기 변이효소는 야생형 라이신 디카르복실라제의 225번째 아미노산 및 302번째 아미노산이 각각 시스테인으로 치환되어 이루어지는 것일 수 있다.For example, the mutant enzyme may be one in which the 225th amino acid and the 302th amino acid of the wild-type lysine decarboxylase are substituted with cysteine, respectively.

예를 들어, 상기 변이효소는 야생형 라이신 디카르복실라제의 225번째 아미노산인 알라닌(Ala) 및 302번째 아미노산인 트레오닌(Thr)이 각각 시스테인으로 치환되어 이루어지는 것일 수 있다.For example, the mutant enzyme may be one in which alanine (Ala), which is the 225th amino acid of wild-type lysine decarboxylase, and threonine (Thr), which is the 302th amino acid, are substituted with cysteine.

본 발명자들은 야생형 라이신 디카르복실라제 단백질의 결정체의 구조를 최초로 확인하였으며(표 3), 상기 단백질의 활성부위에 존재하는 3개의 루프(PS-, R-, AS-루프)가 다른 부분에 비하여 높은 유연성을 가지므로 PLP와의 친화도가 저해됨을 최초로 확인하였다. 특히, β-8 와 α-9 (220-231번째 잔기)를 연결하는 R-루프(regulatory loop)가 PLP와 라이신 디카르복실라제 단백질의 결합을 안정화시키는 루프(β-7과 α-8(178-187번째 잔기)을 연결하는 PS-루프)의 형태에 직접적으로 영향을 미치므로, 상기 R-루프를 닫힌 형태로 유지할 경우 라이신 디카르복실라제의 PLP에 대한 친화도를 유의하게 개선할 수 있음을 최초로 확인하였다. We first identified the structure of the crystals of the wild-type lysine decarboxylase protein (Table 3), and found that the three loops (PS-, R-, AS-loops) It was confirmed for the first time that affinity with PLP is inhibited because it has high flexibility. In particular, the R-loop connecting β-8 and α-9 (residues 220-231) is a loop that stabilizes the binding of PLP to lysine decarboxylase proteins (β-7 and α-8 178-187 residues), it is possible to significantly improve the affinity of lysine decarboxylase for PLP when the R-loop is kept in a closed form For the first time.

예를 들어 상기 변이효소에서, 치환된 2개의 시스테인은 이황화결합을 형성할 수 있다. 이황화결합을 인공적으로 유도할 경우, 라이신 디카르복실라제 단백질의 구조 재설계가 일어나며, R-루프를 닫힌 형태로 유지되므로 단백질의 활성이 개선될 수 있다(도 7b).For example, in the mutant enzyme, the two substituted cysteines may form a disulfide bond. When a disulfide bond is artificially induced, a structural redesign of the lysine decarboxylase protein occurs, and the activity of the protein can be improved because the R-loop is maintained in a closed form (FIG. 7B).

상기 "활성"은 PLP에 대한 친화도, 기질에 대한 친화도, 라이신의 카다베린으로의 전환능을 포함하여, 라이신 디카르복실라제 효소가 인비보, 인트로에서 가지는 모든 능력을 의미한다. 본 발명자들은 이황화결합의 유도로 인하여 변이효소의 PLP 친화도와 카다베린 전환능이 현저히 증가함을 확인하였다(도 7c 내지 도 7h).Refers to all the ability of the lysine decarboxylase enzyme to have in the Invivo, Intro, including affinity for PLP, affinity for substrate, and ability to convert lysine to cadaverine. The present inventors confirmed that the induction of the disulfide bond significantly increased the PLP affinity and the cadarin conversion ability of the mutant enzyme (Fig. 7C to Fig. 7H).

일 예로, 상기 야생형 라이신 디카르복실라제는 셀레노모나스 루미난티움(Selenomonas ruminantium)의 라이신 디카르복실라제, 비브리오 불리피쿠스(Vibrio vulnificus)의 라이신/오르니틴 디카르복실라제 (lysine/ornithine decarboxylase; VvL/ODC), 무스 무스쿨루스(Mus musculus)의 ODC (MmODC), 및 리파노소마 브루케이(Trypanosoma brucei)의 ODC (TbODC)으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.For example, the wild-type lysine decarboxylase may be selected from the group consisting of lysine decarboxylase of Selenomonas ruminantium , lysine / ornithine decarboxylase of Vibrio vulnificus ; Vv L / ODC), ODC ( Mm ODC) of Mus musculus , and ODC ( Tb ODC) of Trypanosoma brucei .

비제한적인 예로, 상기 야생형 라이신 디카르복실라제는 서열번호 1, 및 서열번호 3 내지 서열번호 5로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 아미노산 서열로 이루어지는 것을 의미할 수 있다. 또한, 상기 서열뿐만 아니라 상기 서열과 80% 이상, 구체적으로 90% 이상, 보다 구체적으로 95% 이상, 더욱 구체적으로 98% 이상의 상동성을 나타내는 아미노산 서열로서 실질적으로 카다베린으로의 전환능을 갖는 단백질이라면 제한없이 포함할 수 있다. 또한, 이러한 상동성을 갖는 서열로서 실질적으로 상기 서열의 단백질과 동일하거나 상응하는 생물학적 활성을 갖는 아미노산 서열이라면, 일부 서열이 결실, 변형, 치환 또는 부가된 아미노산 서열을 갖는 경우도 본 발명의 범주에 포함됨은 자명하다.As a non-limiting example, the wild-type lysine decarboxylase may be any amino acid sequence selected from the group consisting of SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 3 to SEQ ID NO: In addition to the above sequence, a protein having substantially the ability to convert to catarrhine as an amino acid sequence having 80% or more, specifically 90% or more, more specifically 95% or more, more specifically 98% or more, If any, may be included without limitation. Also, in the case where an amino acid sequence having such homology is substantially the same as or has a biological activity equivalent to that of the protein of the above sequence, it is also within the scope of the present invention that some sequences have amino acid sequences deleted, modified, substituted or added Included is self-explanatory.

본 명세서에서 서열과 관련하여 사용된 용어 "상동성"은 주어진 아미노산 서열 또는 염기 서열과 일치하는 정도를 의미하며 백분율로 표시될 수 있다. 본 명세서에서, 주어진 아미노산 서열 또는 염기 서열과 동일하거나 유사한 활성을 갖는 그의 상동성 서열이 "% 상동성"으로 표시된다. 예를 들면, 점수(score), 동일성(identity) 및 유사도(similarity) 등의 매개 변수(parameter)들을 계산하는 표준 소프트웨어, 구체적으로 BLAST 2.0를 이용하거나, 정의된 엄격한 조건하에서 써던 혼성화 실험에 의해 서열을 비교함으로써 확인할 수 있으며, 정의되는 적절한 혼성화 조건은 해당 기술 범위 내이고, 당업자에게 잘 알려진 방법으로 결정될 수 있다.The term " homology ", as used herein in connection with a sequence, refers to the degree to which it is consistent with a given amino acid sequence or base sequence and may be expressed as a percentage. In the present specification, its homologous sequence having the same or similar activity as a given amino acid sequence or base sequence is indicated as "% homology ". For example, standard software for calculating parameters such as score, identity and similarity, specifically BLAST 2.0, or by sequential hybridization experiments under defined stringent conditions, , And the appropriate hybridization conditions to be defined are within the skill of the art and can be determined by methods well known to those skilled in the art.

일 예로, 상기 변이효소는 서열번호 6으로 표시되는 아미노산 서열로 이루어지는 것일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 한편, 상기 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오타이드는 코돈의 축퇴성(degeneracy)으로 인하여 또는 상기 단백질을 발현시키고자 하는 생물에서 선호되는 코돈을 고려하여, 코딩영역으로부터 발현되는 단백질의 아미노산 서열을 변화시키지 않는 범위 내에서 코딩영역에 다양한 변형이 이루어질 수 있다. 또한, 상기 서열뿐만 아니라 상기 서열과 80% 이상, 구체적으로 90% 이상, 보다 구체적으로 95% 이상, 더욱 구체적으로 98% 이상의 상동성을 나타내는 아미노산 서열로서 실질적으로 카다베린으로의 전환능을 갖는 단백질이라면 제한없이 포함할 수 있다. 또한, 이러한 상동성을 갖는 서열로서 실질적으로 상기 서열의 단백질과 동일하거나 상응하는 생물학적 활성을 갖는 아미노산 서열이라면, 일부 서열이 결실, 변형, 치환 또는 부가된 아미노산 서열을 갖는 경우도 본 발명의 범주에 포함됨은 자명하다.For example, the mutant enzyme may be an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6, but is not limited thereto. On the other hand, the polynucleotide coding for the protein may be modified in a range that does not change the amino acid sequence of the protein expressed from the coding region, due to codon degeneracy or considering the codon preference in the organism to which the protein is to be expressed Various modifications can be made to the coding region. In addition to the above sequence, a protein having substantially the ability to convert to catarrhine as an amino acid sequence having 80% or more, specifically 90% or more, more specifically 95% or more, more specifically 98% or more, If any, may be included without limitation. Also, in the case where an amino acid sequence having such homology is substantially the same as or has a biological activity equivalent to that of the protein of the above sequence, it is also within the scope of the present invention that some sequences have amino acid sequences deleted, modified, substituted or added Included is self-explanatory.

일 예로, 상기 변이효소는 야생형에 비하여 온도 또는 pH에 대한 안정성이 향상된 것일 수 있다. 라이신 디카르복실라제의 탈탄산화 (decarboxylation) 반응 당 1개의 수소가 소모되므로 반응이 진행됨에 따라 pH가 증가되며, 이에 따라 시간이 지나면 반응성이 낮아진다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, PLP를 거의 또는 아예 첨가하지 않을 때에도 변이효소의 LDC 활성 및 카다베린 전환능이 매우 개선되었다. 이는 이황화결합으로 인한 구조 재설계에 의하여 PLP 결합 부위의 안정성이 증가되었기 때문으로 예상된다. For example, the mutant enzyme may have improved stability against temperature or pH as compared with the wild type. Since one hydrogen per decarboxylation reaction of lysine decarboxylase is consumed, the pH is increased as the reaction progresses, so that the reactivity decreases over time. According to one embodiment of the present invention, LDC activity and cadarin conversion ability of the mutant enzyme were greatly improved even when PLP was little or no added. This is presumably because the stability of the PLP binding site was increased by structural redesign due to the disulfide bond.

본 명세서에서 상기 "안정성"은 저항성 또는 내성과 동일한 의미로 사용될 수 있다. As used herein, the term " stability " may be used in the same sense as resistance or tolerance.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 온도 또는 pH를 제외한 반응 조건이 동일할 때 상기 변이효소는 야생형 라이신 디카르복실라제에 비하여 보조인자인 PLP에 대한 친화도 또는 카다베린 전환능이 약 5배 내지 20배, 구체적으로 5배 내지 10배 증가하였다.According to one embodiment of the present invention, when the reaction conditions except for temperature or pH are the same, the mutant enzyme has an affinity for the assistant PLP or a catarrhine conversion ability of about 5 to 20 times higher than that of the wild-type lysine decarboxylase , Specifically 5 to 10 times.

예를 들어, 상기 변이효소는 K d 값이 21μM인 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, UV/Vis 흡수 스펙트럼을 분석한 결과 변이효소의 K d 값은 21μM인 반면, 야생형 라이신 디카르복실라제의 K d 값은 72 μM으로 나타났다.For example, the mutant enzyme may have a K d value of 21 μM. According to one embodiment of the invention, K d values of the UV / Vis absorption resulting mutant enzyme analysis of the spectrum, while the 21μM, K d values of the wild-type lysine decarboxylase was found with 72 μM.

예를 들어, 상기 변이효소는 녹는점(T m)이 56.9 ℃인 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 변이효소의 T m 은 56.9 ℃로, 야생형 효소의 T m 은 52.27 ℃에 비해 높은 열안정성을 나타내었다.For example, the mutant enzyme may have a melting point ( T m ) of 56.9 ° C. According to one embodiment of the present invention, the T m of the mutant enzyme was 56.9 ° C, and the T m of the wild-type enzyme was higher than 52.27 ° C.

일 예로, 상기 변이효소는 피리독살 5-포스페이트(pyridoxal 5-phosphate)의 첨가 없이 라이신을 카다베린으로 전환시키는 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 변이효소는 피리독살 5-포스페이트를 첨가하지 않을 때에도 라이신의 카다베린으로의 전환율이 20 내지 60%, 구체적으로 20 내지 40%으로 나타났다.In one example, the mutant enzyme may be one that converts lysine to cadaverine without the addition of pyridoxal 5-phosphate. According to one embodiment of the present invention, the conversion enzyme of lysine to cadaverine is 20 to 60%, specifically 20 to 40%, even when pyridoxal 5-phosphate is not added.

일 예로, 상기 변이효소는 피리독살 5-포스페이트(pyridoxal 5-phosphate)를 미량의 농도로 첨가하여 라이신을 카다베린으로 전환시키는 것일 수 있다. 상기 미량의 농도는 0.1 μM 내지 0.05mM, 구체적으로 0.1 μM 내지 0.02mM, 보다 구체적으로 0.1 μM 내지 0.01mM일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 변이효소는 야생형 라이신 디카르복실라제에 비하여 PLP 농도를 1/20으로 감소시키더라도 유사한 수준의 카다베린 전환율을 나타내었다(도 7g).For example, the mutant enzyme may be one in which pyridoxal 5-phosphate is added at a small concentration to convert lysine to cadaverine. The trace concentration may be 0.1 μM to 0.05 mM, specifically 0.1 μM to 0.02 mM, more specifically 0.1 μM to 0.01 mM. According to one embodiment of the present invention, the mutant enzyme exhibited a similar level of catarrhine conversion even when the PLP concentration was reduced to 1/20 as compared with the wild-type lysine decarboxylase (FIG. 7g).

일 예로, 상기 변이효소의 결정체는 공간군 P212121 에 속하고, 단위 셀 파라미터는 a = 55.91 Å, b = 122.85 Å, c = 136.85 Å, 및 α = β = γ = 90.0°인 것일 수 있다. For example, crystals of the mutant enzyme has the space group P 2 1 2 1 in the 21, and unit cell parameters a = 55.91 Å, b = 122.85 Å, c = 136.85 Å, and α = β = γ = 90.0 ° Lt; / RTI >

한편, SrLDC의 apo-form I 결정체는 공간군 P43212 에 속하고, 단위 셀 파라미터는 a = b = 105.97 Å, c = 73.634 Å, α = β = γ = 90.0°이며, SrLDC의 apo-form II 결정체는 공간군 C2 에 속하고, 단위 셀 파라미터는 a = 146.45 Å, b = 70.794 Å, c = 88.061 Å, α = γ = 90.0°, β = 101.03°로, 상기 변이효소의 결정체와 명확히 구별된다.On the other hand, apo-form I crystal of Sr LDC is a space group P 4 3 2 1 2 inside, and the unit cell parameters are a = b = 105.97 Å, c = 73.634 Å, α = β = γ = 90.0 ° to, Sr The apo-form II crystals of LDC belong to the space group C 2 and the unit cell parameters are a = 146.45 Å, b = 70.794 Å, c = 88.061 Å, α = γ = 90.0 ° and β = 101.03 °, It is clearly distinguished from the crystals of the enzyme.

다른 양태로서, 본 발명은 상기 변이효소를 코딩하는, 라이신 디카르복실라제 변이효소 유전자를 제공한다. 예를 들어 상기 유전자는 서열번호 1의 아미노산 서열에서 위치 225 및 302의 아미노산이 시스테인으로 치환된 단백질을 코딩하는 것일 수 있다. In another aspect, the present invention provides a lysine decarboxylase mutant enzyme gene encoding the mutant enzyme. For example, the gene may encode a protein in which the amino acids at positions 225 and 302 are replaced by cysteine in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.

다른 양태로서, 본 발명은 상기 유전자를 포함하는, 카다베린 생산용 카세트 또는 이를 포함하는 발현벡터를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a cassette for producing cadaverine or an expression vector comprising the cassette, comprising the gene.

예를 들어, 상기 유전자는 카세트 또는 발현벡터에 작동가능하게 연결된 형태로 포함된 것일 수 있다.For example, the gene may be contained in a cassette or operably linked to an expression vector.

본 명세서에서, "벡터"는 적합한 숙주 내에서 목적 단백질을 발현시킬 수 있도록 적합한 조절 서열에 작동 가능하게 연결된 상기 목적 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 함유하는 DNA 제조물을 의미할 수 있다. 상기 조절 서열은 전사를 개시할 수 있는 프로모터, 그러한 전사를 조절하기 위한 임의의 오퍼레이터 서열, 적합한 mRNA 리보좀 결합부위를 코딩하는 서열, 및 전사 및 해독의 종결을 조절하는 서열을 포함한다. 벡터는 적당한 숙주세포 내로 형질전환된 후, 숙주 게놈과 무관하게 복제되거나 기능할 수 있으며, 게놈 그 자체에 통합될 수 있다. 상기 벡터는 숙주세포 내에서 복제 가능한 것이면 특별히 한정되지 않으며, 당업계에 알려진 임의의 벡터를 이용할 수 있다.As used herein, a " vector " may refer to a DNA construct containing a nucleotide sequence of a polynucleotide encoding the desired protein operably linked to a suitable regulatory sequence so as to be capable of expressing the protein of interest in the appropriate host. The regulatory sequence includes a promoter capable of initiating transcription, any operator sequence for regulating such transcription, a sequence encoding a suitable mRNA ribosome binding site, and a sequence controlling the termination of transcription and translation. The vector may be transcribed into an appropriate host cell and then cloned or functioned independently of the host genome and integrated into the genome itself. The vector is not particularly limited as long as it is replicable in the host cell, and any vector known in the art can be used.

다른 양태로서, 본 발명은 상기 카세트 또는 발현벡터를 포함하는, 카다베린 생산용 형질전환체를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a transformant for producing cadaverine, comprising the cassette or expression vector.

예를 들어, 상기 카세트 또는 발현벡터는 숙주세포 내의 염색체로 삽임됨으로써 형질전환체에 포함되는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 형질전환체는 상기 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드가 작동가능하게 연결된, 숙주와 무관하게 복제되고 기능할 수 있는 벡터가 숙주세포 내에 도입되어 형질전환된 미생물을 의미할 수 있다.For example, the cassette or expression vector may be contained in a transformant by being transduced with a chromosome in the host cell. For example, the transformant may refer to a microorganism transformed by introduction of a vector capable of replicating and functioning in a host cell regardless of host, into which the polynucleotide encoding the protein is operably linked.

상기 카세트 또는 발현벡터를 통해 염색체 내에 내재적 목적 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드를, 변이된 폴리뉴클레오티드로 교체시킬 수 있다. 상기 폴리뉴클레오티드의 염색체 내로의 삽입은 당업계에 알려진 임의의 방법, 예를 들면, 상동재조합에 의하여 이루어질 수 있다. 본 발명의 벡터는 상동재조합을 일으켜서 염색체 내로 삽입될 수 있으므로 상기 염색체 삽입 여부를 확인하기 위한 선별 마커(selection marker)를 추가로 포함할 수 있다. 선별 마커는 벡터로 형질전환된 세포를 선별, 즉 목적 폴리뉴클레오티드의 삽입 여부를 확인하기 위한 것으로, 약물 내성, 영양 요구성, 세포 독성제에 대한 내성 또는 표면 단백질의 발현과 같은 선택가능 표현형을 부여하는 마커들이 사용될 수 있다.The polynucleotide encoding the intrinsic target protein in the chromosome through the cassette or expression vector can be replaced with a mutated polynucleotide. The insertion of the polynucleotide into the chromosome can be accomplished by any method known in the art, for example, homologous recombination. Since the vector of the present invention can be inserted into a chromosome by causing homologous recombination, it may further include a selection marker for confirming whether or not the chromosome is inserted. A selection marker is used to select a cell transformed with a vector, that is, to confirm insertion of a target polynucleotide, and it is provided with a selectable phenotype such as drug resistance, nutritional requirement, tolerance to a cytotoxic agent, May be used.

본 명세서에서 형질전환은 표적 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 포함하는 벡터를 숙주세포 내에 도입하여 숙주세포 내에서 상기 폴리뉴클레오티드가 코딩하는 단백질이 발현할 수 있도록 하는 것을 의미할 수 있다. 형질전환된 폴리뉴클레오티드는 숙주세포 내에 발현될 수 있기만 한다면, 숙주세포의 염색체 내에 삽입되어 위치하거나 염색체 외에 위치하거나 상관없이 이들 모두를 포함한다.Transformation herein may refer to introducing a vector comprising a polynucleotide encoding a target protein into a host cell so that the protein encoded by the polynucleotide can be expressed in the host cell. The transformed polynucleotide may be either inserted into the chromosome of the host cell or located outside the chromosome, so long as it can be expressed in the host cell.

상기 형질전환체 또는 숙주(세포)는 에스케리치아 속(Escherichia sp.), 시겔라 속(Shigella sp.), 시트로박터 속(Citrobacter sp.), 살모넬라 속(Salmonella sp.), 엔테로박터 속(Enterobacter sp.), 여시니아 속(Yersinia sp.), 크렙시엘라 속(Klebsiella sp.), 어위니아 속(Erwinia sp.), 코리네박테리움 속(Corynebacterium sp.), 브레비박테리움 속(Brevibacterium sp.), 락토바실러스 속(Lactobacillus sp.), 셀레노모나스 속(Selenomanas sp.), 비브리오 속(Vibrio sp.), 슈도모나스 속 (Pseudomonas sp.), 스트렙토마이시스 속 (Streptomyces sp.), 아카노박테리아 속 (Arcanobacterium sp.), 알칼리젠 속(Alcaligenes sp.) 등에 속하는 미생물일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.The transformant or host cell may be selected from the group consisting of Escherichia sp., Shigella sp., Citrobacter sp., Salmonella sp., Enterobacter sp. , Enterobacter sp., Yersinia sp., Klebsiella sp., Erwinia sp., Corynebacterium sp., Brevibacterium sp. (Brevibacterium sp.), genus Lactobacillus (Lactobacillus sp.), celecoxib eggplant grandma in (Selenomanas sp.), in Vibrio (Vibrio sp.), Pseudomonas species (Pseudomonas sp.), Streptomyces sp., Arcanobacterium sp. sp.), Alcaligenes sp., and the like, but the present invention is not limited thereto.

다른 양태로서, 본 발명은 상기 형질전환체 또는 그의 배양물을 포함하는, 카다베린 생산용 조성물을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a composition for producing cadaverine, comprising the transformant or a culture thereof.

예를 들어, 상기 조성물은 라이신을 추가로 포함하는 것일 수 있다.For example, the composition may further comprise lysine.

다른 양태로서, 본 발명은 상기 형질전환체를 배양하는 단계를 포함하는, 카다베린의 생산방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing cadaverine, comprising culturing the transformant.

예를 들어, 상기 배양하는 단계는 라이신을 포함하는 배지에서 수행될 수 있다.For example, the step of culturing may be performed in a medium containing lysine.

예를 들어, 상기 방법은 배양된 형질전환체 또는 그의 배양물로부터 카다베린을 회수하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.For example, the method may further comprise recovering the cadaverine from the cultured transformant or culture thereof.

예를 들어, 상기 배양하는 단계는 PLP를 0mM 내지 0.05mM, 구체적으로 0mM 내지 0.02mM, 보다 구체적으로 0mM 내지 0.01mM 처리하여 수행되는 것일 수 있다.For example, the step of culturing may be performed by treating PLP with 0 mM to 0.05 mM, specifically 0 mM to 0.02 mM, more specifically 0 mM to 0.01 mM.

다른 양태로서, 본 발명은 PEG(polyethylene glycol), 시트르산나트륨(sodium citrate tribasic-citric acid), 및 염화마그네슘을 포함하는 저수조 용액과 서열번호 1의 라이신 디카르복실라제 단백질 용액을 혼합하는 단계를 포함하는, 서열번호 1의 라이신 디카르복실라제 단백질 결정체의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the invention includes a method of mixing a lysine decarboxylase protein solution of SEQ ID NO: 1 with a reservoir solution comprising PEG (polyethylene glycol), sodium citrate tribasic-citric acid, and magnesium chloride The protein crystals of lysine decarboxylase of SEQ ID NO: 1.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 서열번호 1의 라이신 디카르복실라제 단백질의 결정체를 제조하기 위한 저수조 용액으로 PEG, 시트르산나트륨, 및 염화마그네슘을 사용할 경우 공간군 P43212 에 속하고, 단위 셀 파라미터는 a = b = 105.97 Å, c = 73.634 Å, α = β = γ = 90.0° 인 apo-form I이 형성된다. 반면, 구연산나트륨, 카코딜산 나트륨(sodium cacodylate)을 저수조 용액으로 사용할 경우, 공간군 C2 에 속하고, 단위 셀 파라미터는 a = 146.45 Å, b = 70.794 Å, c = 88.061 Å, α = γ = 90.0°, β = 101.03°인 apo-form II이 형성된다. 즉, 특정 저수조 용액을 사용할 경우에만 목적하는 결정체를 얻을 수 있다.According to one embodiment of the present invention, when PEG, sodium citrate, and magnesium chloride are used as a reservoir solution for preparing crystals of the lysine decarboxylase protein of SEQ ID NO: 1, the space group P 4 3 2 1 2 Apo-form I with a = b = 105.97 Å, c = 73.634 Å and α = β = γ = 90.0 ° is formed. On the other hand, the sodium citrate, Kakogawa dilsan sodium (sodium cacodylate) when used as a reservoir solution, and belongs to the space group C 2, the unit cell parameters are a = 146.45 Å, b = 70.794 Å, c = 88.061 Å, α = γ = Apo-form II of 90.0 DEG and beta = 101.03 DEG is formed. That is, the desired crystals can be obtained only when a specific reservoir solution is used.

다른 양태로서, 본 발명은 황산암모늄(ammonium sulfate), 카코딜산 나트륨, 및 염화나트륨을 포함하는 저수조 용액과 서열번호 6의 라이신 디카르복실라제 변이효소 단백질 용액을 혼합하는 단계를 포함하는, 서열번호 6의 라이신 디카르복실라제 변이효소 결정체의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a process for preparing a lysine decarboxylase mutant enzyme protein of SEQ ID NO: 6, which comprises mixing a solution of a reservoir containing ammonium sulfate, Of lysine dicarboxylase mutant enzyme crystals.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 서열번호 1의 야생형 효소의 결정체와 상이한 저수조 용액을 사용하여야 서열번호 6의 변이효소 결정체를 얻을 수 있다. 이 때 상기 변이효소 결정체는 공간군 P212121 에 속하고, 단위 셀 파라미터는 a = 55.91 Å, b = 122.85 Å, c = 136.85 Å, α = β = γ = 90.0°인 결정체일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a mutant enzyme crystal of SEQ ID NO: 6 can be obtained by using a reservoir solution different from the wild-type enzyme crystal of SEQ ID NO: 1. At this time belongs to the mutant enzyme crystals space group P2 1 2 1 2 1, the unit cell parameters a = 55.91 Å, b = 122.85 Å, c = 136.85 Å, α = β = γ = 90.0 ° which can be a crystalline have.

다른 양태로서, 본 발명은 PLP 결합 부위를 가지는 효소 단백질에 이황화결합을 도입하는 단계를 포함하는, PLP 에 대한 효소 단백질의 친화도를 향상시키는 방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for enhancing the affinity of an enzyme protein for PLP, comprising introducing a disulfide bond into an enzyme protein having a PLP binding site.

예를 들어, 상기 PLP 결합 부위를 가지는 효소 단백질은 PLP 의존적 효소 단백질일 수 있다. 비제한적인 예로, 상기 효소 단백질은, 아스파테이트 아미노전이효소(aspartate amino-transferase), 트립토판 합성효소(tryptophan synthase), 알라닌 라세미화효소(alanine racemase), D-아미노산 아미노전이효소(D-amino acid aminotransferase), 글리코젠 인산화효소(glycogen phosphorylase), 및 라이신 디카르복실라제로 이루어지는 군에서 선택되는 것일 수 있다.For example, the enzyme protein having the PLP binding site may be a PLP-dependent enzyme protein. As a non-limiting example, the enzyme protein may be an aspartate amino-transferase, a tryptophan synthase, an alanine racemase, a D-amino acid aminotransferase, aminotransferase, glycogen phosphorylase, and lysine dicarboxylase.

예를 들어, 상기 이황화결합을 도입된 효소 단백질은 활성 부위가 '닫힌' 형태(conformation)로 유지되는 단백질일 수 있다.For example, the disulfide bond-introduced enzyme protein may be a protein whose active site is maintained in a 'closed' conformation.

본 발명의 일 실시예에 따르면, PLP를 보조인자 또는 조효소로 사용하는 대표적인 효소 단백질인 라이신 디카르복실라제 변이효소에 이황화결합을 도입할 경우 PLP 에 대한 효소 단백질의 친화도가 크게 향상되었다. According to one embodiment of the present invention, when a disulfide bond is introduced into a lysine dicarboxylase mutant enzyme, which is a typical enzyme protein using PLP as a cofactor or coenzyme, the affinity of the enzyme protein for PLP is greatly improved.

본 발명에 따른 변이효소는 PLP가 거의 또는 아예 첨가되지 않은 환경, 또는 높은 pH 또는/및 온도 환경에서도 카다베린을 높은 수율로 생산할 수 있다. 또한, 본 발명의 방법은 피리독살 5-포스페이트에 대한 효소 단백질의 친화도를 향상시킬 수 있다.The mutant enzyme according to the present invention can produce cadaverine in a high yield even in an environment where PLP is little or no added, or in a high pH and / or temperature environment. In addition, the method of the present invention can improve the affinity of the enzyme protein for pyridoxal 5-phosphate.

도 1a 내지 도 1c는 SrLDC의 전체 구조를 나타낸 도이다. 구체적으로, 도 1a는 야생형 SrLDC, 비브리오 불리피쿠스(Vibrio vulnificus)의 라이신/오르니틴 디카르복실라제(lysine/ornithine decarboxylase; VvL/ODC, PDB code 2PLK), 무스 무스쿨루스(Mus musculus)의 ODC (MmODC, PDB code 7ODC)에서 동일 또는 높게 보존된 잔기를 표시한 도다. 도 1b는 SrLDC의 모노머(monomer) 구조를 나타낸 도이다. 도 1c는 SrLDC의 이량체(dimer) 구조를 나타낸 도이다.
도 2는 SrLDC의 활성 부위(active site)를 나타낸 도이다. 구체적으로, (a)는 SrLDC의 apo-form과 PLP/카다베린과 결합한 SrLDC의 구조를 겹치게 놓은 도면이다. (b) 및 (c)는 3개의 다른 결정체에서 SrLDC의 b-factor를 나타낸 도이다.
도 3a 및 도 3b는 PLP 농도에 따른 SrLDC의 LDC 활성 및 카다베린 전환능을 나타낸 도이다.
도 4는 LDC의 유래 별 형태(conformation)를 나타낸 도이다. 구체적으로, (a)는 SrLDC, TbODC, MmODC, VvL/ODC 각각의 열린/닫힌 형태를 겹쳐 놓은 도이다. (b)는 TbODC의 열린/닫힌 형태, MmODC 의 열린/닫힌 형태, VvL/ODC의 열린/닫힌 형태를 나타낸 도이다. (e)는 SrLDC, TbODC, MmODC, VvL/ODC 각각의 PS-루프 상의 Ser182 잔기와 PLP의 포스페이트 모이어티 간의 수소결합 형태(빨간색 점선)를 나타낸 도이다.
도 5는 변이효소 SrLDCA225C/T302C 의 결정체 구조를 나타낸 도이다. 구체적으로, (a)는 변이효소의 이황화결합 위치의 전자 밀도 지도 (Electron density map)를 나타낸 도이고, (b)는 SrLDCA225C/T302C 와 닫힌 형태의 야생형 SrLDC의 구조를 겹쳐 나타낸 도이다. (c)는 변이효소의 b-factor를 나타낸 도이고, (d)는 변이효소의 안정된 AS-루프, PS-루프, R-루프를 나타낸 도이다.
도 6은 변이효소 SrLDCA225C/T302C 의 2개의 모노머를 겹쳐 나타낸 도이다.
도 7a는 변이효소 SrLDCA225C/T302C SrLDCK2C/G227C 에 유도된 이황화결합의 위치를 나타낸 도이고, 도 7b는 닫힌 형태(우측)의 SrLDCA225C/T302C 열린 형태(좌측)의 SrLDCK2C/G227C 를 비교한 도이다.
도 7c 내지 도 7h는 변이효소와 야생형 SrLDC효소의 활성을 비교한 도이다. 구체적으로, 도 7c는 라이신에 보관한 정제된 각 효소를 나타낸 도이다. 도 7d는 각 효소의 UV/vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다. 도 7e는 각 효소의 주입 횟수(injection number)에 따른 등온 적정 열량 및 그에 따른 열역학 계수(K d)를 나타낸 도이다. 도 7f는 PLP 농도(concentration, mM)에 따른 각 효소의 활성을 나타낸 도이다. 도 7g는 PLP 농도(concentration, mM)에 따른 각 효소의 카다베린 전환률(cadavarine conversion, %)를 나타낸 도이다. 도 7h는 반응시간(reaction time, min)에 따른 각 효소의 카다베린 전환률을 나타낸 도이다.
도 8은 변이효소와 야생형 SrLDC효소의 열안정성을 비교한 도이다. 구체적으로, (a)는 pH에 따른 각 효소의 활성을 나타낸 도이고, (b)는 온도(℃)에 따른 각 효소의 녹는점 곡선을 나타낸 도이고, (c)는 37 ℃, (d)는 60 ℃에서의 보관 시간(incubation time; hour)에 따른 각 효소의 활성을 나타낸 도이다.
1A to 1C are diagrams showing the overall structure of Sr LDC. Specifically, FIG. 1A shows the expression of wild type Sr LDC, lysine / ornithine decarboxylase ( Vv L / ODC, PDB code 2PLK) of Vibrio vulnificus , Mus musculus ) Of ODC ( Mm ODC, PDB code 7ODC). 1B is a diagram showing the monomer structure of Sr LDC. 1C is a diagram showing a dimer structure of Sr LDC.
Fig. 2 is a diagram showing an active site of Sr LDC. Fig. Specifically, (a) it is a view placed overlapping the structure of Sr LDC in combination with apo-form and PLP / cadaverine of Sr LDC. (b) and (c) show the b-factor of Sr LDC in three different crystals.
3A and 3B are graphs showing LDC activity and cadarin conversion ability of Sr LDC according to PLP concentration.
Fig. 4 is a diagram showing the conformation of the origin of the LDC. Fig. Specifically, (a) is a diagram in which open / closed shapes of Sr LDC, Tb ODC, Mm ODC, and Vv L / ODC are superimposed. (b) is an open / closed form of the Tb ODC, an open / closed form of the Mm ODC, and an open / closed form of the Vv L / ODC. (e) shows the hydrogen bonding form (red dotted line) between the Ser182 residue on the PS-loop of each of Sr LDC, Tb ODC, Mm ODC, and Vv L / ODC and the phosphate moiety of PLP.
Fig. 5 is a diagram showing the crystal structure of the mutant enzyme Sr LDC A225C / T302C . Fig. Specifically, (a) is a diagram showing the electron density map (Electron density map) of the disulfide bond of the mutant enzymes position, (b) is a diagram showing superimposed the structure of S r LDC A225C / T302C wild-type Sr LDC of closed form to be. (c) shows the b-factor of the mutant enzyme, and (d) shows the stable AS-loop, PS-loop and R-loop of the mutant enzyme.
Fig. 6 is a diagram showing two monomers of the mutant enzyme Sr LDC A225C / T302C superimposed. Fig.
FIG. 7A is a view showing positions of disulfide bonds derived from the mutant enzymes Sr LDC A225C / T302C and Sr LDC K2C / G227C , FIG. 7B is a diagram showing the positions of Sr LDC A225C / T302C in the closed form And the Sr LDC K2C / G227C of the open form (left side).
7C to 7H are diagrams comparing the activity of the mutant enzyme and the wild-type Sr LDC enzyme. Specifically, Fig. 7C shows each purified enzyme stored in lysine. 7D is a diagram showing the UV / vis absorption spectrum of each enzyme. FIG. 7E is a diagram showing the isothermal titration heat amount and the thermodynamic coefficient ( K d ) according to the injection number of each enzyme. FIG. 7f is a graph showing the activity of each enzyme according to PLP concentration (concentration, mM). FIG. 7g is a graph showing cadavarine conversion (%) of each enzyme according to PLP concentration (concentration, mM). 7H is a graph showing the conversion of cadaverine of each enzyme according to the reaction time (min).
Figure 8 compares the thermal stability of mutant enzymes with wild type Sr LDC enzymes. (B) is a diagram showing the melting point curve of each enzyme according to the temperature (° C), (c) is the temperature at 37 ° C, and (d) Shows the activity of each enzyme according to incubation time (hour) at 60 ° C.

이하 본 발명을 하기 예에 의해 상세히 설명한다. 다만, 하기 예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 하기 예에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples. However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited by the following examples.

실시예Example 1. 야생형  1. Wild type 라이신Lysine 디카르복실라제(Decarboxylase ( SrSr LDC)의LDC) 제조 및 정제 Manufacturing and refining

셀레노모나스 루미난티움(Selenomonas ruminantium)의 야생형 라이신 디카르복실라제(SrLDC, 아미노산 잔기 1-393)를 코딩하는 유전자를 셀레노모나스 루미난티움의 염색체 DNA로부터 하기 표 1의 프라이머를 사용하여 중합효소연쇄반응(PCR)에 의해 증폭시켰다. The gene coding for the wild-type lysine dicarboxylase ( Sr LDC, amino acid residue 1-393) of Selenomonas ruminantium was amplified from the chromosomal DNA of Selenomonas ruminantium using the primer shown in Table 1 below And amplified by polymerase chain reaction (PCR).

프라이머 이름Name of the primer 서열order 서열번호SEQ ID NO: SrLDC_F Sr LDC_F 5'-GCGCG CATATG AAAAACTTCCGTTTAAGCGAAAAAG -3' 5'-GCGCG CATATG AAAAACTTCCGTTTAAGCGAAAAAG -3 ' 서열번호 7SEQ ID NO: 7 SrLDC_R Sr LDC_R 5'-GCGCG CTCGAG GTGATGGTGATGGTGGTGAACTGCT -3' 5'-GCGCG CTCGAG GTGATGGTGATGGTGGTGAACTGCT -3 ' 서열번호 8SEQ ID NO: 8

증폭된 산물을 pET-22b(+) 벡터(Life Science Research)에 클로닝하여 6x히스-태그가 C 말단에 위치하도록 하였다. 상기 발현 벡터 pET-22b(+):Srldc 로 대장균 균주 BL21(DE3)-T1R을 형질전환시키고, 이를 100 μg/mL의 암피실린을 포함하는 LB배지 1L에서 OD600이 0.7에 도달할 때까지 37℃에서 배양하였다. 1.0mM IPTG(Isopropyl β-D-1-thio-β-D-galactopyranoside)로 발현을 유도한 후, 18에서 20시간 추가로 배양하고, 4 ℃에서 4000 x g로 20분 원심분리하여 세포 펠렛을 회수하였다. 이후, 세포 펠렛을 버퍼 A (40mM Tris-HCl, pH 8.0)에 재현탁한 후, 초음파 처리하여 파쇄하였다. 세포 찌꺼기를 13,500 x g에서 30분간 원심분리하여 제거하고, 세포 용해물을 Ni-NTA agarose column(Qiagen)에 처리하였다. 이를 30mM의 이미다졸이 함유된 버퍼 A로 세척한 후, 컬럼에 붙어있는 단백질들은 버퍼 A에 들어있는 300mM 이미다졸로 용출시켰다. 최종적으로 미량의 오염물은, 버퍼 A로 평형화된 Superdex 200 prep-grade column(320mL, GE Healthcare)를 이용한 크기배제 크로마토그래피(size-exclusion chromatography)를 통하여 제거하였다. 모든 정제 실험들은 4℃에서 진행하였다. The amplified product was cloned into the pET-22b (+) vector (Life Science Research) to position the 6xHis-tag at the C-terminus. The expression vector pET-22b (+): and transforming the E. coli strain BL21 (DE3) -T1 R in Srldc, this in 1L LB medium containing 100 μg / mL of ampicillin until the OD600 reaches 0.7 37 ℃ Lt; / RTI > After induction of expression with 1.0 mM IPTG (Isopropyl β-D-1-thio-β-D-galactopyranoside), the cells were further cultured for 18 to 20 hours and centrifuged at 4000 × g for 20 minutes at 4 ° C. to recover the cell pellet Respectively. Thereafter, the cell pellet was resuspended in buffer A (40 mM Tris-HCl, pH 8.0) and sonicated for disruption. Cell debris was removed by centrifugation at 13,500 xg for 30 min and cell lysates were treated with Ni-NTA agarose column (Qiagen). After washing with Buffer A containing 30 mM imidazole, the proteins attached to the column were eluted with 300 mM imidazole in buffer A. Finally, traces of contaminants were removed by size-exclusion chromatography using a Superdex 200 prep-grade column (320 mL, GE Healthcare) equilibrated with buffer A. All purification experiments were carried out at 4 ° C.

상기 과정에 의해 정제된 단백질에 대한 SDS-PAGE 분석 결과, 44.0 kDa의 단일 폴리펩티드가 검출되었으며, 이는 SrLDC 단량체의 분자량에 대응되는 값이다. 상기 정제 단백질을 40mM Tris-HCl, pH 8.0을 이용하여 65mg/mL로 농축하여 실험에 사용하였다. As a result of SDS-PAGE analysis of the protein purified by the above procedure, a single polypeptide of 44.0 kDa was detected, which corresponds to the molecular weight of the Sr LDC monomer. The purified protein was concentrated to 65 mg / mL using 40 mM Tris-HCl, pH 8.0 and used in the experiment.

실시예Example 2. 변이효소의 제조 및 정제 2. Preparation and purification of mutant enzymes

Quick Change site-directed mutagenesis kit(stratagene)를 이용하여 부위-지정 돌연변이를 제조한 후, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SrLDC의 변이 단백질을 제조 및 정제하였다. 돌연변이 제조 시 사용한 프라이머는 하기 표 2와 같다.Site-directed mutagenesis was performed using Quick Change site-directed mutagenesis kit (stratagene), and mutant proteins of Sr LDC were prepared and purified in the same manner as in Example 1 above. The primers used in the preparation of the mutants are shown in Table 2 below.

프라이머 이름Name of the primer 서열order 서열번호SEQ ID NO: SrLDCK2C_F Sr LDC K2C _F 5'-GGAGATATACATATGTGTAACTTCCGTTTAAGC -3' 5'-GGAGATATACATATGTGTAACTTCCGTTTAAGC -3 ' 서열번호 9SEQ ID NO: 9 SrLDCK2C_R Sr LDC K2C _R 5'-GCTTAAACGGAAGTTACACATATGTATATCTCC -3' 5'-GCTTAAACGGAAGTTACACATATGTATATCTCC -3 ' 서열번호 10SEQ ID NO: 10 SrLDCG227C_F Sr LDC G227C _F 5'-GTTCCCGATGCTAAGTGTCTGAACGTTGACCTG -3' 5'-GTTCCCGATGCTAAGTGTCTGAACGTTGACCTG -3 ' 서열번호 11SEQ ID NO: 11 SrLDCG227C_R Sr LDC G227C _R 5'-CAGGTCAACGTTCAGACACTTAGCATCGGGAAC -3' 5'-CAGGTCAACGTTCAGACACTTAGCATCGGGAAC -3 ' 서열번호 12SEQ ID NO: 12 SrLDCA225C_F Sr LDC A225C_F 5'-GCTTTCCGGTTCCCGATTGTAAGGGTCTGAACG -3' Gt; 서열번호 13SEQ ID NO: 13 SrLDCA225C_R Sr LDC A225C _R 5'-CGTTCAGACCCTTACAATCGGGAACCGGAAAGC -3' 5'-CGTTCAGACCCTTACAATCGGGAACCGGAAAGC -3 ' 서열번호 14SEQ ID NO: 14 SrLDCT302C_F Sr LDC T302C _F 5'-CATGTATGACCATTGGTGCTATCCGCTTCACTG -3' 5'-CATGTATGACCATTGGTGCTATCCGCTTCACTG -3 ' 서열번호 15SEQ ID NO: 15 SrLDCT302C_R Sr LDC T302C _R 5'-CAGTGAAGCGGATAGCACCAATGGTCATACATG -3' 5'-CAGTGAAGCGGATAGCACCAATGGTCATACATG -3 ' 서열번호 16SEQ ID NO: 16 SrLDCK143C_F Sr LDC K143C _F 5'-CAGTCAGAAACAATTGTGCATTAGTAGACTTG -3' 5'-CAGTCAGAAACAATTGTGCATTAGTAGACTTG -3 ' 서열번호 17SEQ ID NO: 17 SrLDCK143C_R Sr LDC K143C _R 5'-CAAGTCTACTAATGCACAATTGTTTCTGACTG -3' 5'-CAAGTCTACTAATGCACAATTGTTTCTGACTG -3 ' 서열번호 18SEQ ID NO: 18 SrLDCL185C_F Sr LDC L185C _F 5'-GTTGGCAGCCAGTCCTGCTCCACAGCAGCGTATG -3' Gt; 서열번호 19SEQ ID NO: 19 SrLDCL185C_R Sr LDC L185C _R 5'-CATACGCTGCTGTGGAGCAGGACTGGCTGCCAAC -3' 5'-CATACGCTGCTGTGGAGCAGGACTGGCTGCCAAC -3 ' 서열번호 20SEQ ID NO: 20

제조된 상기 변이효소 SrLDCA225C / T302C는 Ala225 및 Thr302 잔기를 시스테인으로 치환하여 이황화결합을 유도한 것이고, 변이효소 SrLDCK2C / G227C 는 Lys2 및 Gly227 잔기를 시스테인으로 치환하여 이황화결합을 유도한 것이다.The produced mutant enzyme Sr LDC A225C / T302C induces disulfide bonds by replacing Ala225 and Thr302 residues with cysteine, and the mutant enzyme Sr LDC K2C / G227C induces disulfide bonds by substituting cysteine for Lys2 and Gly227 residues.

실시예Example 3. UV/ 3. UV / VisVis 흡수 스펙트럼 분석 Absorption spectrum analysis

SrLDC 단백질에 공유 결합하는 PLP의 양을 측정하기 위하여, SrLDC 단백질의 300 nm 부터 500 nm까지의 UV/Vis 흡수 스펙트럼을 0.1 M 인산칼륨 완충액(pH 6.0)을 이용하여 SHIMADZU UV-VIS 분광기 UV-1800 으로 기록하였다. 45.42 μM을 SrLDC 단백질의 최종 농도로 하였다. In order to measure the amount of the PLP to covalently to Sr LDC protein, Sr LDC using a 0.1 M potassium phosphate buffer (pH 6.0) the UV / Vis absorption spectrum of from 300 nm of the protein up to 500 nm SHIMADZU UV-VIS spectrophotometer UV -1800. ≪ / RTI > 45.42 μM was the final concentration of Sr LDC protein.

실시예Example 4. 등온 적정 열량측정법 (Isothermal titration calorimetry, ITC)을 통한 효소의 PLP 친화도 분석 4. PLP affinity analysis of enzyme through isothermal titration calorimetry (ITC)

SrLDC 단백질과 PLP 간의 결합력을 20 ℃에서 Nano ITC 모델 (TA Instruments) 을 이용하여 측정하였다: 먼저, 단백질 샘플 100 μM을 40 mM Tris, pH 8.0으로 준비하고, SrLDC 단백질과 PLP 의 적정을 위하여, 2.5 mM PLP 1.96 μl 를 25회 주입(injection)하였다. 주입하는 간격은 200초로 하였으며, ITC 반응 셀 내의 단백질 용액을 250rpm으로 저었다. 이 때 버퍼에 보조인자(PLP)를 희석할 때의 열(heat)과, 반응열 간의 온도차를 계산하였다. 주입 때마다 계산된 열량을 이용하여 종속 결합 모델에 맞추어 열역학 계수(K d, 결합 친화도)를 계산하였다. The binding force between the Sr LDC protein and the PLP was measured at 20 ° C using a Nano ITC model (TA Instruments). First, 100 μM of the protein sample was prepared with 40 mM Tris, pH 8.0, and for titration of Sr LDC protein and PLP , And 1.96 μl of 2.5 mM PLP were injected 25 times. The injection interval was 200 seconds, and the protein solution in the ITC reaction cell was padded at 250 rpm. At this time, the temperature difference between the heat and the heat of reaction in diluting the auxiliary factor (PLP) in the buffer was calculated. The thermodynamic coefficient ( K d , binding affinity) was calculated according to the dependent coupling model using the calculated calories every injection.

실시예Example 5.  5. LDCLDC 효소 활성 분석  Enzyme activity assay

5-1. 5-1. PLPPLP 첨가 유무에 따른 효소 활성 분석 Enzyme activity analysis with and without addition

실시예 1 및 실시예 2에서 제조한 SrLDC 단백질과 변이효소 단백질의 라이신 디카르복실라제 활성을 측정하기 위하여, 정제된 효소 단백질 56.78 μM을, 0.1 M 인산칼륨, pH 6.0, 50 μM L-라이신, 및 다양한 농도의 PLP를 포함하는 반응 혼합 용액 200 μl에 첨가하였다. 이후 90℃에서 5분간 상기 용액을 가열하여 LDC 반응을 종료시킨 후, 13,500 x g 에서 5분간 원심분리를 하였다. 남은 L-라이신을 라이신 옥시다제/페록시다제 (lysine oxidase/peroxidase) 법을 이용하여 검출하였다. 상기 라이신 옥시다제는 남은 L-라이신을 6-아미노-2-옥소헥사노에이트, NH3, 및 H2O2 로 전환하는 효소이며, 이 중 H2O2 는 ABTS(2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid))를 이용하여 페록시다제에 의하여 제거된다. 구체적으로, 2x 라이신 옥시다제/페록시다제 (0.1 unit/ml lysine oxidase, 1 unit/ml peroxidase, 3.6 mM ABTS in 0.1 M potassium phosphate buffer, pH 8.0)을 LDC 반응 혼합액과 동일한 부피로 첨가하였다. 이 때 산화된 ABTS의 양을 흡광도 412nm에서 측정하였다. To measure the lysine decarboxylase activity of the Sr LDC protein and the mutant enzyme protein prepared in Example 1 and Example 2, 56.78 μM of the purified enzyme protein was dissolved in 0.1 M potassium phosphate, pH 6.0, 50 μM L-lysine , And 200 μl of reaction mixture containing various concentrations of PLP. Thereafter, the solution was heated at 90 DEG C for 5 minutes to terminate the LDC reaction, followed by centrifugation at 13,500 x g for 5 minutes. The remaining L-lysine was detected using the lysine oxidase / peroxidase method. The lysine oxidase is an enzyme that converts the remaining L-lysine to 6-amino-2-oxohexanoate, NH 3 , and H 2 O 2 , and H 2 O 2 Is removed by peroxidase using ABTS (2,2'-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid)). Specifically, 2x lysine oxidase / peroxidase (0.1 unit / ml lysine oxidase, 1 unit / ml peroxidase, 3.6 mM ABTS in 0.1 M potassium phosphate buffer, pH 8.0) was added in the same volume as LDC reaction mixture. At this time, the amount of oxidized ABTS was measured at an absorbance of 412 nm.

5-2. pH에 따른 효소 활성 분석5-2. Analysis of Enzyme Activity by pH

한편, pH가 LDC 활성에 미치는 영향을 알아보기 위하여, LDC 활성 분석을 pH 5 내지 10의 범위에서 진행하였다. 또한 열적 안정성을 확인하기 위하여, 각 효소를 미리 37℃ 또는 60℃에 보관하여 분석에 사용하였다. 모든 실험은 3번 반복 실험하였다.On the other hand, in order to examine the effect of pH on LDC activity, LDC activity analysis was performed in the range of pH 5 to 10. To confirm the thermal stability, each enzyme was stored at 37 ° C or 60 ° C for analysis. All experiments were repeated three times.

5-3. 카다베린 5-3. Cadaverine 전환능Switchability 분석 analysis

실시예 1에서 정제된 단백질 4.54 μM과, 0.5 M 인산 칼륨 완충액 (pH 6.0), 0.5 M L-라이신, 및 다양한 농도의 PLP를 포함하는 전환 혼합 용액 5 mL 을 37 ℃에서 30분간 보관하여 사용하는 것을 제외하고는 상기 실험예 2-1와 동일한 방법으로 카다베린의 전환능을 분석하였다. 샘플을 시간대 별로 회수하고, 남은 L-라이신의 양을 측정하여 카다베린 전환능을 관찰하였다.4.5 mL of the protein purified in Example 1 and 5 mL of the conversion mixed solution containing 0.5 M potassium phosphate buffer solution (pH 6.0), 0.5 M L-lysine, and various concentrations of PLP were stored at 37 DEG C for 30 minutes to be used , The conversion ability of cadaverine was analyzed in the same manner as in Experimental Example 2-1. Samples were collected hourly, and the amount of L-lysine remaining was measured to observe the ability to convert cadaversine.

실시예Example 6.  6. SrSr LDC의Of LDC 녹는점( Melting point ( TT mm ) 측정) Measure

리간드와 표적 단백질의 결합은 단백질의 내열성을 변화시킨다. 이에, SrLDC 단백질의 열안정성을 확인하기 위하여, 제조업자의 매뉴얼을 참고하여 StepOnePlus Real-Time PCR (Thermo Fisher Scientific)에서 Protein thermal shift dye (Applied Biosystems)를 이용하여 녹는점 곡선을 측정하였다. 구체적으로, 1 μg의 단백질을 20 μl의 1x 단백질 열변성 염료와 혼합한 후, 25에서 90 ℃까지 온도를 올려가며 단백질 변성을 나타내는 신호 변화(녹는점)를 측정하였다. 녹는점은 1차 도함수 곡선으로부터 결정하였다.The binding of the ligand to the target protein changes the heat resistance of the protein. In order to confirm the thermal stability of the Sr LDC protein, the melting point curve was measured using a Protein thermal shift dye (Applied Biosystems) in StepOnePlus Real-Time PCR (Thermo Fisher Scientific) with reference to the manufacturer's manual. Specifically, 1 μg of the protein was mixed with 20 μl of 1 × protein denatured dye, and the signal change (melting point) indicating protein denaturation was measured by raising the temperature from 25 to 90 ° C. The melting point was determined from the first derivative curve.

실시예Example 7. 야생형  7. Wild type SrSr LDCLDC 및 변이효소  And mutant enzymes SrSr LDCLDC A225CA225C // T302CT302C of 결정체(crystal) 제조  Manufacture of crystals

7-1. 야생형 7-1. Wild type SrSr LDCLDC 및 변이효소  And mutant enzymes SrSr LDCLDC A225CA225C // T302CT302C 의 결정화Crystallization of

상기 실시예 1 및 실시예 2에서 정제한 단백질에 대한 결정화는, 상업적으로 이용가능한 키트인 sparse-matrix screen (Rigaku, Molecular Dimensions)을 이용하여 행잉-드롭 증기-확산법으로 20℃에서 진행하였다. 구체적으로, 1.0 μL의 단백질 용액 (65mg/mL in 40mM Tris-HCl, pH8.0)과 1.0 μL의 저수조(reservior) 용액을 혼합한 후, 이를 0.5mL의 저수조 용액에 대하여 평형화시켜 진행하였다. Crystallization of the proteins purified in Examples 1 and 2 was carried out at 20 DEG C in a hanging-drop vapor-diffusion method using a commercially available kit sparse-matrix screen (Rigaku, Molecular Dimensions). Specifically, 1.0 μL of protein solution (65 mg / mL in 40 mM Tris-HCl, pH 8.0) and 1.0 μL of reservoir solution were mixed and then equilibrated with 0.5 mL of the reservoir solution.

SrLDC의 apo-form I 결정체를 여러 결정화 조건에서 제조하여 관찰한 결과, 28 % (w/v) PEG(polyethylene glycol) 400, 0.1 M sodium citrate tribasic-citric acid, pH 6.0, 및 0.2 M 염화마그네슘을 포함하는 저수조 용액을 20℃에서 사용할 경우 최적의 결정체가 도출되었다. The crystals of apo-form I of Sr LDC were prepared and observed under various crystallization conditions. As a result, it was found that 28% (w / v) PEG (polyethylene glycol) 400, 0.1 M sodium citrate tribasic-citric acid, pH 6.0 and 0.2 M magnesium chloride The optimum crystal was obtained.

SrLDC의 apo-form II 결정체는 1.15 M 구연산나트륨, 0.1 M 카코딜산 나트륨(sodium cacodylate), pH 5.0을 포함하는 저수조 용액을 이용하여 결정화시켜 제조하였다.Apo-form II crystals of Sr LDC were prepared by crystallization using a reservoir solution containing 1.15 M sodium citrate, 0.1 M sodium cacodylate, pH 5.0.

한편, PLP/카다베린과 복합체를 이룬 SrLDC의 결정체는 50 % PEG 200, 0.1 M 구연산나트륨, pH 4.2, 0.2 M 염화나트륨을 포함하는 저수조 용액, 및 5 mM PLP(pyridoxal 5-phosphate)을 이용하여 제조하였다.On the other hand, crystals of Sr LDC complexed with PLP / cadavirin were precipitated by using a reservoir solution containing 50% PEG 200, 0.1 M sodium citrate, pH 4.2, 0.2 M sodium chloride, and 5 mM pyridoxal 5-phosphate .

이후, 상기 결정체들을 각 30분씩 10 mM L-라이신에 담가 두었다.The crystals were then soaked in 10 mM L-lysine for 30 minutes each.

한편, 변이효소 SrLDCA225C / T302C 는 1.4 M 황산암모늄(ammonium sulfate), 0.1 M 카코딜산 나트륨, pH 6.5, 및 0.2 M 염화나트륨을 포함하는 저수조 용액을 이용하여 결정화하였다. Meanwhile, the mutant enzyme Sr LDC A225C / T302C was crystallized using a reservoir solution containing 1.4 M ammonium sulfate, 0.1 M sodium chacodylate , pH 6.5, and 0.2 M sodium chloride.

7-2. 결정체의 구조 모델 정립(model building)7-2. Model building of crystals

상기 실험예 7-1에서 제조한 결정체를 상기 용액 및 동결방지제 30 % (v/v) 글리세롤로 옮긴 후, 결정체보다 크기가 큰 루프로 꺼내어 액체 질소에 담궈 즉시 얼렸다. The crystal prepared in Experimental Example 7-1 was transferred to the above solution and 30% (v / v) glycerol of the cryoprotectant, taken out in a loop larger than the crystal, immersed in liquid nitrogen and immediately frozen.

천연 결정체의 X-레이 회절 데이터는 포항 가속기 실험실(Pohang Accelerator Laboratory; PAL, Pohang, Korea)의 7A 빔라인에서 Quantum 270 CCD detector (ADSC, USA)를 사용하여 수집하였다. SrLDC의 apo-form I 및 II 결정체는 각각 2.0 Å, 2.9 Å 해상도로 회절 데이터를 수집하였다. PLP/카다베린과 복합체를 이룬 SrLDC의 결정체와 변이효소 SrLDCA225C / T302C 결정체는 각각 2.5 Å, 1.8 Å 해상도로 회절 데이터를 수집하였다. 모든 데이터는 HKL2000 소프트웨어 패키지(Otwinowski & Minor, 1997)를 사용하여 데이터를 색인화하고, 통합시키고, 스케일화하였다.X-ray diffraction data of the natural crystals were collected using a Quantum 270 CCD detector (ADSC, USA) in a 7A beamline of the Pohang Accelerator Laboratory (PAL, Pohang, Korea). The apo-form I and II crystals of Sr LDC were collected at diffraction data of 2.0 Å and 2.9 Å resolution, respectively. Crystalline Sr LDC and mutant enzyme Sr LDC A225C / T302C crystals complexed with PLP / cadavirin were collected with diffraction data at 2.5 Å and 1.8 Å resolution, respectively. All data was indexed, integrated, and scaled using the HKL2000 software package (Otwinowski & Minor, 1997).

그 결과, SrLDC의 apo-form I 결정체는 공간군 P43212 에 속하고, 단위 셀 파라미터는 a = b = 105.97 Å, c = 73.634 Å, α = β = γ = 90.0° 으로 나타났다. 비대칭성 유닛 내의 SrLDC 1 분자에 있어 단백질 분자량 유닛 당 결정체 부피는 2.35 Å3 Da- 1 이었는데, 이는 용매 함량이 47.63 %임을 나타내는 것이다.As a result, the apo-form I crystals of Sr LDC belong to the space group P 4 3 2 1 2 and the unit cell parameters were a = b = 105.97 Å, c = 73.634 Å, and α = β = γ = 90.0 ° . The crystallite volume per molecular weight unit of the protein in the Sr LDC 1 molecule in the asymmetric unit was 2.35 Å 3 Da - 1 indicating that the solvent content was 47.63%.

SrLDC의 apo-form II 결정체는 공간군 C2 에 속하고, 단위 셀 파라미터는 a = 146.45 Å, b = 70.794 Å, c = 88.061 Å, α = γ = 90.0°, β = 101.03° 으로 나타났다. 비대칭성 유닛 내의 SrLDC 2 분자에 있어 단백질 분자량 유닛 당 결정체 부피는 2.54 Å3 Da- 1 이었는데, 이는 용매 함량이 51.68 %임을 나타내는 것이다.The apo-form II crystals of Sr LDC belong to the space group C 2 and the unit cell parameters are a = 146.45 Å, b = 70.794 Å, c = 88.061 Å, α = γ = 90.0 ° and β = 101.03 °. The crystallite volume per molecular weight unit of the protein in the Sr LDC 2 molecule in the asymmetric unit was 2.54 Å 3 Da - 1 , indicating that the solvent content was 51.68%.

PLP/카다베린과 복합체를 이룬 SrLDC의 결정체는 공간군 P6322 에 속하고, 단위 셀 파라미터는 a = b = 111.73 Å, c = 112.97 Å, α = β = 90.0°, γ= 120.0° 으로 나타났다. 비대칭성 유닛 내의 1개 분자에 있어 단백질 분자량 유닛 당 결정체 부피는 2.31 Å3 Da- 1 이었는데, 이는 용매 함량이 46.83%임을 나타내는 것이다.Crystals of Sr LDC complexed with PLP / cadavaline belong to space group P 6 3 2 2 and the unit cell parameters are a = b = 111.73 Å, c = 112.97 Å, α = β = 90.0 °, γ = 120.0 Respectively. For one molecule in the asymmetric unit, the crystallite volume per molecular weight unit of protein was 2.31 Å 3 Da - 1 indicating that the solvent content is 46.83%.

변이효소 SrLDCA225C / T302C 결정체는 공간군 P212121 에 속하고, 단위 셀 파라미터는 a = 55.91 Å, b = 122.85 Å, c = 136.85 Å, α = β = γ = 90.0° 으로 나타났다. 비대칭성 유닛 내의 SrLDCA225C / T302C 2개 분자에 있어 단백질 분자량 유닛 당 결정체 부피는 2.67 Å3 Da- 1 이었는데, 이는 용매 함량이 53.95 % 임을 나타내는 것이다.The variant enzyme Sr LDC A225C / T302C crystals belong to the space group P 2 1 2 1 2 1 and the unit cell parameters are a = 55.91 Å, b = 122.85 Å, c = 136.85 Å, α = beta = γ = 90.0 °. The crystallite volume per protein molecular weight unit in the two Sr LDC A225C / T302C molecules in the asymmetric unit was 2.67 Å 3 Da - 1 indicating that the solvent content was 53.95%.

한편, 비브리오 불리피쿠스(Vibrio vulnificus) 유래의 L/ODC (lysine/ornithine decarboxylase) 구조를 서치 모델로 이용하고, MOLREP의 CCP4 버전에 의한 분자 치환법을 통하여 SrLDC의 apo-form I의 구조를 분석하였다. WinCoot 프로그램을 이용하여 수동으로 모델을 정립하고, CCP4 refmac5을 이용하여 조정하였다. On the other hand, Vibrio The structure of apo-form I of Sr LDC was analyzed by molecular replacement method using CCP4 version of MOLREP using L / ODC (lysine / ornithine decarboxylase) structure derived from vulnificus as a search model. The model was manually established using the WinCoot program and adjusted using CCP4 refmac5.

SrLDC의 apo-form II, PLP/카다베린과 복합체를 이룬 SrLDC, SrLDCA225C / T302C 변이효소의 구조는, 상기 조정된 SrLDC apo-form I의 구조를 이용하여, 분자 치환법에 의해 결정하였다. SrLDC apo-form I과 동일한 방법으로 모델을 정립, 조정하였다. The structure of the Sr LDC, Sr LDC A225C / T302C mutant complexed with apo-form II, PLP / cadaverine of Sr LDC was determined by the molecular substitution method using the above-mentioned structure of Sr LDC apo-form I . The model was established and adjusted in the same manner as Sr LDC apo-form I.

상기 4개 단백질 구조에 대한 데이터와 정제 통계 결과는 하기 표 3에 나타내었으며, Protein Data Bank 에 기탁하여 PDB 코드 5GJN, 5GJM, 5GJP, 5GJO 를 부여받았다.Data and purification statistics of the above four protein structures are shown in Table 3 below, and PDB codes 5GJN, 5GJM, 5GJP, and 5GJO were assigned to Protein Data Bank.

Figure 112017008580351-pat00001
Figure 112017008580351-pat00001

실험예Experimental Example 1.  One. SrSr LDCLDC 의 구조 분석 Structure analysis of

실시예 1에서 제조한 SrLDC의 구조를 분석한 결과, 도 1a에 나타난 것과 같이, 야생형 SrLDC는 비브리오 불리피쿠스(Vibrio vulnificus)의 라이신/오르니틴 디카르복실라제(lysine/ornithine decarboxylase; VvL/ODC, PDB code 2PLK), 무스 무스쿨루스(Mus musculus)의 ODC (MmODC, PDB code 7ODC)와 같은 오르니틴 디카르복실라제에서 보존되어 발현되는 전반적인 폴드가 유사하게 나타남을 알 수 있다. 상기 도면에서 AS-루프는 오렌지색, PS-루프는 청록색, R-루프는 마젠타색으로 표시하였다. PLP 결합에 관여하는 잔기는 빨간색 세모, 기질은 파란색 세모로 표시하였다. 이황화결합을 유도하기 위하여 시스테인에 의해 치환되는 잔기는 오렌지색 선으로 표시하였다. As a result of analyzing the structure of Sr LDC prepared in Example 1, as shown in FIG. 1A, the wild-type Sr LDC was found to contain lysine / ornithine decarboxylase ( Vv ) of Vibrio vulnificus It can be seen that the overall fold that is preserved and expressed in the ornithine decarboxylase such as L / ODC, PDB code 2PLK, and ODC of Mus musculus ( Mm ODC, PDB code 7ODC) . In the figure, the AS-loop is indicated as orange, the PS-loop as cyan, and the R-loop as magenta. The residues involved in PLP binding were marked with red triangle and the substrate with blue triangle. Residues substituted by cysteine to induce disulfide bonds are indicated by orange lines.

도 1b에 나타난 것과 같이, SrLDC의 모노머 형태는 2개의 도메인(PLP-결합 '배리어 도메인'과 'sheet 도메인')으로 나누어진다. '배리어 도메인' (Leu27-Cys261)은 8개의 α-helix (α2 - α9; 빨강색으로 표시)와 8개의 평행한 β-strand (β2 - β9; 노랑색으로 표시) 가 교차패턴으로 되어 구성되어 있다. 8개의 α-helix는, 보조인자의 결합 부위로 작용하는 8개의 꼬여진 β-strand 코어를 감싸고 있다. 'Sheet 도메인' (Met1-Ser26, Gly262-Val393; 청록색으로 표시)은, 3개의 짧은 α-helix에 의하여 둘러싸인 7개의 꼬여진 역평행 β-sheet (β10 -β15)에 의해 형성되어 있다. 상기 도메인은 이량체화에 있어 주요 역할을 한다. 상기 도면에서 PLP는 살몬색(salmon), 카다베린은 노랑색으로 표시하였다(이하 동일).As shown in Figure IB, the monomeric form of Sr LDC is divided into two domains (PLP-binding 'barrier domain' and 'sheet domain'). The 'barrier domain' (Leu27-Cys261) consists of an intersecting pattern of 8 α-helix (α2 - α9; shown in red) and 8 parallel β - strands (β2 - β9; . Eight α-helix encircle eight twisted β-strand cores acting as cofactor binding sites. The 'sheet domain' (Met1-Ser26, Gly262-Val393; shown in cyan) is formed by seven twisted antiparallel β-sheets (β10-β15) surrounded by three short α-helixes. The domain plays a major role in dimerization. In the figure, PLP was expressed as salmon and cadaverine as yellow (hereinafter the same).

도 1c에 나타난 것과 같이, SrLDC 동종이량체 (homodimer)는 1개 모노머의 배리어 도메인과 다른 1개 모노머의 sheet 도메인 간의 헤드-투-테일 접촉에 의해 형성된다. PISA 소프트웨어에 의해 계산해보면, 1개의 모노머에 있어 용매가 접근할 수 있는 인터페이스 중 2,474.4 Å 의 면적은 묻혀있고, 참여하는 잔기의 비율은 19.7 %에 불과하다. 동일한 2개의 활성 부위가 이량체 인터페이스에 놓여 있고, 2개의 활성 부위는 각 모노머의 잔기를 포함하고 있다. 상기 도면에서 색깔 표시는 도 1b와 동일하며, 다른 모노머의 배리어 도메인은 밝은 오렌지색, 다른 모노머의 sheet 도메인은 밝은 파란색으로 표시하였다.As shown in Figure 1c, a Sr LDC homodimer is formed by head-to-tail contact between the barrier domain of one monomer and the sheet domain of another monomer. Calculated by PISA software, the area of 2,474.4 Å of the interfaces accessible by the solvent for one monomer is buried, and the proportion of residues involved is only 19.7%. The same two active sites lie at the dimer interface and the two active sites contain residues of each monomer. 1B, the barrier domains of the other monomers are shown in bright orange and the sheet domains of the other monomers are shown in light blue.

실시예 7에서 PLP/카다베린과 복합체를 이룬 SrLDC의 구조를 관찰한 결과, 보조인자인 PLP와 결합 시 SrLDC의 형태 변화가 크게 나타남을 확인하였다. As a result of observing the structure of Sr LDC complexed with PLP / cadaverine in Example 7, it was confirmed that the morphology of Sr LDC was significantly changed when it was combined with PLP which is an assistant.

구체적으로, 도 2의 (a)에 나타나듯이, PLP/카다베린과 복합체를 이룬 SrLDC과 SrLDC의 apo-form을 겹쳐서 보면, 두 구조가 거의 흡사한 것을 알 수 있다(평균제곱근편차(R.M.S.D.) 0.72 Å). 반면, 활성 부위의 경우 큰 구조차이를 나타내는데, PLP/카다베린과 복합체를 이룬 SrLDC 와 대비할 때, SrLDC의 apo-form에서는 β-7과 α-8 (Phe178-Thr187) 을 연결하는 루프가 PLP 결합 사이트와 5.0 Å 만큼 더 떨어져 있다. 이를 볼 때, 상기 루프의 His179 와 Ser182 잔기들과 PLP의 포스페이트 모이어트 간에 수소결합이 형성됨으로써 상기 루프가 PLP의 안정화에 크게 관여하는 것으로 보인다. 즉, 형태 변화가 일어날 경우 루프와 PLP의 포스페이트 모이어트 간에 수소결합이 방해되며, 이로 인해 SrLDC 단백질에 대한 PLP의 결합은 심각하게 저해될 수 있는 것이다. 따라서 상기 β-7과 α-8(Phe178-Thr187)을 연결하는 루프를 'PLP 안정화 루프 (PLP stabilization 루프)', 즉, PS-루프로 명명하기로 한다.Specifically, as shown in Fig. 2 (a), when the apo-forms of Sr LDC and Sr LDC, which are complexed with PLP / cadaverine, are overlapped, it can be seen that the two structures are almost similar (mean square root deviation ) 0.72 A). On the other hand, the active site shows a large structural difference. When compared with Sr LDC complexed with PLP / cadaverine, apo-form of Sr LDC has a loop connecting β-7 and α-8 (Phe178-Thr187) Lt; RTI ID = 0.0 > 5.0 < / RTI > In view of this, it appears that the loop is largely involved in the stabilization of PLP by forming a hydrogen bond between the His179 and Ser182 residues of the loop and the phosphate moiety of PLP. That is, when the morphological change occurs, the hydrogen bond between the loops and the phosphate moiety of the PLP is interfered, which can seriously inhibit the binding of PLP to the Sr LDC protein. Therefore, the loop connecting the? -7 and? -8 (Phe178-Thr187) will be referred to as a PLP stabilization loop, that is, a PS-loop.

한편, β-8 와 α-9 (Phe220-Asp231)를 연결하는 루프 (이하 조절 루프(regulatory 루프), 즉, 'R-루프'이라 함)의 형태는 상기 PS-루프의 형태에 직접적으로 영향을 미친다. 구체적으로, PLP 결합 부위 근처에 위치하는 R-루프는 apo-form에 비해 PLP/카다베린 결합 SrLDC 구조('복합체 구조')에서 PLP 결합 부위로부터 12.2 Å 만큼 떨어져 있다. 이러한 구조적 차이는 SrLDC이 apo-form에서는 '열린' 형태로, 복합체 구조에서는 '닫힌' 형태로 존재함을 명확히 보여주는 것이다(도 2의 (c)). 각 구조에서의 루프의 안정화 모드도 상이하다. 복합체 구조의 경우 Phe220 주-사슬이 Gly257 및 Arg258 주-사슬과 "수(water)-관여" 수소결합을 형성하고, Ala225 주-사슬은 Thr302 주-사슬과 직접 수소결합을 형성하며, R-루프는 PS-루프와, Q183 곁-사슬과 Val222 주-사슬간의 수소결합에 의하여 상호작용을 한다. 반면, apo-form의 경우, R-루프가 N말단에 의해 안정화된다: Met1 및 Leu228의 주-사슬이 서로 수소결합을 형성하고, Pro223 및 Ala225 의 주-사슬이 Asn3의 주-사슬 및 곁-사슬과 수소결합을 형성한다. On the other hand, the form of a loop connecting the? -8 and? -9 (Phe220-Asp231) (hereinafter referred to as a regulatory loop, or R-loop) . Specifically, the R-loop located near the PLP binding site is 12.2 Å away from the PLP binding site in the PLP / cadaverine-bound Sr LDC structure ('complex structure') relative to the apo-form. This structural difference clearly shows that Sr LDC exists in the 'open' form in the apo-form and 'closed' in the complex structure (FIG. 2 (c)). The stabilization mode of the loop in each structure is also different. In the complex structure, the Phe220 main-chain forms a "water-related" hydrogen bond with the Gly257 and Arg258 main-chains, the Ala225 main-chain forms a direct hydrogen bond with the Thr302 main- Interacts with the PS-loop and hydrogen bonds between the Q183 side-chain and the Val222 main-chain. On the other hand, in the case of apo-form, the R-loop is stabilized by the N-terminus: the main-chain of Met1 and Leu228 form hydrogen bonds with each other and the main-chain of Pro223 and Ala225 form the main- Chain and hydrogen bonds.

또한, β-6 과 α-7 (Ile137-Gly153) 을 연결하는 루프 (이하 활성부위 루프(active site 루프), 즉, 'AS-루프'라 함)는 해당 효소 패밀리에서 크게 변동이 있는 루프로 알려져 있고, 활성 부위에 대한 기질의 접근을 조절하는 형태 변화를 수행하는 것으로 알려져 있다. Further, a loop connecting the? -6 and? -7 (Ile137-Gly153) (hereinafter referred to as an 'active site loop', or 'AS-loop') is a loop that greatly varies in the corresponding enzyme family And is known to effect morphological changes that regulate substrate access to active sites.

활성 부위에서 상기 3개의 루프 (PS-, R-, AS-루프)의 형태 변화로 인하여, 보조인자 PLP 및/또는 기질인 라이신의 결합에 따라 SrLDC 단백질이 '열린/닫힌' 형태 변화가 크게 일어난다. Due to the morphological changes of the three loops (PS-, R-, AS-loops) at the active site, the Sr LDC protein changes 'open / closed' morphology depending on the binding of cofactor PLP and / It happens.

한편, SrLDC 구조와 PLP/카다베린과 복합체를 이룬 SrLDC의 구조는 서로 다른 공간군에 속하며(상기 표 3), 이러한 결정체 구조의 차이가 단백질 일부분의 형태 변화에 영향을 미친다. 도 2의 (b)에 나타나듯이, SrLDC의 이량체에 있어서 각 모노머는 보조인자 또는 기질이 결합되어 있지 않더라도 활성 부위의 각 형태가 매우 상이한 것으로 나타났다. 이는 SrLDC의 열린/닫힌 형태가, 보조인자 PLP 및/또는 기질인 라이신의 결합보다는, 서로 다른 결정체 구조에 의해 주로 결정되는 것임을 시사하는 것이다. On the other hand, the structures of the Sr LDC structure and the Sr LDC complexed with PLP / cadavirin belong to different space groups (Table 3), and the difference in the crystal structure affects the morphological change of the protein part. As shown in FIG. 2 (b), in the dimer of Sr LDC, each monomer shows very different forms of active sites even though no cofactor or substrate is bound. This suggests that the open / closed form of Sr LDC is predominantly determined by the different crystal structures, rather than the association of the cofactor PLP and / or substrate lysine.

한편, 도 2의 (c)에 나타나듯이, SrLDC의 3개의 루프 (PS-, R-, AS-루프)는 SrLDC의 다른 부분에 비하여 높은 유연성(flexibility)를 가지는 것으로 나타났다. On the other hand, the three loops (PS-, R-, AS- loop) as shown in FIG.'S 2 (c), Sr LDC was found to have a high flexibility (flexibility) compared to the other parts of Sr LDC.

실험예Experimental Example 2. 야생형  2. Wild type SrSr LDC의Of LDC 활성 분석 Activity analysis

2-1. 2-1. PLPPLP 첨가 유무에 따른 효소 활성 분석  Enzyme activity analysis with and without addition

실시예 5-1의 방법으로 효소 활성을 분석한 결과, 도 3a와 같이, 실시예 1에 따라 제조한 재조합 SrLDC 단백질은 PLP 첨가 없이는 반응 용액에 대하여 어떠한 반응을 일으키지 않았다. 반면, PLP 농도 0.1 mM 이상에서는 효소 활성이 최대로 나타났다. 이는 보조인자 PLP가 재조합 SrLDC 단백질의 정제과정에서 떨어져 나가므로, 재조합 단백질에서 PLP 공급 없이는 활성을 나타내지 않는다는 것을 시사하는 것이다.As a result of analyzing the enzyme activity by the method of Example 5-1, the recombinant Sr LDC protein prepared according to Example 1 did not cause any reaction to the reaction solution without addition of PLP, as shown in FIG. On the other hand, the activity of PLP was greater than 0.1 mM. This suggests that the cofactor PLP does not appear to be active without the PLP feed in the recombinant protein, since it is detached from the purification process of the recombinant Sr LDC protein.

또한, 도 3b과 같이, PLP 첨가 없이는 라이신의 카다베린으로의 전환 또한 관찰되지 않았다. 반면, PLP 농도 0.1 mM 이상에서는 라이신이 카다베린으로 거의 60% 정도 전환되었다. 이러한 결과를 토대로 본 발명자들은 효소 활성 부위의 큰 유연성 때문에 보조인자인 PLP와의 결합력이 극히 낮게 나타난다고 추측하였다.Also, as shown in Fig. 3B, no conversion of lysine to cadaverine was observed without addition of PLP. On the other hand, when the PLP concentration was higher than 0.1 mM, lysine was converted to cadaverine by about 60%. Based on these results, the present inventors speculated that the binding capacity with the auxiliary PLP is extremely low because of the large flexibility of the enzyme active site.

2-2. L/2-2. L / ODCODC 유래에 따른 활성 부위(active site)의 유연성 비교 Comparison of the flexibility of the active site according to its origin

구조적으로 동종인 효소들 간의 활성 부위 유연성을 비교하기 위하여 하기의 실험을 진행하였다. 먼저, VvL/ODC, MmODC, TbODC에 각각 PLP가 결합된 구조를 PLP와 결합된 SrLDC 단백질과 나란히 두고 비교한 결과, 전체 구조는 각각 1.2 Å, 1.4 Å, 1.4 Å 의 평균제곱근편차를 보이며 비슷하게 나타났다. The following experiments were conducted to compare the flexibility of the active site between structurally homologous enzymes. As a result of comparing PLP bound to Vd L / ODC, Mm ODC and Tb ODC in parallel with PLD-coupled Sr LDC protein, the total structure was found to have a mean square deviation of 1.2 Å, 1.4 Å and 1.4 Å, Respectively.

그러나, PS-루프 와 R-루프 는 단백질 마다 다소 다르게 나타났다(도 4의 (a)). MmL/ODC and TbODC 의 PS-루프는 SrLDC의 PS-루프와 비교할 때 PLP 결합 부위로부터 다소 떨어져 위치하였으며, 특히 MmODC 의 경우 ODC의 Ser200 잔기와 PLP의 포스페이트 모이어티 간의 "수(water)-관여" 수소결합이 나타난 반면, 다른 단백질의 경우 직접적인 수소결합이 나타났다(도 4의 (e)). 또한, MmO/LDC and TbODC 의 R-루프는 SrLDC의 열린/닫힌 형태의 중간 정도의 형태를 나타내고 있었다(도 4의 (a)). 한편, VvL/ODC는 다른 구조와 비교할 때 낮은 b-factor을 나타냈는데, 이러한 차이는 조밀한 결정체 구조에 따른 것으로 보인다. However, PS-loops and R-loops were somewhat different for each protein (Fig. 4 (a)). The PS-loop of Mm L / ODC and Tb ODC was located slightly away from the PLP binding site when compared to the PS-loop of Sr LDC, especially in the case of Mm ODC, between the Ser200 residue of the ODC and the phosphate moiety of the PLP ) -Independent " hydrogen bond, whereas other proteins showed direct hydrogen bonding (Figure 4 (e)). In addition, the R-loop of Mm O / LDC and Tb ODC represents the intermediate shape of the open / closed form of Sr LDC (Fig. 4 (a)). On the other hand, Vv L / ODC showed a lower b-factor compared to other structures, which seems to be due to the dense crystal structure.

실험예Experimental Example 3. 야생형  3. Wild type SrSr LDC와LDC and 변이효소  Mutant enzyme SrSr LDCLDC A225CA225C // T302CT302C  of PLPPLP 결합 부위의 안정성 비교  Comparison of stability of binding site

3-1. 구조 비교3-1. Structure comparison

상기 실험예 1-1의 결과를 볼 때, SrLDC는 PLP 결합을 위하여 '닫힌' 형태를 필요로 하는, 유연성 있는 활성 부위를 가지는 것으로 보인다. 이를 확인하기 위하여, 닫힌 형태를 유지함으로써 안정된 활성 부위를 가지는 변이효소를 제작하였다. 구체적으로, R-루프에 위치한 주-사슬인 Ala225와 Thr302 사이에 수소결합이 닫힌 형태에서 R-루프의 안정화에 기여함을 확인하고, Ala225와 Thr302 잔기들을 시스테인으로 치환함으로써 이황화결합을 유도하여 변이효소 SrLDCA225C/T302C 를 실시예 2의 방법으로 제작하였다. From the results of Experimental Example 1-1, Sr LDC seems to have a flexible active site requiring a 'closed' form for PLP binding. In order to confirm this, a mutated enzyme having a stable active site was prepared by maintaining the closed form. Specifically, it was confirmed that the hydrogen bond between the main-chain Ala225 and Thr302 located in the R-loop contributes to the stabilization of the R-loop. By substituting the residues of Ala225 and Thr302 with cysteine, Enzyme Sr LDC A225C / T302C was prepared by the method of Example 2.

도 5의 (a)는 실시예 2에서 제조한 변이효소 SrLDCA225C / T302C에서 예측한 것과 같이 A225C 잔기와 T302C 잔기 사이에 이황화결합이 형성된 것을 보여주는 도면이다. 이황화결합 부분의 Fo-Fc 지도는 3.0σ에서 등고선을 나타낸다. R-루프 부분은 밝은 파랑색으로, 변이된 잔기는 막대 모델로 나타내었다.Fig. 5 (a) shows a disulfide bond formed between the A225C and T302C residues as predicted by the mutant enzyme Sr LDC A225C / T302C prepared in Example 2. Fig. The Fo-Fc map of the disulfide bond portion shows contour lines at 3.0σ. The R-loop part is light blue and the mutated residue is represented by the rod model.

도 5의 (b)는 변이효소 SrLDCA225C / T302C 구조(AS-루프, PS-루프, R-루프 가 각각 녹색, 살몬색, 밝은-파랑색으로 표시됨)와 야생형 효소 SrLDCWT 구조(AS-루프, PS-루프, R-루프가 각각 오렌지색, 청록색, 마젠타색으로 표시됨)를 함께 놓고 비교하면, 변이효소의 PS-루프와 R-루프가 PLP가 결합하는 위치에서 '닫힌' 형태를 나타내며, PS-루프와 R-루프의 b-factor들이 SrLDCWT 에 비해 더 아래에 위치함을 알 수 있다(도 5의 (c)). 이는 인공적으로 유도한 이황화결합에 의해 루프 위치의 안정성이 유의하게 증가하였음을 나타내는 것이다. 또한 변이효소 SrLDCA225C / T302C는 AS-루프가 '닫힌' 형태이므로 기질 결합 위치의 형태에 기여하는 것으로 보인다(도 5의 (d)). 특히, AS-루프의 Val146 잔기는 기질 부근에 위치하며, 라이신 기질의 탄화수소 부분의 안정화에 관여하는 것으로 보인다. 이는 이황화결합이 기질 결합력 또한 향상시킴을 나타내는 것이다.Figure 5 (b) shows the mutant enzyme Sr LDC A225C / T302C structure (AS-loop, PS-loop and R-loop are shown in green, salmon and light-blue respectively) and the wild-type enzyme Sr LDC WT When the structures (AS-loop, PS-loop, and R-loop are shown as orange, cyan and magenta respectively) are compared together, the PS- and R- And the b-factors of PS-loop and R-loop are Sr LDC WT (Fig. 5 (c)). This indicates that the stability of the loop position is significantly increased by an artificially induced disulfide bond. In addition, the mutant enzyme Sr LDC A225C / T302C appears to contribute to the type of substrate binding position because the AS-loop is in the 'closed' form (FIG. 5 (d)). In particular, the Val146 residue of the AS-loop is located near the substrate and appears to be involved in stabilizing the hydrocarbon moiety of the lysine substrate. This indicates that the disulfide bond also improves the substrate binding force.

결국, 변이효소에 유도된 이황화결합은 R-루프의 안정화를 증가시켜, PS-루프의 안정성 또한 증가시키며, 결국 AS-루프의 안정성에 영향을 미친다.Eventually, the disulfide bonds induced by the mutant enzymes increase the stability of the R-loop and also increase the stability of the PS-loop and ultimately affect the stability of the AS-loop.

한편, SrLDCA225C / T302C 이량체를 구성하는 2개의 모노머(각각 오렌지, 청록색으로 표시됨)를 함께 겹쳐 보면, 이들은 동일한 '닫힌' 형태를 나타내는 것을 알 수 있다(도 6). 이황화결합은 막대모델로 표시되었다. 이러한 결과는 변이효소에 유도된 이황화결합이 SrLDC의 활성 부위의 안정성을 증가시킴을 명확하게 보여주는 것이다.On the other hand, when two monomers constituting the Sr LDC A225C / T302C dimer (represented by orange and cyan colors , respectively) are stacked together, they show the same 'closed' form (FIG. 6). Disulfide bonds were labeled as rod models. These results clearly show that disulfide bonds induced by mutant enzymes increase the stability of the active site of Sr LDC.

한편, 상기 변이효소와 반대의 효과도 확인하기 위하여, 열린 형태의 변이효소를 제작하였다. 구체적으로 SrLDC의 열린 형태에서 R-루프가 N-말단과 상호작용함으로써 안정화되는 것을 확인하고, Lys2와 Gly227 잔기를 시스테인으로 치환함으로써 이황화결합을 유도하여, 변이효소 SrLDCK2C / G227C를 실시예 2의 방법으로 제작하였다.On the other hand, in order to confirm the opposite effect of the mutant enzyme, an open mutant enzyme was prepared. Specifically, it was confirmed that the R-loop was stabilized by interacting with the N-terminus in the open form of Sr LDC, and the disulfide bond was induced by substituting the Lys2 and Gly227 residues with the cysteine to obtain the mutant enzyme Sr LDC K2C / G227C 2 method.

도 7a는 변이효소 SrLDCA225C / T302C SrLDCK2C / G227C 에 유도된 이황화결합의 위치를 나타낸 것이다. 도 7b는 닫힌 형태(우측)의 SrLDCA225C / T302C 열린 형태(좌측)의 SrLDCK2C/G227C 를 비교한 것이다.Fig. 7A is a graph showing the results of a comparison between the mutant enzymes Sr LDC A225C / T302C and Sr LDC K2C / G227C And the position of the disulfide bond introduced in the molecule. Fig. 7B is a diagram showing the relationship between the Sr LDC A225C / T302C in the closed form (right side) And the Sr LDC K2C / G227C in open form (left).

3-2. 효소활성 비교3-2. Enzyme activity comparison

실시예 1 및 실시예 2에서 제조, 정제하여 라이신에 담가둔 효소 1 mg/ml 를 촬영한 결과, 도 7c와 같이 변이효소 SrLDCA225C / T302C 는 선명한 노란색을 나타낸 반면, 변이효소 SrLDCA225C / T302C 는 밝은 노란색을 나타냈고, 야생형 SrLDC 은 투명하게 나타났다.As shown in FIG. 7C, when 1 mg / ml of enzyme prepared and purified in Example 1 and Example 2 and immersed in lysine was photographed, The Sr LDC A225C / T302C showed a bright yellow while the mutant enzyme Sr LDC A225C / T302C showed a light yellow color and the wild type Sr LDC was transparent.

한편, 실시예 3에 따라 각 효소의 UV/Vis 흡수 스펙트럼을 분석한 결과, 도 7d와 같이, SrLDCA225C / T302C 는 327 nm 와 418 nm에서 흡수 피크가 나타났다. 이는 PLP에 결합한 효소에서 나타나는 특징적인 점이다. 반면, SrLDCWTSrLDCK2C / G227C 에서는 이러한 스펙트럼이 나타나지 않았다. 이러한 결과는 변이효소 SrLDCA225C / T302C SrLDCWT 또는 SrLDCK2C / G227C 에 비하여 발현, 및 정제 과정 동안 효소 결합 부위에서 PLP와 더 많이 결합하였음을 나타내는 것이다.On the other hand, UV / Vis absorption spectra of the respective enzymes were analyzed according to Example 3, and as shown in FIG. 7d, Sr LDC A225C / T302C showed absorption peaks at 327 nm and 418 nm. This is a characteristic point in the enzyme bound to PLP. On the other hand, Sr LDC WT and Sr LDC K2C / G227C showed no such spectrum. These results suggest that the mutant enzymes Sr LDC A225C / T302C Sr LDC WT or Sr LDC K2C / G227C Lt; RTI ID = 0.0 > PLP < / RTI > at the enzyme binding site during purification and purification.

한편, PLP와 효소의 친화도를 비교하기 위하여, 실시예 4의 방법에 따라 K d를 측정한 결과, 도 7e 와 같이, SrLDCWT 는 72 μM인 반면, SrLDCA225C / T302C 는 21μM로 나타났다. 이는 이황화결합의 유도로 인하여 변이효소 SrLDCA225C / T302C 의 PLP 친화도가 현저히 증가하였음을 나타낸다.Meanwhile, in order to compare the affinity between PLP and enzyme, K d was measured according to the method of Example 4. As a result, Sr LDC WT was 72 μM, while Sr LDC A225C / T302C was 21 μM. This indicates that the PLP affinity of the mutant enzyme Sr LDC A225C / T302C was significantly increased due to the induction of the disulfide bond.

3-3. 3-3. PLPPLP 농도에 따른 효소활성 비교 Comparison of Enzyme Activities by Concentration

실시예 5-1의 방법으로 효소 활성을 분석한 결과, 도 7f 와 같이, 변이효소 SrLDCA225C/T302CSrLDCWT 에 비해 2배 이상 높은 활성을 나타내었다. SrLDCK2C / G227C 는 0.2 mM PLP 첨가 시에도 SrLDCWT 활성의 50%에 불과한 활성을 보였다. 더욱 놀라운 것은, SrLDCA225C / T302C 는 PLP 첨가가 없는 환경에서도 0.2 mM PLP 첨가 시의 SrLDCWT 활성의 65%에 이르는 활성을 나타내었다. 나아가, SrLDCA225C / T302C 는 0.01 mM PLP를 첨가한 결과, 0.2 mM PLP 를 첨가한 SrLDCWT 에 이르는 활성을 나타내었다. As a result of analyzing the enzyme activity by the method of Example 5-1, the mutant enzyme Sr LDC A225C / T302C showed more than two times higher activity than Sr LDC WT , as shown in FIG. 7f. Sr LDC K2C / G227C showed only 50% of the activity of Sr LDC WT when added with 0.2 mM PLP. More surprisingly, Sr LDC A225C / T302C showed 65% activity of Sr LDC WT activity when added with 0.2 mM PLP even in the absence of PLP. Furthermore, Sr LDC A225C / T302C showed activity to Sr LDC WT supplemented with 0.2 mM PLP as a result of addition of 0.01 mM PLP.

실시예 5-3의 방법으로 라이신으로부터 카다베린으로의 전환능을 분석한 경우에도 상기와 유사한 결과가 관찰되었다(도 7g). 0.2 mM PLP 첨가 시 변이효소 SrLDCA225C/T302C 는 거의 100%의 전환능을 나타낸 반면, 야생형 SrLDCWT 의 전환능은 60%에 불과한 것으로 나타났다. 가장 놀라운 결과는 PLP를 거의 또는 아예 첨가하지 않을 때 나타났다. PLP가 첨가되지 않았을 때도 변이효소 SrLDCA225C / T302C 는 25%의 라이신을 카다베린으로 전환한 반면, SrLDCWTSrLDCK2C / G227C 에서는 이러한 카다베린 전환이 전혀 나타나지 않았다. 나아가, SrLDCA225C / T302C 에 0.02 mM PLP를 첨가한 결과, SrLDCWT 에 0.2 mM PLP 를 첨가한 때에 비해 전환율이 훨씬 높게 나타났다. 한편, 카다베린 전환능을 시간에 따라 측정하여 비교하면 그 차이가 보다 뚜렷하게 나타났다(도 7h). Similar results were observed when analyzing the ability of lysine to convert to cadaverine by the method of Example 5-3 (Fig. 7g). When 0.2 mM PLP was added, the mutant enzyme Sr LDC A225C / T302C showed nearly 100% conversion, whereas wild type Sr LDC WT Of the respondents said that their conversion ability was only 60%. The most surprising result was when little or no PLP was added. When PLP was not added, the mutant enzyme Sr LDC A225C / T302C converted 25% lysine to cadaverine, while Sr LDC WT and Sr LDC K2C / G227C did not show any such conversion. Furthermore, the addition of 0.02 mM PLP to Sr LDC A225C / T302C resulted in a much higher conversion rate compared to the addition of 0.2 mM PLP to Sr LDC WT . On the other hand, when the cataryline conversion ability was measured and compared with time, the difference became clear (Fig. 7H).

이와 같이 PLP를 거의 또는 아예 첨가하지 않을 때에도 변이효소 SrLDCA225C/T302C 가 LDC 활성 및 카다베린 전환능이 매우 개선된 것은, 이황화결합으로 인한 구조 재설계에 의하여 PLP 결합 부위의 안정성이 증가 되었기 때문에 나타난 것으로 추측된다.Thus it is a hardly or no addition of PLP when mutant enzyme Sr LDC A225C / T302C a much improved ability LDC activity and cadaverine converted, displayed because the stability of the PLP binding site increased by structural redesign due to the disulfide bond .

실험예Experimental Example 4. 야생형  4. Wild type SrSr LDC와LDC and 변이효소  Mutant enzyme SrSr LDCLDC A225CA225C // T302CT302C 의 pH, 온도 저항성 비교 Comparison of pH and Temperature Resistance

4-1. pH 저항성 비교4-1. Comparison of pH Resistance

LDC는 최적의 pH가 낮고 pH가 증가하면 활성이 감소하는 것으로 알려져 있는데, 이는 각 탈탄산화(decarboxylation) 반응 당 1개의 수소가 소모되어 반응이 진행됨에 따라 pH가 증가되며, 이에 따라 시간이 지나면 반응성이 낮아진다.LDC is known to have a low activity and a decrease in activity when the pH is lowered. This is because one hydrogen per decarboxylation reaction is consumed and the pH is increased as the reaction progresses, .

변이효소 SrLDCA225C / T302C 가 pH 증가에 대해 저항성을 나타내는지 확인하기 위하여, 실시예 5-2의 방법에 따라 pH에 따른 LDC 활성을 측정하였다. 그 결과, 도 8의 (a)에 나타난 것과 같이, SrLDCA225C / T302CSrLDCWT 는 모두 pH 6.0에서 가장 높은 활성을 나타내었고 pH 증가에 따라 활성이 점차 감소하였다. 그러나, 변이효소는 pH 전범위에서 높은 활성을 나타낼 뿐만 아니라, PLP 처리 농도를 20배로 감소시킨 경우에도 SrLDCWT 에 비해 우수한 LDC 활성을 나타내었다. 특히 pH 10에서는 0.01 mM PLP 를 첨가한 SrLDCA225C / T302C 의 LDC 활성이, 0.2 mM PLP 를 첨가한 SrLDCWT 의 활성에 비해 약 2배 높게 나타났으며, 시간 경과에도 높은 활성을 유지하였다. To determine whether the mutant enzyme Sr LDC A225C / T302C is resistant to pH increase, the LDC activity according to the pH was measured according to the method of Example 5-2. As a result, as shown in FIG. 8 (a), both Sr LDC A225C / T302C and Sr LDC WT showed the highest activity at pH 6.0 and the activity gradually decreased with increasing pH. However, the mutant enzyme showed high activity on the pH buffer, and showed LDC activity better than that of Sr LDC WT even when the PLP treatment concentration was reduced to 20 times. Especially at pH 10, Sr LDC A225C / T302C with 0.01 mM PLP Lt; / RTI > activity of < RTI ID = 0.0 > Sr LDC WT , and maintained high activity over time.

4-2. 온도 저항성 비교4-2. Comparison of temperature resistance

내부 이황화결합의 유도로 인하여 열안정성 또한 향상되었는지 확인하기 위하여, 실시예 6의 방법에 따라 녹는점(T m)을 측정하였다. 그 결과, 도 8의 (b)에 나타난 것과 같이, 변이효소 SrLDCA225C / T302CT m 은 56.9 ℃로, SrLDCWTT m 인 52.27 ℃에 비해 높은 열안정성을 나타내었다. The melting point ( T m ) was measured according to the method of Example 6 to confirm that the thermal stability was also improved due to the induction of the internal disulfide bond. As a result, as shown in (b) of FIG. 8, variation enzyme Sr LDC A225C / T302C the T m is to 56.9 ℃, it exhibited higher thermal stability than the T m of 52.27 ℃ Sr LDC WT.

한편, 두 단백질을 37 ℃에 보관하고 활성을 관측한 결과, 도 8의 (c)에 나타난 것과 같이, SrLDCWT 의 활성은 4시간 만에 완전히 없어진 반면, 변이효소 SrLDCA225C/T302C 의 활성은 4시간 이후에도 높은 수준으로 유지되었다.On the other hand, when the two proteins were stored at 37 캜 and their activities were observed, as shown in Fig. 8 (c), Sr LDC WT Activity of the mutant enzyme Sr LDC A225C / T302C was maintained at a high level even after 4 hours.

다음으로, 두 단백질은 60 ℃에 보관하고 활성을 관측한 결과, 도 8의 (d)에 나타난 것과 같이, SrLDCWT 의 활성은 급격하게 감소하여 3분만에 거의 소실된 반면, 변이효소 SrLDCA225C / T302C 은 보관한지 3분이 지난 후에도 여전히 활성을 나타내었다.Next, the two proteins were stored at 60 DEG C and their activities were observed. As a result, as shown in FIG. 8 (d), Sr LDC WT Activity of the mutant enzyme Sr LDC A225C / T302C was still active even after 3 minutes of storage.

이러한 결과들은 이황화결합에 의한 구조 재설계가 안정성에만 영향을 끼치는 것이 아니라 효소의 열안정성에도 영향을 끼침을 나타내는 것이다.These results indicate that the structural redesign by disulfide bonds affects not only the stability but also the thermal stability of the enzyme.

이상의 설명으로부터, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.From the above description, it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. In this regard, it should be understood that the above-described embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention should be construed as being included in the scope of the present invention without departing from the scope of the present invention as defined by the appended claims.

<110> Kyungpook National University Industry-Academic Cooperation Foundation <120> Lysine Decarboxylase mutant with an Enhanced Affinity for Pyridoxal 5-Phosphate and a method for producing cadaverine using the same <130> KPA161035-KR <160> 20 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 393 <212> PRT <213> Selenomonas ruminantium <400> 1 Met Lys Asn Phe Arg Leu Ser Glu Lys Glu Val Lys Thr Leu Ala Lys 1 5 10 15 Arg Ile Pro Thr Pro Phe Leu Val Ala Ser Leu Asp Lys Val Glu Glu 20 25 30 Asn Tyr Gln Phe Met Arg Arg His Leu Pro Arg Ala Gly Val Phe Tyr 35 40 45 Ala Met Lys Ala Asn Pro Thr Pro Glu Ile Leu Ser Leu Leu Ala Gly 50 55 60 Leu Gly Ser His Phe Asp Val Ala Ser Ala Gly Glu Met Glu Ile Leu 65 70 75 80 His Glu Leu Gly Val Asp Gly Ser Gln Met Ile Tyr Ala Asn Pro Val 85 90 95 Lys Asp Ala Arg Gly Leu Lys Ala Ala Ala Asp Tyr Asn Val Arg Arg 100 105 110 Phe Thr Phe Asp Asp Pro Ser Glu Ile Asp Lys Met Ala Lys Ala Val 115 120 125 Pro Gly Ala Asp Val Leu Val Arg Ile Ala Val Arg Asn Asn Lys Ala 130 135 140 Leu Val Asp Leu Asn Thr Lys Phe Gly Ala Pro Val Glu Glu Ala Leu 145 150 155 160 Asp Leu Leu Lys Ala Ala Gln Asp Ala Gly Leu His Ala Met Gly Ile 165 170 175 Cys Phe His Val Gly Ser Gln Ser Leu Ser Thr Ala Ala Tyr Glu Glu 180 185 190 Ala Leu Leu Val Ala Arg Arg Leu Phe Asp Glu Ala Glu Glu Met Gly 195 200 205 Met His Leu Thr Asp Leu Asp Ile Gly Gly Gly Phe Pro Val Pro Asp 210 215 220 Ala Lys Gly Leu Asn Val Asp Leu Ala Ala Met Met Glu Ala Ile Asn 225 230 235 240 Lys Gln Ile Asp Arg Leu Phe Pro Asp Thr Ala Val Trp Thr Glu Pro 245 250 255 Gly Arg Tyr Met Cys Gly Thr Ala Val Asn Leu Val Thr Ser Val Ile 260 265 270 Gly Thr Lys Thr Arg Gly Glu Gln Pro Trp Tyr Ile Leu Asp Glu Gly 275 280 285 Ile Tyr Gly Cys Phe Ser Gly Ile Met Tyr Asp His Trp Thr Tyr Pro 290 295 300 Leu His Cys Phe Gly Lys Gly Asn Lys Lys Pro Ser Thr Phe Gly Gly 305 310 315 320 Pro Ser Cys Asp Gly Ile Asp Val Leu Tyr Arg Asp Phe Met Ala Pro 325 330 335 Glu Leu Lys Ile Gly Asp Lys Val Leu Val Thr Glu Met Gly Ser Tyr 340 345 350 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Arg Phe Ile Cys Ala Pro Ala Val Thr Ser Val Ala Ser Val Met Gly 275 280 285 Gln Ala Glu Arg Glu Gly Gln Ile Trp Tyr Tyr Leu Asp Asp Gly Ile 290 295 300 Tyr Gly Ser Phe Ser Gly Leu Met Phe Asp Asp Ala Arg Tyr Pro Leu 305 310 315 320 Thr Thr Ile Lys Gln Gly Gly Glu Leu Ile Pro Ser Val Leu Ser Gly 325 330 335 Pro Thr Cys Asp Ser Val Asp Val Ile Ala Glu Asn Ile Leu Leu Pro 340 345 350 Lys Leu Asn Asn Gly Asp Leu Val Ile Gly Arg Thr Met Gly Ala Tyr 355 360 365 Thr Ser Ala Thr Ala Thr Asp Phe Asn Phe Phe Lys Arg Ala Gln Thr 370 375 380 Ile Ala Leu Asn Glu Phe Val Ala Gly Ser Glu Arg Met Ile Gly 385 390 395 <210> 4 <211> 461 <212> PRT <213> Mus musculus <400> 4 Met Ser Ser Phe Thr Lys Asp Glu Phe Asp Cys His Ile Leu Asp Glu 1 5 10 15 Gly Phe Thr Ala Lys Asp Ile Leu Asp Gln Lys Ile Asn Glu Val Ser 20 25 30 Ser Ser Asp Asp Lys Asp Ala Phe Tyr Val Ala Asp Leu Gly Asp Ile 35 40 45 Leu Lys Lys His Leu Arg Trp Leu Lys Ala Leu Pro Arg Val Thr Pro 50 55 60 Phe Tyr Ala Val Lys Cys Asn Asp Ser Arg Ala 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Decarboxylase mutant <400> 6 Met Lys Asn Phe Arg Leu Ser Glu Lys Glu Val Lys Thr Leu Ala Lys 1 5 10 15 Arg Ile Pro Thr Pro Phe Leu Val Ala Ser Leu Asp Lys Val Glu Glu 20 25 30 Asn Tyr Gln Phe Met Arg Arg His Leu Pro Arg Ala Gly Val Phe Tyr 35 40 45 Ala Met Lys Ala Asn Pro Thr Pro Glu Ile Leu Ser Leu Leu Ala Gly 50 55 60 Leu Gly Ser His Phe Asp Val Ala Ser Ala Gly Glu Met Glu Ile Leu 65 70 75 80 His Glu Leu Gly Val Asp Gly Ser Gln Met Ile Tyr Ala Asn Pro Val 85 90 95 Lys Asp Ala Arg Gly Leu Lys Ala Ala Ala Asp Tyr Asn Val Arg Arg 100 105 110 Phe Thr Phe Asp Asp Pro Ser Glu Ile Asp Lys Met Ala Lys Ala Val 115 120 125 Pro Gly Ala Asp Val Leu Val Arg Ile Ala Val Arg Asn Asn Lys Ala 130 135 140 Leu Val Asp Leu Asn Thr Lys Phe Gly Ala Pro Val Glu Glu Ala Leu 145 150 155 160 Asp Leu Leu Lys Ala Ala Gln Asp Ala Gly Leu His Ala Met Gly Ile 165 170 175 Cys Phe His Val Gly Ser Gln Ser Leu Ser Thr Ala Ala Tyr Glu Glu 180 185 190 Ala Leu Leu Val Ala Arg Arg Leu Phe Asp Glu Ala Glu Glu Met Gly 195 200 205 Met His Leu Thr Asp Leu Asp Ile Gly Gly Gly Phe Pro Val Pro Asp 210 215 220 Cys Lys Gly Leu Asn Val Asp Leu Ala Ala Met Met Glu Ala Ile Asn 225 230 235 240 Lys Gln Ile Asp Arg Leu Phe Pro Asp Thr Ala Val Trp Thr Glu Pro 245 250 255 Gly Arg Tyr Met Cys Gly Thr Ala Val Asn Leu Val Thr Ser Val Ile 260 265 270 Gly Thr Lys Thr Arg Gly Glu Gln Pro Trp Tyr Ile Leu Asp Glu Gly 275 280 285 Ile Tyr Gly Cys Phe Ser Gly Ile Met Tyr Asp His Trp Cys Tyr Pro 290 295 300 Leu His Cys Phe Gly Lys Gly Asn Lys Lys Pro Ser Thr Phe Gly Gly 305 310 315 320 Pro Ser Cys Asp Gly Ile Asp Val Leu Tyr Arg Asp Phe Met Ala Pro 325 330 335 Glu Leu Lys Ile Gly Asp Lys Val Leu Val Thr Glu Met Gly Ser Tyr 340 345 350 Thr Ser Val Ser Ala Thr Arg Phe Asn Gly Phe Tyr Leu Ala Pro Thr 355 360 365 Ile Ile Phe Glu Asp Gln Pro Glu Tyr Ala Ala Arg Leu Thr Glu Asp 370 375 380 Asp Asp Val Lys Lys Lys Ala Ala Val 385 390 <210> 7 <211> 36 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrLDC_F primer <400> 7 gcgcgcatat gaaaaacttc cgtttaagcg aaaaag 36 <210> 8 <211> 36 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrLDC_R primer <400> 8 gcgcgctcga ggtgatggtg atggtggtga actgct 36 <210> 9 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrLDC(K2C)_F primer <400> 9 ggagatatac atatgtgtaa cttccgttta agc 33 <210> 10 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrLDC(K2C)_R primer <400> 10 gcttaaacgg aagttacaca tatgtatatc tcc 33 <210> 11 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrLDC(G227C)_F primer <400> 11 gttcccgatg ctaagtgtct gaacgttgac ctg 33 <210> 12 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrLDC(G227C)_R primer <400> 12 caggtcaacg ttcagacact tagcatcggg aac 33 <210> 13 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrLDC(A225C)_F primer <400> 13 gctttccggt tcccgattgt aagggtctga acg 33 <210> 14 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrLDC(A225C)_R primer <400> 14 cgttcagacc cttacaatcg ggaaccggaa agc 33 <210> 15 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrLDC(T302C)_F primer <400> 15 catgtatgac cattggtgct atccgcttca ctg 33 <210> 16 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrLDC(T302C)_R primer <400> 16 cagtgaagcg gatagcacca atggtcatac atg 33 <210> 17 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrLDC(K143C)_F primer <400> 17 cagtcagaaa caattgtgca ttagtagact tg 32 <210> 18 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrLDC(K143C)_R primer <400> 18 caagtctact aatgcacaat tgtttctgac tg 32 <210> 19 <211> 34 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrLDC(L185C)_F primer <400> 19 gttggcagcc agtcctgctc cacagcagcg tatg 34 <210> 20 <211> 34 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrLDC(L185C)_R primer <400> 20 catacgctgc tgtggagcag gactggctgc caac 34 <110> Kyungpook National University Industry-Academic Cooperation Foundation <120> Lysine decarboxylase mutant with an Enhanced Affinity for          Pyridoxal 5-Phosphate and a method for producing cadaverine using          the same <130> KPA161035-KR <160> 20 <170> Kopatentin 2.0 <210> 1 <211> 393 <212> PRT <213> Selenomonas ruminantium <400> 1 Met Lys Asn Phe Arg Leu Ser Glu Lys Glu Val Lys Thr Leu Ala Lys   1 5 10 15 Arg Ile Pro Thr Pro Phe Leu Val Ala Ser Leu Asp Lys Val Glu Glu              20 25 30 Asn Tyr Gln Phe Met Arg Arg His Leu Pro Arg Ala Gly Val Phe Tyr          35 40 45 Ala Met Lys Ala Asn Pro Thr Pro Glu Ile Leu Ser Leu Leu Ala Gly      50 55 60 Leu Gly Ser His Phe Asp Val Ala Ser Ala Gly Glu Met Glu Ile Leu  65 70 75 80 His Glu Leu Gly Val Asp Gly Ser Gln Met Ile Tyr Ala Asn Pro Val                  85 90 95 Lys Asp Ala Arg Gly Leu Lys Ala Ala Ala Asp Tyr Asn Val Arg Arg             100 105 110 Phe Thr Phe Asp Asp Pro Ser Glu Ile Asp Lys Met Ala Lys Ala Val         115 120 125 Pro Gly Ala Asp Val Leu Val Arg Ile Ala Val Arg Asn Asn Lys Ala     130 135 140 Leu Val Asp Leu Asn Thr Lys Phe Gly Ala Pro Val Glu Glu Ala Leu 145 150 155 160 Asp Leu Leu Lys Ala Ala Gln Asp Ala Gly Leu His Ala Met Gly Ile                 165 170 175 Cys Phe His Val Gly Ser Gln Ser Leu Ser Thr Ala Ala Tyr Glu Glu             180 185 190 Ala Leu Val Ala Arg Arg Leu Phe Asp Glu Ala Glu Glu Met Gly         195 200 205 Met His Leu Thr Asp Leu Asp Ile Gly Gly Gly Phe Pro Val Pro Asp     210 215 220 Ala Lys Gly Leu Asn Val Asp Leu Ala Ala Met Met Glu Ala Ile Asn 225 230 235 240 Lys Gln Ile Asp Arg Leu Phe Pro Asp Thr Ala Val Trp Thr Glu Pro                 245 250 255 Gly Arg Tyr Met Cys Gly Thr Ala Val Asn Leu Val Thr Ser Val Ile             260 265 270 Gly Thr Lys Thr Arg Gly Glu Gln Pro Trp Tyr Ile Leu Asp Glu Gly         275 280 285 Ile Tyr Gly Cys Phe Ser Gly Ile Met Tyr Asp His Trp Thr Tyr Pro     290 295 300 Leu His Cys Phe Gly Lys Gly Asn Lys Lys Pro Ser Thr Phe Gly Gly 305 310 315 320 Pro Ser Cys Asp Gly Ile Asp Val Leu Tyr Arg Asp Phe Met Ala Pro                 325 330 335 Glu Leu Lys Ile Gly Asp Lys Val Leu Val Thr Glu Met Gly Ser Tyr             340 345 350 Thr Ser Val Ser Ala Thr Arg Phe Asn Gly Phe Tyr Leu Ala Pro Thr         355 360 365 Ile Ile Phe Glu Asp Gln Pro Glu Tyr Ala Ala Arg Leu Thr Glu Asp     370 375 380 Asp Asp Val Lys Lys Lys Ala Ala Val 385 390 <210> 2 <211> 1182 <212> DNA <213> Selenomonas ruminantium <400> 2 atgaaaaatt tcagacttag cgaaaaagaa gtaaaaacgc ttgccaagcg tatcccgacg 60 ccctttttgg tggcttcact ggacaaggtt gaggaaaact accagtttat gcgccgtcat 120 ttgccgcggg cgggagtgtt ttatgccatg aaggcgaatc ctacgccaga aatactgtcc 180 ctgctggctg gccttggttc tcactttgat gtggcctctg ccggggagat ggagatcctc 240 catgaattgg gcgtagatgg ttcccagatg atatatgcca atccggtaaa ggatgcccgt 300 ggcctcaagg ctgcggctga ctacaatgtc cgccggttta ctttcgacga tccgtcggaa 360 atcgacaaga tggccaaggc tgtgccggga gccgatgtgc tggtgcgcat cgccgtgcgc 420 aacaacaaag ctttggtgga tctgaatacg aagtttggtg cgccggtgga agaagcgctg 480 gatcttttaa aggctgcgca ggatgctggc ctgcatgcca tggggatttg cttccatgtg 540 ggcagccagt ccctgtctac ggcggcttat gaggaagccc tgctggtggc tcgtaggctc 600 tttgatgagg cggaagaaat gggcatgcac ctgactgacc tcgacatcgg cggcggtttc 660 cctgttcccg atgccaaggg gctcaatgtg gatctggcgg ccatgatgga agccatcaac 720 aagcagatcg accgcctgtt cccggataca gctgtttgga cggaaccggg ccgttatatg 780 tgcggtacgg cggtgaacct cgtcacatcg gttatcggca cgaaaacccg tggtgagcag 840 ccttggtata tcttagatga aggcatctat ggctgcttct ccggcatcat gtatgaccac 900 tggacgtacc cgcttcattg cttcggcaag gggaataaga aaccttcgac tttcggcggc 960 cccagctgcg atggcatcga tgtgctctat cgcgacttca tggcaccgga gctcaagatc 1020 ggggacaagg tgctggtgac ggaaatgggt tcctatacca gcgtcagcgc tacgcgtttc 1080 aacggtttct acctggcgcc caccatcatc tttgaggacc agccggaata tgcagcccgt 1140 ctgacggaag atgatgatgt gaagaaaaag gcggctgtat aa 1182 <210> 3 <211> 399 <212> PRT <213> Vibrio vulnificus <400> 3 Met Ala His Ser His Pro Ile Phe Asp Ile Gln Ser Leu Thr Ser Pro   1 5 10 15 Ala Leu Ser Ala Glu Glu Ile Gln Val Ile Glu Thr Ser Val Glu Gln              20 25 30 Phe Gly Ala Pro Leu Leu Leu Leu Asp Cys Asp Val Ile Arg Gln Gln          35 40 45 Tyr Arg Ala Leu Lys Asn Ala Leu Pro Asn Val Thr Leu His Tyr Ala      50 55 60 Leu Lys Pro Leu Pro His Pro Val Val Val Arg Thr Leu Leu Ala Glu  65 70 75 80 Gly Ala Ser Phe Asp Leu Ala Thr Thr Gly Glu Val Glu Leu Val Ala                  85 90 95 Ser Glu Gly Val Pro Ala Glu Leu Thr Ile His Thr His Pro Ile Lys             100 105 110 Arg Asp Ala Asp Ile Arg Asp Ala Leu Ala Tyr Gly Cys Asn Val Phe         115 120 125 Val Val Asp Asn Leu Asn Glu Leu Glu Lys Phe Lys Ala Tyr Arg Asp     130 135 140 Glu Val Glu Leu Leu Val Arg Leu Ser Phe Arg Asn Ser Glu Ala Phe 145 150 155 160 Ala Asp Leu Ser Lys Lys Phe Gly Cys Ser Pro Glu Gln Ala Leu Val                 165 170 175 Ile Ile Glu Thr Ala Lys Glu Trp Asn Ile Arg Ile Lys Gly Leu Ser             180 185 190 Phe His Val Gly Ser Gln Thr Thr Asn Pro Asn Lys Tyr Val Glu Ala         195 200 205 Ile His Thr Cys Arg Asn Val Met Glu Gln Val Val Glu Arg Gly Leu     210 215 220 Pro Ala Leu Ser Thr Leu Asp Ile Gly Gly Gly Phe Pro Val Asn Tyr 225 230 235 240 Thr Gln Gln Val Met Pro Ile Asp Gln Phe Cys Val Pro Ile Asn Glu                 245 250 255 Ala Leu Ser Leu Leu Pro Glu Thr Val His Val Leu Ala Glu Pro Gly             260 265 270 Arg Phe Ile Cys Ala Pro Ala Val Thr Ser Val Ala Ser Val Met Gly         275 280 285 Gln Ala Glu Arg Glu Gly Gln Ile Trp Tyr Tyr Leu Asp Asp Gly Ile     290 295 300 Tyr Gly Ser Phe Ser Gly Leu Met Phe Asp Asp Ala Arg Tyr Pro Leu 305 310 315 320 Thr Ile Lys Gln Gly Gly Glu Leu Ile Pro Ser Val Leu Ser Gly                 325 330 335 Pro Thr Cys Asp Ser Val Asp Val Ile Ala Glu Asn Ile Leu Leu Pro             340 345 350 Lys Leu Asn Asn Gly Asp Leu Val Ile Gly Arg Thr Met Gly Ala Tyr         355 360 365 Thr Ser Ala Thr Ala Thr Asp Phe Asn Phe Phe Lys Arg Ala Gln Thr     370 375 380 Ile Ala Leu Asn Glu Phe Val Ala Gly Ser Glu Arg Met Ile Gly 385 390 395 <210> 4 <211> 461 <212> PRT <213> Mus musculus <400> 4 Met Ser Ser Phe Thr Lys Asp Glu Phe Asp Cys His Ile Leu Asp Glu   1 5 10 15 Gly Phe Thr Ala Lys Asp Ile Leu Asp Gln Lys Ile Asn Glu Val Ser              20 25 30 Ser Ser Asp Asp Lys Asp Ala Phe Tyr Val Ala Asp Leu Gly Asp Ile          35 40 45 Leu Lys Lys His Leu Arg Trp Leu Lys Ala Leu Pro Arg Val Thr Pro      50 55 60 Phe Tyr Ala Val Lys Cys Asn Asp Ser Arg Ala Ile Val Ser Thr Leu  65 70 75 80 Ala Ala Ile Gly Thr Gly Phe Asp Cys Ala Ser Lys Thr Glu Ile Gln                  85 90 95 Leu Val Gln Gly Leu Gly Val Pro Ala Glu Arg Val Ile Tyr Ala Asn             100 105 110 Pro Cys Lys Gln Val Ser Gln Ile Lys Tyr Ala Ala Ser Asn Gly Val         115 120 125 Gln Met Met Thr Phe Asp Ser Glu Ile Glu Leu Met Lys Val Ala Arg     130 135 140 Ala His Pro Lys Ala Lys Leu Val Leu Arg Ile Ala Thr Asp Asp Ser 145 150 155 160 Lys Ala Val Cys Arg Leu Ser Val Lys Phe Gly Ala Thr Leu Lys Thr                 165 170 175 Ser Arg Leu Leu Leu Glu Arg Ala Lys Glu Leu Asn Ile Asp Val Ile             180 185 190 Gly Val Ser Phe His Val Gly Ser Gly Cys Thr Asp Pro Glu Thr Phe         195 200 205 Val Gln Ala Val Ser Asp Ala Arg Cys Val Phe Asp Met Ala Thr Glu     210 215 220 Val Gly Phe Ser Met His Leu Leu Asp Ile Gly Gly Gly Phe Pro Gly 225 230 235 240 Ser Glu Asp Thr Lys Leu Lys Phe Glu Glu Ile Thr Ser Val Ile Asn                 245 250 255 Pro Ala Leu Asp Lys Tyr Phe Pro Ser Asp Ser Gly Val Arg Ile Ile             260 265 270 Ala Glu Pro Gly Arg Tyr Tyr Val Ala Ser Ala Phe Thr Leu Ala Val         275 280 285 Asn Ile Ile Ala Lys Lys Thr Val Trp Lys Glu Gln Pro Gly Ser Asp     290 295 300 Asp Glu Asp Glu Ser Asn Glu Gln Thr Phe Met Tyr Tyr Val Asn Asp 305 310 315 320 Gly Val Tyr Gly Ser Phe Asn Cys Ile Leu Tyr Asp His Ala His Val                 325 330 335 Lys Ala Leu Leu Gln Lys Arg Pro Lys Pro Asp Glu Lys Tyr Tyr Ser             340 345 350 Ser Ser Ile Trp Gly Pro Thr Cys Asp Gly Leu Asp Arg Ile Val Glu         355 360 365 Arg Cys Asn Leu Pro Glu Met His Val Gly Asp Trp Met Leu Phe Glu     370 375 380 Asn Met Gly Ala Tyr Thr Val Ala Ala Ser Thr Phe Asn Gly Phe 385 390 395 400 Gln Arg Pro Asn Ile Tyr Tyr Val Met Ser Arg Pro Met Trp Gln Leu                 405 410 415 Met Lys Gln Ile Gln Ser His Gly Phe Pro Pro Glu Val Glu Glu Gln             420 425 430 Asp Asp Gly Thr Leu Pro Met Ser Cys Ala Gln Glu Ser Gly Met Asp         435 440 445 Arg His Pro Ala Ala Cys Ala Ser Ala Arg Ile Asn Val     450 455 460 <210> 5 <211> 423 <212> PRT <213> Trypanosoma brucei <400> 5 Met Asp Ile Val Val Asn Asp Asp Leu Ser Cys Arg Phe Leu Glu Gly   1 5 10 15 Phe Asn Thr Arg Asp Ala Leu Cys Lys Lys Ile Ser Met Asn Thr Cys              20 25 30 Asp Glu Gly Asp Pro Phe Phe Val Ala Asp Leu Gly Asp Ile Val Arg          35 40 45 Lys His Glu Thr Trp Lys Lys Cys Leu Pro Arg Val Thr Pro Phe Tyr      50 55 60 Ala Val Lys Cys Asn Asp Asp Trp Arg Val Leu Gly Thr Leu Ala Ala  65 70 75 80 Leu Gly Thr Gly Phe Asp Cys Ala Ser Asn Thr Glu Ile Gln Arg Val                  85 90 95 Arg Gly Ile Gly Val Pro Pro Glu Lys Ile Ile Tyr Ala Asn Pro Cys             100 105 110 Lys Gln Ile Ser His Ile Arg Tyr Ala Arg Asp Ser Gly Val Asp Val         115 120 125 Met Thr Phe Asp Cys Val Asp Glu Leu Glu Lys Val Ala Lys Thr His     130 135 140 Pro Lys Ala Lys Met Val Leu Arg Ile Ser Thr Asp Asp Ser Leu Ala 145 150 155 160 Arg Cys Arg Leu Ser Val Lys Phe Gly Ala Lys Val Glu Asp Cys Arg                 165 170 175 Phe Ile Leu Glu Gln Ala Lys Lys Leu Asn Ile Asp Val Thr Gly Val             180 185 190 Ser Phe His Val Gly Ser Gly Ser Thr Asp Ala Ser Thr Phe Ala Gln         195 200 205 Ala Ile Ser Asp Ser Arg Phe Val Phe Asp Met Gly Thr Glu Leu Gly     210 215 220 Phe Asn Met His Ile Leu Asp Ile Gly Gly Gly Phe Pro Gly Thr Arg 225 230 235 240 Asp Ala Pro Leu Lys Phe Glu Glu Ile Ala Gly Val Ile Asn Asn Ala                 245 250 255 Leu Glu Lys His Phe Pro Pro Asp Leu Lys Leu Thr Ile Val Ala Glu             260 265 270 Pro Gly Arg Tyr Tyr Val Ala Ser Ala Phe Thr Leu Ala Val Asn Val         275 280 285 Ile Ala Lys Lys Val Thr Pro Gly Val Gln Thr Asp Val Gly Ala His     290 295 300 Ala Glu Ser Asn Ala Gln Ser Phe Met Tyr Tyr Val Asn Asp Gly Val 305 310 315 320 Tyr Gly Ser Phe Asn Cys Ile Leu Tyr Asp His Ala Val Val Arg Pro                 325 330 335 Leu Pro Gln Arg Glu Pro Ile Pro Asn Glu Lys Leu Tyr Pro Ser Ser             340 345 350 Val Trp Gly Pro Thr Cys Asp Gly Leu Asp Gln Ile Val Glu Arg Tyr         355 360 365 Tyr Leu Pro Glu Met Glu Val Gly Glu Trp Leu Leu Phe Glu Asp Met     370 375 380 Gly Ala Tyr Thr Val Gly Thr Ser Ser Phe Asn Gly Phe Gln Ser 385 390 395 400 Pro Thr Ile Tyr Val Val Ser Gly Leu Pro Asp His Val Val Arg                 405 410 415 Glu Leu Lys Ser Gln Lys Ser             420 <210> 6 <211> 393 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Lysine decarboxylase mutant <400> 6 Met Lys Asn Phe Arg Leu Ser Glu Lys Glu Val Lys Thr Leu Ala Lys   1 5 10 15 Arg Ile Pro Thr Pro Phe Leu Val Ala Ser Leu Asp Lys Val Glu Glu              20 25 30 Asn Tyr Gln Phe Met Arg Arg His Leu Pro Arg Ala Gly Val Phe Tyr          35 40 45 Ala Met Lys Ala Asn Pro Thr Pro Glu Ile Leu Ser Leu Leu Ala Gly      50 55 60 Leu Gly Ser His Phe Asp Val Ala Ser Ala Gly Glu Met Glu Ile Leu  65 70 75 80 His Glu Leu Gly Val Asp Gly Ser Gln Met Ile Tyr Ala Asn Pro Val                  85 90 95 Lys Asp Ala Arg Gly Leu Lys Ala Ala Ala Asp Tyr Asn Val Arg Arg             100 105 110 Phe Thr Phe Asp Asp Pro Ser Glu Ile Asp Lys Met Ala Lys Ala Val         115 120 125 Pro Gly Ala Asp Val Leu Val Arg Ile Ala Val Arg Asn Asn Lys Ala     130 135 140 Leu Val Asp Leu Asn Thr Lys Phe Gly Ala Pro Val Glu Glu Ala Leu 145 150 155 160 Asp Leu Leu Lys Ala Ala Gln Asp Ala Gly Leu His Ala Met Gly Ile                 165 170 175 Cys Phe His Val Gly Ser Gln Ser Leu Ser Thr Ala Ala Tyr Glu Glu             180 185 190 Ala Leu Val Ala Arg Arg Leu Phe Asp Glu Ala Glu Glu Met Gly         195 200 205 Met His Leu Thr Asp Leu Asp Ile Gly Gly Gly Phe Pro Val Pro Asp     210 215 220 Cys Lys Gly Leu Asn Val Asp Leu Ala Ala Met Met Glu Ala Ile Asn 225 230 235 240 Lys Gln Ile Asp Arg Leu Phe Pro Asp Thr Ala Val Trp Thr Glu Pro                 245 250 255 Gly Arg Tyr Met Cys Gly Thr Ala Val Asn Leu Val Thr Ser Val Ile             260 265 270 Gly Thr Lys Thr Arg Gly Glu Gln Pro Trp Tyr Ile Leu Asp Glu Gly         275 280 285 Ile Tyr Gly Cys Phe Ser Gly Ile Met Tyr Asp His Trp Cys Tyr Pro     290 295 300 Leu His Cys Phe Gly Lys Gly Asn Lys Lys Pro Ser Thr Phe Gly Gly 305 310 315 320 Pro Ser Cys Asp Gly Ile Asp Val Leu Tyr Arg Asp Phe Met Ala Pro                 325 330 335 Glu Leu Lys Ile Gly Asp Lys Val Leu Val Thr Glu Met Gly Ser Tyr             340 345 350 Thr Ser Val Ser Ala Thr Arg Phe Asn Gly Phe Tyr Leu Ala Pro Thr         355 360 365 Ile Ile Phe Glu Asp Gln Pro Glu Tyr Ala Ala Arg Leu Thr Glu Asp     370 375 380 Asp Asp Val Lys Lys Lys Ala Ala Val 385 390 <210> 7 <211> 36 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrLDC_F primer <400> 7 gcgcgcatat gaaaaacttc cgtttaagcg aaaaag 36 <210> 8 <211> 36 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrLDC_R primer <400> 8 gcgcgctcga ggtgatggtg atggtggtga actgct 36 <210> 9 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrLDC (K2C) _F primer <400> 9 ggagatatac atatgtgtaa cttccgttta agc 33 <210> 10 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrLDC (K2C) _R primer <400> 10 gcttaaacgg aagttacaca tatgtatatc tcc 33 <210> 11 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrLDC (G227C) _F primer <400> 11 gttcccgatg ctaagtgtct gaacgttgac ctg 33 <210> 12 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrLDC (G227C) _R primer <400> 12 caggtcaacg ttcagacact tagcatcggg aac 33 <210> 13 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrLDC (A225C) _F primer <400> 13 gctttccggt tcccgattgt aagggtctga acg 33 <210> 14 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrLDC (A225C) _R primer <400> 14 cgttcagacc cttacaatcg ggaaccggaa agc 33 <210> 15 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrLDC (T302C) _F primer <400> 15 catgtatgac cattggtgct atccgcttca ctg 33 <210> 16 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrLDC (T302C) _R primer <400> 16 cagtgaagcg gatagcacca atggtcatac atg 33 <210> 17 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrLDC (K143C) _F primer <400> 17 cagtcagaaa caattgtgca ttagtagact tg 32 <210> 18 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrLDC (K143C) _R primer <400> 18 caagtctact aatgcacaat tgtttctgac tg 32 <210> 19 <211> 34 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrLDC (L185C) _F primer <400> 19 gttggcagcc agtcctgctc cacagcagcg tatg 34 <210> 20 <211> 34 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrLDC (L185C) _R primer <400> 20 catacgctgc tgtggagcag gactggctgc caac 34

Claims (21)

서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어지는 야생형 라이신 디카르복실라제의 225번째 아미노산 및 302번째 아미노산이 각각 시스테인으로 치환되어 이루어지는, 야생형에 비하여 활성이 증가된 라이신 디카르복실라제 변이효소.
Wherein the activity of the lysine decarboxylase mutant is increased relative to the wild type, wherein the 225th amino acid and the 302th amino acid of the wild type lysine decarboxylase consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 are substituted with cysteine, respectively.
제1항에 있어서,
상기 변이효소는 치환된 2개의 시스테인이 이황화결합을 형성한 것인, 변이효소.
The method according to claim 1,
Wherein the mutant enzyme is one wherein two substituted cysteines form a disulfide bond.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 변이효소는 야생형에 비하여 온도 또는 pH에 대한 안정성이 향상된 것인, 변이효소.
The method according to claim 1,
Wherein the mutant enzyme has improved stability against temperature or pH as compared to the wild-type enzyme.
제1항에 있어서,
상기 변이효소는 피리독살 5-포스페이트(pyridoxal 5-phosphate)의 첨가 없이 라이신을 카다베린으로 전환시키는 것인, 변이효소.
The method according to claim 1,
Wherein said mutant enzyme converts lysine to cadaverine without the addition of pyridoxal 5-phosphate.
제1항에 있어서,
상기 변이효소는 서열번호 6으로 표시되는 아미노산 서열로 이루어지는 것인, 변이효소.
The method according to claim 1,
Wherein the mutant enzyme is an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6.
제1항에 있어서,
상기 변이효소는 하기 (a) 내지 (c)의 특성 중 어느 하나 이상을 나타내는 것인, 변이효소:
(a) K d = 21μM;
(b) 피리독살 5-포스페이트를 첨가하지 않을 때 카다베린으로의 전환율이 20 내지 60%; 및
(c) 녹는점(T m) = 56.9℃.
The method according to claim 1,
Wherein the mutant enzyme exhibits any one or more of the following characteristics (a) to (c):
(a) K d = 21 μM;
(b) 20-60% conversion to cadaverine when pyridoxal 5-phosphate is not added; And
(c) Melting point ( T m ) = 56.9 ° C.
제1항에 있어서,
상기 변이효소의 결정체는 공간군 P212121 에 속하고, 단위 셀 파라미터는 a = 55.91 Å, b = 122.85 Å, c = 136.85 Å, 및 α = β = γ = 90.0°인 것인, 변이효소.
The method according to claim 1,
The crystals of the mutant enzyme belong to the space group P 2 1 2 1 2 1 and the unit cell parameters are a = 55.91 Å, b = 122.85 Å, c = 136.85 Å, and α = beta = gamma = 90.0 [deg.].
제1항, 제2항 및 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항의 변이효소를 코딩하는, 라이신 디카르복실라제 변이효소 유전자.
A lysine decarboxylase mutant enzyme gene encoding the mutant enzyme of any one of claims 1, 2, and 4 to 8.
서열번호 1의 아미노산 서열에서 위치 225 및 302의 아미노산이 시스테인으로 치환된 단백질을 코딩하는, 라이신 디카르복실라제 변이효소 유전자.
A lysine decarboxylase mutant enzyme gene encoding a protein in which the amino acids at positions 225 and 302 are substituted with cysteine in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.
제9항의 유전자를 포함하는, 카다베린 생산용 카세트.
A cassette for producing cadaverine, comprising the gene of claim 9.
제11항의 카세트를 포함하는, 카다베린 생산용 형질전환체.
A transformant for producing cadaverine, comprising the cassette of claim 11.
제12항의 형질전환체 또는 그의 배양물을 포함하는, 카다베린 생산용 조성물.
A composition for the production of cadaverine, comprising the transformant of claim 12 or a culture thereof.
제13항에 있어서,
상기 조성물은 라이신을 추가로 포함하는 것인, 카다베린 생산용 조성물.
14. The method of claim 13,
&Lt; / RTI &gt; wherein the composition further comprises lysine.
제12항의 형질전환체를 배양하는 단계를 포함하는, 카다베린의 생산방법.
A method for producing cadaverine, comprising culturing the transformant of claim 12.
제15항에 있어서,
상기 배양하는 단계는 라이신을 포함하는 배지에서 수행되는 것인, 카다베린의 생산방법.
16. The method of claim 15,
Wherein the culturing is carried out in a medium comprising lysine.
제15항에 있어서,
상기 방법은 배양된 형질전환체 또는 그의 배양물로부터 카다베린을 회수하는 단계를 추가로 포함하는 것인, 카다베린의 생산방법.
16. The method of claim 15,
Wherein the method further comprises recovering cadaverine from the cultured transformant or a culture thereof.
삭제delete 황산암모늄(ammonium sulfate), 카코딜산 나트륨, 및 염화나트륨을 포함하는 저수조 용액과 서열번호 6의 라이신 디카르복실라제 변이효소 단백질 용액을 혼합하는 단계를 포함하는, 서열번호 6의 라이신 디카르복실라제 변이효소 결정체의 제조방법.
The lysine decarboxylase mutation of SEQ ID NO: 6, comprising the step of mixing a lysine decarboxylase mutant enzyme protein solution of SEQ ID NO: 6 with a reservoir solution comprising ammonium sulfate, sodium chocodylate, and sodium chloride, A method for producing an enzyme crystal.
삭제delete 삭제delete
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